Geri Dön

Ultrashort and short pulsed fiber laser development for transparent material processing, imaging and spectroscopy applications

Transparan malzeme işleme, görüntüleme ve spektroskopi amaçlı ultra kısa ve kısa atımlı fiber lazer geliştirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 379855
  2. Yazar: SEYDİ YAVAŞ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Ultrashort Pulse Laser, Ultrafast Laser, Fiber Laser, Fiber Ampli er, High Pulse Energy Laser, Ultrafast Material Processing, Nanosurgery, Tissue Ablation, Multiphoton Ablation, Photoacoustic Imaging, Supercontinuum Gen- eration, Photothermal Effects, THz Spectroscopy, Photodarkening, Glass Pro- cessing
  7. Yıl: 2015
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

60'l y llarda lazerin icad ndan bu yana lazer teknolojisindeki geli smeler temel olarak iki y onde ilerlemi stir; daha k sa at m uretme ve daha y uksek g u clere ula sma. Bunu ba sarabilmek i cin bir cok farkl lazer tipi geli stirilmi s ve bu lazer tip- leri her seferinde, ayn i si ya da daha iyisini yapabilen, daha basit, daha k u c uk ve daha ucuz alternati erle yer de gi stirmi stir. Son 20 y lda da ber lazerler mevcut lazer teknolojisine onemli bir alternatif olarak ortaya c km s ve mevcut parame- treleri daha da ileri g ot urmeyi ba sar rken bunu daha az sistem karma s kl g , maliyeti ve karars zl g ile sunmu stur. Fiber lazerlerin temelini olu sturan optik berler ilk olarak yayg n olarak kullan lan kablolara alternatif olmas i cin telekom unikasyon alan nda, sinyalleri d u s uk kay pla uzun mesafelere ta s yabilmesi sebebiyle kullan lmaya ba slanm st r. Bu nedenle ber optik alan ndaki cal smalar n co gu berleri daha etkin telekom unikasyon kanallar yapmaya yo gunla sm st r. Fiberlerin y uksek kalitede lazer demeti sa glayabildi ginin fark edilmesi ve bu parametrenin lazerler i cin de onemli olmas sebebiyle berlerin lazer alan nda kullan lmas i cin ara st rmalar yap lmaya ba slanm s ve 80li y llarda ilk aktif berlerin d u s uk kay pl olarak uretilmesiyle sonu clar al nmaya ba slanm st r. C ift-k l berlerin uretilmesi, diyot lazerlerin aktif berleri pompalama ama cl kullan lmaya ba slanmas ve ver- imli nadir element katk l berlerin geli stirilmesiyle ber lazerler yaln zca labo- ratuvarda bir ara st rma konusu olmaktan c k p bir cok uygulama alan nda kul- lan lmaya ba slanm st r. Fiber lazerlerin k sa (nanosaniye) ve ultra k sa (pikosaniye ya da fem- tosaniye) at m uretmede kullan lmaya ba slanmas ara st rmac lar i cin zorlu bir g orev olmu stur. En b uy uk zorluk lazer demetinin i cinde ilerledi gi dalga k lavuzu ortam nda k u c uk bir hacme s k st r lm s olan s g n do grusal olmayan etkilere sebep olmas d r. Geni sletilmi s at m y ukseltgenmesi ve y uksek katk l berlerin vi vii kullan lmas gibi zekice tasar mlarla, yaln zca kat -hal lazerlerle elde edilmesi m umk un olan y uksek at m enerjilerine ve tepe g u clerine ula s lm st r. Do grusal olmayan etkiler g uc un art r labilmesi i cin sorun te skil etmesinin yan s ra bir taraftan da bir cok yeni uygulama alan i cin f rsat sunmaktad r. Ornek olarak, do grusal olmayan etkilerin ber i cinde kullan m ile s uper tayf