ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ

Ebat: px
Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ"

Transkript

1 ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ THM KIZILÖTESİ SEL TESİSİNDE LAZER DEMETLERİ İÇİN GÜÇ VE ENERJİ ÖLÇÜMLERİNİN İNCELENMESİ İdil ARSLAN FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ANKARA 2013 Her hakkı saklıdır

2 Değerli öğretmen, büyükbabam H. ATALAY ın anısına 1

3 TEZ ONAYI İdil ARSLAN tarafından hazırlanan THM Kızılötesi SEL Tesisinde Lazer Demetleri İçin Güç ve Enerji Ölçümlerinin İncelenmesi adlı tez çalışması 28/03/2013 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından oy birliği ile Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı nda YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Danışman: Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Jüri Üyeleri: Başkan : Doç. Dr. Okan ESENTÜRK Ortadoğu Teknik Üniversitesi Kimya Anabilim Dalı Üye : Doç. Dr. H. Gül YAĞLIOĞLU Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı Üye : Prof.Dr. Ömer YAVAŞ Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı Yukarıdaki sonucu onaylarım. Prof. Dr. İbrahim DEMİR Enstitü Müdürü

4 ÖZET Yüksek Lisans Tezi THM KIZILÖTESİ SEL TESİSİNDE LAZER DEMETLERİ İÇİN GÜÇ VE ENERJİ ÖLÇÜMLERİNİN İNCELENMESİ İdil ARSLAN Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Bu çalışmada öncelikle serbest elektron lazerinin tarihi gelişiminin ve çalışma ilkesinin incelenmesinin ardından serbest elektron lazerinde kullanılan diyagnostik sistemleri genel olarak ele alınmıştır. Lazer demeti kullanıcı laboratuvarlarına iletilmeden önce dalgaboyu aralığı, güç ve enerji gibi önemli parametrelerinin ölçümü foton diyagnostik laboratuvarında gerçekleştirilir. Tez kapsamında serbest elektron lazeri demetinin temel diyagnostik işlemleri incelenmiştir. Lazer demetinin temel parametreleri olan güç, atma uzunluğu, demet profili, demet çapı ve spektral aralık ölçümleri yapılmıştır. Elde edilen bulgular doğrultusunda Ankara Üniversitesi koordinatörlüğünde, Kalkınma Bakanlığı desteği ile kurulum çalışmaları devam eden Türk Hızlandırıcı Merkezi Kızılötesi Serbest Elektron Lazeri (TARLA) tesisinde elde edilecek olan lazer demetlerinin parametrelerine uygun foton diyagnostik cihazları belirlenmiştir. Bu amaçla ELBE IR FEL tesisi ziyaret edilmiş ve tesisin foton demet diyagnostiği laboratuvarı incelenerek TARLA diyagnostik laboratuvarı ile karşılaştırılmıştır. Mart 2013,101 sayfa Anahtar Kelimeler: Serbest Elektron Lazeri, Osilatör SEL, Kızılötesi, Diyagnostik, Optik, TARLA i

5 ABSTRACT Master Thesis THE INVESTIGATION OF THE MEASUREMENTS OF POWER AND ENERGY FOR LASER BEAMS IN TAC IR FEL FACILITY İdil ARSLAN Ankara University Graduate School of Natural Applied Sciences Department of Physics Engineering Supervisor: Prof. Dr. Ömer YAVAŞ In this study, historical development, physics and diagnostic tools of Free Electron Laser (FEL) are investigated. Before the laser beam is transferred to the user laboratories, measurement of the major parameters of laser beam such as wavelength spectrum, power and energy are done at the photon diagnostic laboratory. In this thesis, the fundamental diagnostic techniques of FEL processes are investigated. The measurements of main parameters of a laser which are power, pulse length, beam profile, beam diameter and spectral range have been done. According to results of these measurements, the diagnostic devices are determined which are suitable for the parameters of laser beams which will be produced at Turkish Accelerator and Radiation Laboratory at Ankara (TARLA), whose construction of the facility is ongoing under the coordination of Ankara University with support of the Ministry of Development (MD). In this frame, ELBE IR FEL Facility (Germany) is visited and photon diagnostic station of ELBE was observed and compared with TARLA facility. March 2013,101 pages Key Words: Free electron laser, Oscillator FEL, Infrared, Diagnostic, Optics, TARLA ii

6 TEŞEKKÜR Çalışmamla ilgili önerilerini ve tecrübelerini benimle paylaşan danışman hocam sayın Prof. Dr. Ömer YAVAŞ a (Ankara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Fizik Mühendisliği Bölümü) teşekkür ederim. Deneysel çalışmalarımda desteğini esirgemeyen sayın hocam Doç. Dr. H. Gül YAĞLIOĞLU na (Ankara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Fizik Mühendisliği Bölümü) teşekkür ederim. Maddi ve manevi desteği ile her zaman yanımda olan sevgili annem Remziye ARSLAN a, babam Nusurettin ARSLAN a ve kardeşim Atalay ARSLAN a, çalışmamı yürütme ve tamamlama konusunda beni her zaman teşvik eden çok değerli arkadaşım sayın İsmail Can FELEKOĞLU na en içten duygularımla teşekkür ederim. İdil ARSLAN Ankara, Mart 2013 iii

7 İÇİNDEKİLER ÖZET.i ABSTRACT... ii TEŞEKKÜR... iii SİMGELER DİZİNİ... iii ŞEKİLLER DİZİNİ... iv ÇİZELGELER DİZİNİ... vi 1. GİRİŞ 1 2. KURAMSAL TEMELLER Sinkrotron Işınımı ve Serbest Elektron Lazeri Lazerlerin Gelişimi ve Serbest Elektron Lazerinin Kısa Tarihi Uyarılmış ışınım Maserin keşfi İlk lazerin elde edilmesi ve serbest elektron lazeri Serbest Elektron Lazerinin Çalışma İlkesi Serbest Elektron Lazerinin Fiziği Elektron demetinin salındırıcı içindeki hareket denklemi Elektron demeti ile elektromanyetik dalga arasındaki enerji aktarımı Serbest Elektron Lazerinin Üretim Modları Osilatör Mod Serbest Elektron Lazerinin Özellikleri Dalgaboyu Enerji ve güç Akı, parlaklık ve aydınlık kavramları Serbest Elektron Lazerinde Diyagnostik Sistemleri Elektron demet diyagnostiği Elektron demet diyagnostiği elemanları Faraday kabı Akım dönüştürücüler Demet konum monitörü Demet biçim monitörü Demet kayıp monitörü Foton Demet Diyagnostiği Osilatör mod foton diyagnostik elemanları Aynalar, mercekler, demet ayırıcılar Otokorelatör sistemi Spektrometre Polarizasyon dönüştürücü MCT (Mercury Cadmium Telluride) detektör Pyroelektrik Detektör Güç metreler ve enerji metreler MATERYAL ve YÖNTEM Materyal Yöntem BULGULAR TARLA Tesisi Foton Demet Diyagnostiği Laboratuvarı Foton Demet Diyagnostiği İşlemleri i

8 4.2.1 Yansıma yoluyla polarizasyon yönünün belirlenmesi Atma süresinin ölçümü Spektral aralığın belirlenmesi Demet profilinin ölçülmesi Güç kararlılığının belirlenmesi Demet çapının belirlenmesi TARLA Tesisinde Lazer Demetleri Güç ve Enerji Ölçümü ve ELBE Tesisi ile Karşılaştırılması TARTIŞMA ve SONUÇ KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ ii

9 KISALTMALAR DİZİNİ Al BBO BPM CCD CdTe DTGS ELBE FEL IR MCP MCT Nd:YAG OPA OTR PZT SASE SEL SFG SHG TAC TARLA THM UV VUV Aluminium Barium Borate Beam Position Monitor Charge-Coupled Device Cadmiyum Telluride Deuterated Tri-Glycine Sulfate Electron Linac for beams with high Brilliance and low Emittance Free Electron Laser Infrared Micro Channel Plate Mercury Cadmium Telluride Neodymium-doped Yttrium Aluminum Garnet Optic Parametric Amplification Optical Transition Radiation Lead Zirconate Titanate Self Amplification of Spontaneous Emission Serbest Elektron Lazeri Sum Frequency Generation Second Harmonic Generation Turkish Accelarator Centre Turkish Accelerator and Radiation Laboratory at Ankara Türk Hızlandırıcı Merkezi Ultraviolet Vacuum Ultraviolet iii

10 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 2.1 Işınım kaynaklarının yıllara göre gelişimi (Mete 2006)... 7 Şekil 2.2 Salındırıcı içindeki elektron demetinin ve SEL demetinin görünümü (Yiğit 2007)... 8 Şekil 2.3 Uyarılmış ışınım Şekil 2.4 Geleneksel lazerin yapısı Şekil 2.5 Serbest elektron lazeri elemanları Şekil 2.6 Salındırıcı içerindeki elektron demeti Şekil 2.7 Elektron demetinin ideal yörüngesinden sapma miktarı Şekil 2.8 Salındırıcı magnet içindeki lazer alanı ve salınan elektron demeti Şekil 2.9 Elektron demetinin enerjisinin rezonans enerjisine göre durumu Şekil 2.10 Osilatör mod serbest elektron lazeri Şekil 2.11 SASE Mod Serbest Elektron Lazer Şekil 2.12 Yükselteç Mod Serbest Elektron Lazeri Şekil 2.13 Faraday kabı Şekil 2.14 I akımı taşıyan demetin manyetik alanı Şekil 2.15 Akım dönüştürücü Şekil 2.16 Demet konum monitörü Şekil 2.17 Sintilatör ekranı ile demet görüntüleme Şekil 2.18 Görünür bölge geçiş ışıması düzeneği Şekil 2.19 Lazer iletiminde kullanılan aynalar ve mercekler Şekil 2.20 Mercek çeşitleri Şekil 2.21 İçbükey mercekte görüntü oluşumu Şekil 2.22 Demet ayırıcının çalışma ilkesi Şekil 2.23 Şiddet otokorelatörü sisteminin şematik gösterimi Şekil 2.24 İnterferometrik otokorelatör Şekil nm dalgaboylu demetin otokorelatör sinyali Şekil 2.26 Czerny-Turner spektrometre dizilimi Şekil 2.27 Kırınım ağı üzerine yönlendirilen lazer demeti Şekil 2.28 Czerny-Turner Dizilimi Şekil 2.29 Tek yarıkta kırınım geometrisi Şekil 2.30 Farklı kırınım ağı değerleri için tarama açısı ve dalgaboyu ilişkisi Şekil 2.31 Czerny-Turner spektrometrede dalgaboyu çözünürlük ilişkisi Şekil 2.32 Doğrusal kutuplu ışık Şekil 2.33 Sağ el dairesel kutuplu dalga Şekil 2.34 Eliptik kutuplu dalga Şekil 2.35 Polarizasyon dönüştürücü Şekil 2.36 MCT detektörün şematik görünümü Şekil 2.37 Detektör birleşim oranı-band genişliği ilişkisi Şekil 2.38 MCT detektör için bazı sıcaklık değerlerinde dalgaboyu ile deteksiyon ilişkisi Şekil 2.39 Pyro detektörün şematik görünümü Şekil 2.40 Pyroelektrik detektörün çıkış sinyalinin kesikleyici frekansı ilişkisi (a) Voltaj çıkışı (b) Akım çıkışı Şekil 2.41 Güç metre Şekil 4.1 TARLA kullanıcı laboratuvarlarının kat planı Şekil 4.2 TARLA foton diyagnostik masasının şematik görünümü iv

11 Şekil 4.3 Scraper ayna Şekil 4.4 ELBE Lasnix demet zayıflatıcı Şekil 4.5 ELBE foton diyagnostik masasında bulunan demet ayrıcı sistem Şekil 4.6 Yatay kutupluluk deney düzeneği Şekil 4.7 Dikey kutupluluk deney düzeneği Şekil 4.8Yansıyan demet şiddetinin lazerin gelme açışıyla ilişkisi Şekil 4.9 Otokorelatör deney düzeneği şekil fs demet için otokorelatör sinyali Şekil 4.11 İkinci harmonik spektrumu (400 nm) Şekil 4.12 Ti:Sapphire spektrumu (800 nm) Şekil 4.13 Ti:Sapphire lazer için demet profili Şekil nm dalgaboylu lazer demetinin zaman içinde güç dağılımı Şekil 4.15 Demet çapı ölçüm düzeneğinin şematik görünümü Şekil 4.16 TARLA foton diyagnostik masası üzerinde lazer demetlerinin giriş ve çıkış noktası Şekil 4.17 ELBE diyagnostik masası üzerindeki spektrometre çıkışında bulunan detektörler (a) ve spektrometre (b) Şekil 4.18 ELBE foton diyagnostik masası üzerindeki güç metre sensörleri ve referans detektörleri Şekil 4.19 Güç metre sinyalinin kamera ile kontrol odasına aktarılması v

12 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 2.1 Spektrometre özellikleri Çizelge 2.2 TARLA Diyagnostik masasında kullanılabilecek MCT detektörler Çizelge 2.3 Pyroelektrik Materyaller ve özellikleri Çizelge 2.4 TARLA Diyagnostik masasında kullanılabilecek pyroelektrik detektörler Çizelge 2.5 Güç metre sensör çeşitleri ve özellikleri Çizelge 2.6 Lazer özelliklerine göre seçilebilecek sensör çeşitleri Çizelge 2.7 TARLA için belirlenen güçmetre modelleri Çizelge 4.1TARLA Lazer demetleri parametreleri Çizelge 4.2 TARLA ve ELBE FEL tesislerinin lazer demeti parametreleri vi

13 1. GİRİŞ Parçacık hızlandırıcılarının tarih sahnesine çıkışı 1919 yılında Rutherford un atom çekirdeğinden yayınlanan alfa parçacıklarını gözlemlemesi ve 1928 de Alman fizikçi Gamow un bir iyon hızlandırıcının ilk tasarımlarını ortaya atması ile başlar. Bu gelişmeleri 1928 yılında Wideroe nin ilk doğrusal hızlandırıcıyı tasarlaması ve ardından yılları arasında Cockcroft ve Walton ın lityum atomundan elde ettikleri proton demetinin 710 Mev e hızlandırmaları ve Amerikalı fizikçi Robert J. Van de Graaff ın ilk yüksek gerilim jeneratörünü elde etmesiyle takip eder ların sonlarında manyetik rezonansa dayalı olarak çalışan siklotronun Lawrence ve Livingston tarafından geliştirilmesinin ardından 1940 yılında Donald W. Kerst in betatron ile ilgili ilk hesaplamaları yapmasıyla hızlandırıcı teknolojilerinde büyük gelişmeler kat edilmiştir. İkinci Dünya Savaşı döneminde hızlandırıcı teknolojileri üzerindeki çalışmalar hız kazanmıştır, Berkeley den Edwin Mattison McMillan ve Rus fizikçi Vladimir Iosifovich Veksler in faz korunuma ilişkin çalışmaları siklotron teorisi üzerinde kullanılarak bugün ışınım kaynaklarının önemli bir bölümünün elde edilmesinde kullanılan sinkrotronların teorik temelleri ortaya çıkmıştır yılında Kerst in iki parçacık demetini dairesel bir yörüngede döndürerek çarpıştırma fikrini ortaya atması ile parçacık çarpıştırıcılarının ve depolama halkalarının temeli ortaya atılmıştır. Depolama halkasına dayalı ilk elektron sinkrotronu (1-2 GeV) 1954 yılında Cornell Üniversitesinde kurulmuş, ilk proton sinkrotronu (31 GeV) ise CERN de inşaa edilmiştir. Bu hızlı sürecin ardından hızlandırıcı teknolojilerindeki gelişim durmaksızın devam etmiş ve gelişmiştir (Wilson 2001). Günümüzde parçacık hızlandırıcılarının temel parçacık fiziği, nükleer fizik, katı hal fiziği, tıp, kimya, biyoloji, jeoloji, malzeme fiziği, nanoteknoloji, elektronik, enerji ve savunma sanayi gibi alanlarda 300 civarında alt başlıkta verilebilecek kullanım alanı mevcuttur. Dünyada civarında hızlandırıcı mevcuttur ve halen geliştirilmekte olan hızlandırıcı projeleri vardır. 90 lı yılların sonlarından itibaren doğrusal hızlandırıcılarda rölativistik hızlandırılarak elektron demetlerinin salındırıcı magnetlerle yüksek akı ve parlaklık değerlerine sahip, tek dalgaboylu ve eş salınımlı ışınım elde edilmesi ilkesine dayalı Serbest Elektron Lazeri (SEL) olarak adlandırılan dördüncü nesil ışınım kaynakları büyük gelişim göstermiştir. Bu yöntemle kızılötesi bölgesinden 1

14 sert X-ışını bölgesine kadar geniş bir spektral aralıkta lazer demetleri elde etmek mümkündür. Dünyada pek çok kurulmuş veya kurulması planlanan SEL tesisi bulunmaktadır. Bu tesislerin pek çoğu kızılötesi bölgede lazer demeti elde etmektedir. Elde edilen demetin birkaç piko saniye mertebesinde kısa atmalara sahip olması, dalga boyunun geniş bir spektrumda (görünür bölge- uzak kızılötesi bölge) ayarlanabilir olması, pik gücünün MW düzeyinde olması ve büyük optik kazanca sahip olması bu lazerlerin klasik lazerlere göre kullanıcı potansiyellerini artırmaktadır (Tural 2008). Serbest elektron lazerinin dalgaboyu salındırıcılara uygulanan manyetik alan değerinin veya elektron enerjisinin değiştirilmesi ile kızılötesi bölgeden morötesi bölgeye kadar değişik değerlerde elde edilebilir. Geleneksel lazerlerde her dalgaboyu değerinde çok kısa atmaların elde edilme imkanı kısıtlıdır. Atomik geçişlere dayalı olan çalışan klasik lazerlerde çok yüksek enerjili lazer demetleri elde edilemez bu durum demetin kısa atmalar şeklinde elde edilmesine de sınırlama getirir ancak serbest elektron lazeri yüksek enerjili ve kısa atmaların (ps veya fs mertebesinde) üretilmesine olanak sağlar. Elektron enerjisi ile doğru orantılı olarak serbest elektron lazerlerinde parlaklık değeri yüksek demetler elde etmek mümkün olmaktadır. Özellikle kızılötesi bölgede elde edilen serbest elektron lazerleri yüksek parlaklık değerine sahiptir (Dattoli 2000). Serbest elektron lazerlerinin elde edilme yöntemine bağlı olarak SEL demetleri yüksek atma gücüne sahip ve kararlılık süresi yüksek lazerlerdir. Klasik lazerlerde, lazer sisteminin maksimum güce ulaşarak ortamdaki atık enerjinin artmasına bağlı olarak lazer sistemini kullanma süresi (örneğin Nd:YAG lazerde 15dk-120dk) kısa iken, serbest elektron lazerlerinde sistem durmaksızın 2000 saate kadar çalışabilmektedir. Serbest elektron lazerinin sahip olduğu bu özellikler göz önüne alındığında son yıllarda araştırmacılar tarafından klasik lazerlere göre tercih edilmesinin nedeni daha iyi anlaşılmaktadır. Serbest elektron lazerinin dünyada bu denli yaygın kullanılmasına ve günden güne gelişen bir teknoloji olmasına karşın ülkemizde henüz bir örneği bulunmamaktadır. Küreselleşen dünyada ülkelerin birbiri ile etkileşimi kolaylaşmaktadır. Gelişmişlik düzeyinin bilim ve bilime ayrılan sermaye ile belirlendiği dünya standartlarında, günümüzün bilimsel adımlarından uzak kalarak dünya ile etkileşmek ve uluslararası arenada söz sahibi olmak mümkün değildir. Bu durumu fark ederek harekete geçen 2

15 değerli bilim insanlarının katılımı ve Kalkınma Bakanlığı nın desteği ile Ankara Üniversitesi koordinatörlüğünde toplam 11 üniversitenin üyeliğinde yürütülen YUUP (Yaygınlaştırılmış Ulusal ve Uluslararası Proje) projesi kapsamında kurulmakta Türk Hızlandırıcı Merkezi Kızılötesi Serbest Elektron Lazeri (THM KÖ-SEL) laboratuvarı ülkemizin ilk hızlandırıcıya dayalı ışınım kaynağı olacaktır (Yavaş 2009). THM KÖ- SERBEST ELEKTRON LAZERİ laboratuvarının uluslararası platformdaki adı 2009 yılından itibaren Turkish Accelerator and Radiation Laboratory at Ankara (TARLA) olarak anılmaktadır. Bu tesis ülkemizde ve komşu ülkelerde malzeme bilimi, nanoteknoloji, foto-kimya, yarı iletken yapılar, lineer olmayan optik, atom ve molekül fiziği, yüzey ve ara yüzey kimyası, lazer optiği, biyoloji, biyomedikal ve biyoteknoloji gibi pek çok alanda çalışan araştırmacılar için ve yine bu alanlarda ürün geliştiren sanayi kuruluşları için modern bir araştırma ve geliştirme merkezi olacaktır ( Bu çalışmada, süperiletken doğrusal elektron hızlandırıcı kullanılarak 40 MeV e kadar hızlandırılan elektron demetinin, 25 mm ve 90 mm periyod uzunluğuna sahip magnetlerden geçirilmesi ile µm dalgaboyu aralığında, kızılötesi bölgede elde edilecek olan serbest elektron lazeri demetinin güç ve enerji değerlerinin ölçüm yöntemleri üzerinde durulacaktır. Lazer demetinin güç ve enerji ölçümü diyagnostik laboratuvarında, demetin spektral aralığına uygun detektörler ve güçmetreler kullanılarak yapılmaktadır. Demetin güç, enerji, atma uzunluğu ve spektral aralığı gibi önemli parametrelerinin ölçümü demetin kullanıcı laboratuvarına yönlendirilmesinden önce gerçekleştirilmelidir. Kullanıcıların ve kullanıcı laboratuvarlarındaki donanımların güvenliği açısından kullanıcının çalışacağı lazer demetini tanıması ve özelliklerini net bir biçimde bilmesi gerekir. Bir serbest elektron lazeri tesisinde temelde elektron demet ve foton demet diyagnostiği olmak üzere iki çeşit demet kontrol sistemi bulunur. Elektron demet diyagnostiği elektron demetinin, elektron kaynağından alınıp salındırıcılardan çıktıktan sonra durdurulması dâhil tüm iletim hattı boyunca kontrollerinin ve parametre (yayınım, akım, güç) ölçümünün yapıldığı sistemdir. Foton demet diyagnostiği serbest elektron lazerinin üretim moduna göre farklı elemanlar içermektedir. TARLA tesisinde osilatör modda üretilecek lazer demeti için kullanılacak olan kontrol sistemi elemanları çalışma içerisinde incelenecektir. 3

16 Çalışma kapsamında öncelikler klasik lazerler ile serbest elektron lazerlerinin tarihi gelişimine ve iki lazer çeşidi arasındaki farklara değinilerek serbest elektron lazerinin fiziği üzerinde durulmuştur. Bu bilgilerin ardından serbest elektron lazeri tesislerinde kullanılan diyagnostik sistemleri ve elemanları incelenmiştir. Tezin son kısmında lazer demeti üzerindeki temel diyagnostik işlemleri olan güç, atma uzunluğu ve demet çapının ölçülmesi ile spektral aralığın ve demet profilinin belirlenmesi ile ilgili deneyler yapılmıştır. Bu ölçümler esnasında kullanılan cihazlar ve ölçüm medotları örnek alınarak TARLA tesisi lazer parametrelerine en uygun diyagnostik elemanları belirlenmiştir. Lazerin diyagnostik ölçümünde dünyadaki diğer kızılötesi serbest elektron lazeri tesislerinin ölçüm teknikleri incelenmiş ve özellikle lazer parametreleri TARLA ile benzerlik gösteren ELBE IR FEL (Almanya) tesisinin foton diyagnostik masası örnek alınarak TARLA foton diyagnostik masası dizaynı yapılmıştır. 4

17 2. KURAMSAL TEMELLER 2.1 Sinkrotron Işınımı ve Serbest Elektron Lazeri Serbest elektron lazerleri parçacık hızlandırıcılarına dayalı olarak yüksek parlaklık ve yüksek güç değerine sahip lazer demetlerinin üretildiği sistemlerdir. Serbest elektron lazerlerinin elde edilmesi için rölativistik hızlarda hareket eden elektron demetlerine ihtiyaç duyulur. Elektron demetinin hızlandırılması için doğrusal veya dairesel hızlandırıcılar kullanılabilir. Hızlandırıcı ünitesinde rölativistik hızlara ulaşan elektron demeti salındırıcı magnetlerin arasından geçirilir. Bu aşamada elektron demeti bu manyetik alan ile etkileşerek ışıma yapar ve ortamda bir foton akısı oluşur. Elde edilen foton demeti ile salındırıcı ortamındaki elektron demetinin etkileşmesi sonucu elektron demeti enerji kaybına uğrar. Bu yolla ortamdaki foton demetinin enerjisi artar ve doyum noktasına ulaşan foton demeti sistemden dışarı alınarak serbest elektron lazeri elde edilir. Serbest elektron lazerlerinin kaynağı sinkrotron ışınımıdır. Sinkrotron ışınımı rölativistik hızlarda hareket eden yüklü parçacıkların ivmeli hareketleri sonucunda kaybettikleri enerjidir. Sinkrotron ışınımının elde edilmesi için yüksek enerjili yüklü parçacık demetlerine ve parçacıkların yörüngesini eğecek bir manyetik alana ihtiyaç duyulur. Manyetik alan kaynakları olarak eğici, salındırıcı ya da zigzaglayıcı magnetler kullanılır. Yüksek enerjili elektron demetlerinin magnetler arasından geçirilmesi sonucu sinkrotron ışınımı elde edilir (Ciocci 2000). Sinkrotron ışınımının ilk gözlemlendiği yer yıldızlardır ancak kısa dalgaboylu sinkrotron ışınımı yüksek hızlı elektronların ivmeli hareketi sonucunda yaptığı ışıma ile elde edilir. Sinkrotron ilk olarak 1945 yılında elektron demetlerinin yüksek enerjilere hızlandırılması amacıyla siklotronlara alternatif olarak Jhon Blewett in fikriyle The General Electric Laboratory araştırma merkezinde üretilmiş ve 1947 yılında ilk sinkrotron ışınımı gözlenmiştir. Ardından 1956 yılında Cornell üniversitesi bilim adamları Tomboulian ve Hartman dairesel hızlandırıcıya dayalı 320 MeV lik elektron demeti ile UV bölgede sinkrotron ışınımı elde etmiş ve bu gelişmeden sonra

18 yılında Wisconsin üniversitesi öncülüğünde ilk elektron depolama halkası Tantalus I inşaa edilmiştir. Bu gelişmenin ardından 1971 yılında Fransa da 540 MeV enerjili elektron depolama halkası yapılmıştır. İlk sinkrotron ışınımı depolama halkası üzerindeki eğici (bending) magnetlerle yapılırken ilerleyen yıllardaki araştırmalar için depolama halkasının düz bölümlerine yerleştirilen zigzaglayıcı (wiggler ) magnetler ile elde edilen ışınımlar kullanılmıştır. Zigzaglayıcı magnetlerden elde edilen ışınımın akı ve parlaklığı eğici magnetlerden elde edilen ışınımdan daha fazladır. Kullanılan magnetlerin periyot sayısı az, alan şiddeti büyükse geniş spektrumlu bir ışıma elde edilir. Öte yandan kullanılan magnetin periyot sayısı çok, alan şiddeti küçükse çıkan ışınım tek bir frekansta ve onun harmoniklerinde elde edilir. Bu durumda magnet salındırıcı (undulator) magnet olarak adlandırılır. Salındırıcılardan elde edilen ışınımın parlaklığı ise zigzaglayıcı magnetlerden elde edilen ışınımın parlaklığından daha fazladır (Winick 1995). Sinkrotron ışınımı kaynakları dayandıkları teknoloji, fiziksel amaç ve parametreleri açısından dört nesile ayrılarak incelenir. Birinci nesil ışınım kaynakları yüksek enerji fiziği deneyleri için kurulan halka şeklindeki parçacık hızlandırıcılarıdır. Bu hızlandırıcılarda hafif parçacıkların (lepton) çarpıştırılması ile parazitik ışınım elde edilir. DESY (Deutsches Elektronen Syncrotron, Alman Elektron Sinkrotronu) hızlandırıcı merkezinde bulunan depolama halkası DORIS ve PETRA ( KEK (Japonya) bünyesindeki PEP ve TRISTAN ( elektron pozitron demetlerinden elde edilen ışınımlar birinci nesil ışınılara örnek gösterilebilir. İkinci nesil ışınım kaynakları eğici magnetler kullanılarak sinkrotron ışınımı elde edilen tesislerdir. Bu tesislerden ilki Tokyo Üniversitesi nde 1974 yılında çalışmaya başlayan 380 MeV lik SOR tesisidir. İkinci nesil ışınımların elde edildiği parçacık demetlerinin faz uzayındaki yayınımı için 100 nm rad değerine ulaşmıştır bu sayede elde edilen ışınımın parlaklığı mertebesinde artmıştır. Üçüncü nesil ışınım kaynakları depolama halkası boyunca bulunan düz kısımlara salındırıcı ve zigzaglayıcı magnetlerin yerleştirilmesi ve düşük yayınımlı elektron demetlerinin geçirilmesi elde edilen ışınımlardır. Bu tür halkalar kullanılarak parçacık demetlerinin yayınımı nm rad değerine inmiş ve elde edilen ışınımın parlaklığı mertebesine ulaşmıştır (Winick 1998). 6

