İLERİ TEKNOLOJİ ARAŞ. UYGULAMA MRKZ. MÜD.
Lazer Sistemi

 

           

SELÇUK ÜNİVERSİTESİ LAZER OLANAKLARI

 

Laser spektroskopi ve malzeme işleme-uygulama laboratuvarı, laser malzeme işlemenin avantajlarını kullanıcının hizmetine sunmak üzere oluşturulmuştur.  İleri araştırma ve geliştirme çalışmalarına altyapı oluşturacak şekilde analitik uygulama olanakları sunan Selçuk Üniversitesi Laser Olanakları laboratuvarı mikro işlemenin yanı sıra laser malzeme depozisyonu yoluyla yeni ve ileri teknolojik malzemelerin üretimine altyapı oluşturmaktadır.

Mikroişleme tekniği Laser ablasyon, Laser mikro-delik açma, İnce film uzaklaştırma, laser mikro kesme, Laser mikro markalama, Laser Direk Işınlama ve diğer birçok uygulama olanağı sağlamaktadır.

Üniversitemiz laser laboratuvarında oldukça çeşitli ve zengin bir laser kullanım olanağı mevcuttur.  Mevcut laser sistemleri arasında, femtosaniye (fs) ve nanosaniye (ns) puls genişliklerinde, yüksek laser güçleri sağlamaktadır.  Yüksek laser güçleri ve kısa laser pulsları kullanılarak temel bilim çalışmalarının yanı sıra sağlık ve diş hekimliği alanında temel çalışma olanakları sunulmaktadır.

Laboratuvarımızda bulunan laser sistemleri, uygulamacı istemesi durumunda laboratuvarımızda bulunan spektrometre ve mikro-işleme sistemi kullanılmasının yanı sıra kendi spektrometrelerini sistem odasına taşımaları durumunda kendi sistemleriyle birlikte laser olanaklarını kullanma imkânı sağlanmaktadır.

 

FEMTOSANİYE POMPA LASER SİSTEM

 

 

ÖZELLİKLERİ

  • Yeşil pompa laseri bir Ti:Sapphire laser sistemidir.
  • 90fs laser pulsları üretmektedir.
  • >200 mW mode-locked ortalama güç sağlamaktadır.
  • 800nm merkez dalgaboyunda emisyon yapmaktadır.
  • 80 ±10 MHz puls tekrarlama oranına sahiptir.

UYGULAMALAR

oTi:Sapphire Yükseltecini Seed Yapar

oİki Foton Polimerizasyon

oİki Foton Floresans

oİki Foton Mikroskopi

 

LASER KONTROL ÜNİTESİ/SOFTWARE

  • Programlama ve Sistem Görüntüleme için kullanışlı bir LCD ekran kullanılmaktadır
  • Tercihli olarak Ethernet, RS-232, CAN, GPIB bağlantısı olanakları sunmaktadır.
  • Yüksek hızlı veri alma ve depolama olanağı sunmaktadır.
  • Akım, voltaj, nem ve oda sıcaklığını monitörize etmektedir.
 

FEMTOSANİYE LASER YÜKSELTİCİ SİSTEM

 

ÖZELLİKLERİUYGULAMALAR

  • Üretilen Yüksek Enerji (3.5 mJ)
  • Ti:Sapphire osilatör
  • Çıkış puls süresi~90 fs
  • Tekrarlama Oranı 1kHz
  • Yüksek Kontrast >1000:1
  • Mükemmel Demet Profili M2< 1.3
  • Enerji Kararlılığı < 0.5% RMS

oOPA Pompalama:En iyi enerji kararlılığı, demet kalitesi ve en yüksek OPA için demet hedef nokta kararlılığı/harmonik dönüşüm verimliliği

oGeçiş Hali Soğurma Spektroskopisi:Düşük gürültülü beyaz ışık üretimi

oAşırı Hızlı Mikroişleme:En yüksek kalitede malzeme işleme; Sabit veya taramalı demet yayma sistemi.