uretilebilmektedir ve spektroskopi, g or unt uleme, metroloji gibi de gi sik alanlarda kullan m bulmak- tad r. G un um uzde 50den fazla sirket k sa at ml ber lazer satmaktad r ve bu lazer- ler optalmolojiden, malzeme i slemeye, medikal g or unt ulemeden hassas metroloji uygulamalar na bir cok alanda kullan lmaktad r. Ozellikle ber lazer temelli mikron hassasiyetinde malzeme i sleme bir cok ur un un uretimi i cin rutin olarak kullan lmaktad r. Fiber lazerlerin yeni uygulamalar da s urekli geli sim i cindedir. Sonu c olarak, bu doktora tez cal smas nda ber lazerlerin yeni uygulama alan- lar ara st r lm st r. Ultrak sa ve k sa at ml ber lazerler biyolojik malzeme i sleme, saydam malzeme i sleme, spektroskopi ve g or unt uleme ama cl olarak uygulamaya ozel sekilde tasarlanm s ve ger ceklenmi stir. Tezin ilk k sm nda ultrah zl at mlara sahip bir ber lazer mikroskopa entegre edilmi s ve bu sistem ile nanocerrahi ve doku y k mlama deneyleri ger cekle stirilmi stir. Akusto-optik de gi stirimcileri kontrol eden FPGA temelli elektronik devre tasar mlar ile at m dizileri iste ge ba gl olarak herhangi bir s n rlama olmaks zn uretilebilmi stir. Bu sistem kul- lan larak y k mlama deneyleri doku, h ucre ve h ucre-al seviyede denenmi stir. Tez cal smas n n ikinci k sm nda Bo gazi ci Universitesi ile ortak olarak geli stirilen nanosaniye at mlara sahip 600-1300 nm aral g nda dalgaboylar na sahip ber lzer sisemi geli stirilmi s ve fotoakustik g or unt uleme deneyleri i cin kullan ma haz r hale getirilmi stir. Bu sistem kullan larak, seramik bir ornekten fotoakustik sinyal uretilmesi denenmi s ve geli stirilen sistem biyolojik malzemelerden fotoakustik g or unt uleme elde etmeye haz r hale getirilmi stir. Tez cal smas n n u c unc u k sm nda ODT U ile ortak bir cal sma cer cevesinde THz-TDS sisteminde kullan lmak uzere ozg un bir femtosaniye at ml , Yb-katk l , at m tekrar s kl g kayd r labilen ber lazer geli stirilmi s ve THz ol c umleri i cin kullan ma haz r hale getirilmi stir. Geli stirilen lazer sisteminin THz o c umleri i cin gerekli OSCAT tekni gine uygun olup olmad g kayd rma i slemi s ras ndaki kararl l g karakterize edilerek test edilmi stir. Lazer sal ngac ndan elde edilen op- tik g u c, spektrum ve at m s uresi de gi simleri ol c ulm u st ur. Bu sistem kullan larak THz sinyal uretimi ger cekle stirilmi s ve spektroskopi ol c umleri i cin haz rlanm st r. Tez cal smas n n son k sm nda saydam malzeme i sleme ama cl , y uksek at m enerjili femtosaniye at ml ber lazer geli stirilmi stir. Geli stirilen lazerin c k s galvo-taray c ya iletilmi s ve bu taray c yla senkronize hareket eden bir konumlama sistemi ile geni s alanlar (10 cm x 10 cm) y uksek tarama h z nda (2 m/s) taramak m umk un hale gelmi stir. Bu sistem kullan larak cam ornekler uzerinde kesme, kaz ma ve cam i cinde karartma deneyleri yap lm st r. Anahtar s ozc ukler : Ultrak sa At ml Lazer, Ultrah zl Lazer, Fiber Lazer, Fiber Y ukselte c, Y uksek At m Enerjili Lazer, Ultrah zl Malzeme _ I sleme, Nanocerrahi, Doku Kesimleme, C ok-fotonlu Kesimleme, Fotoakustik G or unt uleme, S upertayf Uretme, Fototermal Etkiler, THz Spektroskopisi, Fotokarartma, Cam _ I sleme

