LEE- Fizik Mühendisliği-Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 8
-
ÖgeApplication of matrix product states for few photon dynamics and quantum walks in reduced dimensions(Graduate School, 2021-12-02)Numerical simulations of low-dimensional quantum many-body systems have been a very active field in recent years. New techniques have enabled the experimental realization of these systems and have shed light on both theoretical and technological developments. However, the numerical simulations of these systems have been challenging due to the exponential growth of the Hilbert space with the system size. In addition, quantum correlations such as entanglement play an important role in many-body systems. Therefore approximate methods have been developed. One of the methods to simulate such quantum systems in one dimension is the Matrix Product States (MPS) Formalism. In this thesis, we concentrate on the application of MPS to quantum optical systems and quantum walks. For this purpose, we have developed a pedagogical numerical library that consists of functions responsible for the efficient representation of the wave function and its time evolution. We have tested the efficiency of these functions for different parameters. The quantum optical system we consider is a one-dimensional coupled cavity array interacting with a two-level system. One of the techniques to simulate the long-time dynamics of a quantum many-body system in a computationally manageable grid is to impose absorbing boundary conditions. We have applied absorbing boundary conditions in the form of an imaginary potential and determined the optimum parameter intervals for efficient simulation. Another objective of this thesis is to examine the photon dynamics and the decay of the two-level system from its excited state for different interaction strengths. We have shown that in the strong interaction regime where rotating wave approximation (RWA) is applicable, the results obtained from exact diagonalization and MPS simulations are in perfect agreement. For higher interaction strengths we have used polaron transformation to lower the effective interaction and applied RWA afterward. We have discussed the differences between the results in terms of photon numbers and the excited-state population of the two-level system. As part of this thesis, we have studied two types of discrete-time quantum walks. Firstly, we have considered a quantum walk with a single-phase impurity and investigated the effects of the bound states on its spatial localization and non-Markovianity properties. In Markovian systems, there is an irreversible flow of information from the system under consideration to its environment, whereas in non-Markovian systems some of this information flows back to the system. Our findings show that there is a strong relation between localization and non-Markovianity in this model. Secondly, we turned our attention to a quantum walk coupled with a spin chain environment where there is a dynamic spin attached to each site. Using our MPS algorithm, we have studied the relationship between the quasi-energy spectrum obtained from the exact diagonalization of finite systems, dynamical localization, entanglement entropy, and spin dynamics of this walk. We have observed that due to the extensive number of conserved quantities it possesses, this model is similar to the disorder-free localization models found in literature, where disorder is induced due to the interaction between the constituents of the system.
-
ÖgeElektron demeti buharlaştırma yöntemi ile hazırlanmış tungsten oksit ince filmler üzerine detaylı bir çalışma: Elektrokromik cihaz üretimi ve karakterizasyonları(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-03-15)Son yıllarda, akademik ve endüstriyel araştırmacılar, uygulama açısından hızla gelişen elektrokromik (EC) malzeme ve cihaz teknolojilerine gün geçtikçe artan bir ilgi duymaktadır. Elektrokromik cihazlar, uygulanan düşük voltajla renklerini tersinir olarak değiştirebilirler ve bu teknoloji, akıllı camlar, parlamayı önleyici araba dikiz aynaları, akıllı güneş gözlükleri, elektrokromik enerji depolama cihazları ve ekran uygulamaları gibi birçok alanda umut verici olması nedeniyle önem kazanmaktadır. En yaygın uygulama alanlarından biri olan elektrokromik pencereler (akıllı pencereler), odaya giren güneş ışığı miktarını ayarlayarak binalarda enerji tasarrufu sağlayan önemli bir teknoloji haline gelmiştir. Enerji tüketiminin önemli bir kısmı, yaklaşık yüzde kırktan