oKütle Spektrometri:Çok Foton İyonlaştırma Spektroskopisi

 

 

 

LASER KONTROL ÜNİTESİ/SOFTWARE
  • İleri laser kontrol elektronik ünite
  • Kompakt geciktirme üreteci
  • 6-kanallı zamanlama (Bunlardan bir tanesi Pockell Cell için kullanılmaktadır)
  • Laser kontrol yazılımı

oWindows (XP veya daha gelişmiş) ile çalışmaktadır.

oGerçek zamanlı laser parametrelerinin görüntülenmesi

oPompa laser kontrolü: akım, frekans, trigger modu

oAmplifier Kontrolü: PulsEnerjisi, Puls Süresi

FEMTOSANİYETUNABLE OPALASER YÜKSELTİCİ SİSTEM

Mevcut laser kaynağı 230 nm UV bölgesinden - 2700 nm IR bölgesine geniş bir dalgaboyu bölgesinde aralıksız olarak foton üretebilme yeteneğine sahiptir.

 

TUNABLE OPA LASER ÖZELLİKLERİ

·Yüksek dönüştürme verimliliği (>40% S+I)

·Mevcut laserler arasında en geniş tarama dalgaboyu bölgesi (230-22,000 nm)

·OPAs en yüksek (>200 mJ) pompa enerjisine uygun olarak dizayn edilmiştir

·En kompakt yapıda dizayn edilmiştir

·En uygun kararlılığa göre test edilmiş ve monte edilmiştir

·Optik Parametrik Amplifikasyon (OPA) için non-hygroscopic kristaller kullanılmıştır.

·En iyi performans üretici firma tarafından garanti edilmiştir

·Aşağıdaki uygulamalar için yaygın olarak kullanılmaktadır:

oGeçiş Durumu Soğurma Spektroskopisi

oFloresans Gating

oZEKE

o2D-IR

oFWM

oFoto Eko

o2PPE Spektroskopi

oSFG Spektroskopi

oFoto-ionization

LASER KONTROL ÜNİTESİ/ SOFTWARE

·Çıkış dalgaboyunun manipülasyonu için detaylı kontrol yazılımı kullanılmaktadır

·Dalgaboyunun Kalibrasyonu

·Kontrol zaman geöçiktirmesi ve optimal performans için kristallerin döndürülmesi

·Çıkış dalgaboyu, enerjisi, puls genişliği ve kutupluluğunun gerçek zamanlı gösterimi

·Güvenlik laser kapatma anahtarı

SEÇENEKLER

·Değiştirilebilir Dalgaboyu Genişletme Modülleri: VUV, DUV1-2, nIR1-3, IR1-3

·Kompakt Dalgaboyu Genişletme: UV1-3, VIS1-3, IR1-3, nIR1-3

·Dalgaboyu değiştirmek için gerekli uygulamaların elle ayarlanması olanağı

·Dalgaboyu kalibrasyonu ve hızlı kalibrasyon için dalgaboyu offseti

·Dalgaboyu ayırıcıları, demet teleskopu

·İki OPA ünitesi için alternatif ünite aynı içerisinde dizayn edilmiştir ve aynı beyaz ışık ile seed edilmektedir.

·800 nm  dalgaboyunda 10-200 mJ yüksek enerji opsiyonu mevcuttur.

·Purging seçeneği mevcuttur

 
 
Yüksek Enerjili Katıhâl Laser
 
Diğer taraftan, nanosaniye laser sistemi 1064nm, 532nm ve 355nm sabit dalgaboylarında 5ns pulslar üretmekteyken, 410-2700 nm dalgaboylarında sürekli ve aralıksız laser fotonu üretme olanağı sağlamaktadır.

