Kuantum Çağlayan Lazerler İçin Orta ve Uzun Kızılötesi Ayarlanabilir Dalgaboyu Sağlayan Dış Kovuk Tasarımı ve Üretimi

Proje Yürütücüsü Bilal İSTANBULLU

Kuantum çağlayan lazerler (KÇL) orta kızılotesi (MWIR) bölgede oda sıcaklığında ışıma yapan ilk yarıiletken lazer kaynaklarıdır ve KÇL’lerin ticarileştirilmesi MWIR spektrometre uygulamalarının gelişimini büyük ölçüde tetiklemiştir. Genel olarak Mid-IR spektroskopisi, özellikle biyomedikal alanda ve gaz algılamada önemli olan hızlı ve objektif analiz imkanı sağlamaktadır. KÇL’ler diğer lazer kaynaklarında bulunmayan benzersiz özellikleri nedeniyle, sera gazlarının, zararlı kimyasalların konsantrasyon seviyelerinin ölçülmesini sağlamak ve tıbbi teşhisleri desteklemek için analitik yöntemlerin geliştirilmesi üzerine yeni olanaklar sunmaktadır. Birçok uygulama alanı için gereken ayarlanabilirlik özelliği KÇL sistemine modüle edilen dış kovuk (DK) mekanizması ile sağlanabilmektedir. Yüksek mertebede ayarlanabilirlik göstermeleri ve oda sıcaklığında çalışabilmeleri nedeniyle DK-KÇL’ler spektroskopik gaz algılama sistemlerinde; çevresel izleme, emisyon ölçümleri, uzaktan algılama ve biyosensörlerde yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Uygulama alanlarına yüksek optik güçte ve yüksek verimlilikte çalışan KÇL aygıtların üretilebilmesi için uygun süperörgü tasarımı ve optimum parametrelerde dizayn edilerek üretilmiş dış kovuk mekanizması kullanılması gerekmektedir. Proje kapsamında dış kovuklu kuantum çağlayan lazer (DK-KÇL)  geliştirilecek ve üretilecektir. Geliştirilecek olan DK-KÇL nin iki farklı versiyonu olacaktır. İlk versiyon orta kızılötesi bölgeye uygun olarak, ikinci versiyon ise uzun kızılötesi bölgeye uygun olarak tasarlanıp üretilecektir. Savunma, medikal ve tıp alanında kullanılan kuantum çağlayan lazerler uygulamaya yönelik analiz kapasitesinin artması amacıyla değiştirebilir dalgaboyu özelliği ile çalışmaktadır. Bu maksatla sistemde kullanılacak olan KÇL’ye dış kovuk tasarımı yapılarak dalgaboyu değiştirme özelliği sisteme kazandırılacaktır. Belirli bir bant genişliğine sahip olan KÇL den çıkan ışın demeti önce verimi ve ışık şiddeti homojenliğini koruyacak şekilde bir mercek sistemi ile paralelleştirilecek ve kızılötesi bölgede çalışabilen bir kırınım ızgarasına düşürülecektir. Kırınım ızgarası, üzerine geniş bantta gelen bu ışın demetini kırınım prensibine göre ayrıştıracak ve bir kırınım deseni oluşturacaktır. Kırınım ızgarasından yansıyan bu demet yine bir optik sistemden geçirilerek tekrar paralelleştirilecek ve bir slitten geçirilek dalga boyu ayırışması sağlanacaktır. Kırınım ızgarası elektromekanik bir sistem üzerinde konuşlandırılacaktır. Elektromekanik sistem döndürüldüğünden slitten hangi dalga boyu geçmesi isteniyorsa o dalga boyu geçirilecektir. Diğer projeler ile yapılacak işbirliği neticesinde geliştirilecek DK-KÇL sistemi hem orta kızılötesi bölgede (4.5-5.5 um) uzaktan sera gazı algılama sisteminde hem de uzun kızılötesi bölgede (8.5-9.5 um) kandaki ürenin tayininde kullanılacaktır. DK mekanizması KÇL performansını verimliğinin yüksek oranda arttıracaktır. Geliştirilmesi ve üretilmesi planlanan DK-KÇL mekanizması ülkemizde üretilecek yerli ve milli teknolojik ürünlerden biri olacaktır. Halihazırda yurtdışında, ABD’deki firmalarda üretilip satışı yapılan Dış kovuk mekanizmasını kendi bünyemizde, kendi imkanlarımız ile üretmemiz neticesinde dışa bağımlılık ve döviz çıkışı azalacaktır. DK-KÇL sistemine monte edilecek DK mekanizmasının da ülkemizde geliştirilmesi ve üretilmesiyle kendi milli spektrometre sistemimizin altyapısı oluşturulacaktır.