fazlası binalarda ısıtma ve aydınlatmada kullanılmaktadır. Enerji verimliliği açısından binalarda akıllı cam sistemlerinin kullanılması iç mekân konforu ve az enerji tüketimi gibi avantajlar sağlamaktadır. Gelecekte artan bir talep ile mevcut cam sistemlerinin yerini, çoğunlukla elektrokromik olmak üzere akıllı cam sistemlerine bırakması beklenmektedir. Yüksek ticarileşme potansiyeli, enerjinin verimli kullanılması gibi sebeplerden dolayı özellikle tungsten oksit tabanlı elektrokromik cihazlara olan ilgi her geçen gün artmaktadır. Elektrokromik cihazın aktif tabakası olarak kullanılan tungsten oksit, gösterdiği üstün elektrokromik performansından dolayı, üzerinde en çok çalışılan malzemelerden biri olmuştur. Tersinir olarak renk değişiminin önemli olduğu ileri teknoloji sistemlerinde kullanım için yüksek optik modülasyonlu elektrokromik cihaz üretimi daha da önem kazanmaktadır. Bu tezin amacı, ticarileşmeye başlayan, yakın gelecekte farklı uygulama alanları bulacak olan ve gelecek vadeden tungsten oksit ince film tabanlı tersinir, kısmen hızlı yanıt süresine sahip, yüksek optik kontrastlı ve yüksek verimlilikte elektrokromik cihazların üretilmesi, karakterizasyonu ve geliştirilmesidir. Ekonomik, homojen ve yüksek saflıkta elektrokromik ince film yapılarını üretmek, büyük ölçekte elektrokromik akıllı camlarda kullanımı ve gelecekteki uygulama alanları açısından önemlidir. Kaplama yöntemi ve kaplama parametreleri film kalitesini etkileyen en önemli unsurlardır. Bu çalışmada son yıllarda daha sık kullanılmaya başlanan ve fiziksel kaplama yöntemlerinden biri olan elektron demeti buharlaştırma yöntemi uygulanmıştır. Bu yöntemin diğer yaygın kullanılan fiziksel yöntemlere göre üstünlüğü, toz numunelerden (genellikle pelet halinde) yüksek saflıkta ince filmlerin üretilmesi sayılabilir. Elektron demeti buharlaştırma yöntemi, hedef malzemeleri yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtabilmekte ve ayrıca yüksek kaplama hızlarına ulaşmaya ve yüksek erime noktalı metalleri kolayca buharlaştırmaya olanak sağlamaktadır. Bu şekilde maliyeti yüksek hedef malzemesi alımı, kompozisyonun değiştirilememesi gibi zorluklar elimine edilebilirken, yüksek saflıkta ve kalitede ince filmler üretilebilmektedir. Bu çalışmada amaç, anahtarlama hızı, renklenme etkinliği gibi parametreleri optimize edilen elektrokromik cihazlar için, elektron demeti buharlaştırma yöntemi ile homojen ve amorf tungsten oksit ince filmlerini oluşturmaktır. Kaplanan filmlerin elektriksel, optik ve elektrokimyasal ölçümleri ve katı kromojenik cihazda kullanımı incelenmiştir. İlk aşamada ticari tungsten oksit tozu kullanılarak elektron demeti buharlaştırma yöntemi ile üretilen WO3-x ince filmlerin XRD, SEM, EDS, AFM, NKD, EIS, CV ve CA ölçümleri ile yapısal, optik ve elektrokimyasal karakterizasyonları detaylı olarak incelenmiştir. X-ışını kırınım desenleri, filmlerin amorf olduğunu göstermektedir. Amorf tungsten oksit ince film yapısının elektrokromik cihazlarda kullanımı avantaj sağlamaktadır. Üretilen ince filmlerin kalınlıkları, profilometre ve SEM ölçümleri ile belirlenmiştir. Bütün karakterizasyonlarda, üç elektrotlu sistemde ve katı EC cihaz yapımında kullanılan WO3-x filmlerin kalınlığı ~200 nm'dir. SEM ölçüm sonuçlarına göre e-demeti buharlaştırma yöntemi ile kaplanan filmler yüksek homojenliktedir. Optik, elektriksel ve elektrokimyasal karakterizasyonlar, akıllı sistemlerin farklı koşullarda kullanımı için önem taşımaktadırlar. Bu nedenle homojen ve amorf tungsten oksit ince filmlerin sıcaklığa bağlı elektriksel özellikleri, spektrofotometre ve NKD analizörü ile geniş bir spektrumda optik özellikleri incelenmiştir. DC tip elektriksel ölçümlerde incelenen tüm örnekler için omik bir davranış görülmüştür. Üç elektrot sisteminde (LiClO4/PC sıvı elektroliti kullanılarak) dönüşümlü voltametri ve kronoamperometri ölçümleri ile tungsten oksit ince filmlerin elektrokromik özellikleri ayrıntılı olarak araştırılmıştır. Bu ölçümler neticesinde yapının kararlı olduğu, sırasıyla 10 ve 4 saniyelik renklenme ve saydamlaşma anahtarlama süresi gösterdiği gözlemlenmiştir. Bu sistemde yapılan ömür testlerinde 100 çevrimin sonunda elde edilen CA eğrilerinde ciddi bir değişime rastlanmamıştır. Ayrıca hafıza etkisi incelendiğinde filmin rengini açık devrede ve oda şartlarında 1,5 saat koruduğu, bu süre sonunda yaklaşık % 1 optik geçirgenlik farkı oluştuğu görülmüştür. Optiksel ölçümler sonucunda 630 nm'de % 68,7 optik geçirgenlik farkı gözlemlenmiştir. Filmlerin renklenme verimliliği, 52,6 cm2/C olarak