Surelite III Continuum firması tarafından dizayn edilip üretilmiş olan bir Nd:YAG laser sistemidir.  Yüksek enerji vadeden bu laser sistemi puls başına 1064 nm temel dalgaboyunda 450-850 mJ, 532 nm ve 355 nm dalgaboyu harmoniklerini laboratuarımızda kullanma olanağına sahip bulunmaktayız.

Mevcut laser olanakları kullanılarak, LIDAR, Fotoliz, Ablasyon, Spektroskopi ve tunable bir OPO sistemi için pompa laser olarak kullanılma özelliklerine sahip bir esnek laser sistemidir.

Bir RS-232 ara yüzeyi ile bilgisayar kontrolü sağlamaktadır.  Endüstride en yaygın olarak kullanılan laser sistemlerinden birisidir.  Surelite laserler bilimsel, endüstriyel ve sağlık alanlarında uygulama alanlarına sahiptir.  Bu çerçeveden değerlendirildiğinde, uzaktan algılama, spektroskopik analiz, Parçacık görüntülemeli hız ölçümü (PIV), malzeme işleme, markalama ve biyolojik incelemelerde oldukça etkili bir şekilde kullanılmaktadır.


Surelite OPO PLUS

Surelite OPO PLUS daha yüksek enerji, geniş-band ve düşük maliyetli bir tunable optiksel parametrik osilatördür (OPO) ve Srelite III ile pompalanarak UV, VIS ve IR (410-2700 nm) bölelerinde foton üretecek şekilde dizayn edilmiştir.

 

LİNEER UÇUŞ ZAMANLI KÜTLE SPEKTEROMETRESİ

 

Laser uygulama laboratuvarında laser ile birlikte çalıştırılan, tamamen grubumuz tarafından tasarlanmış, projelendirilmiş ve yerli sanayi alt yapısı kullanılarak üretilmiş olan bir “Uçuş Zamanlı Kütle Spektrometre (TOF)” mevcut olup hali hazırda kullanılmaktadır.

TOF sistemi nanosaniye laser sistemi kullanılmak sureti ile Uluslararası indekslere giren dergilerde yayın üretilmiştir.

Alic, Tugbahan Yilmaz; Kilic, Hamdi Sukur; Durmus, Haziret; Doğan Mevlüt ve Ledingham Ken W.D.

“A mass spectrometric investigation of isomers of butane”RAPID COMMUNICATIONS IN MASS SPECTROMETRYVolume:26Issue:8Pages:893-905DOI:10.1002/rcm.6184Published:APR 30 2012

LASER KÜTLE SPEKTRUMLARI

Laboratuvarımızda mevcut kütle spektrometresi ve nanosaniye laser sistemi kullanılarak yapıla kütle analizi görülmektedir.  Bütan molekülününnvei-izomerleri, farklı dalgaboyları ve farklı laser enerjileri kullanılarak alınmış ve sonuçlar literatüre kazandırılmıştır (Alicet al., 2012).

Laboratuvar imkanları kullanılarak yapılan bir diğer çalışmada da [1], yüksek güçlü femtosaniye laserle birlikte TOF-MS kullanılarak Cn topak moleküllerinin ve özellikle C60 fullerene molekülünün üretimi ortaya konmaktadır.  Buna ilave olarak kütle spektrumundaki pik deseninin laser gücüne bağlılığı ortaya konmaktadır.  Kütle spektrumunda C60 molekülünün fragmentasyon desenindeki Cn+, (n=1….24) iyonlarının ve ana iyonun elde edilmesi çalışılmıştır.  Bu tür iyonlaştırma sürecinde dalgaboyuna ve laser gücüne bağlı olarak femtosaniye kısa laser pulsları kullanılarak moleküler iyon elde edilebilmektedir. 

Aşağıda C60 kullanılarak 800 nm’de üç farklı enerji değeri için elde edilen kütle spektrumları görülmektedir.