Özet (Çeviri)

Since the invention of the laser in the 60s, the main advances in laser technology were done in two directions; shorter pulses and higher powers. In order to achieve this purpose, many laser types are developed and always replaced with simpler, smaller, cheaper alternatives that can deliver the same or better parameters. In the past 20 years, ber lasers have become an important alternative that can match and even enhance the performance of currently used lasers while reducing the complexity, costs and instability. Optical bers, which are the main components of ber lasers, were rst de- veloped just as a substitute for conventional cables since they offer much less attenuation in carrying signals over long ranges. So, most of the studies were focused on making the bers better for communication channels. After realizing that ber lasers offer better beam qualities, which is also a vital parameter for many laser applications, researches started nding ways to use bers for lasers and they achieved this in 80s by the rst ever utilization of low-attenuation ac- tive bers. After the invention of double-clad bers, utilization of diode lasers for pumping and development of efficient rare-earth doped bers, ber lasers became more than just a research topic in the laboratory and began to nd use in many applications. The utilization of ber lasers for short (nanoseconds) and ultrashort (picosec- onds, femtoseconds) pulse generation was a difficult task for researchers. The biggest challenge to overcome was nonlinear effects caused by the con nement of the beam into small volumes. By using smart designs like chirped pulse ampli - cation and highly doped lasers, pulse energies and peak powers close to solid-state ultrafast lasers can be achieved. These nonlinear effects were not just problems in the power scalability of ber lasers, on the other hand, they were an opportunity for new possible applications. For example, using these nonlinear effects inside bers, supercontinuum generation was demonstrated and found usage in many areas like spectroscopy, imaging and metrology. Today, more than 50 worldwide companies sell short-pulse ber lasers for ap- plications as diverse as ophthalmology, micromachining, medical imaging and precision metrology. Especially, ber-laser-based micromachining is routinely im- plemented in the fabrication processes for widely used consumer products. New applications of ber lasers are being continuously developed. Consequently, in this Ph.D. thesis study, new application areas of ber lasers are investigated. Ultrashort and short pulsed ber lasers are developed and uti- lized for biological and transparent material processing, spectroscopy and imag- ing. In the rst part of thesis study, we have demonstrated the use of a custom- built ber laser-based microscope system for nanosurgery and tissue ablation experiments. Through the use of custom FPGA electronics acting through ber- coupled AOMs, we are able to generate custom pulse sequence. Using this system, we have made photodisruption experiments in tissue level, cellular level and sub- cellular level. In the second part of this thesis study, in collaboration with Bogazici Univer- sity, we have developed a nanosecond ber laser system that is able to generate wavelength components of 600 nm to 1300 nm, developed speci cally for pho- toacoustic excitation. Using this system, we have made photoacoustic signal excitation in a ceramic sample and prepared the system for further experiments to generate photoacoustic images from biological specimens. In the third part of thesis study, in collaboration with ODTU, the development of a THz-TDS system driven by a novel Yb-doped ber laser whose repetition rate can be tuned, speci cally for fast scan THz measurements, is realized. Char- acterization of the built laser system is done considering the necessities for the OSCAT technique as an alternative method for fast scan THz measurements. Stability of the oscillator is examined in terms of power, spectrum and pulse duration with the changing repetition rate of the laser. Using this system THz waveforms are generated at different wavelengths and the system is prepared for further research in spectroscopy. In the last part of the thesis study, a high-pulse energy femtosecond laser system is developed and utilized for transparent material processing. The laser output is coupled to a fast galvo-scanner system, and a synchronized translation stage such that very wide areas (10 cm x 10 cm) are able to be processed with very high speed (2 m/s). Using this system, glass samples are cut, engraved and photodarkened.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    398039

    Silindirik odaklı lazer hüzmeleri ile yüzey temizleme ve cam işleme çalışmaları

    Surface cleaning and glass processing studies with cylindrical focused laser beam

    TUĞBA TUNAY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SELÇUK AKTÜRK

  2. Tez No

    675588

    Femtosaniye lazer ile işlenen yapıların katıhal lazerlerde uygulamaları ve üst çevrim pompalı Tm3+:KY3F10 lazerleri

    Solid-state laser applications of femtosecond laser written structures and upconversion pumped Tm3+:KY3F10 lasers

    YAĞIZ MOROVA

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SEDA AKSOY ESİNOĞLU

    PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU

  3. Tez No

    785706

    Development of a burst mode oscillator free femtosecond fiber laser

    Küme modlu osilatörsüz femtosaniye fiber lazer geliştirilmesi

    HÜR DOĞA KANTOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ IHOR PAVLOV

  4. Tez No

    398014

    Çeşitli lazer parametrelerinin silikon malzeme delme sürecine etkisi

    Effect of various laser parameters to the process of drilling silicon materials

    AYŞEGÜL SAYDAM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ALİ FUAT ERGENÇ

  5. Tez No

    841808

    Grafen esaslı kompozit kaplamaların korozyon ve aşınma özellikleri

    Corrosion and wear properties of graphene based composite coatings

    KUBİLAY KILIÇÇI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Metalurji MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET UYSAL

Geri Dön