hesaplanmıştır. Sonraki aşamada ticari tozlardan üretilen tungsten oksit filmler kullanılarak katı EC cihaz yapımına geçilmiştir. Üretilen katı cihazlar, geçirgen iletken elektrot olarak indiyum kalay oksit kaplı cam, katodik renklenen malzeme olarak tungsten oksit ve elektrolit olarak ise LiClO4-PC-PMMA bazlı iletken jel içermektedirler. Buna göre Cam /ITO/WO3-x/Jel Elektrolit/ITO/Cam sandviç yapısına sahip katı cihaz üretimi yapılmıştır. Katı cihazın elektrokimyasal ölçümleri ± 3,2 V potansiyel aralığında test edilmiştir ve 630 nm dalga boyunda optik kontrastının yaklaşık % 48,1 olduğu görülmüştür. Ardından çoklu çevrim için tasarlanan cihazın ömür testi yapılarak cihazın renk değişiminin 600. çevrimde de tersinir olarak devam ettiği gözlemlenmiştir. Sonraki aşamada Cam/ITO/WO3-x/Elektrolit/PANI/ITO konfigürasyonunda olmak üzere LiClO4-PC-PMMA bazlı iletken jel ve Nafyon elektrolit kullanılarak farklı cihaz üretimleri yapılmıştır ve sırasıyla 124 cm2/C ve 173 cm2/C renklenme verimliliği elde edilerek cihaz performansında artış olmuştur. EC cihazların yapımı için tungsten oksit tozu üretmek ekonomik açıdan önemlidir. Birçok yöntem arasında çözelti yanma sentezi (SCS) yöntemi, sahip olduğu avantajlar neticesinde öne çıkmaktadır. Bu yöntemin en büyük avantajı, nano boyutlu oksitlerin hazırlanmasındaki kolaylıktır. En fazla çalışılmış EC malzeme olan tungsten oksitin EC özellikleri üzerine kapsamlı araştırmalar yapılmış olmasına rağmen, akıllı cam uygulamaları için elektron demeti buharlaştırma yöntemi ile hazırlanmış tungsten oksit ince film çalışmaları sınırlı sayıdadır. Bu nedenle, EC cihazında kullanmak üzere hazırlanan düzgün ve yüzeye iyi tutunan tungsten oksit ince filmler, kendi ürettiğimiz tungsten oksit tozundan e-demeti buharlaştırma yöntemi ile hazırlanmıştır. Yeni tozun ince filmlerin özellikleri üzerindeki etkisini gösterebilmek için, fiziksel ve morfolojik özellikleri, ticari tungsten oksit tozu ile hazırlanan ince film ile karşılaştırılmıştır. SCS yöntemi ile sentezlenen ve ticari tungsten oksit tozlarından e-demeti buharlaştırma yöntemi ile hazırlanan ince filmler (~150-200 nm) cam ve ITO kaplı cam altlıklar üzerine kaplanmış ve SEM görüntüleri filmlerin homojen ve düzgün yapıda olduğunu göstermiştir. Filmlerin EC özellikleri incelendikten sonra sentezlenen tungsten oksit tozu ile katı EC cihaz üretimi yapılmıştır. Yüksek optik geçirgenlik modülasyonuna (550 nm'de % 63) sahip Nafyon elektrolit ile hazırlanan ve tüm katmanları katı halde EC cihazının elektrokimyasal ve optik özellikleri incelenmiştir. Bu çalışma, EC aktif tabaka için çözelti yanma sentezi yöntemiyle sentezlenen nano boyutlu, yüksek saflıkta tungsten oksit tozundan üretilen ince filmlerin ayrıntılı olarak incelenmesinde öncü çalışmalardan biridir. Böylece bu çalışma istenilen boyutta ve kompozisyonda tozların sentezlenmesine olanak sağlayan SCS yöntemiyle sentezlenmiş tungsten oksit tozunun kullanımını mümkün kılan ve e-demeti buharlaştırma yöntemi ile hazırlanan filmlerle daha ekonomik, enerji verimli EC aktif malzeme ve cihazlarının geliştirilmesi ve tasarlanması için bir temel sağlamaktadır. En son aşamada ticari tungsten oksit tozu kullanılarak elektron demeti buharlaştırma ile hazırlanan ince filmlerin dielektrik özellikleri farklı sıcaklıklarda frekansa bağlı incelenerek yapı hakkında daha detaylı araştırma yapılmıştır. Deneysel sonuçlar, kaplanan filmlerin yapılarının çok düzgün ve homojen olmasından dolayı hem katı hem de sıvı elektrolit ile hazırlanan elektrokromik cihazların başlangıçta çok saydam olduğunu ve yapılarına rahat iyon girmesi nedeniyle mükemmel optik modülasyon ve renklenme etkinliği sergilediklerini göstermiştir. Ortaya çıkan en önemli bulgulardan biri, elektron demeti buharlaştırma yöntemi ile hazırlanmış tungsten oksit ince film tabanlı elektrokromik cihazların, diğer kaplama yöntemlerine göre göreceli olarak üstün performans göstermesidir. Bu nedenle, renk değişimi davranışının mükemmel tersinir olması elektrokromik enerji depolama cihazlarında ve gelecekteki birçok uygulama alanında kullanım için önemli olmaktadır. Bu tez, elektron demeti buharlaştırma yöntemi ile kaplanmış ince, homojen ve düzgün tungsten oksit film tabanlı katı elektrokromik cihazlara yönelik kapsamlı ve ayrıntılı bir çalışmadır. Ticarileştirmeye aday ve yüksek performanslı prototip elektrokromik cihazlar üretilmiş ve detaylı olarak karakterize edilmiştir. Bu çalışma, her geçen gün ticarileşme oranı artan akıllı cihazların mevcut ve gelecekteki uygulamaları için bir temel oluşturmaktadır.