Aynı zamanda hedef olarak grafit kullanılmak suretiyle Cn+ (n=1…60) karbon topaklarının birleşme yoluyla elde edilmesine çalışılmış ve elde edilen spektrum analiz edilmiştir. %99,5 saflıkta C60 molekülünün ve grafitin bir hedef numune olarak kullanıldığı bu çalışmada, düşük laser yoğunluklarında alınan kütle spektrumunda çok küçük bir ana iyon gözlenmiştir.  Bu çalışmada, 800 nm dalga boyu için yaklaşık olarak 10^12-14 W/cm^2 laser yoğunlukları kullanılmış ve sonuçlar tartışılmıştır.

Aşağıda Grafit hedef kullanılarak 800 nm’de 3,8 x10-8 mbarr basınç altında 40 μJ enerji’de elde edilmiştir.

[1] GÜNDOĞDU Y., KEPCEOĞLU A., KILIÇ H.Ş., AKBAŞ M., DOĞAN M. ve LEDINGHAM  K.W.D., (2014), “Femtosaniye Laser Pulsları Yardımıyla Cn+ (n=1…….60) Topak İyonlarının Hem C60 Hem de Grafit Hedefler Kullanılarak Ayrı Ayrı Üretimi ve Ölçümü”, Article In Press.

 

VERİ TOPLAMA, DEĞERLENDİRME VE ANALİZ SİSTEMLERİ

 

WaveRunner 64-Xi600 MHz, 4 Kanallı, 10 GS/s, Dijital-Depolayıcı, Hızlı Osiloskop.  Osiloskop 10.4'' Renkli ve dokunmatik Touch Screen Display bir ekrana sahiptir ve Windows XP altında çalışmaktadır.  Ofis programlarını kullanma olanağı sunan osiloskop, binari (ikilik sayı sistemi) formatında depoladığı ham veriyi daha sonra bu formatta kullanma olanağı sağlamakla birlikte, veriyi ofis altında çalışan diğer programlarla, Excel, Matlab vs, kullanılacak şekilde dönüştürek kaydetme olanağı sunmaktadır.  Veri alırken arzu edilen veri sayısı (laser puls sayısı) üzerinden ortalama alarak veriyi kaydedebilmektedir.  Eş zamanlı olarak 8 kanal kullanımı sağlamasına karşın ekranda aynı anda dört kanal üzerinden dört sinyal gösterme olanağı sunmaktadır.

 

 

 

MİKRO-İŞLEME SİSTEMİ

Laboratuvarımızda mevcut olan mikro-işleme sistemi, laser kontrollü bir sistem olarakçalışmaktadır ve eşdeğerleri arasında üstün ve hızlı işleme kabiliyetine sahiptir.Bilgisayar kontrollü olarak çalışan sistem, bilgisayara tanıtılan bir remi iki boyutlu olarak arzulanan yüzeye işlemek sureti ile başarılı bir işleme süreci gerçekleştirmektedir.

 

 

 

 

MİKRO-İŞLEME YAPILAN YÜZEY RESİMLERİ

Diş Hekimliği ve protez çalışmalarında oldukça önemli ve işlenmesi oldukça zor olan Zirkonyum malzemesinde tutunmayı artırmak için mikro işleme sistemi ile gerçekleştirilmiş olan pürüzlendirme çalışmalarının SEM görüntüleri görülmektedir.(a)Gerçekleştirilen mikro işlemenin genel görünümü,(b)Yapılan işlemede elde edilen derinlik,(c )Yapılan işlemede açılan kanal genişliği ve(d)yapılan mikro işlemede elde edilen duvar kalitesi.

Aşağıda kibrit üzerine yapılmış işleme sonucu verilmiştir.

 

 NANOPARÇACIK ÜRETİMİ

Şekilde femtosaniye mikroişleme sistemi ile PLAL (Pulsed Laser Ablation in Liquid) yöntemi kullanılarak elde edilen bakır, gümüş ve altın nanoparçacıklar gözükmektedir [1]. 

