Gauss, Bessel Ve Aıry Hüzmeleri İle Femtosaniye Lazer – Malzeme Etkileşimlerinin İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada femtosaniye lazer hüzmelerinin şekillendirilmesi ve bu şekillendirilmiş hüzmelerin malzemeler ile olan etkileşimleri incelenmiştir. Günümüzde birçok lazer TEM00 olarak bilinen temel Hermite – Gauss ya da Laguerra – Gauss modunda hüzmeler üretmektedir. Bu çalışmada Gauss hüzmesinin bir aksikondan geçirilerek Bessel hüzmesine çevrilebileceği ve bu hüzemelerin kırınımsız olarak ilerlediği gözlenmiştir. Bessel hüzmeleri Gauss hüzmelerine kıyasla daha uzun mesafe odaklı kalabilmektedir. Bu malzemenin hareket ettirilmesine gerek kalmadan tek seferde çok daha kusursuz işlemenin yapılabileceği anlamına gelir. Bu çalışma kapsamında Bessel hüzmeleri kullanılarak metaller üzerinde nanometre boyutunda yapıların oluşturulabileceği görülmüştür. Bu gelişmenin özellikle plazmonik üretimini kolaylaştıracağını öngörmek mümkündür. Bunun yanı sıra Airy hüzmelerinin de kırınımsız olarak ilerlediği gözlenmiştir. Airy hüzmesi, bu özelliğinin yanı sıra ivmelenme özelliğine de sahiptir. Gauss hüzmeleri uygulanan kübik fazın ardından Optiksel Fourier dönüşüm uygulanarak Airy – Gauss hüzmelerine çevrilebilir. Ancak Airy hüzmelerinin oluşturulmasında kullanılan mevcut yöntemler pahalı faz dönüştürücülerine ve özel doğrusal olmayan optik elemanlara ihtiyaç duymaktadır. Bu tez çalışması kapsamında bir pozitif ve bir negatif silindirik mercek kullanılarak ivmelenen Airy hüzmeleri üreten optik eleman tasarımı gerçekleştirilmiş ve yapılan deneylerde bahsi geçen optik elemanla oluşturulan Airy hüzmelerinin beklendiği gibi neredeyse kırınımsız ve ivmelenerek hareket ettiği gözlenmiştir. Tasarımı yapılan bu optik eleman sayesinde Airy hüzmeleri alanında yapılacak çalışmaların artacağını ve hızlanacağını öngörmek mümkündür.

In this study, it was analysed that beam shaping of femtosecond laser pulses and interactions of these shaped beams with material. Many lasers that are in use, produce beams in mode of basic Hermite - Gauss or Laguerra – Gauss which are known as TEM00. In this study, it has been observed that a Bessel-like beam can be easily formed by passing Gaussian laser beam through an axicon. Bessel beams propagate in quasi-diffraction-free manner, exhibiting lines of foci much longer than the Rayleigh distances of focused Gaussian beams. This means that, the material to machine, can be processed more flawlessly and without moving. Also, it has been shown that by using Bessel beams, structures at nano scale can be created on metals. It is possible to foresee that this development will simplify plazmonic generation. Airy beams also propagate diffraction-free. However, Airy beams also exhibit “acceleration”. Gaussian laser beams can be converted to Airy–Gauss beams by introduction of cubic spatial phase followed by optical Fourier transform. Airy beam generation methods have practical limitations due to the requirement of expensive modulators and special nonlinear optical materials. In this study, it has been demonstrated that by using standard, inexpensive and readily available cylindrical lenses, a new optical element can be constructed for Airy beam formation. As expected, airy beams that were formed via this optical element, have moved almost diffraction free and with acceleration. Through this designed optical element, it is possible to foresee a rise and acceleration in research of Airy beams.