-
ÖgeEffects of solar radiation and neutron, gamma material intereaction effects on the solar cells/modules/panels(Graduate School, 2021-12-17)This thesis study covers the examination of the performance and degradation conditions of photovoltaic cells/modules/panels that convert solar radiation into electrical energy in case of exposure to solar radiation and nuclear factors (neutron and gamma irradiation) in laboratory and outdoor conditions. In this context, with the beginning of this thesis, first of all, the solar radiation for the province of Istanbul, where the performance and degradation experiments of photovoltaic devices will be carried out, was examined and presented to the literature. In these studies, statistical analysis methods were used to examine the accuracy of the models and the most suitable model was determined for the region to be studied. Afterwards, the working principles of the devices are examined and detailed on the basis of physical science in order to understand the effects of both natural conditions and nuclear effects that the photovoltaic cell/module/panels are exposed to on the device performance and to examine the decay structure. There is a manufacturer's datasheet detailing the electrical characteristics of most of the produced photovoltaic cells/modules/panels at standard test condition (STC; 25℃ and 1000W/m2) and/or nominal operating cell temperature (NOCT; 20℃ and 800W/m2). By using the electrical characteristic data in this datasheet, performance and degradation modeling of photovoltaic cells/modules/panels can be performed theoretically. On the other hand, in some cases, the aforementioned data document may contain incomplete data, and even the data document of the produced device cannot be found at all. In this case, it becomes difficult to examine the performance of the device and to make performance predictions under different environmental conditions. Performance modeling of photovoltaic cells/modules/panels, which is one of the main objectives of this thesis; It was carried out by using the Single Diode Model (SDM), which is frequently used in the literature, and the Double Diode Model (DDM), which is rarely used in the literature, both in the absence of a datasheet or in the absence of a datasheet. The aforementioned theoretical study was firstly carried out by producing sub-models containing interconnected block structures on the MATLAB/Simulink platform and as a result of the merging of the sub-models, with the representation of the photovoltaic device. In the system; with the definition of the ambient conditions, which are the input data, the electrical characteristic output data that the photovoltaic device will show under these ambient conditions has been examined. Simulink study was performed for both SDM and DDM. There are electrical characteristic parameters of the photovoltaic device, which are not available in the manufacturer's datasheet, but have an important place in the evaluation of photovoltaic device performance. These parameters are; photocurrent, ideality factor, saturation current and resistance values. For performance and degradation evaluations, these parameters should be derived in line with the available data. By available data is meant manufacturer data sheet and/or experimental data. In cases where the manufacturer's datasheet is available, with the new photovoltaic device model created on the Simulink platform, firstly the electrical characteristic parameters of the device are derived, and then the electrical data (current, voltage, power) produced by the photovoltaic device under the requested ambient conditions are turned into a program output for performance and degradation analysis. The slope method and/or the simplified open method were used in cases where the manufacturer's data sheet was missing. In this case, theoretical analyzes were carried out with the performance program created with a set of codes on MATLAB. These studies have been carried out for different photovoltaic type devices. Obtained results were compared with experimental data. Both the Simulink model and the MATLAB program result documents created with this doctoral thesis showed that; the theoretically produced performance result for the determined environmental conditions is more compatible with the experimental results carried out within the scope of this thesis in the Double Diode Model compared to the Single Diode Model. As mentioned above, the performance evaluation of photovoltaic cells/modules/panels was also carried out experimentally within the scope of this thesis. The performance of 10W Monocrystalline and 7W Polycrystalline Photovoltaic Modules available in Zuhal ER's Laboratory at ITU Faculty of Arts and Sciences, Fluke Ti90_9Hz Thermal Camera also available within Zuhal ER's Laboratory, and some of the experiments were carried out with the Seaward PV200 Solar PV Test Device and Solar Survey 200R, which were purchased with the project