19 Şekil 2.1 Işınım kaynaklarının yıllara göre gelişimi (Mete 2006) Üçüncü nesil ışınım kaynakları ile elde edilen sonuçlar daha düşük elektron demet yayınımına sahip, daha yüksek parlaklığı olan ve daha kısa dalga boylarında sinkrotron ışınımı elde edilebileceğini göstermiştir. Bu fikirlerin geliştirilmesiyle doksanlı yılların başında hızlandırıcı teknolojilerinde doğrusal veya halka şeklindeki hızlandırıcılarda kullanılan süperiletken hızlandırma kaviteleri ile çok düşük emittanslı, yüksek pik akımına (paketçik uzunluğu ps mertbesinde, paketçik yükü ise nc mertebesinde) sahip elektron demetlerinin elde edilmiştir (Winick 1995). Böylece dördüncü nesil ışınım kaynakları oluşmuştur. Demet yayınımı 20 nm rad değerinin altına çekilebilmiş ve nm mertebesinde dalgaboylu, yüksek akı, parlaklık ve güç değerlerine sahip ışınımlar elde 7

20 edilmiştir (Şekil 2.1). Serbest elektron lazeri de dördüncü nesil ışınım kaynakları arasında yer alır. Serbest elektron lazerleri yüksek akı ve parlaklık özelliği ile diğer nesil kaynaklarına karşı üstünlük sağlarlar. Serbest elektron lazeri elektron demetini paketçik yapılarına bölerek optik alanda oldukça yüksek parlaklıkta, enine koherent ışınım üretilen sistemlerdir (Winick 1998). Şekil 2.2 Salındırıcı içindeki elektron demetinin ve SEL demetinin görünümü (Yiğit 2007) Serbest elektron lazeri rölativistik elektron demetinin kutupları arasına sinüssel bir magnetik alan uygulanan salındırıcı magnetten geçerken kinetik enerjisinin bir kısmını elektromagnetik ışıma yoluyla kaybetmesi sonucu elde edilir (Şekil 2.2). Serbest elektron lazerleri depolama halkası kullanılarak kızılötesi bölgesinden (IR) morötesi bölgesine (UV) kadar geniş bir spektral bölgede elde edilebilirler. Elektron demetinin enerjisine göre serbest elektron lazerleri Compton SEL ve Raman SEL olmak üzere iki çeşide ayrılır. Düşük enerjili elektron demetleri kullanılarak elde edilen serbest elektron lazerleri Raman SEL olarak adlandırılır. Bu durumda elektronlar arası etkileşmeler egemen olmaktadır. Yüksek demet enerjilerine sahip, elektronlar arası etkileşimin ihmal edilebilir olduğu serbest elektron lazerleri Compton SEL dir (Winick 1988). Günümüz hızlandırıcı teknolojisine bağlı olarak yüksek enerjilere sahip elektron demetleri elde edilmektedir bu nedenle bu çalışmada Compton SEL den bahsedilecektir. 8

21 2.2 Lazerlerin Gelişimi ve Serbest Elektron Lazerinin Kısa Tarihi Lazer denildiğinde akla ilk gelen çeşitli renklerdeki ışık huzmeleridir oysa lazer sözcüğü, çalışma prensibine işaret eden Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation kelimelerinin baş harflerinin birleşiminden oluşmuştur. Bu tanım uyarılma yolu ile şiddeti arttırılmış ışık anlamındadır. Bugün lazer sözcüğü hem bu teknolojiyi anlatmak için hem de bu teknoloji ile yapılan işlemleri ve kullanılan ışık demetini anlatmak için kullanılmaktadır. Uyarılmış ışınım fikrinin ortaya atılması 1900 lerin başlarına dayanmaktadır ancak 1950 den sonra bu fikir fizikçiler tarafından uygulamaya geçirilmiş ve lazer teknolojisinin temelini oluşmuştur (Hect 1992). Bu dönemdeki çalışmalar sayesinde yeni lazer çeşitleri yapılmıştır. Lazerlerin gelişimi fiber-optik haberleşme, yüksek şiddetli lazer silahları ve lazer ile bilgi işleme teknolojileri ile katlanarak günümüze kadar gelmiştir ve hala bu alanda ki gelişmeler devam etmektedir Uyarılmış ışınım Uyarılmış ışınım fikrinin öncüsü Albert Einstein olarak kabul edilir (1916). Bu tarihe kadar fizikçiler ışık ile maddenin etkileşmesinin iki yolu olduğunu düşünmüşlerdir, ya atomun foton enerjisini soğurarak daha yüksek bir enerji seviyesine uyarılacağını ya da enerji yayınlayarak daha düşük bir enerji seviyesine geçiş yapacağını öngörmüşlerdir. Einstein bu süreçlere üçüncü bir seçenek eklemiştir. Uyarılmış bir durumda bulunan atomu daha düşük bir enerji seviyesine geçirecek kadar enerjiye sahip bir foton ile atom etkileşebilir ve baştaki enerjiye sahip bir foton açığa çıkabilir. Bu süreç şekil 2.3 de görülmektedir. Doğada bu tür bir olayın gözlenmesi oldukça güçtür çünkü genellikle maddedeki düşük enerji seviyesindeki atom sayısı yüksek enerjili atom sayısından fazladır ancak bir fotonun atomdaki yüksek enerjili bir seviye ile karşılaşması ve burada soğurularak daha yüksek bir enerji ile yayınım yapması mümkündür. İşte Einstein in bu varsayımı ortaya çıkışından ancak on yıl sonra denenerek laboratuvar ortamında gözlenmiştir (Hect 1992). 9

22 Şekil 2.3 Uyarılmış ışınım Maserin keşfi Uyarılmış ışınımın ilk denemesi mikrodalga bölgesinde yapılmıştır ve bu sayede MASER keşfedilmiştir. Maser kelimesi Microwave Amplification by the Stimulted Emission of Radiation sözcüklerinin baş harflerinin birleştirilmesi ile oluşur. Maser Charles H. Townes tarafından icat edilmiştir. Townes moleküler bir demet elde edip bu demeti elektromanyetik bir alan içindeki kaviteden geçirerek mikrodalga yayınımı elde etmiştir. Maserin gelişiminin ardından Townes ve diğer fizikçiler mikrodalga bölgesinin ötesinde kısa dalgaboyu alanında denemeler yapmaya başlamışlardır. Bu dönemde Kolombiya Üniversitesi nde bir fizik öğrencisi olan Gordon Gould maser sisteminin görünür bölgede çalışması için gereken şartları incelemiş ve 1977 de neodmiyum lazerlerin enerji kazanımı ile ilgili bir makale ardından 1979, 1987 ve 1988 de lazer teknolojisi ile ilgili bir seri makale daha yayınlamıştır (Seigman 1971). 10

23 2.2.3 İlk lazerin elde edilmesi ve serbest elektron lazeri Townes ve Gould ın çalışmaları bilim dünyasında lazer fikrine karşı bir merak uyandırmıştır. Lazer teknolojisinin bu denli ilgi çekici olmasının anlaşılmasının ardından pek çok araştırmacı lazer fikri üzerinde düşünmeye başlamıştır. Bu dönemde genç bir fizikçi olan Theodore H. Maiman lazer ışınını yakut kristali kullanarak elde etmeyi düşünmüştür. Maiman, sentetik yakuttan yapılmış iki ucunda yansıtıcı malzeme bulunan bir çubuğu helisel bir flaş lambanın içine koymuştur ve lamba yandığında çubuğun bir ucunda kırmızı bir sinyal ışığı elde etmiştir, böylece ilk lazerin doğmasını sağlamıştır (Billings 2011). Mainman ın çalışmaları yeni katı-hal lazerlerin yapılmasına ilham vermiştir. Yakut lazerden sonra Peter P. Sorakin ve M. J. Stevenen uranyum katısı ile bir lazer üretmişlerdir. Uranyum lazerin ardından Ali Javan, W. R. Bennet ve Donald R. Herriott infrared bölgeye yakın (1.15 µm) Helyum Neon lazeri elde etmiştir. Daha sonra White ve Rigden adlı iki araştırmacı 632,8 nm dalgaboylu kızılötesi bölgedeki ilk lazeri elde etmiştir. Aynı yıllarda L. F. Johnson ve K. Nassau ilk neodim lazeri elde etmişlerdir ve takip eden zamanda neodim katkılı lazerde Yttrium Aluminum Garnet (YAG) maddesinin kullanılmasının daha iyi bir sonuç verdiği anlaşılmıştır. İlk yarıiletken lazer çalışmaları 1962 yılında üç ayrı grup tarafından yürütülmüştür. General Electric Research Laboratories, IBM Watson Research ve MIT s Lincoln Laboratories araştırmacıları 77 K derecedeki galyum arsenik ile yüksek akımlı lazer ışını elde etmeyi başarmışlardır (Hecht 1992). İlerleyen birkaç yıl içinde günümüzde kullanılan popüler lazer çeşitleri üretilmiştir yılında William B. Bridges bugün bilinen argon iyonu lazerini elde etmiş, yine aynı yıl C. Kumar ve N. Patel günümüzde endüstride çok yoğun kullanılan karbondioksit lazeri elde etmişlerdir yılında ilk kimyasal lazer, hidrojen klorür J. V. Kaspar ve G. C. Primental tarafından elde edilmiştir da Sorokin ve J. R. Lankard ilk organik boya lazerini geliştirmeyi başarmıştır. Bu dönemden sonra yeni nesil lazerlerin bulunması 1970 lerde bir yavaşlama dönemine girmiştir. Argon veya florid gazları ile yüksek şiddetli bir lazer elde edilen Excimer lazer ve serbest elektron lazerin keşfedilmesi ile bu durgunluk dönemi sona ermiştir (Seigman 1971). 11

24 Serbest elektron lazeri ile ilgili ilk çalışmalar 1951 yılında Stanford Üniversitesi nde Hans Motz ve ekibi tarafından yapılmıştır. Motz serbest bir elektron demetinin manyetik alanda içindeki hareketi sonucunda radyasyon şiddetini arttırıcı bir etki yaptığını teorik çalışmaları ile ispatladı. Atomik ve moleküler lazerler ve optik rezonatör teknolojisi kızılötesi bölgede, görünür bölgede ve UV bölgede başarılı sonuçlar vermesine karşın bu tür lazerlerin sınırlı ayarlanabilir özelliğinden dolayı yumuşak X ışını bölgesinde başarılı sonuçlar elde edilmemiştir. Bu durum serbest elektron demetlerinin bir manyetik alandan geçirilerek lazer elde edilmesi gerekliliğini ortaya koymuştur. Motz ve ekibi dalgalı bir manyetik alan içinde serbest bir elektron demetinin yaptığı ışımanın spektrumunu incelemiş ve mavi yeşil bölgede milimetre boyutunda dalgaboyuna sahip ışımalar elde etmişlerdir. Motz un çalışmaları serbest elektron lazeri içindeki manyetik yapının anlaşılmasını sağlamıştır yılında Stanford Üniversitesi nde John Madey kuantum teorisi yaklaşımı ile elektron demeti ile elektromanyetik alan arasındaki enerji aktarımını açıklamıştır yılında Madey ve ekibi görünür bölgedeki (10 µm) ilk serbest elektron lazerini elde edilmişlerdir. İlerleyen yıllarda California Üniversitesi nde serbest elektron lazerinin kazanç mekanizmasını ve ayarlanabilirlik özelliğini açıklamak üzere çalışmalara devam edilmiştir (Ciocci 2000). 2.3 Serbest Elektron Lazerinin Çalışma İlkesi Serbest elektron lazerleri ayarlanabilir dalgaboylu, monokromatik, yüksek akı ve parlaklık değerlerine sahip 4. nesil ışınım kaynaklarıdır. Serbest elektron lazerlerinde tekrarlama frekansı (GHz mertebesinde), ortalama gücü (10 kw tan fazla) ve tepe gücü (GW mertebesinde) yüksek, elektromanyetik spektrumun uzak kızılötesi bölgesinden x ışınları bölgesine kadar çok geniş bir aralığında lazer demetleri elde edilebilir (Ciocci 2000). Bu özellikleri ve elde edilme yöntemi göz önünde bulundurulursa serbest elektron lazerinin klasik lazerden oldukça farklı olduğu söylenebilir. Geleneksel bir lazerde elektromagnetik dalganın, bir kazanç ortamı (katı, sıvı veya gaz madde) ile etkileşmesi ile uyarılmış ışınım elde edilir. Başlangıçta yükseltilmek üzere kazanç ortamına sürülecek dalga optik pompalama veya kimyasal süreçlerle elde edilir ve bunun ardından dalga optik kavite içinde defalarca yansıyarak kuvvetlendirilir. Şekil 2.4 te geleneksel bir lazerin yapısı görülmektedir. Klasik lazerlerde kazanç ortamının 12

25 belirli bir maddeden oluşması elde edilen lazer demetinin dalgaboyunda, parlaklığında ve şiddetinde sınırlamalara neden olur. Kullanılan maddenin atomlarının uyarılmış durumda kalma süresi ve uyarılma sonrası elde edilen elektromanyetik dalganın osilasyona uğraması için gerekli şartların sağlanması klasik bir lazer sisteminde elde edilecek lazer demetinin özelliklerini ve buna bağlı olarak kullanım alanlarını da etkilemektedir (Hecht 1992). Serbest elektron lazerinde kazanç ortamı yüksek enerjili elektron demetidir. Bu durumda enerji değişimi, geleneksel lazerlerde olduğu gibi, bağ elektronlarının kuantum geçişleri vasıtasıyla olmaz, yani ışınımın elde edilme süreci kimyasal olaylara bağlı değildir. Serbest elektron lazerinde kavite içindeki enerji kazanımı manyetik alan içinde hareket eden elektron demeti ile elektromanyetik alan arasındaki etkileşmenin sonucudur. Elektron demetinin ve ortamdaki elektromanyetik dalganın etkileşiminde kimyasal süreçler söz konusu değildir bu sayede serbest elektron lazeri çok geniş dalgaboyu aralıklarında elde edilebilir (Winick 1998). Şekil 2.4 Geleneksel lazerin yapısı Serbest elektron lazerinde elektron demeti kutupları arasında sinüsel bir manyetik alan uygulanan salındırıcı magnetler arasından geçer. Salındırıcı magnet içerisinde yatayda hareket eden elektron demeti manyetik alanın boyuna bileşeni ile etkileşir ve elektron demetinin yörüngesi üzerinde bir bükülme olur. Bu durumda elektron demeti enine bir hız bileşeni kazanır ve demet ivmeli hareketi sonucunda elektromanyetik ışıma yapar. Ortamdaki bu elektromanyetik ışımanın elektrik alan bileşeni ile kavite içinde hareket etmekte olan elektron demetinin elektrik alan bileşenlerinin etkileşmesi sonucu elektron demeti enerji kaybına uğrar. Elektron demetinin kaybettiği enerji kavite ortamında bir kazanç sağlar ve buradaki elektromanyetik dalgayı güçlendirir. Süreç devam ettikçe elektronlar ve foton demeti eş fazlı bir yapıya ulaşır ve belli bir doyuma sahip olan 13

26 foton demeti kaviteden dışarı alınarak serbest elektron lazeri elde edilmiş olur. Serbest elektron lazeri mekanizmasında kavite ortamında oluşan elektromanyetik ışımanın elektron demetinden daha hızlı hareket etmesi iki demet arasındaki faz farkına sebep olmaktadır, böylece kavite ortamında daima pozitif kazanç sağlanır (Saldin 2000). Şekil 2.5 Serbest elektron lazeri elemanları (Yiğit 2007) Serbest elektron lazerine elektron demetinin enjekte edilmesi için öncelikle elektronların belirli bir hıza çıkarılması gerekir. Çalışma prensibine dayanarak serbest elektron lazeri bilinen diğer lazerlerden farklı elemanlara sahiptir. Bu elemanlar; elektron tabancası (electron gun), paketleyici (buncher), elektron hızlandırıcısı (booster), salındırıcı (undulator) ve optik kavitedir (Şekil 2.5). 2.4 Serbest Elektron Lazerinin Fiziği Serbest elektron lazeri fiziğini incelemek için üç yöntem vardır. Bunlardan ilki hareketli kütle merkezi çerçevesinde sistemin Hamiltonyenin çözülmesine dayanır ve ilk olarak A. Renieri tarafından geliştirilmiştir. İkinci yöntem laboratuvar çerçevesinde Lorentz kuvvetinden yola çıkarak sistemin sarkaç denkleminin çözümünü içerir. Bu metodun kurucuları W.B. Colson dır. Serbest elektron lazeri fiziğinin anlaşılmasında en kullanışlı yaklaşımdır. Üçüncü bir diğer yaklaşım, C. Pellegrini ve S. Krinsky tarafından geliştirilmiştir ve yüksek kazanç bölgesine yoğunlaşmış çiftlenimli bir Vlasov ve 14

27 Maxwell denklemleri sistemidir (Dattoli 1993). Çalışma kapsamında ikinci yöntemden yola çıkarak serbest elektron lazeri fiziği incelenecektir Elektron demetinin salındırıcı içindeki hareket denklemi Elektron demeti salındırıcı içinden geçerken salındırıcının manyetik özelliğine göre çeşitli salınım hareketleri yapar. Salındırıcı içinde lineer ya da helisel mıknatıslar bulunur, mıknatısın çeşidine göre elektron demeti de yatay, dikey ya da helisel bir hareket yapar. Şekil 2.6 Salındırıcı içerindeki elektron demeti Şekil 2.6 da elektron demetinin salındırıcı içerisindeki durumu gösterilmiştir. Salındırıcının ekseni (z ekseni) elektronun hareket ekseni ile paralel olup manyetik alan y ekseni doğrultusunda salınır. Elektron demetinin vakum altında bulunmasını göz önünde bulundurarak manyetik alan için denklemini elde edilir. Buradan hareketle manyetik alan manyetik potansiyelin gradiyenti olarak yazılabilir (Griffiths 2003). Bu Denklemten yola çıkarak manyetik potansiyel için Laplace denklemi elde edilir. Laplace denkleminin çözümü için manyetik potansiyel şu şekilde ifade edilebilir: 15

28 2.1 Genel çözüm için şeklinde çözüm önerisi yapılır. Bu çözüm denklem 2.1 de yerine konularak ve manyetik alan için eşitliği yazılarak y=0 koşulu için ve sabitleri elde edilir. Buradan yola çıkarak manyetik potansiyel için şu denklem yazılır: 2.2 Denklem 2.2 den yola çıkarak helisel bir salındırıcı için manyetik alan şöyle ifade edilir: dalgaboyu olmak üzere ; 2.3 Belirtilen manyetik alandan kaynaklanan bir Lorentz kuvveti vardır ve elektron demeti bu kuvvet altında hareket eder. Bu durumda elektron demetinin hareket denklemi Denklem 2.5 in çözümü için elektron demetinin z ekseni boyunca hızının olduğu ve buradan hızın yola çıkarak olarak ifade edilir. Hareket denkleminin çözümünden elektron demetinin hız bileşenleri şöyle elde edilir:

29 Elektron demetinin salındırıcı etkisinde hareket ederken z ekseni boyunca yörüngesinde sapmalar meydana gelir. Demetin yörüngesinden sapma miktarı açısı ile ifade edilmektedir (Wille 2000). Şekil 2.7 Elektron demetinin ideal yörüngesinden sapma miktarı (Wille 2000) Elektron demetinin sapma miktarı K salındırıcı parametresi olmak üzere şeklinde ifade edilir (Şekil 2.7) Elektron demeti ile elektromanyetik dalga arasındaki enerji aktarımı Serbest elektron lazerinde enerji aktarımı elektron demeti ile optik kavite içinde elde edilen elektromanyetik dalga arasında gerçekleşir. Kavite içerisine yollanan ilk elektron paketçiğinin yörüngesinde manyetik alan etkisiyle bükülme meydana gelir ve elektronlar elektromanyetik ışıma yapar. Ortamada oluşan elektromanyetik dalga kavitenin diğer ucundaki aynadan yansıyarak kaviteye giren ikinci elektron paketçiği ile etkileşerek optik alanda bir enerji kazancı meydana getirir. Bu kazancın elde edilmesi için elektron demetinin yatay hız bileşeni ile lazer demetinin elektrik alan bileşeni etkileşir. Bu süreç boyunca elektron demeti ile lazer demeti aynı eksen üzerinde hareket eder ve elektronların hız bileşeni ile lazer demetinin elektrik alan bileşeni birbirine dik konumlanır ( ) (Wille 17

30 2000). Bu durumda ortamda enerji kazancı için ve olmak üzere şu sonuca varılır: 2.7 Böyle bir geometride lazer demeti ile elektron demetinin etkileşmesi sonucu enerji kazanımı olanaksızdır. Elektron demetinin salındırıcı içinde hareketinden dolayı yatay bir hız bileşeni kazanması sonucu enerji kazanımı şartı gerçekleşir (Wille 2000). Salındırıcı magnet parametresi K ve dalga sayısı olmak üzere elektron demetinin manyetik alan kaynaklı yatay hız bileşeni aşağıdaki gibi ifade edilir. 2.8 Serbest elektron lazerinin elektrik alanı hızın bu yatay bileşeni belli koşullar altında etkileştiğinde pozitif enerji kazancı sağlanmış olur. Şekil 2.8 de elektrik alan ile yatay hız bileşeni arasındaki bu etkileşme görülmektedir. Şekilde hızı ile pozitif yönde ilerleyen bir elektron lazer demetinin elektrik alan bileşeninin tepe noktası ile karşılaştığında negatif yükü nedeniyle elektrik alan tarafından yavaşlatılır ve optik alanda enerji kazancı meydana gelir. Sürecin ikinci yarı periyodunda elektron yine hızı ile ancak bu defa negatif yönde hareket edecektir. Lazer demetinin elektron demetinden daha hızlı ilerlemesinin sonucu olarak aralarında kadar bir faz kayması oluşacak ve elektron üzerine etki eden elektrik alan olacaktır. Bu durumda negatif yönde hareket eden elektron yine enerji kaybedecek ve bu kayıp optik alana kazanç olarak yansıyacaktır (Wille 2000). 18

31 Şekil 2.8 Salındırıcı magnet içindeki lazer alanı ve salınan elektron demeti (Wille 2000) Serbest elektron lazerinde elektron demeti ile elektromanyetik dalganın etkileşimi açıklandıktan sonra enerji kazanımı için faz şartlarının tartışılması gerekmektedir. Helisel bir salındırıcı içindeki elektrik alan aşağıdaki gibi ifade edilir: 2.9 Elektron demetinin salındırıcı içinde enerjisindeki değişimi şöyle ifade edilebilir: Elektron demetinin yatay hız bileşeni işe elektromanyetik dalganın elektrik alanı arasındaki faz açısı Denklem 2.10 da eşitliği ile belirtilmiştir. Burada yazılarak faz açısı için Denklem 2.11 elde edilir: 19

32 Faz açısı zaman içinde sabit kaldığı sürece rezonans durumu oluşur ve elektron demeti ile lazer demetinin etkileşimi devam eder. Bu sayede elektron demeti ile lazer demeti arasındaki enerji aktarımının sürekliliği sağlanır. Faz açısının kavite ekseni boyunca (z ekseni) sabit kalması için aşağıdaki eşitliğe ulaşılabilir Denklem 2.12 de ve Denklemleri kullanılarak lazer demetinin dalgaboyu değeri için şu Denklem elde edilir: 2.13 Denklem 2.13 serbest elektron lazeri dalgaboyunun salındırıcı parametresi K ve salınıdırıcı dalgaboyu ile ilişkisini gösterir. Denklem 2.13 serbest elektron lazeri dalgaboyunun salındırıcı dalgaboyunda paketlendiğini ve koherent bir yayılım gösterdiğini belirten önemli bir denklemdir (Wille 2000). Kavite içinde lazer üretimi için ψ faz açısının sabit kalması gerekmektedir. Denklem 2.13 üretilen lazer demeti ile manyetik alanının eş fazlı yayılıma sahip olduğunu belirtir ve rezonans koşulu olarak kabul edilir. Bu durumda kavite içine giren elektronlardan enerjileri rezonans enerjisine çok yakın olanlar bu hızla enerjilerinin optik alana bırakacaklardır. Bu durumda sözü edilen parçacıklar için faz açısı kayacak ve rezonans şartı sağlanacaktır. Faz kayması olmayan enerji değerleri rezonans durumu olarak tanımlanır. Rezonans koşulu için şu Denklem yazılabilir:

33 Lazer demetinin elde edilebilmesi için rezonans enerjisine yakın enerjili elektronlar ile elektromanyetik dalganın etkileşmesi gereklidir. Bu durumun kullanışlı bir hale getirilmesi için optik alana aktarılan enerjinin rezonans enerjisinden sapma miktarının incelenmesi yararlı olur. elektronların enerji değişimi, elektronun toplam enerjisi ve rezonans enerjisi olmak üzere bu ilişki şu şekilde ifade edilir:, 2.15 Denklem 2.15 e göre, elektronların toplam enerjisinin rezonans enerjisinden küçük olduğu durumda ( ) elektronlar enerji kazanır, tam tersi durumunda ( ) elektronlar enerji kaybeder. Toplam enerjinin rezonans enerjisine eşit olduğu durumunda ise lazer alanı ile elektronlar arasında enerji aktarımı söz konusu değildir. Işığın kavite içerisindeki olası kayıpları ihmal edilerek elektronların enerji kaybının optik alandaki kazanca eşit olduğu duruma kararlı durum denir (Wille 2000). 21

34 Şekil 2.9 Elektron demetinin enerjisinin rezonans enerjisine göre durumu (Özkorucuklu 2011) Elektron demetinin enerjisinin rezonans enerjisine göre büyük, küçük ya da eşit olduğu durumlardaki enerji aktarımı durumları şekil 2.9 da görülmektedir. Şeklin ilk bölümünde (a) elektron demetinin enerjisi rezonans enerjisindedir bu durumda iki lazer demeti ile enerji aktarımı söz konusu olmaz ve elektronlar paketlenemez. Şeklin ikinci kısmında (b) elektronların enerjisi rezonans enerjisinden çok büyüktür, böyle bir durumda çok az elektron paketlenebilir ve enerji aktarımı çok düşüktür, şeklin son kısmında ise (c) elektronları enerjisi ile rezonans enerjisi arasında çok küçük bir fark vardır, bu durumda çok sayıda elektron lazer demeti ile etkileşerek paketlenir ve enerji değişimi artar. Serbest elektron lazerinin elde edilmesi için son durumdaki şart sağlanmalıdır (Saldin 2000). 22

