top of page

LaTso  Project

Evaluation and Standardization for Laser Damage Resistance of Aerospace Optics

        Our project aims to determine and standardize the laser endurance threshold (LHED) of optical components used in systems established for space research at different wavelengths (1064 nm, 532 nm, 355 nm and 266nm).

The LaTSO project aims to observe the behavior of the optical component in space conditions by creating a kind of simulation of space conditions in a laboratory environment. The experimental stages of the LaTSO project are listed below.

  • Determination of LHED under Atmospheric Conditions

  • Determination of LHED under Vacuum Conditions

  • Determining the LHED of thermally conditioned optical components

  • Determination of LHED of optical components aged with UV light

​​Gama Radyasyonunun Etkileri

Optik bileÅŸen yapısındaki kusur noktalarının gama radyasyonu soÄŸurması sebebiyle optikte kararmaya veya renkli noktaların oluÅŸumuna sebep olabilmektedir. Kararma etkisi optik bileÅŸenin geçirgenlik, soÄŸurma gibi spektral özelliklerinde düÅŸüÅŸe sebep olmaktadır. Renkli noktaların oluÅŸumu ise gama radyasyon ile etkileÅŸen atomların yer deÄŸiÅŸtirmesi veya elektron-boÅŸluk çiftlerinin oluÅŸması ile iliÅŸkilendirilmektedir. Ayrıca, gama radyasyonu optik bileÅŸenin UV ve Görünür dalga boylarındaki optik geçirgenliÄŸinde düÅŸüÅŸe sebep olmaktadır. Bu durum oksijen boÅŸluklarının oluÅŸumu, silikon atomlarının komÅŸu atomlar ile (oksijen) baÄŸ sayısını tamamlayamaması gibi yeni kusur noktalarının oluÅŸumu ile açıklanmaktadır. Radyasyona maruz kalan optiÄŸin (özellikle, lens, ayna ve filtre gibi) malzeme yoÄŸunluÄŸunda ve elektronik yapısındaki deÄŸiÅŸimler sebebiyle kırınım indisinde de deÄŸiÅŸimler meydana gelmektedir.

Uzun süreli gama radyasyona maruziyet yüzeyin mikro seviyede deÄŸiÅŸimine sebep olmaktadır. Bu da yüzeyden saçılımı artırarak optiÄŸin verimliliÄŸini azaltmaktadır. Atomik latiste de kusurlar oluÅŸturarak optiÄŸin mekanik dayanımını zayıflatabilmektedir. Bu da stres altında kırılmaya ve çatlamaya olan direnci düÅŸürebilmektedir. Gama radyasyonu ile oluÅŸan kusur noktalarının, lazeri soÄŸurucu noktalar gibi davranarak optiÄŸin LHED deÄŸerinde düÅŸüÅŸe sebep olabilmektedir.

​

​​Gama Radyasyonunun Yüksek Yansıtıcı Optiklere Uygulanması ve LHED Testleri

YaÅŸlandırma prosedüründe, 200000 Ci aktiviteye ve 5,27 yıl yarı ömre sahip bir 60Co radyoaktif kaynağı (Çin Bilimler Akademisi, Åžanghay Uygulamalı Fizik Enstitüsü, Åžanghay, Çin) gama ışını kaynağı olarak kullanılmıştır. 60Co, bir β emisyonu ile bozunarak 315 keV kinetik enerjili elektronlar ve 1,17 MeV ile 1,33 MeV enerjili iki gama ışını yayarak 60Ni'ye dönüÅŸmektedir. Işınlama dozları 1, 50 ve 500 kGy olarak seçilmiÅŸ ve doz hızı 1 Gy/s olarak belirlenmiÅŸtir. Harici etkileri mümkün olduÄŸunca ortadan kaldırmak için tüm numuneler, sabit sıcaklık ve nem koÅŸullarında “Class 1000” temiz odasında saklanmış ve test edilmiÅŸtir.