 

[1] KEPCEOĞLU A., GÜNDOĞDU Y., ÖZEL F., KILIÇ H.Ş., (2014), Turkish Physical Society 31th International Physics Congress, “Production of the Some Transition Metal Oxide Nanoparticles Using Femtosecond Pulsed Laser Ablatıon In Liquid Method and Characterization of TMO NPs”, Muğla, TURKEY.

 

PULSED LASER DEPOSITION (PLD) SİSTEMİ

Puls Laser Depozisyon (PLD) tekniği [1] çok yönlü ve kolay uygulanabilirliği açısından metal, karbon, yarıiletken, seramik gibi çeşitli malzemelerden ince film yapıların elde edilmesi için kullanılmakta olan yöntemler arasında en yaygın olarak kullanılanlarından birisidir. Bu doğrultuda fullerene C60 [2] molekülü hedef olarak kullanıldığında PLD tekniğinde oldukça verimli sonuçlar alınmaktadır. 
 
Bu sistem kullanılarak pellet haline getirilmiş C60 numunesi ve silika cam üzerine kaplanmıştır.  Çeşitli alt tabaka sıcaklıklarında büyütülen ince film yapıların optik ve bazı elektronik özellikleri incelenmiş ve sonuçlar ortaya konulmuştur [3].
 
Bu PLD sistemindeki numune tutucu ve alt tabaka tutucu iki adet step motor ile homojen ve arzulanan sabit hızlarla döndürülmektedir. Aynı zamanda alt tabaka, 4-1000 C arasında değerlere ısıtabilecek şekilde tasarlanmıştır ve sıcaklığın kontrol altında tutulabilmesi için de soğutma sistemi kullanılmaktadır. Soğutma sistemi ile alt tabaka 4 C değerine kadar soğutulabilmektedir [2].
Ayrıca sistem, numune alt tabaka ısısını (Optris 3MH1-CF3 model infrared termometre) sürekli olarak monitörize etmekte ve ince film üretim süresince alt tabaka sıcaklığı sürekli gözleme imkânı vermektedir. Diğer taraftan, mevcut sistem, ince film depozisyonu süresince, depozit edilen ince filmin kalınlığını in-situ olarak sürekli ölçme/monitörize etme özelliğine sahip bir şekilde tasarlanmıştır. Kalınlık ölçüm bilgisi, MPROBE VIS (Semiconsoft, Inc.) ürünü kullanılarak gerçekleştirilmektedir. 
 
Grubumuz tarafından yerli olarak tasarlanan ve üretilen PLD sisteminin şematik görünümü ve sistemin üstten görünümü aşağıda verilmiştir.
 

[1] Kilic, H.S. and Durmus, H., ‘Fabrication of Re/n-Si Schottky Diode by Pulsed Laser Deposition (PLD) and Analysis of Its Temperature Dependent Electrical Properties’, (2014) to be published

 

[2] Gündoğdu, Y., ‘Femtosaniye Laser Uçuş Zamanlı Kütle Spektrometresi (FL-TOF) Kullanılarak Fulleren C60 Molekülünün İncelenmesi’, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Anabilim Dalı, (2014).

 

[3] EKİNCİ L., KEPCEOĞLU A., YİĞİT GEZGİN S., GÜNDOĞDU Y., AKBAŞ M., DURMUŞ H., KILIÇ H.Ş., (2014), Turkish Physical Society 31th International Physics Congress, “Puls Laser Depozisyon (PLD) Sistemi Kullanılarak C60 İnce Filmlerinin Üretimi ve Karakterizasyonu”, Muğla, TURKEY.

 

 Z-SCAN ÖLÇÜM SİSTEMİ

 

Bu sistem ile sıvı içerisinde disperse olmuş nanoparçacıkların, kimyasalların, ince filmlerin ve bulk malzemelerin nonlineer optik özelliklerinin ölçülmesi gerçekleştirilmektedir.

 Aşağıda PLD sistemi ile üretilen C60 ince filmlerinden elde edilen z-scan tarama sonuçları verilmiştir.