35 2.5 Serbest Elektron Lazerinin Üretim Modları Serbest elektron lazerleri elde edilen lazer demetinin dalgaboyu aralığına (X ışını bölgesi, kızılötesi) göre değişik sistemlerde üretilebilir. Serbest elektron lazeri için osilatör, kendiliğinden genlik arttırımlı ve yükselteç olmak üzere üç farklı üretim modu bulunur. Osilatör serbest elektron lazeri salındırıcı magnet, elektron demeti ve aynalardan oluşan bir optik kavite yapısına sahiptir. Doğrusal ya da dairesel elektron hızlandırıcısında rölativistik hızlara ulaşan elektron demeti, salındırıcı magnetten geçirildiğinde dar bir koni hacmi içinde salındırıcı magnet ekseni boyunca ani bir elektromanyetik ışıma yapar. Elde edilen ışıma iki ayna arasında tuzaklanır ve salındırıcı içine giren elektron paketçikleri ile etkileşmeye devam eder. Işınım alanı ile elektron paketçikleri arasındaki etkileşim sonucu lazer demeti elektron paketçikleri dalgaboyunda yayılır ve bu yolla eşfazlı bir ışıma elde edilir (Karslı 2006). Çıkan ışınım doyuma ulaşana kadar bu süreç devam eder. Osilatör modunda 180 nm dalga boyuna kadar ışınım elde edilebilir. Bu nedenle VUV bölgesinin ötesinde bir lazer demeti elde edilemez (Ciocci 2000). Şekil 2.10 da osilatör serbest elektron lazerinin yapısı gösterilmiştir. Şekilde elektron demeti üzerine etki eden Lorentz kuvvetinin yönü gösterilmiştir. Elektron demeti bu kuvvet yönünde bükülmeye uğrayarak enine bir hız bileşeni kazanır ve elektromanyetik ışıma yapar. Ortamdaki bu ışıma ile elektron demetinin etkileşerek elektronların enerji kaybetmesi sonucu ışınım ortamında kazanç meydana gelir, bu durum serbest elektron lazeri mekanizmasında pozitif kazanç olarak adlandırılır. Tam tersi durumda ise elektron demetinin kinetik enerjisinde artış olur ve lazer alanı enerji kaybına uğrar, bu durum negatif kazanç olarak isimlendirilir. Pozitif ya da negatif kazanç gözlenmesi elektron demeti ile ışıma alanı arasındaki faz kaymasına bağlıdır. Elektron ve lazer demeti arasında, lazerin ışık hızında ilerlemesinden kaynaklı hız farkı meydana gelir. Elektronlar salındırıcı boyunca lazer demetinin arkasında kalır. Bu durum iki demet arasındaki faz farkını ve rezonans durumunu oluşturur. Rezonans elektronun salındırıcı magnet alanı içerisindeki her bir salınımının, ışınımın dalgaboyunun tamsayı katına (harmonik sayı) eşit olması durumudur. Bu şarta bağlı olarak kavitede serbest elektron lazeri üretimi gerçekleşir (Karslı 2006). 23

36 Şekil 2.10 Osilatör mod serbest elektron lazeri (Mete 2012) Serbest elektron lazeri üretim modlarından bir diğeri SASE modudur. SASE (Self Amplification of Spontaneous Emission) kendiliğinden genlik aktarımlı yayınım anlamına gelmektedir. SASE serbest elektron lazerinde optik kavite bulunmaz (Şekil 2.11). Dairesel ya da doğrusal bir hızlandırıcıda hızlandırılan elektron demeti salındırıcı içine gönderilir ve manyetik alan etkisinde bükülmelere uğrayarak sinkrotron ışınımı yapar. Elektron demeti yayınlanan ışınımın dalga boyu ile uyumlu küçük paketçikler halinde gönderilir. Bu sayede oluşan koherent ışınım kendisini şiddetlendirir, yani her bir dalganın tepe noktası üst üste gelir ve şiddetlendirilmiş bir lazer ışını elde edilir (Ciocci 2000). Osilatör mod serbest elektron lazerinde X ışını bölgesinde bir demet elde etmek için kavite yapısının çok uzun olması gerekmektedir bu durum kavite boyunca demet kayıplarını arttırır. Araştırmacılar bu durumu uzun bir salındırıcı içinden geçirilen rölativistik hızdaki bir elektron demetinin anlık ışımasını kullanarak çözümlemişlerdir. Çok uzun bir salındırıcı magnet (>100m) ve yeterli enerjiye sahip bir elektron demeti (GeV mertebesinde) kullanıldığında serbest elektron lazerinde kararsızlık mekanizması ortaya çıkar. 24

37 Şekil 2.11 SASE Mod Serbest Elektron Lazer (Yiğit 2007) Bu durum arttırılmış parlaklığa sahip x-ışını elde etme olasılığını ortaya çıkarır. Bu kararsızlık yayımlanan ışınımın şiddetinde belirli bir dalgaboyu için üstel artışa sebep olacak ve ışınım kendi kendini yükseltecektir. Kararsızlık durumunu ilk başlatacak ışınım alanı kendiliğinden salındırıcı ışınımı veya bir dış kök lazeri olabilir. Anlık ışınımdan kaynaklı olarak elde edilen lazer SASE olarak adlandırılır (Ciocci 2000). Yükselteç modda optik kavite yapısı bulunmaz ve elektron demeti dışarıdan salındırıcı içine gönderilen başka bir lazer demeti ile uyarılır ve daha sonra salındırıcı içinde ışımaya uğrar (Şekil 2.12). Elektron demetinin yaptığı ışıma dışardan gelen lazer demeti ile güçlendirilir ve lazer demeti elde edilir. Şekil 2.12 Yükselteç Mod Serbest Elektron Lazeri (Yiğit 2007 ) Serbest elektron lazeri üretim modlarının birbirlerine göre avantajlı veya dezavantajlı olduğu durumlar vardır. Bu karşılaştırma birkaç maddede toplanabilir: 25

38 Osilatör mod klasik lazerin üretim yöntemi ile benzerlik gösterdiğinden kurulumu kolaydır. Buna karşın kavitede yapısında aynaların yer alması VUV bölgesinin ötesinde kısa dalgaboylu lazer demetlerinin elde edilmesini engeller. Osilatör modda her ne kadar VUV bölgesinin ötesinde lazer demetleri elde edilemese de kızılötesi bölgede geniş bir spektrumda lazer demeti elde edilir bu da elde edilen lazerin kullanıcı potansiyelini arttıran bir unsurdur. SASE mod x-ışınları bölgesinde ve VUV bölgesinde lazer demetleri elde etmekte kullanılır. Elektron demetinin tek geçişi sayesinde sistemde yüksek verim elde edilir ancak yüksek enerjili elektron demeti ve uzun salındırıcı gereksinimi SASE modun dezavantajı olarak değerlendirilir. Yükselteç modda yüksek güç ve parlaklığa sahip SEL elde etmek için çok hücreli bir salındırıcı kullanılmalı ya da salındırıcıya gönderilen dış lazer demeti yüksek şiddetli olmalıdır (MW mertebesinde). Yükselteç SEL de verim osilatör SEL in on katıdır ve maliyeti daha azdır ancak, yükselteç modda farklı dalga boylarında SEL elde etmek için giriş lazerinin dalga boyu değiştirilmeli ve farklı lazerler gerekmektedir bu da yükselteç modun dezavantajıdır (Pellegrini 1986). TARLA tesisinde ülkemizin ilk serbest elektron lazeri tesisi olacaktır bu nedenle tesis bir test merkezi niteliğinde olup SEL teknolojisinin geliştirilmesine olanak sağlayacaktır. Kurulumunun daha kolay olması ve ülkemizde lazer kullanıma dayalı araştırmalarda kullanılabilecek bir demet elde etme amacı göz önüne alındığında TARLA da osilatör mod serbest elektron lazeri kurulumunun yapılması sonucuna ulaşılmıştır (Yavaş 2011.a). 26

39 2.6 Osilatör Mod Serbest Elektron Lazerinin Özellikleri Dalgaboyu Serbest elektron lazerleri kullanılacak dalgaboyu aralığına göre değişik modlarda elde edilebilir ancak her bir mod temelde aynı ilkeye göre çalıştığı için dalgaboyu için şu bağıntı kullanılır: 2.15 Burada salındırıcı magnetin periyot uzunluğunu, γ lazer demetinin Lorentz faktörünü elektron demetinin çizgisel yörüngesinden sapma miktarını ifade eder. Denklem 2.15 te lazerin Lorentz faktörü enerji ve kütle cinsinden yerine yazılarak ve denklemdeki sabitler yerine konularak pratik birimler cinsinden dalgaboyu şöyle ifade edilebilir: 2.16 Lazer dalga boyunun ayarlanması salındırıcı magnetin kutupları arasındaki uzaklığın değiştirilmesi, elektron enerjisinin değiştirilmesi ya da ikisinin orantılı olarak değiştirilmesi ile yapılır (Ciocci 2000). Elektromanyetik spektrumun farklı bölgelerinde üretilen serbest elektron lazerleri için dalga boyu uzak kızılötesi bölge için 1000µm- 10µm; yakın kızılötesi, görünür bölge ve ultraviyole bölge için 10 µm-20 nm; X-ışınları bölgesi için 100 nm-10 nm arasındadır Enerji ve güç Serbest elektron lazerinin enerji salındırıcı içindeki elektron demetinin enerjisi ile ilişkilidir. Serbest elektron lazerinde salındırıcı içindeki elektron demetinin enerjisi 27

40 2.17 eşitliği ile ifade edilir. Lazerin dalga boyu salındırıcı içindeki elektron demetinin enerjisinin karesi ile ters orantılıdır. Kısa dalga boylu ve yüksel şiddette bir lazer demeti elde etmek için elektron demetinin enerjisi arttırılmalıdır. Elektron demetinin enerjisi yukarıda belirtildiği gibi olmak üzere lazer demetinin enerjisi pratik birimler cinsinden aşağıdaki gibi olur Elde edilecek serbest elektron lazerinin dalgaboyu aralığı elektron demetinin enerjisine göre değişir. Buna bağlı olarak 5-10 MeV enerjili elektron demeti kullanılarak uzak infrared bölgede, MeV lik elektron demeti kullanarak orta infrared bölgede dalga MeV enerjili elektronlar ile UV-VUV ve GeV lik yüksek enerjili elektron demetleri kullanarak X Işınları bölgesinde serbest elektron lazeri üretimi yapılabilir (Karslı 2006). Lazer demetinin çıkış gücü de elektron demetinin gücüne bağlıdır, bu bağımlılık şu şekilde ifade edilir: Akı, parlaklık ve aydınlık kavramları Serbest elektron lazeri demetinin kalitesi akı, aydınlık ve parlaklık kavramları göz önüne alınarak ölçülür. Aydınlık ve parlaklık kavramları akı ile ilişkilidir bu nedenle akının tanımından başlamak yararlı olacaktır. Demetin akısı demetin sahip olduğu enerji aralığında, birim band genişliğine birim zamanda (s) düşen fotonların sayısı olarak ifade edilir ve bu ilgili bağıntısı Denklem 2.20 ile ifade edilmiştir. 28

41 2.20 Serbest elektron lazerlerinin bazı uygulama alanlarında (malzeme araştırmaları) lazer demetinin noktasal kabul edilmesi ve konumunun yüksek çözünürlükle belirlenmesi gerekir. Böyle bir durumda demetin kesit alanının ve diverjansının bilinmesi gerekmektedir. Bu nicelikler ise demetin parlaklık ve aydınlık kavramları ile ilgilidir (Karslı 2006). Aydınlık terimi demetin açısal sapması başına sahip olduğu foton sayısıdır. Açısal sapma bağıntısı ile ifade edilir. Burada elektron demetinin enine yayınımını, demetin odaklandığı noktaya göre konumunu açıklayan niceliktir. Denklem 2.20 de belirtilen akı ifadesinden yararlanılarak aydınlık ifadesi için Denklem 2.21 elde edilir. S 2.21 Demetin parlaklığı ise demetin birim kesit alanı üzerine düşen foton sayısı olarak belirtilir. Demetin kesit alanı yararlanarak demetin parlaklık ifadesi için şeklinde ifade edilir, bu bağıntıdan B 2.22 eşitliği elde edilir. Parlaklık ve aydınlık ifadeleri demetin kullanım alanının belirlenmesinde kullanılan önemli niceliklerdir (Wille 2000). 2.7 Serbest Elektron Lazerinde Diyagnostik Sistemleri Serbest elektron lazeri tesislerinde, lazer demeti elde edilmeden önce ve elde edildikten sonra kullanılan iki farklı diyagnostik sistemi bulunur. Serbest elektron lazeri rölativistik hızlarda hareket eden elektron demetinin ivmeli hareketi sonucu yaydığı elektromanyetik ışımanın kuvvetlendirilmesi ile elde edilir. Lazer demetinin dalgaboyu, 29

42 gücü ve parlaklığı elektron demetinin enerjisine bağlıdır, bu nedenle elektron demeti üzerindeki anlık kayıplar, demetin konumu ve akımı demet hattı boyunca kontrol altında tutulmalıdır. Elektron demet parametrelerinin ölçülmesi ve kontrol altında tutulması beklenen dalgaboyu aralığında bir serbest elektron lazerinin üretilmesi ve kullanıcı laboratuvarlarının ihtiyacının karşılanmasında çok önemli bir yere sahiptir. Elektron demetinin kavite içinde salınıdırıcı magnetler arasından geçirilmesiyle elde edilen elektromanyetik ışıma doyum noktasına ulaştığında kavite dışına alınır ve serbest elektron lazeri elde edilmiş olur. Bu noktadan itibaren lazer demeti foton taşınım hattı üzerinden foton diyagnostik masasına yönlendirilir. Foton diyagnostik istasyonunda serbest elektron lazeri demetinin dalgaboyu aralığı, gücü, parlaklığı, atma uzunluğu gibi parametreleri ölçülerek kullanıcı laboratuvarlarına bu bilgiler aktarılır. Foton demet diyagnostiği deneycilerin lazer demeti hakkında bilgi edinmesine ve yapılacak deneye göre demetin uygunluğunun anlaşılmasına yardımcı olur (Tapan 2008) Elektron demet diyagnostiği Elektron demet diyagnostiği, hızlandırılan elektron demetinin elektron tabancasından çıkıp durdurulma aşamasına kadar izlediği yol boyunca demetin kontrolünü yapan sistemdir. Demetin konumu, yükü, akımı, enine ve boyuna yayılımı ölçülerek demet üzerindeki değişiklikler belirlenir ve bu yolla demetteki kayıpların en az seviyede tutulması sağlanır. Demetin ölçülecek özellikleri belli başlıklar altında toplanır ve farklı cihazlar kullanılarak ölçülür. Hızlandırıcıların çok çeşitli olması, hızlandırılan yüklü parçacıkların geniş bir enerji dağılımına sahip olması ve parçacık akımlarının zaman içinde çeşitlilik göstermesi demet üzerindeki ölçümlerin hassasiyetine sınırlamalar getirir. Demetin akımı, konumu, enine demet kesiti, yayınımı enerjisi, ışınlık değeri ile ayar ve renksellik ölçülen bazı parametreler olup her biri ayrı uzmanlık alanları olarak yorumlanır (Strehl 2006). Elektron demet diyagnostiği elemanlarının demet hattı boyunca yerleşimi serbest elektron lazeri tesislerinde farklılık gösterse de temelde hattın üç farklı bölümünde diyagnostik elemanları kullanılır. Diyagnostik elemanları ilk yerleştirildiği yer elektron 30

43 tabancası ile hızlandırıcı arasındaki bölümdür, daha sonra hızlandırılan elektron demetinin optik kaviteye ilerlediği hat boyunca ve son olarak demetin kaviteden alınıp durdurulduğu noktaya kadar olan bölümde diyagnostik elemanları yer alır. Demet tabancadan çıktığı hat boyunca odaklanması ve yönlendirilmesi için selenoidler ve bükücü mıknatıslar kullanılır. Demetin konumunun belirlenmesi için konum belirleyiciler (beam position monitor-bpm) ve CDD kameralar kullanılır. Demetin paketçikler halinde iletilmesi için paketleyici yapılar yer alır. Elektron demeti hızlandırıcıdan çıktıktan sonra salındırıcılara yönlendirilirken demetin konumunu ve biçimini belirlenir. Elektron demeti salındırıcılardan çıktıktan sonra elektron demeti saptırılarak bir Faraday kabına yönlendirilir ve durdurulur (Strehl 2006). Elektron demetinin kontrolü, elde edilecek serbest elektron lazerinin istenilen özelliklerde elde edilmesi için elektron demetinin sürekli takibini sağlar. Elektron demeti üzerindeki ölçümler demet üzerinde tahribat yaratacak şekilde ya da demete zarar vermeyecek şekilde yapılabilir Elektron demet diyagnostiği elemanları Faraday kabı Elektron demetinin durdurulmasında ve yükünün ölçülmesinde kullanılır, demet akımının ölçülmesinde kullanılan bir yöntemdir. Oldukça eski ve basit bir yöntem olmakla birlikte demetin doğrudan önüne yerleştirilerek ölçüm yapıldığı için yüksek enerjili demetler için uygun bir yöntem değildir (Tapan 2008). Yıkıcı bir ölçüm yöntemidir ve en fazla %1 hassasiyetle sonuç verir. Faraday kapları çok hızlı sinyalleri analiz edemezler ancak atma süresi µs mertebesinde olan demetlerde kullanılabilirler. Tüm bu olumsuz özelliklere karşın kullanışlı olduğu yerler de vardır. Doğru akımlı bir demet için zamana bağımlılık ortadan kalkar, bu durumda Faraday kabı demetin akım değerini belirlemek için en kullanışlı yöntem haline gelir. Güvenlik amaçlı olarak yüklü demetlerin durdurulmasında da Faraday kabı kullanılabilecek en iyi yöntemdir. Faraday kabı bakır, karbon, kurşun gibi maddelerden ya da birkaçının karışımından yapılabilir (Şekil 2.13). Demetin enerjisine bağlı olarak kabın kalınlığı artar (Mete 2012). 31

44 Kabın kalınlığı L ve birim uzunluk başına demetin kaybettiği enerji olmak üzere iki nicelik arasındaki bağıntı Denklem 2.35 ile ifade edilir. Şekil 2.13 Faraday kabı (Tapan 2008) Faraday kabına bağlanan bir direnç üzerinden gerilim ölçülür, böylece demetin kaybettiği akım değeri ve dolaylı olarak demetin yükü elde edilir. Yüksek enerjili (> 400 kev) elektron demetlerinde Faraday kabı içinde bırakılan güç kayıpları artmaktadır, bu durum su soğutma sisteminin kullanılması ile çözülebilir. Yüksek enerjili demetletde Faraday kabı içinde bremsstrahlung ışıması ve çift oluşumu gibi olaylar gözlenebilir. Bu oluşumlar kabın yapısında bozulmalara ve öçlüm hatalarına sebep olacağından ek ölçümler yapılmalı ve ani akım artışları belirlenmelidir (Strehl 2006) Akım dönüştürücüler Yüklü bir demetin hareketi sonucu bir elektrik akımı ve bu akımdan kaynaklı bir manyetik alan oluşur. Elektron demeti tarafından oluşan manyetik alanın ölçülerek bir akım dönüştürücüde görüntülenmesi ile demetim akımı elde edilebilir (Mete 2012). 32

45 N adet q yüklü parçacıktan oluşan ve βc hızına sahip bir demetin oluşturduğu akım birim zamanda geçen yük miktarı olup 2.26 eşitliği ile ifade edilir. Burada demetin l uzunluklu bir kesiti alınmıştır. Biot-Savart yasası kullanılarak demetin manyetik alanı hesaplanabilir (Griffits, 2003). Bu durumda demetin manyetik alanı 2.27 Şekil 2.14 I akımı taşıyan demetin manyetik alanı (Mete 2012) Şekil 2.15 Akım dönüştürücü (Mete 2012) 33

46 Eşitliği ile verilir, bu eşitliğin elde edilmesinde şekil 2.14 deki geometriden yararlanılmıştır. Denklemte azimutal açı yönündeki birim vektördür. Akım dönüştürücü, üzerinde yalıtılmış bir tel sarılı halkanın içinden demetin geçirilmesi ile demet akımının ölçülmesi esasına dayanır. Halka üzerinde demet birincil sarımı oluştururken, N sarımlı yalıtkan tel ikincil sarımı meydana getirir (Şekil 2.15). Demet halka içinden geçtiğinde ikincil sarıma bağlı direnç üzerinde bir akım oluşur. Direnç üzerindeki gerilim farkı kullanılarak demetin akım değerine ulaşılabilir. Demet akımı ile ikincil akım arasındaki bağıntı şu şekilde ifade edilir: 2.28 Demet akımı için ve ikincil akım için olduğundan ikincil akım Denklem 4.4 aşağıdaki biçimi alır: 2.29 Akım dönüştürücüler demete zarar vermeden, demetin konumuna ve demetin büyüklüğüne bağlı olmadan çalışırlar. Bu yönleri Faraday kabından çok daha kullanışlı bir yöntemdir (Strehl 2006). Çıkış sinyalinin demetin akımı ile doğrudan orantılı olması iyi bir kalibrasyon akımı kullanılarak hassas ölçümler yapılmasına olanak sağlar Demet konum monitörü Demet hattı boyunca simetrik aralıklarla yerleştirilen buton elektrotlar aralarından geçen demetin konumunu ve demetin akımının ölçülmesini sağlar. Bu yöntem, demetin yükünün belirlenmesi için ek cihazlar gerektirdiğinden sadece demetin konumunun ve demet kayıplarının ölçülmesinde kullanılır. Ölçümler demet şiddetinden bağımsızdır (Mete 2012). 34

47 Şekil 2.16 Demet konum monitörü (Gezgin 2009) Şekil 2.16 da bir demet konum monitörünün şematik görünümü yer almaktadır. Hareket halindeki demetin oluşturduğu elektrik alan (x, y, -x, -y) eksenleri üzerindeki buton elektrotlar sayesinde algılanmaktadır. Demetin y eksenindeki koordinatı için U ve D butonlarının gerilim farkından, x eksenindeki konumu içinse L ve R butonları üzerindeki gerilim farkından yararlanılır. Böylece demetin odak merkezine göre konumu belirlenir. Bu işlem demet hattı boyunca belli aralıklarla yerleştirilen demet konum monitörleri ile yapılır Demet biçim monitörü Demet biçiminin belirlenmesinde demete hasar veren yöntemler olduğu gibi demete hasar vermeyen yöntemler de vardır. Elektron demetinin önüne metal bir plaka konularak levhadan sökülen elektronların algılanması ya da demet önüne sintilatör ekran konularak yayılan ışığın yüksek çözünürlüklü bir kamera ile görüntülenmesi tahribatlı yöntemler arasında yer alır. Demetin gazlı bir detektöre yönlendirilmesi ile alınan ölçüm ise tahribatsız yöntemler arasında yer alır. 35

48 Şekil 2.17 Sintilatör ekranı ile demet görüntüleme (Mete 2012) Şekil 2.17 te sintilatör ekranlı bir demet biçim monitörü ve şematik görünümü yer almaktadır. Demet ekran üzerine düştüğünde ekrandan yansıyan ışık CDD kamera ile algılanır ve demetin biçimi elde edilir. Sintilatör ekran ve CDD kameradan oluşan bu sistem sinyal işleme ve bilgisayar kontrolü gerektirmediğinden oldukça kullanışlıdır. Sintilatör ekran seçilirken malzemesinin demetin iyon çeşidine ve enerjisine uygun olmasına özen gösterilmelidir. Bu sayede ekranın ve CDD (Charge-Coupled Device) kameranın zarar görmesi engellenir. Sintilatör ekran üzerinde soğurulan ışığın dalgaboyu aralığı 300nm-700 nm aralığında olmalıdır (Strehl 2006). Şekil 2.18 Görünür bölge geçiş ışıması düzeneği (Mete 2012) 36

49 Uzun süreli ölçümler için radyasyon dayanıklılığı yüksek olan maddelerden yapılmış ekranlar kullanılmalıdır. Demet şeklinin gözlenmesinin başka bir yolu da demetin görünür bölge geçiş ışımasının (Optical Transition Radiation, OTR) ölçülmesidir. Yüklü parçacıklar, farklı elektriksel geçirgenliğine (dielectric) sahip iki ortamın arasından geçerken görünür ışığın dalgaboyu aralığında ışıma yaparlar. Bu ışıma görünür bölge geçiş ışıması olarak adlandırılır. Geçiş ışıması demetin biçiminin ölçülmesinde kullanılır. Bu tür bir ölçüm için kullanılabilecek bir düzenek genel şekil 2.18 de gösterilmiştir. Düzenek, floresan bir gözlem perdesi, ışınımın vakumdan dışarı alınmasında kullanılacak bir pencere, ışınımın ölçülmesi için CCD kameradan ve buna ek olarak sinyal işleme birimlerinden oluşur. Işınımın elektrik alanının gözlem düzlemine dik ve paralel olmak üzere iki bileşeni vardır. Işınımın şiddeti bu iki bileşenin toplamıdır. Işımayı algılayacak kamera, ışınım şiddetinin en yüksek olduğu açı doğrultusunda yerleştirilir (Mete 2012) Demet kayıp monitörü Akım dönüştürücüler ile belirlenemeyen demet üzerindeki çok küçük kayıpları ölçülmesinde demet hattı boyunca yerleştirilen çeşitli detektörler kullanılır. Yüksek enerjili süperiletken hızlandırıcılarda, süperiletken maddenin çok küçük miktarda ısı soğurması maddenin özelliğini kaybetmesine neden olabilir. Demet kayıp monitörleri demet hattı boyunca yerleştirilerek demetteki kaybın zaman aralığını ve yerini bildirirler. Burada demet hattı boyunca, taşınım hattı tarafından soğurulamayan nötron, proton, elektron pozitron çiftleri ve gamma ışınlarının algılanması için farklı detektörler kullanılır. Yüklü parçacıkları ve gamma ışınlarını algılamak için silikon ya da elmas detektörler, foto çoğaltıcı tüpler, fiber optik algıçlar kullanılırken, nötronların algılanması için gazlı tüpler kullanılır. Elmas detektörler radyasyona karşı daha dayanıklı olduklarından silikon detektörlere göre daha çok tercih edilir. Yüksek enerjili demetlerde Çerenkov ışıması sonucu oluşan etkileri analiz etmek için Çerenkov sayaçları kullanılır. Bu sayaçlarda detektörün aktif maddesi su ya da radyasyona dayanıklı özel bir karışımdır (Strehl 2006). 37

50 2.7.3 Foton demet diyagnostiği Serbest elektron lazeri tesislerinde, elektron demetinin kaynaktan çıktıktan sonraki iletim hattı boyunca parametre değerlerinin sabit kalması için kontrolünün yapılması gerekmektedir (Kuan 2007). Elektron demetinin salındırıcılardan çıktıktan sonra durdurulması aşamasına kadar takibinin yapıldığı sistem elektron demet diyagnostiği denir. Bu sistemle ilgili bilgilere bir önceki bölümde yer verilmiştir. Elektron demetinin salındırıcı içinden geçerken yaptığı elektromanyetik ışımanın kavite içerisinde kuvvetlendirilmesi sonucu elde edilen foton demeti belli bir doyuma ulaşır ve yarı geçirgen aynadan dışarı alınarak serbest elektron lazeri elde edilir. Lazer demetinin elde edilmesinin ardından, lazer demetinin özelliklerinin beklenen değerlerde elde edilip edilmediğini anlamak için demet kullanıcı laboratuvarlarına gönderilmeden önce, lazer demetinin önemli parametre değerleri belirlenmelidir. Lazer demetinin ilk ölçümleri lazer taşınım hattı üzerinde yapılır. Burada demetin konum ölçümü ve demetin yönlendirilmesi işlemleri gerçekleştirilir. Demetinin detaylı analizi için lazer demeti foton demet diyagnostiği istasyonuna yönlendirilir. Foton demet diyagnostiği laboratuvarında demetin kullanıcılar için gerekli olan spektral aralığı, atma uzunluğu, kutupluluğu, gücü ve enerjisi gibi bir dizi önemli parametrenin ölçümü yapılır. Lazer demetinin kullanıcılar tarafından güvenli bir biçimde kullanılması için demetin özelliklerinin önceden bilinmesi çok önemlidir. Dalgaboyu değeri, atma uzunluğu ve atma enerjisi demetin hangi alanda kullanılabileceğini belirler. Özellikle malzeme büyütme deneyleri ve yüzey kimyası araştırmalarında, deneycinin pahalı ve hassas örneklerle çalışması kullanacağı demeti malzemeye zarar vermeyecek enerji aralıklarında seçmesi zorunluluğunu doğurur (Gezgin 2009). Kullanıcıların çalışacakları lazer demetinin özelliklerini iyi tanımaları laboratuvar güvenliğinin sağlanmasının ilk şartını oluşturur. Bu sebepler göz önüne alındığında bir serbest elektron lazeri tesisinde, lazerin elde edilmesinin ardından en önemli aşama lazer demetinin kontrolünün yapılmasıdır. Serbest elektron lazeri tesislerinde foton diyagnostik laboratuvarları uzaktan kontrollü cihazlardan oluşur. Bu cihazlardan elde edilen veriler bilgisayar yazılımları kullanılarak yorumlanır. Ölçümlerin doğruluk payını arttırmak ve hassas ölçümler elde etmek adına diyagnostik masası üzerindeki cihazların kontrolü düzenli aralıklarla yapılır ve herhangi bir parametre birden çok ölçüm alınarak belirlenir. 38

