FBE- Fizik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Yazar "Altıngöz, Ceren" ile FBE- Fizik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeKısmi Eşevreli Hüzme Şekillendirilmesinin Teorik, Numerik Ve Deneysel İncelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016-02-05) Altıngöz, Ceren ; Aktürk, Selçuk ; 10098634 ; Fizik Mühendisliği ; Physics EngineeringIşık nedir? Bu basit görünümlü bilmecenin cevabı kuantum alan teorisindeki birçok yeni gelişmelere rağmen hala bilinmeyenler içermektedir. Işık parçacık kökenli görülmesine rağmen dalgalar gibi yayınım gösterir. Böylece ışığın doğası üzerine kurulan teori, zamanla parçaçık ve dalga ikilemini birleştiren, “parçaçık-dalga çifti” ne dönüşmüştür. Bu tezde özellikle ışığın yayınım karakteristiği araştırıldığı için, dalga yapısı üzerine odaklanılmıştır. Giriş bölümünde ışığın dalga yapısı ve bunun doğurduğu sonuçlar detaylı olarak işlenmiştir. Buradaki amaç takip eden bölümlerde anlatılan numerik ve deneysel bulguları yorumlamada temel oluşturacak bilgilerin toparlanması ve teorik bir altyapının oluşturulmasıdır. Bu anlamda ilk alt başlık doğadaki dalgalar ve bunların fiziğinin genel olarak incelenmesiyle başlar. Bu bölüm temel dalga yapısının kurulduğu ve bunun ışığın ilerlemesine benzeyen veya farklılıklar gösteren yönlerinin öne çıkarıldığı temel bilgiler içermektedir. İlerleyen kısımlarda ışığın dalga modelini anlamakta temel iki olgu olan girişim ve kırınım anlatılmaktadır. Girişim ve kırınım olaylarının fiziği, bu olaylar arasındaki benzerlik ve farklılıklar belirtilerek; ışığın tüm bu fiziksel davranışlarının koherans teorisi ile bağlantıları kurulur. Girişim ve kırınımın anlatıldığı bu bölümlerin hemen ardından koherans teorisine geçilmiştir. Koherans teorisi ile ilgili temel bilgileri takiben, ışığın zamansal ve uzaysal koherans tiplerinden detaylı olarak bahsedilmektedir. Bu iki terimi ayrı bir alt başlıkta incelemek istememizin sebebi deneylerimizdeki girişim desenleri üzerinde oluşturdukları etkilerin birbirlerine göre önemini anlamamızda çok önemli bir kaynak olacağı inancıdır. Koherent ışık kaynaklarının kırınım davranışlarıyla ilgili bugüne kadar pek çok çalışma yapılmıştır, ancak yarı koherent hüzmelerin kırınım davranışlarıyla ilgili çalışmalar hem sayıca az hem de pek çok cevabı bilinmeyen açık noktalar içermektedir. Bu sebeple bu tezin, ışığın dalga yapısı altında özel olarak incelemeye değer gördüğü konu yarı koherent sürekli ışık kaynakları, bunların oluşturduğu kırınım desenleri ve bu kırınım desenlerini etkileyen parametrelerdir. Böylece bu özel alt başlık altında cevaplanmayı bekleyen pek çok soruya açıklık getirilmesi hedeflenmiştir. İkinci ana bölümü koherent, yarı koherent ve koherent olmayan ışık kaynaklarını ve bunlar arasındaki farkları anlatmak için ayırdık. Işık kaynağı tipleri arasındaki farkların, yaptığımız deneylerimizde ve matematiksel hesaplarımızda büyük farklar oluşturduğunu görmemiz sebebiyle, bu bölümde kurulan teorik altyapının, sonuç bölümünde yapacağımız yorumlarda belirli bir netlik oluşturacağını düşündük. Deneylerimizde yarı koherent ışık kaynaklarını temsil etmesi için mavi ve beyaz LEDleri, koherent ışık kaynağı olaraksa mavi lazeri kullandık. Yaptığımız çalışmalarda lazeri kullanma amacımız, bu ışık kaynağının mükemmel koherent yapısı sebebiyle son derece net girişim desenleri vermesidir. Bu anlamda lazer ışık kaynağı kullanarak elde ettiğimiz sonuçları LED ile yaptığımız deneylerle karşılaştırma