support of the ITU Scientific Research Projects Unit, which is affiliated with the doctoral thesis, with the project number 41722. Performance and degradation effects of environmental factors on photovoltaic modules, which is one of the main objectives of this doctoral thesis, were determined with these devices. The electrical characteristics of the photovoltaic modules with the PV200 Solar PV Test Device and the solar radiation, ambient temperature, photovoltaic module surface temperature were determined with the Solar Survey 200R. It has been seen that the open circuit voltage has increased over time due to the overheating caused by the deterioration of the modules. On the other hand, the surface temperature of the photovoltaic module and extremely hot regions, which are indicators of degradation, were observed and determined with the Fluke Ti90_9Hz Thermal Camera. Performance and degradation evaluations of photovoltaic devices within five years were determined by the laboratory facilities of Zuhal Er, as well as the maximum power determination and performance experiments carried out at the Turkish Standards Institute (TSE). As a result of the experiments carried out at TSE, it was observed that the maximum power values obtained from the modules decreased with the effect of environmental conditions. Experimental studies in addition to the above-mentioned modules, performance and degradation tests of a total of 20 modules, including 1.5W monocrystalline and polycrystalline photovoltaic modules, were carried out. As can be seen, the modules have very low power values compared to the modules mentioned above. The power measurement ranges of the Seaward PV200 Solar PV Test Device, which was purchased with the project support of ITU Scientific Research Projects Unit 41722, is between 5W and 15kW. Therefore, it could not be able to use in the electrical characteristic determination of 1.5W photovoltaic modules. In this case, measuring devices have been produced for the modules that are intended to be examined within the scope of the thesis. Arduino device, which is a microcontroller used in various projects and studies in recent years, has been used for the aforementioned purpose. On the other hand, sensors that determine current, voltage, ambient humidity and temperature are used. The communication protocol called SPI (Serial Peripheral Interface) between the sensors and the Arduino, in other words, the data connection standard starts the operation of the data current sensor and the data flow is provided. Thus, the measurement is started with the Arduino signal and the obtained data is transferred to the SD card; it is recorded via the same communication protocol between the Arduino and the SD card module. Thus, electrical data is collected and recorded for each photovoltaic module. The code is processed on the Arduino in order to determine the initialization of the created measuring device, the operating range, the data collection frequency and the way the data is recorded and listed. Data are performed every five minutes and during the time the solar radiated module. On the other hand, solar radiation data is collected in line with latitude and longitude information via an online platform. Both solar radiation data and module electricity data were recorded and analyzed on both MATLAB and Excel platforms. The obtained results showed that the modules could not perform a full current-voltage curve as expected because they did not receive radiation at all hours of the day. Mostly, data is collected between the maximum power point and the open circuit voltage. On the other hand, it has been observed that modules of the same structure produce similar results. During these studies, since the system was exposed to the external environment, deteriorations such as dulling of the modules and wear at the junction of the cells were observed. In addition to the determination of the effects of environmental factors on photovoltaic cells/modules/panels, neutron and gamma radiation effects are one of the other important objectives of this doctoral thesis. Neutron and gamma rays. Dr. It was held in Isparta, Süleyman Demirel University, Faculty of Arts and Sciences, with the support of İskender Akkurt. Modules that were not exposed to either solar radiation or neutron & gamma radiation before were exposed to gamma and neutron radiation in two sets. first set; two monocrystalline and 2 polycrystalline modules were exposed to gamma radiation for 30 days. second set; Two monocrystalline and 2 polycrystalline modules were exposed to neutron radiation for 15 days. Afterwards, electricity measurements were made under solar radiation like other modules. The results showed that the modules gave voltage values around the open circuit voltage. On the other hand, while fading occurred on the front surface of both sets of modules, deterioration occurred on the rear surface of the modules exposed only to neutron radiation.