51 Foton diyagnostik masasında kullanılan elemanlar serbest elektron lazerinin elde edildiği moda bağlı olarak farklılık gösterir. Osilatör modda elektromanyetik spektrumun kızılötesi bölgesinde lazer demeti elde edilirken SASE modda x ışınları bölgesinde lazer demeti elde edilmektedir. Lazer demetlerinin spektral aralıklarındaki bu farklılık iki mod için kullanılan detektör çeşitlerinin ve demet konumunun belirlenmesinde kullanılan cihazların farklı olmasına neden olur (Gezgin 2009) Osilatör mod foton diyagnostik elemanları Aynalar, mercekler, demet ayırıcılar Bir lazer laboratuvarında en yaygın kullanılan araçlar aynalar, mercekler ve demet ayırıcılardır. Aynalar ve mercekler lazer demetinin odaklanıp dağıtılmasında, demet ayırıcılar demetin belli oranlarda ayrıştırılarak istenilen bölgelere ulaştırılmasında kullanılırlar. Lazer sistemlerinde demetin ilerlediği hat boyunca çok çeşitli ayna ve mercekler kullanılabilir. Lazer hattı boyunca demeti yüksek oranda toplayarak detektöre iletecek merceklerin kullanılması demetteki kayıpları azaltarak elde edilen ölçümlerin doğruluk oranının artmasını sağlar (Tapan 2008). Aynanın yapısını oluşturan maddenin özelliklerine göre ışın soğurma ve yansıtma oranı değişir bu nedenle kullanılan lazerin spektral aralığına ve birim yüzeyde oluşturduğu tahrip miktarı belirlenerek ayna seçimi yapılmalıdır. Osilatör modda elde edilen kızılötesi serbest elektron lazerinin dalgaboyu aralığına göre Quartz, CaF2, Ge, Si ve Polyethylene Fresnel mercekler ve Al, Au veya Ag gibi metaller ile kaplanmış aynalar kullanılabilir. Bu aynalar yüksek yansıtma özelliğine sahip olup demetin en az miktarda soğurularak iletilmesini sağlarlar. Alüminyum kaplamalı aynalar 2250 nm-9250 nm, altın kaplamalı aynalar 2000 nm nm ve gümüş kaplamalı aynalar 2000 nm nm dalgaboyu aralığında %95 in üzerinde yansıtıcılık göstermektedir. Şekil 2.19 da kullanılan bazı ayna ve mercek örnekleri görülmektedir. Şeklin (a) kısmında diyagnostik masası üzerinde demetin detektör üzerine yansıtılmasında kullanılan hareketli (flipper) ayna, (b) kısmında lazer demetinin diyagnostik masası girişinde gerekli ölçümlerin yapılması için %1-5 lik kısmının ayrılmasında kullanılan scraper ayna ve (c) kısmında kızılötesi bölgede lazer demetinin odaklanmasında kullanılan 39

52 Quartz mercekler görülmektedir. Scraper aynalar düzlem aynanın elips biçiminde şekillendirilmesi ile elde edilir. Aynanın kalınlığı kenarlara doğru azalır ve demet aynanın kenar kısmına gönderildiğinde demetin çok küçük bir kısmı (%1-5) ayna yüzerinden yansır. Yansıyan demetin ilerleme yönü aynanın konumuna göre değişebilir. Scraper aynalar lazer demetlerinin küçük bir oranının ayrıştırılıp yansıtılmasında kullanılır (Kuhn 1998). (a) (b) (c) Şekil 2.19 Lazer iletiminde kullanılan aynalar ve mercekler ( Mercekler foton demetinin odaklanmasında veya dağıtılmasında kullanılır. Lazer laboratuvarlarında yaygın olarak kullanılan mercekler küresel merceklerdir. Küresel mercekler tümsek yüzeyli olup özellikleri başlangıcı merceğin merkezini olan bir kürenin denklemi ile tanımlanabilir. Küresel bir merceğin odaklayıcı ya da dağıtıcı özellik taşıması iki farklı yüzeyinin eğrilik yarıçaplarının birbirine göre durumlarına bağlıdır. Yüzeylerinin yarıçapı ve bir mercek göz önüne alındığında yarıçapların birbirine göre altı farklı durumundan söz edilebilir. ve ise içbükey mercek, ve ise dışbükey mercek, bir yüzünün düz ( ) diğer kısmının yarıçapının sıfırdan küçük ( ) olduğu durumda düzlem dışbükey büyük ( ) olduğu durumda ise düzlem içbükey mercek adını alır. Bir yüzü içbükey bir yüzü dışbükey olan mercekler de vardır, bu tür mercekler menüsküs mercek olarak adlandırılır. ve olup ise menüsküs içbükey, tersi durumda ( ise menüsküs dışbükey mercek adını alır. Bu mercekler şekil 2.20 de 40

53 görülmektedir. İçbükey mercekler odaklayıcı, dışbükey mercekler ise saptırıcı görev yaparlar (Kuhn 1998). Şekil 2.20 Mercek çeşitleri ( Mercekten kırılan lazer demetinin odaklanacağı noktanın belirlenmesi için klasik optik formüllerinden yararlanılabilir. Kırılma indisi olan içbükey bir mercek hava ortamında bulunsun. Merceğin ilk yüzünün eğrilik yarıçapı, diğer yüzünün eğrilik yarıçapı olsun. Mercekten s 1 uzaklığında bir cisim bulunsun ve cismin görüntüsü mercekten s 2 uzaklığında oluşsun (Şekil 2.21). Bu durumda ince lens denklemlerinden yararlanarak şu Denklem yazılabilir: Şekil 2.21 İçbükey mercekte görüntü oluşumu ( 41

54 Lazer uygulamalarında demet sürekli ve toplu bir biçimde mercek üzerine düştüğü için cismin mercekten uzaklığı sonsuz olarak kabul edilir ( ), bu durumda cismin görüntüsü merceğin odak noktasında (f) oluşacağından demet burada odaklanır. Havanın kırılma indisi alınarak Denklem 2.30 dan aşağıdaki genel mercek denklemine ulaşılır (Kuhn 1998). Şekil 2.22 Demet ayırıcının çalışma ilkesi Demet ayırıcılar gelen demeti yansıyan ve geçen demet olmak üzere ikiye ayırır. Demet ayırıcılar genelde, gelen demetin önüne 45 lik açı ile yerleştirilirler. Bu durumda, geçen ışık aynı doğrultuda yoluna devam ederken, yansıyan ışın dik açı ile ayrılarak yoluna devam eder (Şekil 2.22). Demet ayırıcılar kısmi geçirgen metal filmler veya 42

55 prizmalardan yapılmaktadır (Hudson 2006). Bir demet ayırıcı kullanılan malzemenin duyarlı olduğu dalgaboyu aralığına göre demeti belirli oranlarda böler Otokorelatör sistemi Otokorelatör sistemi serbest elektron lazeri demeti üzerindeki çok kısa atmaları ölçmek ve demetin sürekliliğini teyit etmek amacıyla kullanılır. Bu yöntemle fs ve ps mertebesindeki çok kısa atmalar bile ölçülebilir. Otokorelatör sisteminde gelen lazer demeti bir demet ayırıcı eşit şiddetteki iki demete ayrılır. Ayrılan demetlerden biri geciktirici bir sistemden geçirilerek SHG (second harmonc harmonic generation-ikinci frekans üretimi) özelliği bulunan bir kristal üzerine düşürülür. Doğrusal olmayan bir süreç olan SHG ile gelen lazer demetinin iki karı frekansa sahip bir demet elde edilir. Bu sürecin elde edilmesi için ikinci mertebeden alınganlığı yüksek olan bir kristale ihtiyaç vardır. Bu amaçla TARLA da elde edilecek lazer demetinin dalgaboyu aralığına uygun olarak CdTe kristali kullanılabilir. Geciktirme işlemi için hareketli cam prizmalar ya da aynalar kullanılabilir. Ayrılan demetler arasında bir yol farkı oluşur. Geciktirme süresinin çok az olması durumunda demetler arasındaki yol farkı da çok küçük (µm mertebesi) olur ve demetler kristalde üst üste biner. Demetlerin bu şekilde karşılaşması sonucu kristalde ikinci harmonik oluşumu gerçekleşir ve detektörde bir sinyal elde edilir. Şekil 2.23 Şiddet otokorelatörü sisteminin şematik gösterimi (Tapan 2008) 43

56 Demetler arasındaki yol farkının fazla olması durumunda (>µm) kristal üzerinde karşılaşmaları zorlaşır ve zayıf bir çıkış sinyali elde edilir. Atma uzunluğunun ölçülmesi için demetin otokorelatörden çıkış gücü demetler arasındaki yol farkının yani geciktirme zamanının bir fonksiyonu olarak kaydedilir ve çıkış sinyalinin gecikme zamanına göre grafiğinden yararlanılarak demetin atma uzunluğu elde edilir. Otokorelatör sisteminde demetlerin kristal üzerinde üst üste binmeleri nedeniyle yarı maksimum genişlikte (full width at half maximum-fwhm) okunan atma uzunlu gerçek değerinden belli bir oran kadar genişlemiş olarak belirlenir. Bu oran gausiyen demetler için 1.41 iken sech 2 demetler için 1.54 olarak belirlenmiştir. Demetin atma uzunluğu otokorelatörden elde edilen atma süresinin bu oranlara bölünmesiyle belirlenir (Trebino 2000). Ayrılan lazer demetlerinin paralel iki doğru üzerinde ilerleyerek kristal üzerine gönderildiği ve lazer demetinin çıkış gücü değerini kullanarak atma süresi hakkında bilgi sistemlere şiddet otokorelatörleri (intensity autocorrelator) denir. Elde edilen otokorelatör sinyalinin merkezine göre simetrik bir sinyal olması beklenir. Atma şeklinin düzensiz olduğu demetlerde bu tür simetrik görünüm elde edilemez. Bu durumda demet üzerinde filtreler ve aynalar kullanılarak çeşitli düzeltmelerin yapılması gerekmektedir (Traeger 2007). Otokorelatör sisteminde lazer demetinin analizi bir fotodiyod ya da foto çoğaltıcı detektör kullanılarak yapılabilir. Detektörden elde edilen sinyal demetin şiddetinin zaman üzerinden integrasyonu olarak ifade edilebilir. Gausiyen bir demet için yarı maksimum genişlikte elektrik alan ifadesi Denklem 3.32 de belirtilmiştir (Trebino 2000). Burada elektrik alanın genliğini ve yarı maksimum genişlikteki atma uzunluğunu belirtmektedir. Denklem 2.32 den hareketle demetin şiddeti için Denklem 2.33 de verilen ifade kullanılır. 44

57 Demet ayırıcı ile ayrılan lazer demetlerinden biri şekil 2.23 de görülen ayarlanabilir geciktirici kullanılarak süre kadar geciktirildiğinde SHG sinyalinin şiddeti olmak üzere elde edilir. Burada giren demetin şiddeti ve geciktirilen demetin şiddetini belirtir. Buradan yola çıkarak elde edilen otokorelatör sinyali Denklem 2.34 ile gösterilir (Traeger 2007). Gecikme zamanının sıfır olduğu durumda demetler zamansal ve uzaysal olarak aynı konumda bulunur ve bu durumda maksimum otokorelatör sinyali elde edilir. Şiddet otokorelatörü atmanın şekli hakkında sınırlı bilgi verir, çünkü simetrik ve simerik olmayan atmaların şiddet otokorelatör sinyalleri oldukça benzerdir. İçerisinde küçük dalgalanmalar (chirp) bulunduran atmaların ya da çok kısa atmalı (fs mertebesi) lazer demetlerinin analizi için interferometrik otokorelatör sistemi kullanılabilir (Osche 2002). Bu sistemde lazer demeti öncelikle Michelson interferometresine yönlendirilir ardından otokorelatör sistemine girer (Şekil 2.24). İnterferometrik otokorelatörde de gelen demet iki kola ayrılarak çizgisel olmayan özelliğe sahip bir kristal üzerine düşürülür. Şiddet otokorelatörlerinden farklı olarak ayrılan demetler üst üste bindirilerek kristal üzerine düşürülür ve saçaklar halinde gelen demetin kristal üzerinde SHG gözlenir. Her bir saçak geciktirilen bir diğer saçak ile kristal üzerinde üst üste biner ve elde edilen çıkış gücü demetin genliğinin karesi ile orantılı olur. Bu sayede demet içindeki çok küçük dalgalanmalar ve çok kısa atmalar analiz edilebilir. 45

58 Şekil 2.24 İnterferometrik otokorelatör ( İnterferometrik otokorelasyon sinyalinin şiddeti iki demetin elektrik alanlarının toplamının karesi ile orantılıdır (Traeger 2007). Bu ilişki Denklem 2.35 de ile ifade edilmiştir. Bu yöntem aynı zamanda saçak çözünürlüklü otokorelasyon (fringe-resolved autocorrelation-frac) olarak da adlandırılır ve hem demetin spektrum bilgisini hem de otokorelasyon sinyalinin tek bir yöntemle elde edilmesini sağlar (Traeger 2007). Şekil nm dalgaboylu demetin otokorelatör sinyali 46

59 Zamanda çok kısa bir süreyi ölçmek için daha kısa süreli bir olaya ihtiyaç duyulur. Bu durum otokorelatör sistemi ile atma süresinin ölçümü esnasında doğrusal olmayan optik işlemlerin kullanımı gerektirir. Ayrılan demetlerin uzaysal olarak üst üste binmeleri SHG işlemi ile gözlemlenebilir. Her iki demetten gelen katkı ile bir sinyal elde edilebilmesi için demetlerin uzaysal olarak SHG kristali üzerinde üst üste gelmeleri gerekmektedir. İki demet arasındaki zamansal gecikme sıfır olduğunda ise demetler hem uzaysal hem de zamansal olarak üst üste biner ve maksimum otokorelatör sinyali elde edilir (Traeger 2007). 800 nm dalgaboyuna sahip bir lazer demetinin Ti:Sapphire lazerin, SHG kristali üzerine gönderilmesi sonucu 400 nm dalgaboyunda ve lazer demetinin frekansının iki katı frekansta bir demet elde edilir. Denklem 2.34 den yararlanılarak 800 nm dalgaboyuna sahip bir lazer demetinin otokorelatör sinyalinin teorik verisi şekil 2.25 de görülmektedir. Grafik üzerinden okunan atma uzunluğu 62 fs olup bu değerin Gausiyen demet profili için geçerli olan katsayıya ( ) bölünmesi sonucu atma uzunluğu 44 fs olarak elde edilir. Ti:Sapphire lazerin ile yapılan şiddet otokorelatörü deneyi ile ilgili bilgiler çalışmanın bulgular kısmında verilecektir Spektrometre Lazer demetlerinin dalgaboyu aralıklarının belirlenmesinde spektrometrelerden yararlanılır. Bir spektrometrenin çalışma prensibi temel olarak lazer demetinin dar bir yarıktan geçirilip içbükey bir aynadan yansıtılarak toplanması ve bir ya da sıralanmış birkaç tane kırınım ağı üzerine düşürülerek dalgaboylarına ayrıştırılması ilkesine dayanır (Hudson 2006). Kırınım ağı üzerinden saçılan demetler bir fotodetektöre yönlendirilerek demetin spektral bileşenleri elde edilir. Demetin çok geniş bir spektral aralığı olması ya da detektörün cevap hızının düşük olması ölçüm süresini artırmaktadır. Bu nedenle detektör dizisi olarak yüksek hızlı ve çözünürlüklü CCD kameralar kullanılabilir ( 47

60 Şekil 2.26 Czerny-Turner spektrometre dizilimi ( Kızılötesi ve görünür bölgede kullanılan birçok spektrometre dizilim şekli vardır, Litrow, Ebert-Fastie ve Czerny-Turner dizilimleri düzlem kırınım ağı kullanılarak elde edilen bazı dizilimlerdir (Genç 2006). Bu dizilimlerin arasında en yaygın kullanılan Czerny-Turner dizilimidir. Şekil 2.26 de görüldüğü gibi Czerny-Turner diziliminde ince bir yarıktan geçirilen lazer demeti yönlendirici ayna üzerinden yansıtılarak paralel ışınlar halinde kırınım ağı üzerine düşürülür. Kırınım ağından çıkan dalgaboylarına ayrılmış demet ikinci bir içbükey ayna ile odaklanarak CCD detektör dizisinin üzerine düşürülür. Demetin spektral aralığını içine alacak bir dizi CCD kamera kullanılarak spektral aralığı elde edilir. Czerny-Turner spektrometre diziliminde yansıtıcı kırınım ağı kullanılarak ayrılan lazer demetinin odaklayıcı ayna üzerine düşürülmesi sağlanır. Yansıtıcı kırınım ağı düzlem ya da konkav şekilde tercih edilebilir. Demetin dağılımının ve kırınımının kontrol edilebilmesi için demet paralel halde olmalıdır. Düzlem kırınım ağı kullanılan bir spektrometre diziliminde ışığı odaklamak ve toplamak için yardımcı optik elemanlara (ayna, mercek ) ihtiyaç duyulur. Konkav kırınım ağıları ışığın odaklanma işlemini kendileri yaptığından mor ötesi bölgede yapılan ölçümlerde kullanılırlar, bu sayede lazer demeti optik elemanlar tarafından soğurulamaz. Görünür bölgede ve kızılötesi bölgede ise düzlem kırınım ağları tercih edilir. Şekil 2.27 de kırınım ağına yönlendirilen lazer demeti görülmektedir, bu geometri göz önüne alınarakgelen demetin kırınımı için Denklem 2.36 yazılabilir. Burada gelen ışının kırınım ağı normali ile yaptığı açı, kırılan ışının kırınım ağı normali ile yaptığı açı, k kırınımın mertebesi, n kırınım ağı sabiti (çizgi/mm) ve (nm) demetin dalgaboyu 48

61 giriş yarığından kırınım ağına olan mesafeyi ve detektöre kadar olan uzaklığı ifade eder. kırınım ağından çıkış yarığına Şekil 2.27 Kırınım ağı üzerine yönlendirilen lazer demeti (Genç 2006) Gelen ve kırılan demetler arasındaki sapma miktarı açı değeri ile ifade edilir. Kırınım ağları klasik (ruled) ya da holografik olmak üzere iki farklı yöntemde üretilmiş olabilir. Klasik kırınım ağlarında kırınım ağının yivleri eşit aralıklı, düz ya da konkov yüzeye sahip iken, holografik kırınım ağlarında yivler arası mesafe eşit olmayıp küresel ya da torodial yüzeye sahip olabilirler. Kırınım ağının yüzey çeşidi çalışma amacına en uygun olacak biçimde belirlenir. Holografik kırınım ağları konkav kırınım ağları ile birlikte, Raman spektroskopisi ve lazer flüoresans uygulamalarında, kırınım ağı sabiti 1200 çizgi/mm den büyük olan kırınım ağı değerlerinde ve UV, görünür bölge ve yakın kızılötesi bölge uygulamalarında kullanılır. Klasik kırınım ağları yakın kızılaltı bölgede (1.2 µm üzerindeki dalgaboyu değerleri) çalışılırken ve kırınım ağı sabiti düşük olan (600 çizgi/mm den düşük) sistemlerde tercih edilir (Genç 2006). Bu tartışmalar doğrultusunda TARLA foton diyagnostik masasında elde edilen lazer demeti dalgaboyu aralığı (2.5 µm- 250 µm) göz önüne alındığında düzlem ve klasik yüzeyli yansıtıcı kırınım ağına sahip bir spektrometre kullanılması uygun olacaktır. Spektrometrelerin seçiminde giriş yarığının genişliği, spektrometrenin açısal ve çizgisel dağınımı ve spektrometrenin çözünürlüğü önemli parametrelerdir (Osche 2002). Açısal 49

62 dağınım iki dalgaboyu arasındaki açısal çözünürlüğü ifade eden bir nicelik olup Denklem 2.37 de belirtilmiştir. Çizgisel dağınım demetin hareket doğrultusuna dik olarak konumlanmış bir detektör üzerinde iki dalgaboyunun ayrışımını ifade eder ve bu ilişki Denklem 2.38 de görülebilir. Çözünürlük bir spektrometrenin gelen lazer demetini spektral bileşenlerine ayırmasının bir ölçüsüdür. Şekil 2.26 daki geometri göz önüne alınarak ve kırınım ağı genişliği, kırınım ağındaki toplam çizgi sayısı N olmak üzere spektral çözünürlük Denklem 2.40 ile ifade edilir. Spektral çözünürlük kırınım ağı genişliği, gelen demetin dalgaboyu ve demetin geliş açısı ve kırınım açısı ile ilişkilidir. Demetin kırınım ağı üzerine geliş açısı ve o andaki yarıçapı giriş yarığının boyutuna bağlıdır. Spektral çözünürlüğün yükseltilmesi için spektrometre girişinde bulunan ince yarığın genişliğini azaltılarak demetin keskin bir yarıktan geçmesi ve bu sayede demet dağınımının artması ile kırınım ağı üzerinde aydınlanan çizgi sayısının artması sağlanabilir, ancak bu yöntem demetteki gürültü oranının ve sinyal işleme süresinin artmasına neden olur. Bunun yerine spektrometre girişinde fiber katkılı maddeler kullanılarak demetin toplanma oranı artırılır ve daha yüksek çözünürlük elde edilebilir (Osche 2002). Czerny- Turner dizilimi ile ilgili verilen bilgilerden yararlanarak, TARLA serbest elektron lazeri tesisinde foton diyagnostik masası üzerinde kullanılacak olan spektrometre ile ilgili basit bir analiz yapılabilir. ELBE serbest elektron lazeri tesisi ile TARLA tesisinin lazer parametre değerlerinin benzerliğinden yola çıkarak (bulgular 50

63 kısmında detaylı olarak belirtilecektir) ELBE de kullanılan spektrometre modelinin TARLA için uygun olduğu söylenebilir. ELBE tesisinde Acton Research SpectraPro- 300i model spektrometre kullanılmaktadır (Seidel vd. 2006). Söz konusu spektrometrenin ürün bilgileri kullanılarak TARLA için bir analiz yapılabilir. TARLA da kullanılacak olan spektrometre dizilimine örnek bir dizilim biçimi şekil 2.28 de görülmektedir. Şekil 2.28 Czerny-Turner Dizilimi (Davis 1993) Burada kırınım ağı normali ile demet yönüne dik doğrultu arasındaki açı olup, tarama açısı olarak ifade edilir (Davis 1993). Tarama açısı demetin dalgaboyu değerine bağlı olarak değiştiğinden, spektrometrenin çözünürlüğü sabit bir yarık genişliğinde değişik değerler alır. Spekrometrenin analiz işlemi için sabit bir yarık genişliğinde taranan dalgaboyları, tarama açısına bağlı olarak incelenebilir. TARLA da kullanılacak Czerny-Turner spektrometre simetrik dizilime sahip olacaktır. Buna göre giriş ve çıkış yarığı ile aynalar arası mesafeler birbirine eşit ve her iki aynadan kırınım ağına olan mesafe eşittir. Çizelge 2.1 de spektrometre ile ilgili özellikler listelenmiştir. 51

64 Çizelge 2.1 Spektrometre özellikleri ( Acton Research Spektra Pro 300i Spektrometre Odak uzaklığı (f) 300 mm Ayna- İnce yarık arası mesafe 120 mm Ayna-Kırınım ağı mesafesi 250 mm Kırınım ağı genişliği ( ) 75 mm Giriş yarığının genişliğini 0.05mm alarak ve tek yarıkta kırınım şartından (Serway 2002 ) yararlanarak 6 µm dalgaboylu bir lazer demeti için kırınım ağı açısı elde edilebilir. Tek yarıkta kırınım şartı için şekil 2.29 den yararlanılır. Burada a yarık genişliği, L ince yarık ile demetin düştüğü perde arasındaki uzaklık ve kırınım açısı değeridir. Küçük açı yaklaşımı altında tek yarıkta kırınım şartı için Denklem 2.41 yazılabilir (Serway 2002). 52

65 Şekil 2.29 Tek yarıkta kırınım geometrisi (Serway 2002) Şekil 2.30 Farklı kırınım ağı değerleri için tarama açısı ve dalgaboyu ilişkisi Dalgaboyu değeri 6 µm olan demet için çizelge 2.1 deki değerler göz önüne alınarak ve belirtilen yarık genişliği için birinci dereceden kırınım açısı olarak elde edilir. Spektrometre dizaynı simetrik olduğundan demetin kırınım ağı üzerine geliş açışı, bu açı değeri ile eşit olacaktır. Kırınım ağı sabiti 60 çizgi/mm alınarak ve demetin gelme açısı olmak üzere Denklem 2.36 dan ve Şekil 2.28 deki geometriden yararlanılarak kırınım açısı ve tarama açısı olarak elde edilir. 53

66 Kırınım ağının belirli bir açı değeri kadar döndürülmesi ile aynı kırınım ağı üzerinde, aynı kırınım derecesinde demeti oluşturan dalgaboyları gözlemlenebilir. Aynı demet göz önüne alınarak 5.8 µm dalgaboylu ışının kırınım açısı ve tarama açısı olarak elde edilir. İki demet birbirine yakın mesafede kırınıma uğradığından kırınım ağının tarama açısı kadar döndürülmesi demetin analizinde kolaylık sağlar. Şekil 2.31 Czerny-Turner spektrometrede dalgaboyu çözünürlük ilişkisi Spektrometre üzerine gönderilen demetin analizinde tarama açısı, dalgaboyu ve kırınım ağının ilişkini içeren grafik şekil 2.30 da görülmektedir. TARLA da elde edilecek olan µm dalgaboylu ışınım için tarama açısının sabit bir değer aldığı durumda 54

67 µm dalgaboyu aralığı için 75 çizgi/mm, µm dalgaboyu aralığı için 22 çizgi/mm ve 100 µm de uzun dalgaboyları için 7.9 çizgi/mm değerli kırınım ağıları kullanılabilir. Spektrometrede kullanılacak olan kırınım ağı değerlerinin belirlenmesi için spektral çözünürlüğün dalgaboyu aralığına bağlı olarak değişimi incelenebilir µm dalgaboyu aralığında farklı kırınım ağı sabitleri için spektral çözünürlüğün dalgaboyu ilişkisi Şekil 2.31 de verilen grafikten incelenebilir. Denklem 2.36 ve Denklem 2.40 dan yararlanarak spektral çözünürlük için dalgaboyuna bağlı olarak Denklem 2.42 ile verilen Denklem elde edilir. Spektrometrenin çözünürlüğü demetin dalgaboyuna, kırınım ağının genişliğine ve sistemin geometrisine bağlı olarak değişmektedir. Şekil 2.31 de bu ilişkiyi içeren grafikler yer almaktadır. Şekil 2.31.a da 7.9 çizgi/mm, 22 çizgi/mm ve 30 çizgi/mm kırınım ağı değerleri için dalgaboyuna göre çözünürlüğün değişimi verilmiştir. Bu grafikten hareketle TARLA da µm arasındaki lazer demetleri için 22 çizgi/mm 100µm üzerindeki ışınım için 7.9 çizgi/mm sabitli kırınım ağlarının uygun olacağı görülmektedir. Belirtilen dalgaboyu aralıklarında her iki kırınım ağı için çözünürlük değeri 1 nm üzerindedir. Şekil 2.31.b de 60 çizgi/mm, 75 çizgi/mm ve 150 çizgi/mm sabitli kırınım ağları için dalgaboyu çözünürlük ilişkisi gözlenmiştir. Grafikte görüldüğü gibi 150 çizgi/mm değerli kırınım ağı kullanıldığında 15 µm den uzun dalgaboylarının taranması olanaksızdır bu nedenle TARLA da µm aralığındaki dalgaboylarının analizi için 75 çizgi/mm sabitli kırınım ağı kullanmak yeterli olacaktır Polarizasyon dönüştürücü Polarizasyon bir elektromanyetik dalganın sahip olduğu elektrik alanın, dalganın ilerleme yönüne göre salınım yönünü belirten niceliktir. Işık kendi doğrultusunda ilerlerken aşağı yukarı ve sağa sola titreşim hareketi yapar. Polarize filtreler kullanılarak 55