yaparak çıkarımlar yapmak için referans olarak kullandık. Giriş bölümünü üçüncü bir son altbaşlıkla kapattık. Bu bölümde hüzme şekilllendirme yöntemlerinden ve deneylerimizde incelediğimiz iki kırınımsız ilerleyen hüzme şekli olan Bessel ve Airy hüzmelerinden bahsettik. Bölüme ışığın dalgalar şeklinde ilerlemesi sebebiyle, doğal olarak kırınıma uğrayacağı gerçeğine rağmen, bu hüzmelerin özel bir bölgede kırınımsız ilerlediklerini anlatarak başladık. Her iki hüzme şekli için kırınımsız ilerledikleri bu bölgeleri anlattıktan sonra, bahsettiğimiz Bessel ve Airy hüzmelerini ayrı ayrı alt başlıklarda inceledik. Deneylerimizde LEDlerin yayılım parametrelerini bu her iki hüzme ile de incelediğimizden, bu bölümün teorik alt yapısı da deney sonuçlarımız için yaptığımız yorumlarımızda önemli bir kaynak olmuştur. Araştırmanın ikinci ana kısmında, giriş kısmında elde edilen tüm teorik bilginin de yardımıyla, hem kısmi koherent ışık kaynağını hem de yaptığımız deneyleri simule edecek şekilde modellediğimiz ışık kaynağının yayılımını modelledik. Kısmi koherent hüzmeleri modellemek için bir faz belirledik. Bu yarı koherent fazı oluşturuken koherent pek çok fazın toplanması metodunu kullandık. Bu sebeple önce dalgaların toplanması ilkesi üzerine yoğunlaştık. Bir sonraki bölümde kırınım integralini, bir iğne deliğinden geçen ışık hüzmesinin belirlenen mesafede bir ölçüm ekranına ulaştığında nasıl bir elektromanyetik alan oluşturacağını hesaplayarak anlattık. Ardından daha önce hesapladığımız kısmi koherent fazımızı kullanarak, hesapladığımız kırınım integraline exponansiyel olarak ilave ettik. Böylece LEDleri kullanarak yaptığımız deneyleri simule eder hale gelmiş olduk. Bu bize deneysel bulgularımızla modellediğimiz numerik datayı karşılaştırma ve hangi parametreleri değiştiridiğimizde hangi değerlerin nasıl değiştiğini anlama olanağı verdi. Bu bölümü kullanılan ışık kaynağının koherans derecelerini değiştirdiğimizde; girişim desenleri, dik ve yatay kesitteki ışık yayılımında oluşan etkileri inceleyerek tamamladık. Üçüncü ana kısım koherent ve kısmi koherent ışık kaynakları ile yaptığımız deneyleri ve bunların sonuçlarını anlatmaktadır. Deneylerde giriş bölümünde teorisi anlatılan, Bessel ve Airy hüzmeleri üretilmiştir. Her hüzme için deneysel düzenek, deney bulguları ve elde edilen sonuçlardan çıkarımların yapıldığı tartışma bölümleri düzenlenmiştir. Bulgularımız Bessel hüzmelerinin zamansal koheranstan minimal şekilde etkilenmekle beraber uzaysal koheransın hüzmenin ilerleme yönündeki profillerini önemli ölçüde etkilediği yönündedir. Kısmi koherent ışık kaynakları ile, Bessel hüzmesinin ilk kısımlarında saçakların görünürlüğü, koherent ışık kaynaklarınınki gibi nettir. Ancak hüzmenin ilerleyen kısımlarında görünürlüğün giderek düştüğü ve sonlara doğru silindirik bir yapıya dönüştüğü gözlemlenmiştir. Deney sonuçları hüzme şekillendirme yöntemlerinin belirli uzaysal koherent yöntemleriyle incelenebileceğini göstermiştir. Yaptığımız deneyler ile hesapladığımız kırınım desenlerinin ve dik hüzme profillerinin uyumu çalışmamızın doğruluğunu kanıtlamıştır. Bessel hüzmeleri gibi Airy hüzmesini de kısmi koherent ışık kaynakları ile ürettiğimizde, laser ışık kaynağı ile kolayca üretilebilen bu hüzmenin kısmi koherent ışık kaynaklarıyla net bir biçimde üretilemediğini fark ettik. Bu bulgularımızı dikey kesit profilleri, CCD kameradan aldığımız görüntüler ve kaydettiğimiz görüntülerin maksimum yoğunluklarından hesaplattığımız MATLAB