-
ÖgeState density in one dimensional ferromagnetic spin system with impurity(Institute of Science and Technology, 1995)Spin sistemleri katıhal fiziğinin önemli çalışma alanlarından birisidir. Atomlar, katıhalde madde içinde örgü noktalarına yerleşirler ve atomların çekirdeği bir elektron bulutu ile sanlıdır., Yalıtkan maddelerde atoma bağlı elektronun potensiyelinin V(r) dönmeye göre simetrisi olmadığı için özdurumları net bir açısal momentuma sahip değildir. Açısal momentumu manyetik moment kaynağı olarak ele almadığımızda geriye elektronun iç spini kalır. Elektronlar arası etkileşmeler ile atomdaki elektronların spinleri tek bir toplam spin yapacak şekilde birleşir. Örgü noktalarındaki toplam spinier ise birbirleri ile aralarındaki uzaklığın fonksiyonu olarak etkileşirler. Yalıtkan maddelerde Hamiltonyen, spin spin etkileşmeleri türünden Heisenberg Hamiltonyeni ile her örgü köşesine yerleşmiş spinlerin bir etkileşme matris elemanının fonksiyonu olarak yazabiliriz. Etkileşmeyi sağlayan değiş tokuş integrali, elektron dalga fonksiyonlarının uzaklığa bağlı olarak üst üste kesişmesinin bir fonksiyonudur. Bu çalışmada ve benzeri çalışmalarda da genellikle en yakın komşu spin etkileşmeleri alınarak çalışılır. Hamilton denklemi en genel halde kristal simetrisinden gelebilen spinlerin uzayda ağırlıklı olarak yönelmek istedikleri yönler olabileceği durumda anizotropik Hamiltonyen denklemi alınır.
-
ÖgeFemtosaniye lazer ile işlenen yapıların katıhal lazerlerde uygulamaları ve üst çevrim pompalı Tm3+:KY3F10 lazerleri(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-05-07)u tez çalışması ile yakın ve orta kızılaltı bölgede çalışan özgün katıhal lazerlerin geliştirilmesi amaçlanmış ve iki farklı deneysel yaklaşım uygulanmıştır. Bunlardan ilkinde femtosaniye lazer ile işlenen yapılar katıhal lazer tasarımlarında kullanılmıştır. Diğer yaklaşımda ise üst çevrim pompalama yöntemi kullanılarak Tm3+:KY3F10 lazeri iki farklı dalgaboyunda çalıştırılmıştır. Tezin ilk bölümünde, deneysel çalışmalarda kullanılan terimlerin ve kavramların tanıtılması hedeflenmiştir. Bu kapsamda lazer konseptine ait temel teorik altyapı ve deneysel karakterizasyon yöntemleri ile ilgili genel bilgiler sunulmuştur. Tezin ikinci bölümünde, grafen doyabilen soğurucunun femtosaniye lazer ile mikro şeritler oluşturacak şekilde yüzeyden kaldırılmasıyla elde edilen zebra desenli grafen doyabilen soğurucunun, üretimi ve bir test lazer kavitesi içerisinde kip kilitleyici olarak kullanılması sunulmuştur. Grafen doyabilen soğurucular, sahip oldukları avantajlı optik özellikler sayesinde lazer sistemlerinde yakın kızılaltı ve orta kızılaltı bölgelerini de kapayan geniş bir optik spektrum aralığında kip kilitleyici olarak kullanılmaktadırlar. Ancak sahip oldukları %2.3 küçük sinyal soğurması, bu kip kilitleyicileri kayba duyarlı düşük optik kazançlı lazer sistemleri için elverişsiz kılmaktadır. Bu kaybın azaltılmasına yönelik kimyasal katkılama, grafen tabanlı kapasitör, süper kapasitör yapıları gibi farklı deneysel yaklaşımlar literatürde gösterilmiştir. Bu yaklaşımlar genel olarak iyi sonuçlar vermesine rağmen, kimyasal katkılama yönteminde sabit Fermi seviyesi kayması, kapasitör yapılarda dielektrik bozulma riski, süper kapasitör yapılarda ise grafen doyabilen soğurucunun spektral operasyon aralığının daralması bu sistemlerin dezavantajları olarak öne çıkmaktadır. Bu nedenle bahsi geçen dezavantajları aşan ve aynı zamanda grafenin özgün özelliklerini taşıyan bir doyabilen soğurucu geliştirilmesi ihtiyacı doğmuştur. Bu kapsamda tezin ikinci bölümünde sunulan çalışmada infrasil alttaş üzerine