68 ile ışığın sadece bir yönde titreşen dalgalarının geçmesine izin verilir. Işığın bu şekilde tek bir doğrultuda titreştirilmesine polarizasyon (kutuplanma) adı verilir. Elektromanyetik dalgalar yatay, düşey, dairesel ve eliptik kutuplu olabilirler. Işık elektromanyetik bir dalga olup birbirine dik doğrultularda yayılan manyetik alan bileşenleri içerir. Bir lazer demetinde de bu durum geçerlidir bu nedenle lazer demetinin çeşitli amaçlar doğrultusunda kutuplanması gerekir. Lazer demetinin elektrik alan vektörünün demetin ilerleme doğrultusuna paralel veya dik olması ya da elektrik alan vektörünün ilerleme ekseni etrafında dönmesine bağlı olarak farklı kutuplanma biçimlerinden söz etmek mümkündür (Fujiwara 2003). Kutuplanma çeşitleri elektrik alanın yayılama doğrultusuna göre üç başlıkta incelenebilir: Doğrusal kutuplanma: Doğrusal kutuplanmada dalga gözlem düzlemine dik doğrultuda ilerler (Şekil 2.32). Bu düzlemde, tek bir elektrik alan bileşkesinin, eğik bir doğru boyunca zamanla titreştiği düşünülebilir. Elektrik alanın ilerleme doğrultusu çizgisel ve sabit kalırken titreşim yönü dalganın açışal frekansına bağlı kalarak değişir. Doğrusal kutuplayıcıların birçok çeşidi vardır. Dichroism olarak bilinen ve izotropik olmayan ışık soğurması olarak adlandırılan özellik doğrusal kutuplayıcılarda görülür. Bu özellikteki maddelerde belli bir doğrultuda kutuplanmış ışığın soğurulması diğer doğrultularda ilerleyen ışığın soğurulmasından daha fazladır. Dolayısı ile bu maddede ilerleyen ışığın sadece bir doğrultuda alan çizgileri soğurulmadan geçebilir (Fujiwara 2003). Şekil 2.32 Doğrusal kutuplu ışık ( ) 56

69 Dairesel kutupluluk: Dairesel kutuplulukta elektrik alan vektörü, dalganın ilerleme ekseni etrafınsa döner. Kaynağa doğru bakan bir gözlemci, bileşke elektrik alan vektörünün saat yönünde w açısal frekansıyla döndüğü görür. Böyle bir dalgaya sağ dairesel kutuplu veya genellikle sağ dairesel ışık denir. Tersi durumunda genlik değişmemek üzere elektrik alan saat yönünün tersine dönüyorsa dalgaya sol dairesel kutuplu denir. Şekil 2.33.a da sağ el dairesel kutuplu bir dalganın zaman içinde elektik alanının gözlemci tarafından görünüşüne, şekil 2.33.b de aynı dalganın uzay koordinatlarına göre elektrik alanının görünümüne yer verilmiştir. Dairesel kutuplu bir dalga genlikleri eşit olan ancak aralarında 90 lik faz farkı bulunan iki dalganın bileşkesi olarak düşünülebilir. Dalga sabit genlikli ve sabit açısal hız dönen bir elektrik alan bileşenine sahiptir ( Şekil 2.33 Sağ el dairesel kutuplu dalga (Fujiwara 2003) Eliptik kutupluluk: Genlikleri farklı ve aralarında 90 lik faz farkı bulunan iki dalganın bileşkesi eliptik kutuplu olarak ifade edilir (Şekil 2.34). Doğrusal ve dairesel kutuplu ışık, eliptik kutuplu ışığın özelleşmiş halleri olarak düşünülebilir. Eliptik kutuplu bir dalganın bileşke elektrik alan vektörü zaman içinde yayılma doğrultusu etrafında dönerken dalganın genliği de değişir. Dairesel ve eliptik kutupluluğun en büyük farkı dalganın genliğinin büyüklüğünün değişiyor olmasıdır. Dairesel kutupluluk söz konusu olduğunda elektrik alan vektörünün yönü değişmesine rağmen büyüklüğü hep sabit kalmaktadır. 57

70 Şekil 2.34 Eliptik kutuplu dalga (Fujiwara 2003) Serbest elektron lazeri demeti üzerinde de kutuplama önemli bir yere sahiptir. Serbest elektron lazeri demetinin diyagnostik masasından kullanıcılara gönderilmeden önce ortamdaki bazı geri yasımalar sonucu zarar görmemesi için polarizasyon yönünün değişmesi gerekmektedir. Lazer demeti üzerinde taşınım hattı boyunca doğrusal kutuplu olarak ilerler ve diyagnostik masasına ulaşır. Diyagnostik istasyonunda yansıma yöntemi ile demetin kutupluluğu bir polarizasyon dönüştürücü kullanılarak 45 ya da 90 kadar döndürülür. Bu sayede demetin kutupluluğu düşeyden yataya ya da tam tersi şekilde değişir. Böylece senkronize ikinci bir demet elde edilebilir. Şekil 2.35 bir polarizasyon dönüştürücü sistemini göstermektedir. Buna göre sistemdeki aynaların kadar döndürülmesi ile demetin kutupluluğu 2 kadar değişir. Şekil 2.35 Polarizasyon dönüştürücü 58

71 MCT (Mercury Cadmium Telluride) detektör MCT detektör CdTe yarıiletkeni ve HgTe yarımetalinin birleşiminden elde edilen bir aktif alana sahiptir. Bu özelliği ile detektörün aktif alanı, p-n eklemi görevi görür ve detektör fotovaltaik detektörler sınıfında incelenebilir. P-n eklemi bir kristal üzerinde büyütme işlemi ile elde edilir. Detektör yüzeyine düşen fotonların soğurulması ile detektör yüzeyinde elektron-deşik çiftleri oluşur ve bu çiftlerin elektrik alan etkisiyle ayrılması sonucu detektör yüzeyinde bir fotovoltaj elde edilir. Detektör yüzeyinde oluşan bu akım bir önbesleme akımına ihtiyaç olmadan meydana gelir, bu özelliği ile fotovaltaik detektörlerin fotoiletken detektörlere göre %40 daha fazla gözlenebilir algılamaya sahip olduğu söylenebilir. Detektörün kendi içinde akım üretmesi ayrıca cevap hızının da artmasına yol açar (Hudson 2006). Tüm bu özelliklere sahip ve 2-25 µm dalgaboyu aralığında yüksek verimle çalışan bir detektör türü olduğu için TARLA diyagnostik masasında kullanılması uygun olacaktır Detektör eklemini oluşturan maddelerden CdTe 1.5 ev bant aralığına ve HgTe 0 ev bant aralığına sahiptir, buradan hareketle MCT detektörün 0 ev ile 1,5 ev enerji aralığına duyarlı olduğu söylenebilir. Cd ve Hg elementlerinin değişik oranlarda birleşmesi ile detektörün spektral aralığı değiştirilebilir (Hamamatsu 2004). MCT detektör, 10 ile 20 mm arasında değişen kalınlığa sahip ince bir HgCdTe tabakadan ve üzerine oturtulmuş metal kontak yüzeylerden oluşur (Şekil 2.36). Yüksek soğurma tesir kesitine sahip bu detektörde soğurulan fotonlar elektronları değerlik bandından iletkenlik bandına çıkartır. Bu sayede detektörde bir çıkış voltajı elde edilir. Bu voltaj foton akısı ile orantılıdır. MCT detektör yüksek hızlı cevap (ps) özelliği ile 1-10 ps arasındaki mikro atmaların ölçülmesine de olanak sağlar. MCT detektörün bu özelliği sayesinde TARLA da elde edilecek lazer demeti üzerinde mikro atmaların ölçümünde de kullanılması öngörülmüştür. 59

72 Şekil 2.36 MCT detektörün şematik görünümü (Tapan 2008) HgCdTe kristalinin band genişliği HgTe ve CdTe maddelerinin bileşim oranı ile ilgilidir. Band genişliği ve kesilim dalgaboyu olmak üzere iki nicelik arasındaki bağıntı şu şekilde ifade edilir: 2.43 Kristalin bileşimi ve mutlak sıcaklık T olmak üzere detektörün band genişliğinin kristalin mutlak sıcaklığı ve bileşim oranı ile ilişkisini veren Denklem aşağıdaki gibi olur:

73 Şekil 2.37 Detektör birleşim oranı-band genişliği ilişkisi (Hamamatsu 2004) Detektör elementinin sıcaklığı arttıkça band genişliği de artar bu durumda Denklem 2.43 de görüldüğü gibi detektörün sinyal aralığı kısa dalgaboylarına kayar (Şekil 2.37). Denklem 2.44 detektör bileşenlerinin oranının detektörün band genişliği üzerindeki etkisini açıklamaktadır. Sabit bir mutlak sıcaklık altında detektördeki Cd oranını düzenli artışı detektörün band genişliğini arttırır, bu sayede detektör kısa dalgaboylarının analizine duyarlı hale gelir (Hamamatsu 2004). Bu ilişki şekil 2.38 de görülmektedir. Şekil 2.38 MCT detektör için bazı sıcaklık değerlerinde dalgaboyu ile deteksiyon ilişkisi (Hamamatsu 2004) 61

74 Yapılan katolog incelemeleri doğrultusunda TARLA da kullanılabilecek bazı MCT detektör marka ve modelleri belirlenmiştir. Bu incelemenin sonuçları çizelge 2.2 de verilmektedir. TARLA diyagnostik masası üzerinde kullanılacak MCT detektörlerin seçiminde kullanıcıların en çok tercih edeceği ve tesiste en yüksek kazançla elde edilecek lazer dalgaboyu aralığı göz önünde bulundurulmalıdır. Çizelge 2.2 TARLA Diyagnostik masasında kullanılabilecek MCT detektörler Marka Model Aktif Alan( ) Kesilim dalgaboyu(µm) Pik (µm) dalgaboyu Jodson Electronics J15D26-M204- S01M Hamamatsu P Oriel Boston Electronics PVI-4TE Kullanıcı isteğine bağlı Pyroelektrik Detektör Pyroelektrik detektör termal tip bir detektör olup, oda sıcaklığında çalışır. Yüzeyinde PZT (Lead Zirconate Titanate) maddesi içerir. PZT maddesi piezoelektrik ve pyroelektrik özellik taşıyan bir bileşiktir. Piezoelektrik özelliği maddeye uygulanan mekanik basınç sonucunda maddenin bir voltaj üretmesi özelliğidir. Pyroelektrik etki sıcaklık değişimine bağlı olarak maddenin elektik potansiyeli oluşturma yeteneğidir. Pyro detektör her iki özelliği de bünyesinde barındırır. PZT maddesinin birleşim oranına göre farklı pyroelektrik materyaller üretmek mümkündür. Malzemenin bileşimi ve malzemenin elde edilme aşamasında maruz kaldığı basınç değerine göre farklı dielektrik sabitine sahip pyroelektrik materyaller elde edilebilir. Bazı pyroelektrik maddeler ve özellikleri çizelge 2.3 de verilmiştir. Pyroelektrik materyallerin dielektrik sabiti 200 ile 400 arasında ve Curie sıcaklıkları değişen değerler alırlar. PZT maddesi polikristal birleşime sahip olduğundan ani sıcaklık artışlarına bağlı oluşabilecek mekanik bozulmalara karşı dayanıklıdır (Hamamatsu 2004). 62

75 Çizelge 2.3 Pyroelektrik Materyaller ve özellikleri (Hamamatsu 2004) Materyal Curie Sıcaklığı ( Dielektrik Sabiti Pyroelektrik (10-8 C cm -2 K -1 ) Sabiti Termal (10-3 W cm K -1 ) iletkenlik TGS DTGS LiTaO PZT Detektörün çalışma prensibi pyroelektrik etkiye dayanır. PZT maddesi karanlık ortamda iken (üzerine lazer demeti gönderilmediği durumda) gelişigüzel kutupludur. Maddenin yüzeyi daima elektriklenmiş durumdadır ancak havadaki iyonlarla etkileşerek nötralize olmuş durumda bulunur. Detektör yüzeyine gönderilen lazer demetinin soğurulması sonucu detektör yüzeyinde sıcaklık değişimi meydana gelir. Sıcaklık artışına bağlı olarak detektör yüzeyindeki atomların kutupluluk yönü değişir ve yüzeyde bir elektrik akımı oluşur. Oluşan bu akım foton akısı ile orantılıdır. Çıkış sinyalinin elde edilmesi ile detektör yüzeyine gelen demetin şiddeti hakkında bilgi elde edilir. Detektör yüzerinde oluşan elektrik akımı, yüzeyin sıcaklık değişimine bağlı olduğundan pyroelektrik detektör dalgaboyundan bağımsız çalışır. Pyroelektrik detektör gelen lazer demetini ancak sıcaklık değişimi olduğu durumda algılar bu nedenle detektör üzerine gönderilen lazer demetinin kesikleyiciden (chopper) geçirilmesi gerekmektedir (Hamamatsu 2004). Şekil 2.39 da pyro detektörün şematik görünümü gösterilmiştir. Detektör yüzeyine (A) düşen lazer ışını yüzeyde δt kadarlık bir sıcaklık değişimine neden olur. Yüzeyin pyroelektrik sabiti ρ ise yüzeyde δq=ρaδt kadar yük birikimi gerçekleşir. Bu durumda t kadar sürede detektör yüzeyinde oluşan elektrik akımı Denklem 2.45 ifade ile elde edilir

76 Şekil 2.39 Pyro detektörün şematik görünümü (Tapan 2008) Pyroelektrik detektörün çıkış sinyali voltaj ya da akım şeklinde elde edilebilir. Voltaj çıkışlı pyroelektrik detektörlerin devre tasarımı daha kolay olup gürültü değeri daha azdır ve düşük frekanslarda yüksek verimli çalışırlar. Bu özellikleri bakımından güvenlik amaçlı görüntüleme işlemlerinde kullanılırlar. Lazer demeti analizinde ise akım çıkışlı pyroelektrik detektörler tercih edilmektedir. Akım çıkışlı pyroelektrik detektörler hem düşük hem de yüksek frekans bölgesinde sabit bir davranış gösterir ve yüksek verimle çalışırlar. Detektörün çalışma aralığına uygun frekans limiti yükseltici devrenin kurulumuna göre değiştirilebilir (Hamamatsu 2004). TARLA diyagnostik masası üzerinde uzun dalgaboyu bölgesinde (>25µm) akım çıkışlı bir pyoelektrik detektör kullanılması öngörülmüştür. Detektörden elde edilen çıkış akımı duyarlılığı ) Denklem ile ifade edilir. Denklem 4.4 de yayılma katsayısını, açışal frekansı, pyroelektrik katsayısını, detektörün etkin alanını, G ısısal iletkenlik katsayısını ve termal zaman sabitini iade eder. Detektör yüzeyinde kullanılan materyalin pyroelektrik sabitinin yüksek oluşu ve detektörün etkin alanının artması çıkış akımı duyarlılığını arttırarak, detektörün cevap süresinin kısalmasını sağlar (Osche 2002). 64

77 Şekil 2.40 Pyroelektrik detektörün çıkış sinyalinin kesikleyici frekansı ilişkisi (Hamamatsu 2004) (a) Voltaj çıkışı (b) Akım çıkışı Voltaj ve akım tipi pyroelektrik detektörlerin çıkış sinyalinin kesikleyici frekansına karşı davranışı Şekil 2.40 de görülmektedir. Şekilde voltaj sinyalinin düşük frekans değerlerinde daha yüksek olduğu ve 100Hz den büyük frekans değerlerinde sinyalin yok olduğu görülmektedir (Şekil 2.40.a). Akım çıkışlı pyro detektör, düşük frekans bölgesinde voltaj çıkışlı pyro detektöre benzer davranış gösterirken, yüksek frekans bölgesinde çıkış sinyali sabit bir değere ulaşır (Şekil 2.40.b). Bu özellikler incelendiğinde, TARLA diyagnostik masası üzerinde kullanılacak kesikleyicinin Hz aralığında çalışması öngörüldüğünden, masada akım sinyali ile çalışan bir pyroelektirk detektörün konumlandırılması gerekmektedir. Pyroelektrik detektörlerde en sık kullanılan yüzey bileşeni Deuterated Triglycine Sülfat (DTGS) maddesidir. DTGS yüksek termal dayanıklılık gösteren bir kristal olduğundan detektörün termal zaman sabiti de yükselir ve detektörün ömrü uzar. Oda sıcaklığında çalışabilme ve düşük maliyeti açısından diğer termal tip detektörlere göre avantaj sağlar (Osche 2002). TARLA foton demet diyagnostiği masasında uzak kızılötesi bölgede (>20 µm) elde edilecek olan lazer demetlerinin analizinde DTGS yüzeyine sahip bir pyro detektör kullanılacaktır. TARLA da elde edilecek ışınımın analizinde kullanılmaya uygun bazı pyroelektrik detektörler çizelge 2.4 de görülmektedir. 65

78 Çizelge 2.4 TARLA Diyagnostik masasında kullanılabilecek pyroelektrik detektörler Marka Model Aktif ( ) Alan Spektral aralık (cm -1 ) Çalışma sıcaklığı ortamı Minimum duyarlılık (V/W) Thermo Nicolet DLaTGS/Poly Oda sıcaklığı 200 Thermo Nicolet Si/Teflon Helyum soğutma 170,000 Bruker IFS 66v Kullanıcı isteğine bağlı Oda sıcaklığı Kullanıcı isteğine bağlı Güç metreler ve enerji metreler Bir lazerin performansı belirlemek için kullanılan en yaygın yöntem güç veya enerjisinin ölçülmesidir. Lazerlerin çıkış gücü ve enerjisi lazerin bir uygulama esnasındaki kalitesini en belirgin şekilde etkileyen niceliklerdir. Bir lazer demetinin ilk uygulamasından önce mutlaka enerji veya güç ölçümünün yapılması gerekir, bu sayede demetin ilgili araştırma için uygun olup olmadığına karar verilir ( TARLA tesisinde elde edilecek olan lazer demetlerinin ilk kullanımdan önce ve her bir kullanıcı deneyinden önce enerji veya güç ölçümlerinin yapılması elde edilen lazerin tanımlanması için büyük önem taşımaktadır. Lazerlerin güç veya enerjisinin belirlenmesinde kullanılan cihazlara güç metre veya enerji metre adı verilir. Güç metre ve enerji metreler birbirinden bağımsız olarak üretilen iki parçadan oluşurlar (Şekil 2.41). İlk parça lazer demetinin önünde konumlandırılan ve lazer giriş yoğunluğu ile orantılı bir çıkış sinyalinin elde edilmesini sağlayan sensör kısmıdır. İkinci parça ise sensörden çıkan sinyali analiz ederek lazer yoğunluğunu görüntüleyen metre bileşenidir. Bazı metreler ölçümle eşzamanlı olarak çıkış değerini verirken bazıları ise bilgisayar yazılımı desteği ile veri analizi yapıldıktan sonra çıkış değeri hakkında bilgi verir (Kuhn 1998). 66

79 Lazer analizi için bir cihaz alımı yapılmadan önce, demetin güç değerinden ya da atma enerjisinden hangisinin analizinin yapılması istendiğine karar verilmelidir. Bir lazerin güç değeri Watt cinsinden ifade edilen ve sürekli lazerler için sürekli çıkış gücünü, atmalı lazerler için ise ortalama gücü ifade eden niceliktir. Enerji kavramı ise atmalı yapıdaki bir lazerin bir atma uzunluğu başına sahip olduğu güç değeri olarak ifade edilir (Kuhn 1998). Bu iki nicelik arasındaki ilişki Denklem 2.47 de görülmektedir. Burada bir lazer atmasının enerjisini ve atma uzunluğunu ifade ederken, lazer demetinin ortalama gücünü ve demetin tekrarlama süresini ifade eder. Şekil 2.41 Güç metre 2.47 Lazer güç ve enerji ölçümünde kullanılan üç sensör çeşidi bulunmaktadır. Hızlı cevap özelliği ve uzun ömürlü olması sebebiyle en çok tercih edilen çeşit pyroelektrik sensörlerdir. Bunun yanında termopil ve yarıiletken fotodiyot sensörlerde kullanılmaktadır ( Lazer demetinin sürekli ya da atmalı yapıda oluşuna göre farklı sensör seçimi yapılabilir. Bu ilişki çizelge 2.5 de görülmektedir. 67

80 Çizelge 2.5 Güç metre sensör çeşitleri ve özellikleri (Hadler 2007) Sensör çeşidi Özellikleri Pyroelektrik Sadece atmalı lazerler ile çalışır. Ortalama güç, tekrarlama süresi ve atma enerjisinden yola çıkılarak hesaplanır. Sürekli lazerler ve atmalı lazerlerle çalışır. Termopil Ortalama güç ölçümünde kullanılır. Medikal ve endüstriyel lazerlerin tek atması (ms mertebesi) için güç ölçümünde kullanlır. Yarıiletken fotodiyot Düşük güç değerine sahip sürekli lazerlerde kullanılır. Düşük atma enerjisine sahip atmalı lazerlerde kullanılır. Bu amaçla kullanılan sensör sürekli lazerler için uygun değildir. Termopil sensörler sürekli lazerlerin güç değerinin ve atmalı lazerlerin ortalama güç değerinin belirlenmesinde kullanılabilirler. Termopil sensörler kullanılarak uzun atmaların toplam gücü de analiz edilebilir. Termopil sensör lazer demetinin soğurarak lazer demetinin enerjisinin ısı enerjisine çevirir. Sensör içinde su soğutma ya da konveksiyonel soğutma ile ortam sıcaklığında sabit tutulan bir hazne bulunur. Lazer demetinin soğurulması ile haznenin sıcaklığı artar ve önceki sıcaklık değeri ile lazerin soğurulmasından sonraki sıcaklık değeri arasındaki fark ısıçifti bağlantısı (termocouple junction) yoluyla elektriksel sinyale çevrilir. Sensörün çalıştığı spektral aralık yüzeyindeki termopil malzemenin özelliklerine göre değişiklik gösterir, UV bölgeden kızılötesi bölgeye kadar geniş bir aralıkta çalışır. Termopil sensörün cevap hızı düşük güçlü (< 2 W) lazerler için birkaç saniye iken, kw mertebesindeki lazerler için bir dakikaya kadar çıkabilmektedir. Bu özelliği ile geniş güç değeri aralığında çalışır ve fotodiyot sensörlerden farklı olarak doyum noktasına ulaşmazlar. Güç değeri 10 mw-10 kw arasında değişen kızılötesi bölgede bir lazer demeti söz konusu olduğunda termopil sensör kullanarak sürekli lazer demeti için güç ve atmalı lazer demeti için enerji ölçümü yapılabilir (Hudson 2006). 68

81 Yarıiletken fotodiyot sensörler gelen foton akımını elektriksel akıma çevirerek çıkış sinyali meyana getiren sensörlerdir. Yüksek hassasiyet ve düşük gürültü ile çalışırlar. Sensörün doyuma ulaşmasını engellemek için önüne lazerin yoğunluğunu belirli oranlarda azaltacak nötrol yoğunluk filtreleri yerleştirilmelidir. Spektral çalışma aralıkları kısıtlı olup sürekli lazerler ile kullanımları çık fazla tercih edilmemektedir. Genlik analizinde termopil sensörlerden daha hassas ölçüm yapabilme özelliğine sahiptirler bu nedenle güç değeri nw ile mw arasında değişen lazerlerin analizinde tercih edilebilirler. Tekrarlama hızı 10kHz in altında olan lazerler için de fotodiyot sensör kullanımı tercih edilebilir (Hudson 2006). Pyroelektrik sensörlerin kullanımı atmalı lazerler üzerinde yaygın olarak tercih edilmektedir. Bu sensörler pyroelektrik etkiye dayanarak çalışırlar ve ani sıcaklık artışına bağlı olarak tepki verirler. Bu nedenle sürekli lazerlerin güç ve enerji analizinde kullanılamazlar. Buna karşın atmalı lazerlerin analizinde pyro detektörler µs mertebesinde cevap hızına sahipken, termopil sensörler birkaç saniyelik zaman diliminde cevap verir (Hudson 2006). Üzerinde ölçüm yapılacak olan lazer demetinin özelliklerine göre kullanılabilecek olan sensör çeşitlerini içeren bir tablo çizelge 2.6 da görülmektedir. Çizelge 2.6 Lazer özelliklerine göre seçilebilecek sensör çeşitleri ( Lazer Çeşidi Ölçülecek Nicelik Güç aralığı Dalgaboyu aralığı Sensör tipi Sürekli Ortalama güç 10nW-5mW 250nm-1800nm Fotodiyot 200μW ve > 5kW 0.15μm -12μm Termopil Atmalı Ortalama güç 200µW ve >5kW 0.15μm-12μm Termopil Atmalı Atma enerjisi 100nJ ve >10J 0.15μm-12μm Pyroelektrik Atmalı Atma enerjisi 10pJ 800nJ 325nm- 1700nm Fotodiyot 69

82 TARLA serbest elektron lazeri tesisinde sırasıyla U25 ve U90 salındırıcılarından µm ve µm aralığında, W aralığındaki güç değerine sahip lazer demetleri elde edilecektir. Foton demet diyagnostiği laboratuvarında yapılacak olan lazer demeti ölçümleri demetin kesikleyiciden geçirilmesi kaydıyla sürekli lazer modunda yapılacaktır. Çizelge 2.7 TARLA için belirlenen güçmetre modelleri Marka Model Çalışma aralığı Nitelik Molectron PM5200 3mW-10kW Güç ölçümü Molectron PM500D-A2 1mW-10kW Güç ölçümü Melles Griot 13PEM001 10µW-2 W Güç-enerji ölçümü Newport PMKIT-IR-2 W 100pW-2 W Güç ölçümü Newport PMKIT-THERM- 0.1mW-10W Güç ölçümü 10W Newport 1936-C/2936-C/-R 11fW 20kW 7 J 20kJ Güç-enerji ölçümü Coherent PS19Q 100µW-1W Güç ölçümü Coherent LM10 10mW-10W Güç ölçümü Coherent LM45 100mW-25W Güç ölçümü 70

83 TARLA serbest elektron lazeri demetlerinin spektral aralığı ve güç değerleri göz önüne alınarak, çizelge 2.6 da sürekli mod ölçümü ile ilgili satır incelendiğinde TARLA tesisinde kullanılacak güç metrelerin termopil sensör içermesi gerektiği sonucuna varılmıştır. Sensör çeşidinin belirlenmesinin ardından kullanılacak metre tercihi yapılmalıdır. Sadece güç veya sadece enerji ölçümünün yapıldığı metreler olduğu gibi her iki niceliğin analizinin gerçekleştirildiği metreler mevcuttur. TARLA tesisinde demet kullanıcıya gönderilmeden önce sürekli modda bulunacağından sadece güç ölçümü yapan bir metre tercih edilecektir. TARLA da biri 2 W ın altında diğeri 2 W ın üzerindeki güç değerlerinin ölçümünde kullanılmak üzere iki adet güç metre konumlandırılacaktır. TARLA da güç ve enerji ölçümünde kullanılması uygun olan bazı güç metrelerin katalog taraması yapılmış ve sonucu çizelge 2.7 de belirtilmiştir. 71