​

Yüksek çözünürlüÄŸü ve düÅŸük belirsizliÄŸi sebebiyle LHED testlerinde Raster  Scan test protokolü kullanılmıştır. Testler 45° geliÅŸ açısında, lazerin S polarizasyon durumunda, lazer darbe uzunluÄŸu 8.6 ns olarak sabitlenerek yapılmıştır. Raster Scan protokolüne göre hasar eÅŸiÄŸi iki durumla belirlenmektedir. Ä°lki, herhangi görünür bir hasarın oluÅŸmadığı en yüksek Fluence deÄŸeri iken ikincisi, çapı 100 um den büyük hasarın oluÅŸtuÄŸu Fluence deÄŸeridir. 532 nm HR kaplama kaynaÅŸtırılmış silika ve S-BSL 7 olmak üzere iki farklı alttaÅŸ üzerine büyütülmüÅŸtür. Åžekil 1(a)’da alttaÅŸlara ait geçirgenlik grafiÄŸi, Åžekil 1(b)’de kaplama yapıldıktan sonraki yansıtıcılık grafiÄŸi verilmiÅŸtir.

wix1.jpg

Åžekil 1.  a) alttaÅŸlara ait geçirgenlik grafiÄŸi ve b) kapmaya ait yansıtıcılık grafiÄŸi

 

Åžekil 2’de iki alttaşın radyasyon öncesi ve sonrası geçirgenlik grafikleri verilmiÅŸtir. Åžekil 2(a)’da sadece 500 kGy radyasyona maruz kalan optiÄŸin kaynaÅŸtırılmış silika camı 215 nm’de karakteristik bir pik sergilemiÅŸtir. Bu durum kaynaÅŸtırılmış silika camındaki düÅŸük miktardaki kirliliklerin düÅŸük ve orta düzeydeki radyasyonu tolere edebildiÄŸini yüksek dozdaki radyasyonu tolere edemediÄŸini göstermektedir. Åžekil 2(c)’de kaynaÅŸtırılmış silika camlarının radyasyona baÄŸlı renk deÄŸiÅŸimine uÄŸramadığı görülmektedir. Åžekil 2(b)’de S-NSL 7 camının radyasyon dozuna göre görünür bölgedeki geçirgenlik deÄŸiÅŸimi ve Åžekil 2(d)’de renk deÄŸiÅŸimi gösterilmiÅŸtir.

wix2.png

Åžekil 2.  AlttaÅŸların uygulanan radyasyon ile optik deÄŸiÅŸimleri

 

Elde edilen radyasyona maruz bırakılan kaynaÅŸtırılmış silika camlarının hasar morfolojilerilerine göre radyasyon hasar morfolojisinde deÄŸiÅŸime sebep olmamıştır. Åžekil 3’te verilen X-Ray Diffraction (XRD) grafikleri radyasyona maruz bırakılan optiklerin kristal yapısında bir deÄŸiÅŸimin olmadığını göstermiÅŸtir.

 

Lazer-hasar testi için kullanılan bölgelerin renginde açılmalar olduÄŸu gözlemlenmiÅŸtir. Hem lazer hem de gama radyasyonu uygulanan bölgeler ile yalnızca gama radyasyonu uygulanan bölgeler incelendiÄŸinde, lazer uygulanan bölgelerde geçirgenlikte bir artış gözlemlenmiÅŸtir. Bu durum nanosaniye lazerin optiÄŸe ısıl iÅŸlem uygulayarak bölgesel kusurları elimine ettiÄŸini göstermektedir.

wix4.png

Åžekil 3.  532 nm yüksek yansıtmalı optiklerin uygulanan radyasyona göre XRD grafikleri

 

LHED deÄŸerleri ölçülen 532 nm kaplamalı optiklerin deney sonuçları incelendiÄŸinde  1, 50 ve 500 kGy radyasyon uygulanan kaplamalı kaynaÅŸtırılmış silika örnekler için LHED deÄŸerleri sırasıyla, 14 J/cm², 13 J/cm², 13 J/cm² olarak bulunmuÅŸ ve radyasyon uygulanmayan ise 18 J/cm² olarak ölçülmüÅŸtür. Bu üç doza maruz kalındığında, eÅŸikler sırasıyla %7,1, %7,1 ve %42,9 oranında azalmıştır. Fonksiyonel hasar eÅŸiÄŸi, radyasyon uygulanmamış örnek için 17 J/cm² iken, 1, 50 ve 500 kGy ışınlanmış örnekler için sırasıyla 17 J/cm², 15 J/cm² ve 12 J/cm² olmuÅŸtur. Bu deÄŸerler, sırasıyla %0, %11,8 ve %41,7 oranında azalma göstermiÅŸtir.

wix5.png

Åžekil 4.  532 nm yüksek yansıtmalı optiklerin Raster Tarama LHED sonuçları

bottom of page