kaplanmış tek katmanlı grafen, femtosaniye lazer ile işlenerek zebra desenli grafen doyabilen soğurucu üretilmiştir. Bu üretim süreci seçici aşındırma (ablasyon) yöntemine dayanmaktadır. Bu yöntemde lazer hüzmesinin gücü grafenin aşınma eşiğinden yüksek, alttaş olan infrasilin aşınma eşiğinden düşük tutularak grafenin alttaşa zarar vermeden yüzeyden kaldırılması amaçlanır. Bunun için 120 fs darbe süresine sahip, 1 kHz tekrarlama frekansında ve 800 nm dalgaboyundaki Ti:safir lazeri, 20X büyütmeye sahip bir objektif ile örnek yüzeyine odaklanmış ve tek katmanlı grafen yüzeyden aşındırılarak grafen mikro şeritlerden oluşan altı farklı bölge elde edilmiştir. Her bölgede yüzeyden kaldırılan şeritler arasındaki mesafe değiştirilerek farklı grafen miktarlarına sahip bölgeler elde edilmiştir. Femtosaniye lazer ile mikro işlemenin ardından geliştirilen grafen yapısı, test lazeri olarak seçilen Cr+4:forsterite lazeri içerisine eklenmiş ve kip kilitleme performansı incelenmiştir. Yapılan deney sonucunda mikro işlemeye tabi tutulmamış bölgedeki grafen kaynaklı kayıp %4.14 olarak ölçülürken en düşük grafen kaybına sahip bölgenin kaybı ise %0.21 olarak hesaplanmıştır. Bu sayede grafen kaynaklı kayıplarda belirgin bir azalma tespit edilmiştir. Ayrıca aşındırılmamış bölgede elde edilen kip kilitleme performansı incelendiğinde, 6.3 W sabit giriş gücünde 68 mW çıkış gücü elde edilirken, %0.21 grafen kaybı olan bölgede aynı giriş gücünde elde edilen çıkış gücü 114 mW olarak ölçülmüştür. Darbe süreleri karşılaştırıldığında ise 62 fs'den 48 fs'ye düşüş gözlenmiştir. Bu sonuçlar, kaybı azaltılmış zebra desenli grafen doyabilen soğurucunun geleneksel grafen doyabilen soğurucuya göre lazer performansındaki belirgin iyileşmeyi göstermektedir. Tezin üçüncü bölümünde, femtosaniye lazer ile mikro işleme yöntemi kullanılarak dalga kılavuzu lazer geliştirilmesi ve karakterizasyonu sunulmuştur. Yapılan çalışmada, Tm3+:BaY2F8 kristaline ilk defa femtosaniye lazer ile dalga kılavuzu yazılmış ve bu kristalin lazer olarak çalıştırılması gösterilmiştir. Dalga kılavuzları, 800 nm merkez dalgaboyunda 120 fs darbe süresinde ve 1 kHz tekrarlama frekansındaki lazer hüzmesi 40X objektif kullanılarak %8 (atomik) Tm+3 iyonu katkılanmış baryum yitriyum florür (BaY2F8) kristaline, yüzeyin 100 µm altında sıkıştırılmış kılıf (depressed cladding) biçiminde yazılmıştır. 7 mm uzunluğunda 28 çizgi çizilerek yaklaşık 30 µm çapında silindirik formda sıkıştırılmış kılıf dalga kılavuzu oluşturulmuştur. Dalga kılavuzu yazımını takiben ışık eşleme deneyleri yapılmıştır. Bu deneylerde dalga kılavuzuna, sürekli dalga formunda akort edilebilir Ti:safir lazeri, 3 cm odak uzaklığına sahip bir mercek ile eşlenmiştir. Eşlenen lazerin ilerleme kayıpları hesap edilirken soğurma etkisini minimize etmek amacıyla Ti:safir lazerinin dalgaboyu, Tm3+:BaY2F8 kristalinin soğurma bandı dışına alınarak 731 nm'ye ayarlanmıştır. Yapılan ölçümlerde üretilen dalga kılavuzunun ilerleme kaybının 0.32 dB/cm olduğu tespit edilmiştir. Optik eşleme deneylerini takiben pompa lazeri, 781 nm olan rezonant soğurma dalgaboyuna ayarlanmıştır ve elde edilen dalga kılavuzu, lazer rezonatörü içerisine eklenerek 1858 nm merkez dalgaboyuna sahip sürekli dalga lazer operasyonu gösterilmiştir. Geliştirilen dalga kılavuzu lazerinin, %2 çıkış aynası ile %3.3, %6 çıkış aynası ile %6.5 güç performansı veriminde çalıştığı tespit edilmiştir. Elde edilen en yüksek güç ise 553 mW giriş gücüne karşılık 34 mW olarak ölçülmüştür. En düşük eşik pompa gücü ise %2 çıkış aynası ile 23 mW olarak ölçülmüştür. Tezin dördüncü bölümünde, CeO2 nanoparçacıkların femtosaniye lazer ile işleme yöntemi ve kimyasal çökeltme yöntemi kullanılarak üretilmesi ve karakterizasyonu sunulmuştur. Lazer ile işleme yönteminde CeO2 pelet bir petri kabının içine yerleştirilerek yüzeyi yaklaşık 5 mm geçecek şekilde izopropil alkol ile doldurulmuştur. Hazırlanan örneğin yüzeyine 800 nm dalgaboyunda 1 kHz tekrarlama frekansında 120 fs darbeler üreten Ti:safir lazer hüzmesi, 50 mm odak uzaklığına sahip bir mercek ile odaklanmıştır. 