84 3. MATERYAL ve YÖNTEM 3.1 Materyal THM Kızılötesi SEL Tesisinde Lazer Demetleri İçin Güç ve Enerji Ölçümlerinin İncelenmesi isimli tez çalışmasında, serbest elektron lazeri ve sinkrotron ışınımı konulu kaynak kitaplar incelenerek osilatör modda serbest elektron lazeri ile ilgili teorik bilgilere ulaşılmıştır. Elektromanyetik spektrumun kızılötesi bölgesinde elde edilecek olan Türk Hızlandırıcı Merkezi kızılötesi serbest elektron lazerinin foton diyagnostik istasyonu ile ilgili bilgilere, benzer kızılötesi serbest elektron lazeri laboratuvarlarının web sitelerinden ve kaynaklar bölümünde adı geçen konu ile ilgili yayınlanmış makalelerden ulaşılmıştır. Foton demet diyagnostiği işlemlerini kapsayan demetin atma süresinin ölçümü, demet profilinin gözlemlenmesi, dalgaboyu ölçümü işlemlerine birer örnek oluşturmak amacıyla 800 nm dalgaboylu Ti:Sapphire lazer ve polarizasyon yönünün belirlenmesi için nm dalgaboylu HeNe lazer kullanılmıştır. Ti:Sapphire lazerin atma süresi ölçümünde şiddet otokorelatörü sistemi kullanılmıştır. Demetin profil ölçümü Newport LPB 2-USB-A profilometre kullanılarak yapılmıştır. Dalgaboyu ölçümü için demet fiber spektrometre üzerine yönlendirilmiştir. Lazer demetleri üzerindeki bu ölçümler sırasında demetlerin optik cihazlar üzerine yönlendirilmesi ve odaklanması için düzlem aynalardan, odaklayıcı aynalardan yararlanılmıştır. Otokorelatör deneyi ve demetin profil ölçümleri sırasında Nötral Yoğunluk (neutral density) filtreleri (ND filtre) kullanılarak demetin güç değeri ayarlanmıştır. Polarizasyon yönünün belirlenmesi esnasında yatay ve dikey kutuplayıcılardan yararlanılmıştır. 3.2 Yöntem TARLA tesisinde osilatör modda serbest elektron lazeri elde edilecektir. Bu amaçla TARLA tesisinde elde edilecek olan lazer demeti parametrelerinin elde dilmesi için osilatör mod serbest elektron lazerinin dalgaboyu, enerji, güç ve parlaklık parametreleri kaynaklar bölümünde belirtilen konu ile ilgili kitaplar incelenerek kuramsal temeller kısmında tartışılmıştır. TARLA tesisinin lazer demet parametreleri thm.ankara.edu.tr web sitesinden ve TARLA teknik tasarım raporundan elde edilmiştir. TARLA tesisinde µm aralığında orta ve uzak kızılötesi bölgede lazer demeti elde edilecektir. Yapılan çalışmada tesisin foton demet diyagnostik laboratuvarında yer alması planlanan 72

85 cihazlar incelenmiş ve foton dmet diyagnnostiği işlemleri üzerinde durulmuştur. Elde edilen lazer demeti üzerindeki kontrol işlemleri sırasında kullanılan detektörler, spektrometre ve güçmetrelerin lazer demetinin spektral aralığına uygun biçimde seçilmesi önemlidir. Bu amaçla çalışma konusunun araştırılmasında, serbest elektron lazeri demeti üzerinde güç ve enerji ölçümü konusunda TARLA tesisinde elde edilecek olan lazer demetleri parametreleri ile benzer değerlere sahip dünyadaki diğer kızılötesi serbest elektron lazeri laboratuvarlarının foton kontro sistemleri incelenmiştir. Bu araştırma söz konusu laboratuvarların web sitelerinden ve tesis ile ilgili yazılan makalelerden yararlanılarak yapılmıştır. Bu amaçla ELBE IR FEL (Almanya) laboratuvarının diyagnostik masası incelenmiştir. ELBE tesisinin lazer demet parametreleri TARLA tesisi lazer parametreleri ile benzerlik göstermektedir. Bu nedenle TARLA tesisi foton demet diyagnostiği laboratuvarının tasarımı için ELBE tesisi örnek teşkil etmektedir. Söz konusu laboratuvar, 2012 yılı Temmuz-Ekim ayları arasında Erasmus Staj Hareketliliği kapsamında ziyaret edilmiştir. Foton demet diyagnostiği işlemlerinde Ti:Sapphire lazer ve HeNe ve Nd:YAG lazerler kullanılarak ölçümler yapılmıştır. Lazer demetinin polarizasyon yönü yansıma yöntemi ile 632,8nm dalgaboylu HeNe lazer kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu uygulamada lazer demetinin yatay ve dikey kutuplu olduğu durumda cam levha üzerinden yansıyan demet şiddeti incelenerek demetin yansıma sonucu kutupluluk yönünün değişimi tayin edilmiştir. Lazer demetinin atma süresi, demet profili ve spektrum ölçümünde 800 nm dalgaboylu Ti:Sapphire lazer kullanılmıştır. Atma süresinin belirlenmesi için otokorelatör deney düzeneği kullanılmış ve çizgisel olmayan etkinin elde edilmesi için demet bir SHG kristali üzerinde odaklanmıştır. Demetin profil ölçümü için demet bir profilometre üzerinde odaklanmış ve cihazın bilgisayar yazılımından yararlanılarak demetin yatay ve dikey profil dağılımı elde edilmiştir. Lazerin spektrum ölçümü fiber spektrometre kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Demetin güç kararlılığının gözlemlenmesinde 520 nm dalgaboylu lazer demetinin zaman içindeki güç değerleri Newport PM 1918-C güçmetresi kullanılarak kaydedilmiştir. Demet çapının ölçümü 355 nm dalgaboylu lazer demeti kullanılarak knife edge (bıçak sırtı) yöntemi ile gerçekleştirilmiştir (Magnes 2008). Otokorelatör deneyinden elde edilen verilerin yorumlanması, ilgili grafiklerin elde edilmesi ve deney verisinin Gausiyen demet profiline fit edilmesinde MatLab R2008a bilgisayar yazılımından yararlanılmıştır 73

86 4. BULGULAR 4.1 TARLA Tesisi Foton Demet Diyagnostiği Laboratuvarı Kalkınma Bakanlığı desteği ile Türk Hızlandırıcı Merkezi projesi kapsamında kurulması planlanan TARLA tesisinde elektron demeti iki adet süperiletken RF kavite aracılığı ile hızlandırılacaktır. Elektron demetinin enerjisi ilk hızlandırıcı modülden geçtikten sonra 15 MeV e çıkacak, ikinci hızlandırıcı modülden sonra demetin enerjisi 40 MeV e kadar ulaşacaktır (Özkorucuklu vd. 2011). Elde edilen elektron demetinin salındırıcılardan geçirilmesi ile serbest elektron lazeri elde edilecektir. Elde edilen serbest elektron lazeri biri diyagnostik laboratuvarı olmak üzere 5 adet kullanıcı laboratuvarında kullanılacaktır (Arıkan 2012). Diyagnostik laboratuvarının ve kullanıcı laboratuvarlarının TARLA planındaki yerleşimi şekil 4.1 de görülmektedir. Şekil 4.1 TARLA kullanıcı laboratuvarlarının kat planı (Aksoy 2012) Tesiste µm dalgaboyu aralığında elektromanyetik spektrumun kızılötesi bölgesinde ışınım elde edilecektir. Elde edilecek lazer demetleri ile ilgili parametreler çizelge 4.1 de verilmiştir. Elde edilecek olan lazer demetlerinin özellikleri, tesisin 74

87 kullanıcı potansiyelinin belirlenmesinde ve foton demet diyagnostiği laboratuvarında kullanılacak cihazların seçiminde en önemli referans noktası olacaktır. Çizelge 4.1TARLA Lazer demetleri parametreleri (Özkorucuklu vd. 2011) Parametre U25 U90 Dalgaboyu (µm) Mikro atma tekrarlama hızı (MHz) Maksimum atma gücü (MW) Ortalama güç (W) Maksimum atma enerjisi (µj) 10 8 Atma uzunluğu (ps) Çizelge 4.1 de belirtildiği gibi TARLA tesisinde U25 ve U90 salındırıcılarında sırasıyla µm ve µm aralığında lazer demetleri elde edilecektir. Lazer demetlerinin kontrolü, foton demet diyagnostiği laboratuvarında yapılacaktır. TARLA tesisinde yapılandırılması planlanan beş deney istasyonu arasından ilk aşamada foton diyagnostik laboratuvarı kurulacaktır. Foton diyagnostik laboratuvarı temel olarak bir optik masa ve masa üzerinde bulunan lazer ölçüm cihazlarından oluşur. Demetin kontrol aşamasında öncelikle dalgaboyu ve güç ölçümü yapılmalıdır, bu nedenle TARLA foton diyagnostik masasında ilk etapta spektrometre ve güç metrelerin yerleşimi yapılacaktır. Demetin dalgaboyu ölçümü için µm dalgaboyu aralığını tarayabilecek özelliğe sahip bir Czerny-Turner spektrometre kullanılacaktır. Spektrometre üç farklı değerde kırınım ağı içerecektir. TARLA için seçilen spektrometrede kullanılacak kırınım ağlarının 75 çizgi/mm, 22 çizgi/mm, 7.9 çizgi/mm olarak belirlenmiştir. Bu sayede elde edilecek 75

88 lazer demeti aralığı tamamen taranacaktır. Güç ölçümü için iki farklı çalışma aralığına sahip iki adet güç metre kullanılacaktır. Güç metrelerden biri 2 W ın altında ve kısa dalgaboyu (< 25 µm) aralığında, diğeri ise bu değerin üzerindeki güç değerlerinde çalışacak şekilde belirlenmiştir. Şekil 4.2 TARLA foton diyagnostik masasının şematik görünümü TARLA foton demet diyagnostiği masasının şematik görünümü şekil 4.2 de görülmektedir. U25 ve U90 salındırıcılarından çıkan serbest elektron lazeri demetleri diyagnostik masasına paralel biçimde giriş yaparlar. Serbest elektron lazeri demetleri masaya girdikten sonra aynı iletim yolunu takip edeceklerdir, bu amaçla her iki demet de masaya girdikleri noktada birer hareketli (flipper) ayna kullanılarak diyagnostik masasına yönlendirileceklerdir. Kullanılacak flipper aynalar diyagnostik masasının uzaktan kumandalı kontrol sisteminde belirli bir isimle yer alacak ve sadece ölçümü yapılacak olan demet hattına ait flipper ayna yansıtıcı konumda bulunacak şekilde kontrol edilecektir. Söz konusu lazer demeti ilgili flipper aynadan yansıtıldıktan sonra, demetin bir kısmı dalgaboyu ve güç ölçümlerinin yapılması için ayrıştırılacaktır. Bu işlem için şekil 4.2 de görülen scraper ayna kullanılarak demetin %1-5 lik kısmı ayrıştırılır. TARLA da kullanılacak olan scraper aynaya örnek teşkil eden ELBE diyagnostik laboratuvarında kullanılan scraper ayna şekil 4.3 de görülmektedir. 76

89 Demetin kalan kısmı demet zayıflatıcıdan geçirilerek kullanıcı laboratuvarlarına iletilir. Demet zayıflatıcı demetin güç değerini 3 db, 5 db ve 10 db oranında azaltacak özellikte seçilmiştir. Kullanıcı laboratuvarının isteği yönünde demet belirtilen oranlardan birinin katları şeklinde zayıflatılır. Demet zayıflatıcının diyagnostik masası üzerindeki bir diğer önemi ise, demetin giriş yapacağı cihazlar arasında en küçük çaplı giriş açıklığına sahip olmasıdır. Bu özelliği nedeniyle diyagnostik masası üzerinde lazer demetinin odaklanması gereken nokta, demetin zayıflatıcı içine giriş yaptığı nokta olacaktır. Şekil 4.4 de ELBE foton diyagnostik masası üzerinde kullanılan demet zayıflatıcı görülmektedir. Şekil 4.3 Scraper ayna Şekil 4.4 ELBE Lasnix demet zayıflatıcı 77

90 Scraper aynadan yansıyan demetin kutupluluk, demet kalite faktörü, mod yapısı ve diverjans gibi özellikleri aynı kalır. Bu sayede dalgaboyu ve güç ölçümünde elde edilen değerler, kullanıcı laboratuvarına gönderilen demet ile uyum göstererir. Demetin scraper ayna ile ayrılan kısmı, ölçümlerin sürekli lazer modunda yapılması için demetin frekansı ile senkronize edilmiş bir kesikleyici (chopper) üzerine gönderilir. Chopper motorize bir güç kaynağına bağlı olarak çalışır ve demet ile olan uyumu osilatör üzerinden kontrol edilir. Bu aşamadan sonra demet dalgaboyu ve güç ölçümü bölümlerine aktarılmak üzere bir demet ayırıcı sistemine yönlendirilecektir. Bu sistem bir adet elmas demet ayrıcı ve bir adet tam yansıtıcı aynadan oluşmakta ve uzaktan kumandalı motorize bir sistemle kontrol edilerek aynanın ya da demet ayırıcının aktif olması sağlanmaktadır. Böyle bir sistem ELBE diyagnostik laboratuvarında kullanılmakta olup şekil 4.5 de görülmektedir. Lazer demetinin dalgaboyu ölçümünün yapılması için demet elmas demet ayırıcıdan geçirilecektir. Elmas demet ayırıcı demetin önüne 45 lik açı ile yerleştirilecektir, bu açı değerinde demet ayırıcı demetin %85 lik kısmını geçirirken kalan kısmını demetin geliş doğrultusunda yansıtır. Demet ayırıcının aktif olduğu durumda demetin %85 lik kısmı şekil 4.2 de görülen mavi hattı izleyerek spektrometre üzerine gidecek ve demetin spektral aralığı belirlenecektir. Elmas demet ayırıcı tüm dalgaboyu değerlerinde geçirgenlik gösterebildiği için seçilmiştir. Şekil 4.5 ELBE foton diyagnostik masasında bulunan demet ayrıcı sistem 78

91 Demet üzerinde dalgaboyu ölçümü yapılmadığı durumda demet ayrıcı sistemindeki ayna aktif konumda bulunacak ve demetin şekil 4.2 deki kırmızı hattı izlemesi sağlanacaktır. Bu noktada demet ikinci bir scraper ayna ile ayrıştırılarak referans detektörleri ve güç metreler üzerine gönderilir. Kısa dalgaboyu değerlerinde (< 25 µm) MCT detektör ve 2 W ın altında çalışan küçük güç metre kullanılacak, uzun dalgaboyu bölgesinde (> 25 µm) pyroelektrik detektör ve 2 W ın üzerine duyarlı büyük güç metre kullanılacaktır. Demetin referans detektörleri ve güç metreler arasında iletimi flipper aynalar kullanılarak sağlanacaktır. 4.2 Foton Demet Diyagnostiği İşlemleri Yansıma yoluyla polarizasyon yönünün belirlenmesi TARLA foton demet diyagnostiği masasının dizaynının yapılması için burada kullanılacak lazer ölçüm cihazlarının çalışma prensibi ve kullanımı ile ilgili deneyim kazanılması gerekmektedir. Bu amaçla, Türk Hızlandırıcı Merkezi Projesi desteği ve Erasmus Stajı Hareketliliği programı kapsamında 8 Temmuz- 7 Ekim 2012 tarihleri arasında ELBE IR FEL laboratuvarı ziyaret edilmiştir. Bu süre zarfında güç metrenin lazer demeti önündeki konumu, kalibrasyonu ve kullanımı ile ilgili çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalardan biri yansıma yoluyla lazer demetinin polarizasyon yönünün belirlenmesidir. Bu çalışma esnasında 632,8 nm dalgaboylu HeNe lazer, yatay ve dikey kutuplayıcılar, dört adet düzlem ayna, cam levha ve Molectron 13PEM001 güç metre kullanılmıştır. Doğrusal kutuplu bir ışık yatay ya da düşey kutuplu olmak üzere özel bir durumda bulunabilir. Yapılan deneyde lazer demeti öncelikle yatay kutuplayıcıdan geçirilerek yatay kutuplu (p polarize) hale getirilmiştir. Deneyin bu aşaması için kullanılan düzenek şekil 4.6 da görülmektedir. Yatay kutuplu lazer demeti döner tabla üzerinde bulunan cam levhadan yansıtılmış ve değişen açı değerlerinde levhadan yansıyan lazer demetinin şiddeti güç metre kullanılarak ölçülmüştür. Bu aşamada belli bir açı değerinde demetin şiddetinin sıfıra çok yakın bir değer aldığı görülür. Yatay kutuplu bir lazer demeti için yansıma şiddetinin sıfıra eşit olduğu bu özel açı değerine Brewster açısı denir (Fujiwara 2003). Sadece yatay kutuplanmış bir lazer demeti yansıtıcı yüzey üzerine Brewster açısı ile geldiğinde bu davranışı göstermektedir. 79

92 Şekil 4.6 Yatay kutupluluk deney düzeneği Deneyin ikinci aşamasında lazer demeti öncelikle dikey kutuplayıcıdan geçirilerek dikey kutuplu (s polarize) hale getirilmiştir (Şekil 4.7). Bunun ardından ilk aşamadaki işlemler tekrarlanarak yansıyan demetin her bir açı değerinde şiddeti güç metre üzerinden okunmuş ve yansıyan demetin şiddetinin demetin levha üzerine gelme açısı arttıkça arttığı görülmüştür. Bu özellik dikey kutuplu lazer demetinin elektrik dipol radyasyonunun yönelimi ile açıklanabilir (Fujiwara 2003 sf ). Şekil 4.7 Dikey kutupluluk deney düzeneği Elde edilen lazer şiddeti değerlerinin açı değerlerine göre grafiği elde edilerek her iki kutupluluk çeşidi için bir grafik elde edilmiştir. Çalışma sonucunda elde edilen grafik 80

93 şekil 4.8 de verilmiştir. Şekil 4.8 de görüldüğü gibi yeşil renkle belirtilen eğri dikey kutupluluğu ifade etmektedir ve artan açı değerlerine karşı yansıyan demetin şiddeti de artmaktadır. Şekildeki kırmızı eğri lazer demetinin yatay kutuplu olduğu durumda yansıyan demetin şiddet değerlerinin açı değerlerine karşı davranışını göstermektedir. Şekilde de görüldüğü gibi 56 de yansıyan demetin şiddeti sıfıra düşmüştür. Bu sonuç kullanılan cam levha için mantıklı bir değer vermektedir. Cam için Brewster açısının değeri 55 dir. Şekil 4.8 Yansıyan demet şiddetinin lazerin gelme açışıyla ilişkisi Yapılan bu çalışma lazer demetinin kutupluluk yönünün belirlenmesi ve güç metrenin kullanımının anlaşılması konusunda yararlı olmuştur. TARLA foton demet diyagnostiği masası üzerinde serbest elektron lazeri demetleri yatay kutuplu olarak bulunacaktır. Demetin kutupluluk yönünün değiştirilmesi kullanıcıların istekleri doğrultusunda yapılacaktır. Diyagnostik masası üzerindeki aynalardan birbirine dik olarak konumlandırılmış iki aynadan demetin yansıması durumunda demetin kutupluluk yönü tersine döneceğinden, aynaların yerleşiminde bu durumun göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Demet masa yüzeyine daima paralel ve aynı yönlü kutuplulukla ilerlemelidir. 81

94 4.2.2 Atma süresinin ölçümü Foton demet diyagnostiği işlemleri kapsamında, demetin belirlenmesi gereken parametrelerinden biri de atma sürresinin belirlenmesidir. Lazer demetinin atma süresinin ölçümünde otokorelatör sisteminden yararlanılır. Otokorelatör sisteminin çalışma prensibi Bölüm de açıklanmıştır. Çalışmanın bu aşamasında 800 nm dalgaboyuna sahip Ti:Sapphire lazer-yükselteç sisteminin atma uzunluğu ticari bit otokorelatör yardımı ile 80 fs olmak üzere ayarlanmış ve kurulan bir başka otokoralatör düzeneği yardımı ile ölçüm yapılmıştır. Atma uzunluğunun belirlenmesinde şiddet otokorelatörü düzeneği kullanılmıştır. Bu çalışma Ankara Üniversitesi Optik Malzemeler Araştırma Laboratuvarı nda yapılmıştır. Kullanılan düzeneğin şematik görünümü şekil 4.9 da görülmektedir. Şekil 4.9 Otokorelatör deney düzeneği Lazer demeti demet bölücü yardımı ile ikiye ayrılarak iki koldan otokorelatöre gönderilmiştir (Şekil 4.9). Demetlerden biri doğruca, diğeri geciktirici sistem üzerinde bulunan geri yansıtıcı aynadan yansıtılarak SHG kristali üzerine gönderilmiştir. SHG kristali olarak Tür II (Type II) BBO kristali kullanılmıştır. Her iki demet odaklayıcı aynalar yardımı ile kristal üzerinde uzaysal olarak üst üste bindirilmiştir. Demetlerin kristal üzerinde aynı noktada odaklanmasının ardından, otokorelatör sinyalinin elde edilmesi için geciktirici ayna sistemi kullanılarak demetlerden gelen lazer atmalarının 82

95 zamansal olarak üst üste binmeleri sağlanmıştır. Otokorelatör sinyalinin maksimum değerinin gözlemlendiği geciktirme süresi sıfır noktası kabul edilerek, demetlerden biri bu noktaya göre simetrik olarak geciktirilerek otokorelatör sinyali elde edilmiştir. İki koldan gelen lazer demetlerinin kristal üzerinde oluşturduğu ikinci harmonik sinyali demet durducular yardımıyla engellenmiş, merkezde oluşan sinyal fiber spektrometre üzerine gönderilerek demetin her bir gecikme süresi için şiddet değeri belirlenmiştir. Demetin analizinde nm dalgaboyu aralığında çalışan, görünür bölgede 1.5 nm çözünürlüğe sahip Ultrafast Systems Helios Spec-Vis-1 spektrometre kullanılmıştır. Kullanılan demetin profilinin Gausiyen olaması nedeniyle elde edilen otokorelatör sinyalleri Gausiyen demet formuna fit edilmiştir. Şekil fs demet için otokorelatör sinyali Şekil fs lik demetin otokorelatör sinyalini ve Gausiyen fitini gösteren grafiği içermektedir, 80 fs atma süresine sahip demet için otokorelatör sinyalinden elde edilen atma uzunluğu 140 fs dir. Bu değer FWHM noktasında okunan değerler olup kullanılan lazerin Gausiyen profil dağılımına sahip olması nedeniyle 0.65 sabitine ile çarpılarak gerçek atma uzunluğu 91 fs olarak belirlenmiştir. Demet atma uzunluğu ölçümünün yapıldığı noktaya gelene kadar izlediği optik yol üzerinde OPA (OPA- Optic Parametric Amplification) sisteminden geçmiştir. Demetin birçok optik malzeme üzerinden yansıması demetin atma süresindeki genişlemeyi açıklamaktadır. Elde edilen atma uzunluğu bu anlamada mantıklı bir değerdir. 83

96 4.2.3 Spektral aralığın belirlenmesi Lazer demeti üzerindeki diyagnostik işlemlerinden bir diğeri demetin dalgaboyu değerinin belirlenmesidir. Bu amaçla otokorelatör deneyinde kullanılan Ti:Sapphire lazerin ve yükselteç sisteminden elde edilen ikinci harmoniğinin spektrum ölçümü fiber spektrometre kullanılarak elde edilmiştir. Şekil 4.11 ve şekil 4.12 sırasıyla otokorelatör deneyinde elde edilen ikinci harmoniğin ve atma süresi ölçümü yapılan Ti:Sapphire lazerin spektral aralığını belirtmektedir. Şekil 4.12 den elde edilen sonuca göre FWHM noktasında demetin band genişliği 30 nm olarak belirlenir. Şekil 4.11 de görüldüğü gibi SHG kristali üzerinden elde edilen ikinci harmoniğin dalgaboyu beklenilen değere uygun olarak 400 nm değerine yakın ( nm) bir değerde elde edilmiştir. İkinci harmoniğin dalgaboyu değerindeki bu fark Ti:Sapphire lazerdeki güç kararsızlığından kaynaklanmaktadır. Şekil 4.11 İkinci harmonik spektrumu (400 nm) 84

97 Şekil 4.12 Ti:Sapphire spektrumu (800 nm) Demet profilinin ölçülmesi Foton demet diyagnostiği tekniklerinden bir diğeri demet profilinin belirlenmesidir. Lazer demetinin hangi demet profilinde yayıldığı demetin şiddet dağılımının belirlenmesinde ve deney sonuçlarının yorumlanmasında kullanılmıştır. Otokorelatör sinyalinden elde edilen atma süresi ile gerçek atma süresi arasındaki sabitin belirlenmesi için demet profili incelenmiştir. Demet profili ölçümü nm dalgaboyu aralığında çalışan Newport LPB 2-USB-A profilometre kullanılarak yapılmıştır. Şekil 4.13 de otokorelatör deneyinde kullanılan Ti:Sapphire lazerin profil görünümü verilmiştir. Şeklin sol alt köşesinde yer alan tabloda yatay ve düşey profilde Gausiyen profil için belirlenen dağılımın (kırmızı ile ifade edilen değerler) yanında, demetin sahip olduğu dağılım değerleri (siyah ile ifade edilen değerler) verilmiştir. Bu değerler arasındaki uyum ve şeklin sağ kısmında yer alan yatay ve düşey profil grafiklerinden görüldüğü gibi demetin Gausiyen profile sahip olduğu sonucuna varılmıştır. 85

98 Şekil 4.13 Ti:Sapphire lazer için demet profili Güç kararlılığının belirlenmesi Lazer demeti gücünün, lazerin kullanıldığı deney boyunca kararlı bir dağılıma sahip olması gerekir. Deneyde kullanılan materyallerin ve deneycinin zarar görmemesi için lazerin gücü bilinmeli ve güç değeri üzerindeki dalgalanmalar gözlemlenmelidir. Bu amaçla 520 nm dalgaboylu, 42 fs atma süresine sahip (Ti:Sapphire lazerin dalgaboyu değeri OPA- Optic Parametric Amplification sistemi kullanılarak 520 nm e ayarlanmıştır) lazer demetinin belli zaman aralıklarında güç değeri nm dalgaboyu ve 11 pw- 20 kw güç aralığında çalışan Newport PM 1918-c güçmetre kullanılarak kaydedilmiştir. Güç değerinin zamana göre değişiminin veren grafik şekil 4.14 de görülmektedir. Demetin ortalama gücü µw olup %0.07 kadar değişim göstermektedir. Şekil 4.14 de görüldüğü gibi güç değeri beklentilere uygun olarak zaman içinde dalgalanmalar göstermektedir. 86

99 Şekil nm dalgaboylu lazer demetinin zaman içinde güç dağılımı Demet çapının belirlenmesi Lazer diyagnostiği işlemlerinden biri olan, demet çapının belirli bir noktadaki değerinin belirlenmesi demetin odaklandığı malzeme üzerindeki etkilerinin anlaşılmasında anlaşılmasını sağlar. Bu çalışmada demet çapının ölçümünde knife edge (bıçak sırtı) yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntem demet çapının hızlı ve doğru bir biçimde belirlenmesini sağlayan bir metottur (Magnes 2008). Deneyde 355 nm dalgaboyunda Nd:YAG lazer, xyz yönünde hareket edebilen hareketli tabla, ince bıçak ve bıçağın pozisyonuna bağlı olarak demetin gücünün elde edildiği güçmetre kullanılmıştırhareketli tabla üzerine yerleştirilen bıçak lazer demetinin ilerleme doğrultusuna dik doğrultuda (z yönünde) hareket ettirilmiştir (Şekil 4.15). Demetin enerjisindeki değişimin bıçağın pozisyonu ile ilişkisinden yararlanarak demet çapı belirlenebilir (Magnes 2008). Bu yöntemde demetin bıçak pozisyonuna göre güç değerleri kaydedilerek elde edilen dağılım Gausiyen güç dağılımına fit edilir ve belirli bir pozisyondaki çap değerine ulaşılır. Bunun dışında demet çapını belirlemenin daha kolay bir yöntemi demetin gücünün %10 ve %90 katına düştüğü bıçak pozisyonlarını belirleyerek bu noktalar arasındaki farktan demet çapını elde etmektir. Bu yönteme göre 87