sapma grafikleriyle de raporladık. Airy lens kullanarak yaptığımız bu deneylerde beklenen Airy profillerini göremememiz sebebiyle SLM kullanarak ileri hüzme şekillendirme yöntemlerini deneme kararını aldık. Dördüncü bölümde bu doğrultuda yaptığımız deneyler ve elde ettiğimiz sonuçları aktardık. İleri hüzme şekillendirme deneylerini SLM adı verilen ve gelen ışığa istenilen uzaysal fazı eklemeye yarayan özel bir optik eleman kullanarak gerçekleştirdik. SLM, VGA görüntü ayrıştırıcısı ile laptopdan gelen siyah-beyaz görüntüyü içindeki LCD ekran ile uzaysal faz olarak, gelen ışık hüzmesine ekler. CCD kamerada görüntülediğimiz hüzmenin elimizin hareketiyle dahi oluşan hava akımından belirgin ölçüde etkilendiğini gözlemledik, bu sebeple SLM’in kendi kalibrasyonu için detaylı çalıştık. Bu etap belirli bir gelen hüzmeye nasıl uzaysal faz farkı verildiğini anlamamızda da önemli bir adım oldu. Kalibrasyonu yaparken mavi lazeri kullandık. Bu ışık kaynağını kullanma sebebimiz koherent olması sebebiyle faz kaymasını iyi yakalayabilmemizdi. Kalibrasyonu yaparken faz değişimlerinin videolarını çektik ve videoları MATLAB’da işleyerek faz farkını incelediğimiz imajlara ve sonrada kaymaları saptadığımız grafiklere dönüştürdük. Bu bölüm programlama konusunda da becerilerimizi geliştirmemizi sağladı. Bir sonraki adımda Bessel ve Airy hüzmelerini oluşturacak uzaysal faz farkını Matlab’da hesaplatarak; SLM’e bu faz farklarını VGA görüntü ayrıştırıcısyla yansıttık. Deneylerde önce mavi lazer ve mavi LED kullanarak Bessel hüzmelerini oluşturduk. Elde ettiğimiz sonuçlar mavi lazer için çok farklılık göstermemekle birlikte; mavi LED için axiconla elde ettiğimiz Bessel hüzme profillerinin, SLM ile elde ettiklerimize kıyasla daha net olduğunu tespit ettik. Benzer sonuçları Airy hüzmesini elde ettiğimiz deneylerimizde de bulduk. SLM kullanılarak elde ettiğimiz Airy hüzme profilleri, lazer kullanarak yapılan deneylerdeki gibi net profiller çıkarmadı. Bunun sebeplerinden birinin SLM’in kendi geçirgen LCD ekranı sebebiyle gelen hüzmeye ayrıca bir uzaysal faz katması olarak düşünük. Bir diğer sebebin SLM’in düşük çözünürlüklü olması olabileceği kanısındayız. Beklenilen netlikte hüzme profilleri oluşturabilmek için gelen hüzmenin büyütülüp koheransının daha yüksek tutulabileceği ve ilerleyen araştırmaların bu doğrultuda yapılabileceği fikrindeyiz. Araştırmamızı kısmı koherent ışık kaynakları ve bunların yayılım özellikleri ile ilgili önemli bulguları sentezleyerek sonlandırdık. Elde ettiğimiz sonuçlar bize kısmı koherent ışık kaynaklarının kırınımsız ilerleyen hüzmelerin kullanılabileceği heryerde kullanılabileceğini göstermişir. Belirlenebilecek özel bir amaca göre bu hüzmelerin farklı yatay kesitlerde özel olarak şekillendirilebileceğini düşünüyoruz. İleri hüzme şekillendirme teknikleri her ne kadar beklediğimiz netlikte sonuçlar vermemiş olsa da uzaysal coheransı derinlemesine anlamamızda önemli bir adım olmuştur. SLM kullanarak gelen bir hüzmenin uzaysal koheransını değiştirip farklı profillerde pek çok hüzme yapılabileceği gerçeği, farklı amaçlar için hüzmelerin şekillendirilebileceğini göstermektedir. Bu sebeple uygun SLM seçimi ve optimum gelen hüzme girdileriyle; bu ileri hüzme şekillendirme tekniklerinin de LED ışık kaynağı kullanılarak yapılacak ileriki çalışmalarda ümit vaad ettiğini görüyoruz. Tüm bu çalışma, teorik, numerik ve deneysel boyutta tamamlandığından veriler, bulgular ve hesaplamaların birbirini tamamladığı kanısındayız.