5 mm uzunluğundaki çizigilerin 20 µm aralıklarla yan yana çizilmesi ile 5 mm x 5 mm alanındaki bir bölge lazer ile taranmıştır. Lazer taraması sırasında yüzeyden kopan CeO2 nanoparçacıklar izopropanol içerisinde toplanmıştır. Elde edilen parçacıklar taramalı elektron mikroskobu ile incelenerek 20 nm - 1 µm aralığında üretildiği görülmüştür. Ayrıca dinamik ışık saçılması ölçümü ile üretilen parçacıkların ortalama 333 nm çapına sahip oldukları görülmüştür. 30 dk süren bir işlem sonucunda mikro gram mertebesinde nanoparçacık üretilmiştir. Özellikle dielektrik özellikleri inceleyebilmek için parçacık üretim miktarı kimyasal çökeltme yöntemi kullanılarak artırılmıştır. Bu yöntem ile elde edilen parçacıkların boyutları 100 nm'nin altında olup CeO2 nanoparçacıklarının dielektrik sabiti oda sıcaklığında 25 olarak bulunmuştur. Üretilen ve ticari olarak satın alınan iki CeO2'nin dielektrik ölçümleri karşılaştırılmış ve CeO2 nanoparçacıkların dielektrik katsayısı daha yüksek bulunmuştur. Ayrıca Fe katkılı CeO2 nanoparçacıkları üretilmiş ve karakterize edilmiştir. Tezin beşinci bölümünde, literatürde ilk defa, 1064 nm dalgaboyunda üst çevrim pompalama yöntemi ile pompalanmış Tm3+:KY3F10 lazerinin 1.9 µm ve 2.3 µm dalgaboylarında çalıştırılması sunulmuştur. Florür tabanlı lazer kristallerinin kızılaltı bölgedeki lazer operasyonları, düşük fonon enerjileri, geniş spektral bölgedeki yüksek geçirgenlikleri gibi özellikleri nedeni ile birçok araştırma grubu tarafından incelenmiştir. Bu çalışmalarda genel olarak florür tabanlı lazer kristali grubunun bir üyesi olan Tm3+:KY3F10 kristali, konvensiyonel pompalama yöntemi olan 800 nm civarında doğrudan pompalanarak lazer olarak çalıştırılmıştır. Ancak bu kristalin 1064 nm dalgaboyuna sahip Yb:fiber lazeri ile üstçevrim pompalama yöntemi kullanılarak 1.9 µm ve 2.3 µm dalgaboyunda çalıştırılması ilk kez tez kapsamında yapılan çalışmalar ile gösterilmiştir. Bu çalışma kapsamında öncelikle %8 (atomik) Tm+3 iyonu katkılanmış KY3F10 kristalinin 1064 nm'de doğrusal olmayan soğurma özellikleri incelenmiştir. 2.8 mm uzunluğundaki Tm3+:KY3F10 kristalinin 1064 nm'deki temel seviye soğurmasının %2 olmasına rağmen pompa lazer şiddetinin artmasını takiben uyarılı seviye soğurmasının devreye girmesiyle %38 değerine ulaştığı görülmüştür. Ardından sırası ile x-kavite ve z-kavite mimarileri ile çalıştırılan 1.9 µm ve 2.3 µm lazerlerinin güç performansları incelenmiştir. 1.9 µm operasyonunda %2.3 çıkış aynası ile 1.9 W giriş gücünde en yüksek 142 mW çıkış gücü elde edilmiştir. Ayrıca kavite içerisine eklenen CaF2 ve suprasil prizmalar ile lazer dalgaboyunun 1849 nm - 1994 nm aralığında ayarlanabildiği gösterilmiştir. Bu konfigürasyon için en yüksek güç performans verimi, %5.5 çıkış aynası ile, soğurulan giriş gücüne göre %29 olarak elde edilmiştir. 2.3 µm deneylerinde ise z-kavite kullanılarak 1.6 W giriş gücünde %3 çıkış aynası kullanılarak, soğurulan pompa gücüne göre %36 verimle en yüksek 130 mW çıkış gücü elde edilmiştir. Tezin son bölümü olan sonuçlar bölümünde tez dahilinde yapılan deneysel çalışmaların sonuçları özetlenerek ileriye dönük potansiyel uygulamalarından bahsedilmiştir.