100 demet çapı ile bıçak pozisyonu arasında bağıntısı elde edilir (Erikkson 2005). Burada sırasıyla demet gücünün maksimumum değerinin %10 ve %90 katına düştüğü andaki bıçak pozisyonları, demet çapını ifade etmektedir. Bu çalışma kapsamında öncelikle lazer demetinin hiçbir kesintiye uğramadığı durumda demetin enerji değeri ölçülmüş ve maksimum enerji5 µj olarak kaydedilmiştir. Bıçağın hareketli tabla üzerinde pozisyonu değiştirilerek demetin enerji değerinin %10 ve %90 değerine düştüğü pozisyonlar kaydedilmiştir. Bıçağın enerji değerinin %10 katına ulaştığı durumda pozisyonu ve %90 katına ulaştığı durumdaki pozisyonu olarak kaydedilmiştir ve buradan yola çıkarak demet çapı µm olarak kaydedilmiştir. Demet çapı, 200 mm odak uzaklıklı merceğin odak noktasında ölçülmüştür. Bu nedenle elde edilen değer anlamlıdır. Kullanılan lazerin tekrarlama frekansı 10 Hz olup gücü Denklem 2.47 den yararlanılarak 50 µw olarak elde edilmiştir. Şekil 4.15 Demet çapı ölçüm düzeneğinin şematik görünümü 88

101 4.3 TARLA Tesisinde Lazer Demetleri Güç ve Enerji Ölçümü ve ELBE Tesisi ile Karşılaştırılması TARLA tesisinde elde edilmesi planlanan serbest elektron lazeri parametreleri ELBE IR-FEL tesisi serbest elektron lazeri parametreleri ile aynı spektral bölge içinde yer almaktadır. İki tesisin serbest elektron lazeri parametrelerini içeren bir tablo çizelge 4.2 de görülmektedir. Her iki tesiste de orta ve uzak kızılötesi bölgelerde lazer demeti elde edilmektedir. ELBE tesisinde elde edilmekte olan lazer demetlerinin dalgaboyu aralığı TARLA da üretilecek olan lazer demeti dalgaboyu aralığında yer alır. Her iki tesiste de maksimum atma gücü 2-6 MW ve ortalama gücü W aralığında bulunan lazer demetleri elde edilmektedir. ELBE tesisinin salındırıcı parametrelerinin ve buna bağlı olarak serbest elektron lazeri parametrelerinin TARLA ile benzerlik göstermesi TARLA foton kontrol sisteminin yapılandırılmasında ELBE foton kontrol tekniğinin örnek alınmasına olanak sağlamıştır. Bu çıkarımdan hareketle 8 Temmuz- 7 Ekim 2012 tarihleri arasında ELBE IR-FEL tesisi ziyareti kapsamında, tesisin foton demet diyagnostiği masası incelenmiştir. Bu incelme kapsamında masa üzerindeki cihazların yerleşimi, temin önceliği, demet parametrelerine bağlı olarak model seçimlerinin yapılması ile ilgili bilgiler elde edilmiştir. TARLA Foton demet diyagostiği masasına lazer demetleri birbirine paralel biçimde giriş yapar. Demetlerin masaya giriş noktasını şekil 4.16 de görülmektedir. U25 ve U90 demet taşınım hatlarından masaya giren lazer demetleri, diyagnostik masası üzerinde şekil 4.2 de gösterilen yolu takip ederek masanın diğer ucunda bulunan çıkış noktasından çıkarak kullanıcı laboratuvarlarına gönderilirler. Diyagnostik masası tek bir çıkışa sahip olup, lazer demetinin kullanıcı laboratuvarlarına yönlendirilmesi çıkış hattı üzerinde konumlandırılacak olan bir hareketli ayna yardımıyla sağlanacaktır. Şekil 4.16 de görülen kırmızı hat sadece lazer demetinin diyagnostik masası üzerindeki giriş ve çıkış hattını göstermektedir. Demet bu hat üzerinden çıkış noktasına gelmeden önce demet zayıflatıcıdan geçirilecek ve şiddeti belli oranlarda azaltılacaktır. 89

102 Çizelge 4.2 TARLA ve ELBE FEL tesislerinin lazer demeti parametreleri (Michel vd. 2006) TARLA ELBE U25 U90 U27 U100 (cm) Gap açıklığı (cm) (µm) Max Atma Gücü (MW) Max Atma Enerjisi (mj) Periyot Sayısı

103 TARLA foton diyagnostiği masası 1.50x2.47 m boyutlarında olacak biçimde tasarlanmıştır. Bu sayede masa üzerinde parametre ölçümünün yanı sıra, kullanıcı deneylerine dahil edilecek bir bölüm de masa üzerinde yer alacaktır. Diyagnostik işleminin temelini demetin spektral aralığının belirlenmesi ile güç ve enerji ölçümleri oluşturur. Bu nedenle TARLA foton diyagnostik masası üzerinde ilk olarak temin edilecek cihazlar güç metreler ve spektrometredir. ELBE tesisi foton demet diyagnostiği masası üzerinde lazer demetlerinin güç ve enerji ölçümü ile ilgili bölümün incelenmesi sonucunda, TARLA tesisi için de güç ve enerji ölçümünde benzer bir yol haritası izlenmesi sonucuna varılmıştır. Şekil 4.16 TARLA foton diyagnostik masası üzerinde lazer demetlerinin giriş ve çıkış noktası ELBE de lazer demetleri diyagnostik masası üzerine girdikten sonra bir scraper ayna ile demetin bir kısmı ayrıştırılmakta ve bu kısım dalgaboyu ve güç ölçümü için kullanılmaktadır. Dalgaboyu ölçümü için µm aralığını tarayacak özellikte üç farklı kırınım ağı içeren Czerny-Turner spektrometre (Şekil 4.17.b) ve spektrometrenin çıkışında lazer demetinin analizi için MCT detektör (kısa dalgaboyu bölgesinde < 20 µm) ve DTGS detektör (uzun dalgaboyu bölgesinde >20µm) kullanılmaktadır (Şekil 91

104 4.17.a). Diyagnostik masası üzerinde kullanılacak olan spektrometrenin MCT ve pyro detektörlere uyumlu bir model olması ve elde edilen serbest elektron lazerinin tüm dalgaboyu değerlerini tarayabilme özelliğine sahip olması gerekmektedir. Bu amaçla Acton Research SpectraPro-300i ya da Perkin Elmer Spectrum400 spektrometreleri tercih edilebilir. Spektrometre içindeki kırınım ağlarının demetin dalgaboyuna göre değişimi uzaktan kumandalı bir sistem aracığıyla değiştirilecektir. Bu sistem için gerekli bilgisayar yazılımı ilgili satış firmasından temin edilecektir (a) (b) Şekil 4.17 ELBE diyagnostik masası üzerindeki spektrometre çıkışında bulunan detektörler (a) ve spektrometre (b) TARLA da Şekil 4.18 ELBE foton diyagnostik masası üzerindeki güç metre sensörleri ve referans detektörleri lazer 92

105 demetlerinin güç ölçümünde kullanılacak güç metre sensörleri ELBE tesisinde kullanılmakta olan güç metre sensörleri ile aynı özellikleri taşıyacaktır. Demetin kullanıcıya gönderilmeden önce analiz edilmesinde MCT ve pyro detektörler kullanılacak olup bu detektörlerin bir örneği şekil 4.18 da görülmektedir. Bu bölümde demetin sensörler ve detektörle üzerine yönlendirilmesi işlemi flipper aynalar yardımıyla sağlanacaktır. Biri detektörler arasında diğeri güç metre sensörleri arasında kullanılmak üzere iki adet flipper ayna kullanılacaktır. Şekil 4.19 Güç metre sinyalinin kamera ile kontrol odasına aktarılması Güç metrelerden elde edilen sonuçlar, masa üzerinde vakum kısmı dışında bulunan ve güç metrenin ekranın tam karşısına yerleştirilen bir kamera ile kontrol odasından takip edilecektir (Şekil 4.19). Yapılan çalışmalardan da görüldüğü gibi TARLA foton demeti güç ölçümü işlemleri ve ilgili elemanların diyagnostik masası üzerindeki yerleşimi ELBE tesisindeki uygulamalarla büyük ölçüde benzerlik göstermektedir. 93

SDÜ FEN DERGİSİ (E-DERGİ). 2009, 4(2), THM KIZILÖTESİ SEL YÜKSELTEÇ MODUNUN FİZİBİLİTE ÇALIŞMASI. Hüsnü AKSAKAL*, Ünsoy KOCAÖZ*

SDÜ FEN DERGİSİ (E-DERGİ). 2009, 4(2), THM KIZILÖTESİ SEL YÜKSELTEÇ MODUNUN FİZİBİLİTE ÇALIŞMASI. Hüsnü AKSAKAL*, Ünsoy KOCAÖZ* SDÜ FEN DERGİSİ (E-DERGİ). 2009, 4(2), 165-170 THM KIZILÖTESİ SEL YÜKSELTEÇ MODUNUN FİZİBİLİTE ÇALIŞMASI Hüsnü AKSAKAL*, Ünsoy KOCAÖZ* *Niğde Üniversitesi, Fizik Bölümü, 51100, Niğde, TÜRKİYE e-mail: haksakal@nigde.edu.tr,

Detaylı

TÜRK HIZLANDIRICI MERKEZİ SERBEST ELEKTRON LAZERİ PROJESİ

TÜRK HIZLANDIRICI MERKEZİ SERBEST ELEKTRON LAZERİ PROJESİ TÜRK HIZLANDIRICI MERKEZİ SERBEST ELEKTRON LAZERİ PROJESİ Turkish Accelerator and Radiation Laboratory at Ankara (TARLA) Doç. Dr. Suat ÖZKORUCUKLU İÇERİK Serbest Elektron Lazeri Prensibi Türk Hızlandırıcı

Detaylı

Işınım Kaynakları Hakkında Temel Bilgiler. Yrd. Doç. Dr. Zafer Nergiz Niğde Üniversitesi

Işınım Kaynakları Hakkında Temel Bilgiler. Yrd. Doç. Dr. Zafer Nergiz Niğde Üniversitesi Işınım Kaynakları Hakkında Temel Bilgiler Yrd. Doç. Dr. Zafer Nergiz Niğde Üniversitesi Giriş Hızlandırıcılar başlangıçta nükleer fizik ve parçacık fiziğinde çarpıştırıcı olarak kurulmuştur. Son dönemde

Detaylı

X-Işınları TAC-SR. Numan Akdoğan.

X-Işınları TAC-SR. Numan Akdoğan. X-Işınları 2. Ders: X-ışınlarının üretilmesi TAC-SR Numan Akdoğan akdogan@gyte.edu.tr Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fizik Bölümü Nanomanyetizma ve Spintronik Araştırma Merkezi (NASAM) X-ışını tüpü (X-ray

Detaylı

TARLA IR-SEL Salındırıcı Magnetler İçin Benzetim Çalışmaları. Simulation Studies for TARLA IR-FEL Undulator Magnets

TARLA IR-SEL Salındırıcı Magnetler İçin Benzetim Çalışmaları. Simulation Studies for TARLA IR-FEL Undulator Magnets SDU Journal of Science (E-Journal), 2014, 9 (1): 109-116 TARLA IR-SEL Salındırıcı Magnetler İçin Benzetim Çalışmaları Halime Tugay 1,*, Suat Özkorucuklu 2 1 Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen-Edebiyat

Detaylı

Işınım Kaynakları İçin Benzetim Programları I: SPECTRA

Işınım Kaynakları İçin Benzetim Programları I: SPECTRA Işınım Kaynakları İçin Benzetim Programları I: SPECTRA Yrd. Doç. Dr. Zafer Nergiz Niğde, Fizik Bölümü 1 Yüklü Parçacıklarda Işıma İvmeli hareket yapan yüklü parçacıklar ışıma meydana getirirler. Antenlerde

Detaylı

FOTON KONTROL ve DİAGNOSTİK TEKNİKLERİ

FOTON KONTROL ve DİAGNOSTİK TEKNİKLERİ FOTON KONTROL ve DİAGNOSTİK TEKNİKLERİ İlhan TAPAN Uludağ Üniversitesi IV. Ulusal Parçacık Hızlandırıcıları ve Detektörleri Yaz Okulu 02-05 Eylül 2008, Bodrum-Muğla 1 İçerik - Giriş - Foton Demet Diagnostiği

Detaylı

3. DOĞRUSAL HIZLANDIRICILAR: TEMEL İLKELER

3. DOĞRUSAL HIZLANDIRICILAR: TEMEL İLKELER 1 3. DOĞRUSAL HIZLANDIRICILAR: TEMEL İLKELER 3.1. Doğrusal Hızlandırıcıların Fiziği Parçacık hızlandırıcılarının tipleri, parçacıkların izlediği yörüngeye bağlı olarak doğrusal ve dairesel hızlandırıcılar

Detaylı

Elektromanyetik Işıma Electromagnetic Radiation (EMR)

Elektromanyetik Işıma Electromagnetic Radiation (EMR) Elektromanyetik Işıma Electromagnetic Radiation (EMR) Elektromanyetik ışıma (ışık) bir enerji şeklidir. Işık, Elektrik (E) ve manyetik (H) alan bileşenlerine sahiptir. Light is a wave, made up of oscillating

Detaylı

Hızlandırıcılar ve Çarpıştırıcılar

Hızlandırıcılar ve Çarpıştırıcılar Hızlandırıcılar ve Çarpıştırıcılar 1 Hızlandırıcı nedir? Çarpıştırıcı nedir? Parçacık hızlandırıcıları, elektrik yükü olan atomik veya atom-altı parçacıkları oldukça yüksek hızlara (ışık hızına bile oldukça

Detaylı

Hızlandırıcı Fiziği-1. Veli YILDIZ (Veliko Dimov) 29.07.2014

Hızlandırıcı Fiziği-1. Veli YILDIZ (Veliko Dimov) 29.07.2014 Hızlandırıcı Fiziği-1 Veli YILDIZ (Veliko Dimov) 29.07.2014 1 İçerik Hızlandırıcı Çeşitleri Rutherford ve çekirdeğin keşfi, İlk defa yapay yollar ile atom çekirdeğinin parçalanması, Elektrostatik hızlandırıcılar,

Detaylı

IV. ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLERİ YAZOKULU

IV. ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLERİ YAZOKULU IV. ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLERİ YAZOKULU HIZLANDIRICIYA DAYALI IŞINIM KAYNAKLARI - I SERBEST ELEKTRON LAZERİ (SEL) Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Ankara Üniversitesi Fizik ik Mühendisliği liğibölümüü

Detaylı

HIZLANDIRICILARA DAYALI IŞINIM KAYNAKLARI

HIZLANDIRICILARA DAYALI IŞINIM KAYNAKLARI HIZLANDIRICILARA DAYALI IŞINIM KAYNAKLARI Dr. Bora KETENOĞLU Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Bölümü & European XFEL GmbH, Hamburg İçerik Bilim, sanayi ve teknolojide parçacık hızlandırıcıları ve

Detaylı

Hızlandırıcı Fiziği-1. Veli YILDIZ (Veliko Dimov) 03.02.2016

Hızlandırıcı Fiziği-1. Veli YILDIZ (Veliko Dimov) 03.02.2016 Hızlandırıcı Fiziği-1 Veli YILDIZ (Veliko Dimov) 03.02.2016 1 2 İçerik Rutherford ve çekirdeğin keşfi, İlk defa yapay yollar ile atom çekirdeğinin parçalanması, Elektrostatik hızlandırıcılar, Hızlandırıcılarda

Detaylı

Serbest Elektron Lazeri

Serbest Elektron Lazeri II. ULUSAL PARÇACIK ACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLER RLERĐ YAZ OKULU Parçac acık k HızlandH zlandırıcılarına Dayalı Işınım m Kaynakları Serbest Elektron Lazeri Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Ankara Üniversitesi

Detaylı

HIZLANDIRICI FİZİĞİ. Doğru Akım Hızlandırıcıları. Semra DEMİRÇALI Fen Bilimleri Öğretmeni DENİZLİ (TTP-7 Katılımcısı) 05/03/2018

HIZLANDIRICI FİZİĞİ. Doğru Akım Hızlandırıcıları. Semra DEMİRÇALI Fen Bilimleri Öğretmeni DENİZLİ (TTP-7 Katılımcısı) 05/03/2018 HIZLANDIRICI FİZİĞİ Doğru Akım Hızlandırıcıları Semra DEMİRÇALI Fen Bilimleri Öğretmeni DENİZLİ (TTP-7 Katılımcısı) 05/03/2018 İÇİNDEKİLER 1. Elektrostatik Hızlandırıcılar 1.1. Cockroft- Walton Hızlandırıcısı

Detaylı

LAZER CĐHAZI : (1 ) lazer ortamı (2) maddeye verilen enerji (ışık), (3) ayna, (4) yarı geçirgen ayna, (5) dışarı çıkan lazer ışını

LAZER CĐHAZI : (1 ) lazer ortamı (2) maddeye verilen enerji (ışık), (3) ayna, (4) yarı geçirgen ayna, (5) dışarı çıkan lazer ışını 50. YILINDA LAZER Đlk kullanılabilir lazer 1960 yılında Dr. Theodor Maiman tarafından yapılmıştır. Lazerin bulunuşunun 50. yılı kutlama etkinlikleri, 2010 yılı boyunca sürecektir. Einstein in 1917 yılında,

Detaylı

İÇİNDEKİLER -BÖLÜM / 1- -BÖLÜM / 2- -BÖLÜM / 3- GİRİŞ... 1 ÖZEL GÖRELİLİK KUANTUM FİZİĞİ ÖNSÖZ... iii ŞEKİLLERİN LİSTESİ...

İÇİNDEKİLER -BÖLÜM / 1- -BÖLÜM / 2- -BÖLÜM / 3- GİRİŞ... 1 ÖZEL GÖRELİLİK KUANTUM FİZİĞİ ÖNSÖZ... iii ŞEKİLLERİN LİSTESİ... İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ... iii ŞEKİLLERİN LİSTESİ... viii -BÖLÜM / 1- GİRİŞ... 1 -BÖLÜM / 2- ÖZEL GÖRELİLİK... 13 2.1. REFERANS SİSTEMLERİ VE GÖRELİLİK... 14 2.2. ÖZEL GÖRELİLİK TEORİSİ... 19 2.2.1. Zaman Ölçümü

Detaylı

GÜNEŞİN ELEKTROMANYETİK SPEKTRUMU

GÜNEŞİN ELEKTROMANYETİK SPEKTRUMU GÜNEŞİN ELEKTROMANYETİK SPEKTRUMU Güneş ışınımı değişik dalga boylarında yayılır. Yayılan bu dalga boylarının sıralı görünümü de güneş spektrumu olarak isimlendirilir. Tam olarak ifade edilecek olursa;

Detaylı

The Physics of Particle Accelerators - Klaus Wille (1.3.5-1.3.6-1.3.7)

The Physics of Particle Accelerators - Klaus Wille (1.3.5-1.3.6-1.3.7) - Klaus Wille (1.3.5-1.3.6-1.3.7) 2 Temmuz 2012 HF Çalışma Topluluğu İçerik 1.3.5 - Doğrusal Hızlandırıcılar 1 1.3.5 - Doğrusal Hızlandırıcılar 2 3 Doğrusal Hızlandırıcılar Tüm elektrostatik hızlandırıcılar

Detaylı

X-Işınları. Çalışma Soruları. Doç. Dr. Numan Akdoğan Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fizik Bölümü. X1 (X-ışınları hakkında genel bilgiler)

X-Işınları. Çalışma Soruları. Doç. Dr. Numan Akdoğan Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fizik Bölümü. X1 (X-ışınları hakkında genel bilgiler) X-Işınları Çalışma Soruları Doç. Dr. Numan Akdoğan Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fizik Bölümü X1 (X-ışınları hakkında genel bilgiler) 1. a) Elektromanyetik spektrumu çizip, açıklayınız. b) X-ışınlarını

Detaylı

Türk Hızlandırıcı Merkezi (THM) T.A.R.L.A. tesisi serbest elektron lazeri demet parametreleri hesapları ve enjektör benzetim çalışmaları

Türk Hızlandırıcı Merkezi (THM) T.A.R.L.A. tesisi serbest elektron lazeri demet parametreleri hesapları ve enjektör benzetim çalışmaları SAÜ Fen Bil Der 19. Cilt, 1. Sayı, s. 7-14, 015 Türk Hızlandırıcı Merkezi (THM) T.A.R.L.A. tesisi serbest elektron lazeri demet parametreleri hesapları ve Mert Şekerci 1*, Suat Özkorucuklu ÖZ 15.04.014

Detaylı

Hızlandırıcı Fiziği-2. Veli YILDIZ (Veliko Dimov) 04.02.2016

Hızlandırıcı Fiziği-2. Veli YILDIZ (Veliko Dimov) 04.02.2016 Hızlandırıcı Fiziği-2 Veli YILDIZ (Veliko Dimov) 04.02.2016 1 İçerik Hızlı bir tekrar. Doğrusal hızlandırıcılar Doğrusal hızlandırıcılarda kullanılan bazı yapılar. Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma

Detaylı

BÖLÜM 7. ENSTRÜMENTAL ANALİZ YÖNTEMLERİ Doç.Dr. Ebru Şenel

BÖLÜM 7. ENSTRÜMENTAL ANALİZ YÖNTEMLERİ Doç.Dr. Ebru Şenel BÖLÜM 7. ENSTRÜMENTAL ANALİZ YÖNTEMLERİ 1. SPEKTROSKOPİ Bir örnekteki atom, molekül veya iyonların bir enerji düzeyinden diğerine geçişleri sırasında absorplanan veya yayılan elektromanyetik ışımanın,

Detaylı

X. THM YUUP ÇALIġTAYI PROGRAMI 9 11 Aralık 2011. A.Ü. Hızlandırıcı Teknolojileri Enstitüsü Ankara Üniversitesi 50. Yıl Kampüsü, Gölbaşı, ANKARA

X. THM YUUP ÇALIġTAYI PROGRAMI 9 11 Aralık 2011. A.Ü. Hızlandırıcı Teknolojileri Enstitüsü Ankara Üniversitesi 50. Yıl Kampüsü, Gölbaşı, ANKARA X. THM YUUP ÇALIġTAYI PROGRAMI 9 11 Aralık 2011 A.Ü. Hızlandırıcı Teknolojileri Enstitüsü Ankara Üniversitesi 50. Yıl Kampüsü, Gölbaşı, ANKARA 1. GÜN (9 Aralık 2011, Cuma) Oturum BaĢkanı: Ömer YavaĢ 09.00-09.30

Detaylı

DEMET DİAGNOSTİĞİ. İlhan TAPAN Uludağ Üniversitesi

DEMET DİAGNOSTİĞİ. İlhan TAPAN Uludağ Üniversitesi DEMET DİAGNOSTİĞİ İlhan TAPAN Uludağ Üniversitesi III. Ulusal Parçacık Hızlandırıcıları ve Detektörleri Yaz Okulu, 20-24 Eylül 2007, Bodrum-Türkiye 1 Demet DiagnostiğiNedir? Yüklü Parçacık Demeti Diagnostiği

Detaylı

Lazer ile şekil verme. Prof. Dr. Akgün ALSARAN

Lazer ile şekil verme. Prof. Dr. Akgün ALSARAN Lazer ile şekil verme Prof. Dr. Akgün ALSARAN Lazer Lazer (İngilizce LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) fotonları uyumlu bir hüzme şeklinde oluşturan optik kaynak. Lazer fikrinin

Detaylı

Nötronlar kinetik enerjilerine göre aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar

Nötronlar kinetik enerjilerine göre aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar Nötronlar kinetik enerjilerine göre aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar Termal nötronlar (0.025 ev) Orta enerjili nötronlar (0.5-10 kev) Hızlı nötronlar (10 kev-10 MeV) Çok hızlı nötronlar (10 MeV in üzerinde)

Detaylı

YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik ve Isı Tekniği Anabilim Dalı Özel Laboratuvar Dersi Radyasyon (Işınım) Isı Transferi Deneyi Çalışma Notu

YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik ve Isı Tekniği Anabilim Dalı Özel Laboratuvar Dersi Radyasyon (Işınım) Isı Transferi Deneyi Çalışma Notu YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik ve Isı Tekniği Anabilim Dalı Özel Laboratuvar Dersi Radyasyon (Işınım) Isı Transferi Deneyi Çalışma Notu Laboratuar Yeri: E1 Blok Termodinamik Laboratuvarı Laboratuar

Detaylı

Uzaktan Algılama Teknolojileri

Uzaktan Algılama Teknolojileri Uzaktan Algılama Teknolojileri Ders 3 Uzaktan Algılama Temelleri Alp Ertürk alp.erturk@kocaeli.edu.tr Elektromanyetik Spektrum Elektromanyetik Spektrum Görünür Işık (Visible Light) Mavi: (400 500 nm) Yeşil:

Detaylı

12. SINIF KONU ANLATIMLI

12. SINIF KONU ANLATIMLI 12. SINIF KONU ANLATIMLI 3. ÜNİTE: DALGA MEKANİĞİ 2. Konu ELEKTROMANYETİK DALGA ETKİNLİK VE TEST ÇÖZÜMLERİ 2 Elektromanyetik Dalga Etkinlik A nın Yanıtları 1. Elektromanyetik spektrum şekildeki gibidir.

Detaylı

SU Lise Yaz Okulu 2. Ders, biraz (baya) fizik. Dalgalar Elektromanyetik Dalgalar Kuantum mekaniği Tayf Karacisim ışıması

SU Lise Yaz Okulu 2. Ders, biraz (baya) fizik. Dalgalar Elektromanyetik Dalgalar Kuantum mekaniği Tayf Karacisim ışıması SU Lise Yaz Okulu 2. Ders, biraz (baya) fizik Dalgalar Elektromanyetik Dalgalar Kuantum mekaniği Tayf Karacisim ışıması Dalga Nedir Enerji taşıyan bir değişimin bir yöne doğru taşınmasına dalga denir.

Detaylı

Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Ankara Üniversitesi

Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Ankara Üniversitesi IV. ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLERİ YAZOKULU ( V. UPHDYO ) 29.08-03.09.2009, Bodrum, MUĞLA Hızlandırıcılara Dayalı Işınım ş Kaynakları SİNKROTRON IŞINIMI (SI) Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Ankara

Detaylı

Kuantum Fiziğinin Gelişimi (Quantum Physics) 1900 den 1930 a

Kuantum Fiziğinin Gelişimi (Quantum Physics) 1900 den 1930 a Kuantum Fiziğinin Gelişimi (Quantum Physics) 1900 den 1930 a Kuantum Mekaniği Düşüncesinin Gelişimi Dalga Mekaniği Olarak da Adlandırılır Atom, Molekül ve Çekirdeği Açıklamada Oldukça Başarılıdır Kuantum

Detaylı

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ Spektroskopiye Giriş Yrd. Doç. Dr. Gökçe MEREY SPEKTROSKOPİ Işın-madde etkileşmesini inceleyen bilim dalına spektroskopi denir. Spektroskopi, Bir örnekteki atom, molekül veya iyonların

Detaylı

Theory Tajik (Tajikistan)

Theory Tajik (Tajikistan) Q3-1 Büyük Hadron Çarpıştırıcısı Bu probleme başlamadan önce ayrı bir zarfta verilen genel talimatları lütfen okuyunuz. Bu görevde, CERN de bulunan parçacık hızlandırıcısının LHC ( Büyük Hadron Çarpıştırıcısı)

Detaylı

Diagnostic Diagnostic de üç temel amaç vardır. 1. Demete zarar vermeden ölçüm ve tespit yapmak. 2. Hareket halindeki elektron demetinin özelliklerini (enerjisi, i pozisyonu, varlığı, ğ boyu vs.) ölçüp

Detaylı

NORMAL ÖĞRETİM DERS PROGRAMI

NORMAL ÖĞRETİM DERS PROGRAMI NORMAL ÖĞRETİM DERS PROGRAMI 1. Yarıyıl 1. Hafta ( 19.09.2011-23.09.2011 ) Nükleer reaktör türleri ve çalışma prensipleri Atomik boyuttaki parçacıkların yapısı Temel kavramlar Elektrostatiğin Temelleri,

Detaylı

Hızlandırıcı Fiziği-2. Veli YILDIZ (Veliko Dimov)

Hızlandırıcı Fiziği-2. Veli YILDIZ (Veliko Dimov) Hızlandırıcı Fiziği-2 Veli YILDIZ (Veliko Dimov) 30.06.2016 1 İçerik Hızlı bir tekrar. Doğrusal hızlandırıcılar Doğrusal hızlandırıcılarda kullanılan bazı yapılar. Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma

Detaylı

X-Işınları. Çalışma Soruları

X-Işınları. Çalışma Soruları X-Işınları Çalışma Soruları Yrd. Doç. Dr. Numan Akdoğan Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fizik Bölümü Nanomanyetizma ve Spintronik Araştırma Merkezi (NASAM) X1 (X-ışınları hakkında genel bilgiler) 1. a)

Detaylı

Harici Fotoelektrik etki ve Planck sabiti deney seti

Harici Fotoelektrik etki ve Planck sabiti deney seti Deneyin Temeli Harici Fotoelektrik etki ve Planck sabiti deney seti Fotoelektrik etki modern fiziğin gelişimindeki anahtar deneylerden birisidir. Filaman lambadan çıkan beyaz ışık ızgaralı spektrometre

Detaylı

IV. ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLERİ YAZOKULU

IV. ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLERİ YAZOKULU IV. ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLERİ YAZOKULU HIZLANDIRICIYA DAYALI IŞINIM KAYNAKLARI - II SİNKROTRON IŞINIMI (SI) Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Ankara Üniversitesi Fizik ik Mühendisliği liğibölümüü

Detaylı

Büyük Patlama ve Evrenin Oluşumu. Test 1 in Çözümleri

Büyük Patlama ve Evrenin Oluşumu. Test 1 in Çözümleri 7 Büyük Patlama ve Evrenin Oluşumu 225 Test 1 in Çözümleri 1. Elektrikçe yüksüz parçacıklar olan fotonların kütleleri yoktur. Işık hızıyla hareket ettikleri için atom içerisinde bulunamazlar. Fotonlar

Detaylı

: Prof. Dr. Ömer YAVAŞ, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Anabilim Dalı

: Prof. Dr. Ömer YAVAŞ, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Anabilim Dalı ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ KIRMIZIALTI SERBEST ELEKTRON LAZERLERİNİN TEMEL VE UYGULAMALI ARAŞTIRMALARDA KULLANIMI Müge TURAL FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ANKARA

Detaylı

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ HIZLANDIRICILARA DAYALI KIZIL ÖTESİ SERBEST ELEKTRON LAZERİ (IR-FEL) OPTİMİZASYONU

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ HIZLANDIRICILARA DAYALI KIZIL ÖTESİ SERBEST ELEKTRON LAZERİ (IR-FEL) OPTİMİZASYONU ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ HIZLANDIRICILARA DAYALI KIZIL ÖTESİ SERBEST ELEKTRON LAZERİ (IR-FEL) OPTİMİZASYONU Özlem KARSLI FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ANKARA 006

Detaylı

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ Infrared (IR) ve Raman Spektroskopisi Yrd. Doç. Dr. Gökçe MEREY TİTREŞİM Molekülleri oluşturan atomlar sürekli bir hareket içindedir. Molekülde: Öteleme hareketleri, Bir eksen

Detaylı

Modern Fiziğin Teknolojideki Uygulamaları

Modern Fiziğin Teknolojideki Uygulamaları 40 Modern Fiziğin Teknolojideki Uygulamaları 1 Test 1 in Çözümleri 1. USG ve MR cihazları ile ilgili verilen bilgiler doğrudur. BT cihazı c-ışınları ile değil X-ışınları ile çalışır. Bu nedenle I ve II.

Detaylı

Bölüm 1 Maddenin Yapısı ve Radyasyon. Prof. Dr. Bahadır BOYACIOĞLU

Bölüm 1 Maddenin Yapısı ve Radyasyon. Prof. Dr. Bahadır BOYACIOĞLU Bölüm 1 Maddenin Yapısı ve Radyasyon Prof. Dr. Bahadır BOYACIOĞLU İÇİNDEKİLER X-ışınlarının elde edilmesi X-ışınlarının Soğrulma Mekanizması X-ışınlarının özellikleri X-ışını cihazlarının parametreleri

Detaylı

Nanomalzemelerin Karakterizasyonu. Yapısal Karakterizasyon Kimyasal Karakterizasyon

Nanomalzemelerin Karakterizasyonu. Yapısal Karakterizasyon Kimyasal Karakterizasyon Nanomalzemelerin Karakterizasyonu Yapısal Karakterizasyon Kimyasal Karakterizasyon 1 Nanomalzemlerin Yapısal Karakterizasyonu X ışını difraksiyonu (XRD) Çeşitli elektronik mikroskoplar(sem, TEM) Atomik

Detaylı

12. SINIF KONU ANLATIMLI

12. SINIF KONU ANLATIMLI 12. SINIF KONU ANLATIMLI 3. ÜNİTE: DALGA MEKANİĞİ 2. Konu ELEKTROMANYETİK DALGA ETKİNLİK VE TEST ÇÖZÜMLERİ 2 Elektromanyetik Dalga Testin 1 in Çözümleri 1. B manyetik alanı sabit v hızıyla hareket ederken,

Detaylı

Hızlandırıcı FİzİĞİ-1. Veli YILDIZ (Veliko Dimov)

Hızlandırıcı FİzİĞİ-1. Veli YILDIZ (Veliko Dimov) Hızlandırıcı FİzİĞİ-1 Veli YILDIZ (Veliko Dimov) 30.01.2017 1 2 İçerİk Rutherford ve çekirdeğin keşfi, İlk defa yapay yollar ile atom çekirdeğinin parçalanması, Elektrostatik hızlandırıcılar, Hızlandırıcılarda

Detaylı

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ HIZLANDIRICILARA DAYALI UNDULATÖR VE WİGGLER MAGNET IŞINIMLARININ SPEKTRAL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Ender AKDOĞAN FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM

Detaylı

Parçacık Hızlandırıcılar

Parçacık Hızlandırıcılar Parçacık Hızlandırıcılar 1 NELER ÖĞRENECEĞİZ? Parçacıkları neden hızlandırıyoruz? Parçacık hızlandırıcıları nerelerde kullanıyoruz? Parçacıkları nasıl hızlandırıyoruz? Hızlandırıcı çeşitleri nelerdir?

Detaylı

Fotovoltaik Teknoloji

Fotovoltaik Teknoloji Fotovoltaik Teknoloji Bölüm 3: Güneş Enerjisi Güneşin Yapısı Güneş Işınımı Güneş Spektrumu Toplam Güneş Işınımı Güneş Işınımının Ölçülmesi Dr. Osman Turan Makine ve İmalat Mühendisliği Bilecik Şeyh Edebali

Detaylı

RADYASYON ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ DERS. Prof. Dr. Haluk YÜCEL RADYASYON DEDEKSİYON VERİMİ, ÖLÜ ZAMAN, PULS YIĞILMASI ÖZELLİKLERİ

RADYASYON ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ DERS. Prof. Dr. Haluk YÜCEL RADYASYON DEDEKSİYON VERİMİ, ÖLÜ ZAMAN, PULS YIĞILMASI ÖZELLİKLERİ RADYASYON ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ Prof. Dr. Haluk YÜCEL 101516 DERS RADYASYON DEDEKSİYON VERİMİ, ÖLÜ ZAMAN, PULS YIĞILMASI ÖZELLİKLERİ DEDEKTÖRLERİN TEMEL PERFORMANS ÖZELLİKLERİ -Enerji Ayırım Gücü -Uzaysal Ayırma

Detaylı

Işınım ile Isı Transferi Deneyi Föyü

Işınım ile Isı Transferi Deneyi Föyü Işınım ile Isı Transferi Deneyi Föyü 1. Giriş Işınımla (radyasyonla) ısı transferi ve ısıl ışınım terimleri, elektromanyetik dalgalar ya da fotonlar (kütlesi olmayan fakat enerjiye sahip parçacıklar) vasıtasıyla

Detaylı

UBT Foton Algılayıcıları Ara Sınav Cevap Anahtarı Tarih: 22 Nisan 2015 Süre: 90 dk. İsim:

UBT Foton Algılayıcıları Ara Sınav Cevap Anahtarı Tarih: 22 Nisan 2015 Süre: 90 dk. İsim: UBT 306 - Foton Algılayıcıları Ara Sınav Cevap Anahtarı Tarih: 22 Nisan 2015 Süre: 90 dk. İsim: 1. (a) (5) Radyoaktivite nedir, tanımlayınız? Bir radyoizotopun aktivitesi (A), izotopun birim zamandaki

Detaylı

BÖLÜM 1: Matematiğe Genel Bakış 1. BÖLÜM:2 Fizik ve Ölçme 13. BÖLÜM 3: Bir Boyutta Hareket 20. BÖLÜM 4: Düzlemde Hareket 35

BÖLÜM 1: Matematiğe Genel Bakış 1. BÖLÜM:2 Fizik ve Ölçme 13. BÖLÜM 3: Bir Boyutta Hareket 20. BÖLÜM 4: Düzlemde Hareket 35 BÖLÜM 1: Matematiğe Genel Bakış 1 1.1. Semboller, Bilimsel Gösterimler ve Anlamlı Rakamlar 1.2. Cebir 1.3. Geometri ve Trigometri 1.4. Vektörler 1.5. Seriler ve Yaklaşıklıklar 1.6. Matematik BÖLÜM:2 Fizik

Detaylı

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ TÜRK HIZLANDIRICI KOMPLEKSİ PROJESİ KAPSAMINDA SASE VE OSİLATÖR MODDA SERBEST ELEKTRON LAZERİNİN GENEL TASARIMI Şenay YİĞİT FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM

Detaylı

TR0300008 RARE B -> VVY DECAY AND NEW PHYSICS EFFECTS

TR0300008 RARE B -> VVY DECAY AND NEW PHYSICS EFFECTS TFD2I. Fizik Kf>ıı K r^i 11-14 E\lıil 21102 /.S/OTcm TR0300008 Y F. l- Sil RARE B -> VVY DECAY AND NEW PHYSICS EFFECTS B. ŞİRVANLI Using the most general model independent form of the effective Hamillonian

Detaylı

Alüminyum Hedefte Depolanan Enerjinin Elektron Enerjisi ile Değişimi. Variation of Deposition Energy with Electron Energy in Aluminum Target

Alüminyum Hedefte Depolanan Enerjinin Elektron Enerjisi ile Değişimi. Variation of Deposition Energy with Electron Energy in Aluminum Target Alüminyum Hedefte Depolanan Enerjinin Elektron Enerjisi ile Değişimi Zehra Nur Demirci 1,*, Nilgün Demir 2, İskender Akkurt 1 1 Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, Çünür

Detaylı

RÖNTGEN FİZİĞİ 6. X-Işınlarının madde ile etkileşimi. Doç. Dr. Zafer KOÇ Başkent Üniversitesi Tıp Fak

RÖNTGEN FİZİĞİ 6. X-Işınlarının madde ile etkileşimi. Doç. Dr. Zafer KOÇ Başkent Üniversitesi Tıp Fak RÖNTGEN FİZİĞİ 6 X-Işınlarının madde ile etkileşimi Doç. Dr. Zafer KOÇ Başkent Üniversitesi Tıp Fak X-IŞINI MADDE ETKİLEŞİMİ Elektromanyetik enerjiler kendi dalga boylarına yakın maddelerle etkileşime

Detaylı

DEMOCRİTUS. Atom hakkında ilk görüş M.Ö. 400 lü yıllarda Yunanlı filozof Democritus tarafından ortaya konmuştur.

DEMOCRİTUS. Atom hakkında ilk görüş M.Ö. 400 lü yıllarda Yunanlı filozof Democritus tarafından ortaya konmuştur. ATOM TEORİLERİ DEMOCRİTUS DEMOCRİTUS Atom hakkında ilk görüş M.Ö. 400 lü yıllarda Yunanlı filozof Democritus tarafından ortaya konmuştur. Democritus, maddenin taneciklerden oluştuğunu savunmuş ve bu taneciklere

Detaylı

TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi. chem.libretexts.org

TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi. chem.libretexts.org 9. Atomun Elektron Yapısı Elektromanyetik ışıma (EMI) Atom Spektrumları Bohr Atom Modeli Kuantum Kuramı - Dalga Mekaniği Kuantum Sayıları Elektron Orbitalleri Hidrojen Atomu Orbitalleri Elektron Spini

Detaylı

RÖNTGEN FİZİĞİ X-Işını oluşumu. Doç. Dr. Zafer KOÇ Başkent Üniversitesi Tıp Fak

RÖNTGEN FİZİĞİ X-Işını oluşumu. Doç. Dr. Zafer KOÇ Başkent Üniversitesi Tıp Fak RÖNTGEN FİZİĞİ X-Işını oluşumu Doç. Dr. Zafer KOÇ Başkent Üniversitesi Tıp Fak X-IŞINI OLUŞUMU Hızlandırılmış elektronların anotla etkileşimi ATOMUN YAPISI VE PARÇACIKLARI Bir elementi temsil eden en küçük

Detaylı

Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü. Ders içeriği

Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü. Ders içeriği ANTENLER Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü Ders içeriği BÖLÜM 1: Antenler BÖLÜM 2: Antenlerin Temel Parametreleri BÖLÜM 3: Lineer Tel Antenler BÖLÜM 4: Halka Antenler

Detaylı

Bohr Atom Modeli. ( I eylemsizlik momen ) Her iki tarafı mv ye bölelim.

Bohr Atom Modeli. ( I eylemsizlik momen ) Her iki tarafı mv ye bölelim. Bohr Atom Modeli Niels Hendrik Bohr, Rutherford un atom modelini temel alarak 1913 yılında bir atom modeli ileri sürdü. Bohr teorisini ortaya koyarak atomların çizgi spektrumlarının açıklanabilmesi için

Detaylı

Prof. Dr. Niyazi MERİÇ Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü

Prof. Dr. Niyazi MERİÇ Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü 101537 RADYASYON FİZİĞİ Prof. Dr. Niyazi MERİÇ Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü TEMEL KAVRAMLAR Radyasyon, Elektromanyetik Dalga, Uyarılma ve İyonlaşma, peryodik cetvel radyoaktif bozunum

Detaylı

Dalton atom modelinde henüz keşfedilmedikleri için atomun temel tanecikleri olan proton nötron ve elektrondan bahsedilmez.

Dalton atom modelinde henüz keşfedilmedikleri için atomun temel tanecikleri olan proton nötron ve elektrondan bahsedilmez. MODERN ATOM TEORİSİ ÖNCESİ KEŞİFLER Dalton Atom Modeli - Elementler atom adı verilen çok küçük ve bölünemeyen taneciklerden oluşurlar. - Atomlar içi dolu küreler şeklindedir. - Bir elementin bütün atomları

Detaylı

KMB405 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı I IŞINIMLA ISI İLETİMİ. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

KMB405 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı I IŞINIMLA ISI İLETİMİ. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1 IŞINIMLA ISI İLETİMİ Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1 1. Amaç Isıl ışınımla gerçekleşen ısı transferinin gözlenmesi, ters kare ve Stefan- Boltzmann kanunlarının ispatlanması.

Detaylı

2. Işık Dalgalarında Kutuplanma:

2. Işık Dalgalarında Kutuplanma: KUTUPLANMA (POLARİZASYON). Giriş ve Temel ilgiler Işık, bir elektromanyetik dalgadır. Elektromanyetik dalgalar maddesel ortamlarda olduğu gibi boşlukta da yayılabilirler. Elektromanyetik dalgaların özellikleri

Detaylı

T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ SERBEST ELEKTRON LAZERİ PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ

T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ SERBEST ELEKTRON LAZERİ PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ SERBEST ELEKTRON LAZERİ PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ SERAP YİĞİT GEZGİN Danışman: Doç.Dr. Suat ÖZKORUCUKLU YÜKSEK LİSANS TEZİ FİZİK ANABİLİM

Detaylı

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0 ATOMİK YAPI Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0 Elektron Kütlesi 9,11x10-31 kg Proton Kütlesi Nötron Kütlesi 1,67x10-27 kg Bir kimyasal elementin atom numarası (Z) çekirdeğindeki

Detaylı

X-Işınları. Numan Akdoğan. 2. Ders: X-ışınlarının üretilmesi. akdogan@gyte.edu.tr

X-Işınları. Numan Akdoğan. 2. Ders: X-ışınlarının üretilmesi. akdogan@gyte.edu.tr X-Işınları 2. Ders: X-ışınlarının üretilmesi Numan Akdoğan akdogan@gyte.edu.tr Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fizik Bölümü Nanomanyetizma ve Spintronik Araştırma Merkezi (NASAM) X-ışını tüpü (X-ray tube)

Detaylı

EĞİTİM-ÖĞRETİM YILI 12 SINIF FİZİK DERSİ DESTEKLEME VE YETİŞTİRME KURSU KAZANIMLARI VE TESTLERİ

EĞİTİM-ÖĞRETİM YILI 12 SINIF FİZİK DERSİ DESTEKLEME VE YETİŞTİRME KURSU KAZANIMLARI VE TESTLERİ EKİM 2017-2018 EĞİTİM-ÖĞRETİM YILI 12 SINIF FİZİK DERSİ DESTEKLEME VE YETİŞTİRME KURSU KAZANIMLARI VE TESTLERİ Ay Hafta Ders Saati Konu Adı Kazanımlar Test No Test Adı Hareket Hareket 12.1.1.1. Düzgün

Detaylı

RADYASYON ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ

RADYASYON ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ RADYASYON ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ Prof. Dr. Doğan BOR ORANTILI SAYAÇLAR DERS 2 GAZ DOLDURULMUŞ DEDEKTÖRLERİN FARKLI ÇALIŞMA BÖLGELERİ N 2 = 10 000 N 1 = 100 İyonizasyon Bölgesi İyonizasyon akımı primer iyon çiftlerinin

Detaylı

AST404 GÖZLEMSEL ASTRONOMİ HAFTALIK UYGULAMA DÖKÜMANI

AST404 GÖZLEMSEL ASTRONOMİ HAFTALIK UYGULAMA DÖKÜMANI AST404 GÖZLEMSEL ASTRONOMİ HAFTALIK UYGULAMA DÖKÜMANI Öğrenci Numarası: I. / II. Öğretim: Adı Soyadı: İmza: HAFTA 08 1. KONU: TAYFSAL GÖZLEM 1 2. İÇERİK Doppler Etkisi Kirchhoff Yasaları Karacisim Işınımı

Detaylı

Optik Yükselteç (OA) Nedir?

Optik Yükselteç (OA) Nedir? Optik Yükselteç (OA) Nedir? Işığı kendi ortamında yükseltme arayışlarından doğan, optik alan içindeki ışık sinyalini, herhangi bir elektronik değişime ihtiyaç duymadan yükselten cihazdır. 1 Lazer ile optik

Detaylı

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0 ATOMİK YAPI Atom, birkaç türü birleştiğinde çeşitli molekülleri, bir tek türü ise bir kimyasal öğeyi oluşturan parçacıktır. Atom, elementlerin özelliklerini taşıyan en küçük yapı birimi olup çekirdekteki

Detaylı

ATOMUN YAPISI ATOMUN ÖZELLİKLERİ

ATOMUN YAPISI ATOMUN ÖZELLİKLERİ ATOM Elementlerin özelliğini taşıyan, en küçük yapı taşına, atom diyoruz. veya, fiziksel ve kimyasal yöntemlerle daha basit birimlerine ayrıştırılamayan, maddenin en küçük birimine atom denir. Helyum un

Detaylı

Waveguide to coax adapter. Rectangular waveguide. Waveguide bends

Waveguide to coax adapter. Rectangular waveguide. Waveguide bends Rectangular waveguide Waveguide to coax adapter Waveguide bends E-tee 1 Dalga Kılavuzları, elektromanyetik enerjiyi kılavuzlayan yapılardır. Dalga kılavuzları elektromanyetik enerjinin mümkün olan en az

Detaylı

- Tsukuba Science City

- Tsukuba Science City Japon Mücizesinin M Temel Taşı - Tsukuba Science City (bak http://w3.gazi.edu.tr/web/saleh Türkler ve Bilim... ) Tsukuba Bilim Kentinin temeli 1963 yılınday Tokyo nun 60 km uzaklığı ığında küçük üçük k

Detaylı

Ahenk (Koherans, uyum)

Ahenk (Koherans, uyum) Girişim Girişim Ahenk (Koherans, uyum Ahenk (Koherans, uyum Ahenk (Koherans, uyum http://en.wikipedia.org/wiki/coherence_(physics#ntroduction Ahenk (Koherans, uyum Girişim İki ve/veya daha fazla dalganın

Detaylı

Kimyafull Gülçin Hoca

Kimyafull Gülçin Hoca 1.ÜNİTE MODERN ATOM TEORİSİ 1. BÖLÜM: Atomla İlgili Düşünceler 1. Dalton Atom Modeli 2. Atom Altı Tanecikler Elektronun Keşfi Protonun Keşfi Nötronun Keşfi 0 Kimyafull Gülçin Hoca DALTON ATOM MODELİ Democritus

Detaylı

TEZ ONAYI Yeşim CENGER tarafından hazırlanan Üçüncü Nesil ve Dördüncü Nesil Işınım Kaynakları için Kullanılan Magnetlerin Işınım Karakteristiklerine E

TEZ ONAYI Yeşim CENGER tarafından hazırlanan Üçüncü Nesil ve Dördüncü Nesil Işınım Kaynakları için Kullanılan Magnetlerin Işınım Karakteristiklerine E ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ ÜÇÜNCÜ NESİL VE DÖRDÜNCÜ NESİL IŞINIM KAYNAKLARI İÇİN KULLANILAN MAGNETLERİN IŞINIM KARAKTERİSTİKLERİNE ETKİLERİNİN İNCELENMESİ Yeşim CENGER

Detaylı

FİZİK 4. Ders 6: Atom Enerjisinin Kuantalanması

FİZİK 4. Ders 6: Atom Enerjisinin Kuantalanması FİZİK 4 Ders 6: Atom Enerjisinin Kuantalanması Atom Enerjisinin Kuantalanması Atom Spektrumları Atom Modelleri Bohr Atom Modeli Atomun yapısı ve Laserler Dalga Parçacık İkilemi Tüm fizikçiler fotoelektrik

Detaylı

Sensörler Öğr. Gör. Erhan CEMÜNAL Thomas Alva Edison

Sensörler Öğr. Gör. Erhan CEMÜNAL Thomas Alva Edison Sensörler Öğr. Gör. Erhan CEMÜNAL Sıkı bir çalışmanın yerini hiç bir şey alamaz. Deha yüzde bir ilham ve yüzde doksandokuz terdir. Thomas Alva Edison İçerik TEMEL ELEKTRONİK KAVRAMLARI Transdüser ve Sensör

Detaylı

Sinkrotron Işınımı Tesislerinde Dünyadaki Durum, TURKAY Tesisi ve Türkiye İçin Önemi ve TURKAY Tesisi Tasarım Çalışmalarının Sonuçları

Sinkrotron Işınımı Tesislerinde Dünyadaki Durum, TURKAY Tesisi ve Türkiye İçin Önemi ve TURKAY Tesisi Tasarım Çalışmalarının Sonuçları THM-YUUP Projesi Genel Değerlendirme Çalıştayı 19-20 MART 2015 HTE, ANKARA ÜNİVERSİTESİ Sinkrotron Işınımı Tesislerinde Dünyadaki Durum, TURKAY Tesisi ve Türkiye İçin Önemi ve TURKAY Tesisi Tasarım Çalışmalarının

Detaylı

MADDENİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ

MADDENİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ MADDENİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ 1. Atomun Yapısı KONULAR 2.Element ve Sembolleri 3. Elektronların Dizilimi ve Kimyasal Özellikler 4. Kimyasal Bağ 5. Bileşikler ve Formülleri 6. Karışımlar 1.Atomun Yapısı

Detaylı

AYDINLATMA SİSTEMLERİ. İbrahim Kolancı Enerji Yöneticisi

AYDINLATMA SİSTEMLERİ. İbrahim Kolancı Enerji Yöneticisi AYDINLATMA SİSTEMLERİ İbrahim Kolancı Enerji Yöneticisi Işık Göze etki eden özel bir enerji şekli olup dalga veya foton şeklinde yayıldığı kabul edilir. Elektromanyetik dalgalar dalga uzunluklarına göre

Detaylı

ATOM BİLGİSİ Atom Modelleri

ATOM BİLGİSİ Atom Modelleri 1. Atom Modelleri BÖLÜM2 Maddenin atom adı verilen bir takım taneciklerden oluştuğu fikri çok eskiye dayanmaktadır. Ancak, bilimsel bir (deneye dayalı) atom modeli ilk defa Dalton tarafından ileri sürülmüştür.

Detaylı

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MÜHENDİSLİKTE DENEYSEL METOTLAR II DOĞRUSAL ISI İLETİMİ DENEYİ 1.Deneyin Adı: Doğrusal ısı iletimi deneyi..

Detaylı

Işıma Şiddeti (Radiation Intensity)

Işıma Şiddeti (Radiation Intensity) Işıma Şiddeti (Radiation Intensity) Bir antenin birim katı açıdan yaydığı güçtür U=Işıma şiddeti [W/sr] P or =Işıma yoğunluğu [ W/m 2 ] Örnek-4 Bir antenin güç yoğunluğu Olarak verildiğine göre, ışıyan

Detaylı

ÇEŞİTLİ ERBİYUM KATKILI FİBER YÜKSELTEÇ KONFİGÜRASYONLARI İÇİN KAZANÇ VE GÜRÜLTÜ FAKTÖRÜNÜN İNCELENMESİ

ÇEŞİTLİ ERBİYUM KATKILI FİBER YÜKSELTEÇ KONFİGÜRASYONLARI İÇİN KAZANÇ VE GÜRÜLTÜ FAKTÖRÜNÜN İNCELENMESİ ÇEŞİTLİ ERBİYUM KATKILI FİBER YÜKSELTEÇ KONFİGÜRASYONLARI İÇİN KAZANÇ VE GÜRÜLTÜ FAKTÖRÜNÜN İNCELENMESİ Murat YÜCEL, Gazi Üniversitesi Zühal ASLAN, Gazi Üniversitesi H. Haldun GÖKTAŞ, Yıldırım Beyazıt

Detaylı

KUTUP IŞINIMI AURORA. www.astrofotograf.com

KUTUP IŞINIMI AURORA. www.astrofotograf.com KUTUP IŞINIMI AURORA www.astrofotograf.com Kutup ışıkları, ya da aurora, genellikle kutup bölgelerinde görülen bir gece ışımasıdır. Aurora, gökyüzündeki doğal ışık görüntüleridir. Genelde gece görülen

Detaylı

Raman Spektroskopisi

Raman Spektroskopisi Raman Spektroskopisi Çalışma İlkesi: Bir numunenin GB veya yakın-ir monokromatik ışından oluşan güçlü bir lazer kaynağıyla ışınlanmasıyla saçılan ışının belirli bir açıdan ölçümüne dayanır. Moleküllerin

Detaylı

FZM443 PARÇACIK HIZLANDIRICILARI. Prof. Dr. Ömer Yavaş

FZM443 PARÇACIK HIZLANDIRICILARI. Prof. Dr. Ömer Yavaş 1 ANKARA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ FİZİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ FZM443 PARÇACIK HIZLANDIRICILARI Prof. Dr. Ömer Yavaş 1. Hafta: Parçacık Hızlandırıcıları: Temel Kavramlar 2. Hafta: Parçacık Çarpıştırıcıları:

Detaylı

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ UV-Görünür Bölge Moleküler Absorpsiyon Spektroskopisi Yrd. Doç.Dr. Gökçe MEREY GENEL BİLGİ Çözelti içindeki madde miktarını çözeltiden geçen veya çözeltinin tuttuğu ışık miktarından

Detaylı

FİZ314 Fizikte Güncel Konular

FİZ314 Fizikte Güncel Konular FİZ34 Fizikte Güncel Konular 205-206 Bahar Yarıyılı Bölüm-7 23.05.206 Ankara A. OZANSOY 23.05.206 A.Ozansoy, 206 Bölüm 7: Nükleer Reaksiyonlar ve Uygulamalar.Nötron İçeren Etkileşmeler 2.Nükleer Fisyon

Detaylı