Ablation cooled material removal with bursts of ultrafast pulses
Ultra-hızlı atımlı küme modu ile soğuk ablasyonlu malzeme kaldırma
- Tez No: 414103
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY, PROF. DR. ERGİN ATALAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 139
Özet
Femtosaniye lazer atımları, gerek geniş çaplı bilimsel çalışmalarda, gerekse de tıp ve endüstri alanlarında kesin, keskin ve ısısal hasara sebep olmayan malzeme işlemeye imkan vermektedir. Ancak, bu potansiyeli düşük malzeme kaldırma hızı ve karmaşık lazer teknolojisi sebebiyle sınırlıdır. Bu tür lazer sistemlerinin karmaşık olmasının temel nedeni, etkin ablasyon için gerekli olan yüksek atım enerjisi eşiğidir. Buna ek olarak, lazer - malzeme etkileşimi fiziği de daha güçlü lazerler ile kaldırılan malzeme miktarının doğrusal artışına plazma kalkanı, saturasyon ve ısı birikiminden dolayı oluşan çevresel hasar gibi sebeplerden dolayı engel teşkil etmektedir. Burada, bahsedilen sınırları aşmak için, uzay mühendisliğinde 1950'lerden beri sıklıkla kullanılan, ablasyon ile soğutma, prensibinden faydalanarak, özel olarak ürettiğimiz sistemlerden çıkan lazer atımlarını arka arkaya çok hızlı bir şekilde hedef noktasına, etkileşim bölgesi içinde bir önceki atımdan geriye kalan ısı daha etrafa yayılmadan tatbik etmekteyiz. Böylelikle, ablasyon dolayısıyla malzemeden uzaklaşan ısının, malzeme içine iletilen ısıya eşit olabileceği farkına varılmamış ve hatta keşfedilmemiş lazer-malzeme etkileşimi rejimini göstermekteyiz. Bu olguyu göstermek için bakır, silikon, termoelektrik malzeme, PZT seramik, agar jöle, yumuşak ve sert dokuyu da içeren çok geniş yelpazedeki örnekler üzerinde yaptığımız deneylerle ablasyon için gerekli atım enerjilerini 1000 kat azaltırken, ablasyon etkinliğini de 10 kat artırmakla beraber çevre dokuya hasar vermeden malzeme kaldırma hızı beyin dokusunda ∼2 mm3/dk ve diş dokusu üzerinde ∼3 mm3/dk mertebelerine ulaşmıştır ki literatürde daha önceden yayınlanan sonuçlardan 10 kat daha fazladır.
Özet (Çeviri)
Material processing with femto-second pulses allows precise and non-thermal material removal and being widely used in scientific, medical and industrial applications. However, due to low ablation speed at which material can be removed and the complexity of the associated laser technology, where the complexity arises from the need to overcome the high laser induced optical breakdown threshold for efficient ablation, its potential is limited. Physics of the interaction regime hinders a straightforward scaling up of the removal rate by using more powerful lasers due to effects such as plasma shielding, saturation or collateral damage due to heat accumulation. In analogy to a technique routinely used for atmospheric re-entry of space shuttles since 1950s, ablation cooling, is exploited here to circumvent this limitation, where rapid successions of pulses repeated at ultra-high repetition rates were applied from custom developed lasers to ablate the target material before the residual heat deposited by previous pulses diffuse away from the interaction region. This constitutes a new, physically unrecognized and even unexplored regime of laser-material interactions, where heat removal due to ablation is comparable to heat conduction. Proof-of-principle experiments were conducted on a broad range of targets including copper, silicon, thermoelectric couplers, PZT ceramic, agar gel, soft tissue and hard tissue, where they demonstrate reduction of required pulse energies by three orders of magnitude, while simultaneously increasing the ablation efficiency by an order of magnitude and thermal- damage-free removal of brain tissue at ∼2 mm3/min and tooth at ∼3 mm3/min, an order-of-magnitude faster than previous results.
Benzer Tezler
- Collective pulse amplification in burst mode fiber laser amplifiers in gain-managed nonlinearity regime
Kazanç yönetimli doğrusal olmayan atım kümelerinin fiber lazerlerde kolektif güçlendirilmesi
AMIRHOSSEIN MAGHSOUDI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATİH ÖMER İLDAY
- Application of ablation cooling to cataract surgery technique using all-fibre burst-mode laser
Ablasyon soğutmanın katarakt ameliyatı için küme-modlu fiber lazer ile uygulaması
DENİZHAN KORAY KESİM
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Biyoteknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY
- Novel approaches to ultrafast fiber laser design for ablation cooled material removal
Soğuk ablasyonlu malzeme kaldırma uygulamaları için ultra hızlı fiber lazer tasarımına yeni yaklaşımlar
SANİYE SİNEM YILMAZ
Doktora
İngilizce
2016
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY
- Tailoring nonlinear temperature profile in laser-material processing
Doğrusal olmayan sıcaklık profilinin lazer materyal işleme için düzenlenmesi
DENİZHAN KORAY KESİM
Doktora
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY
- Hierarchically slaved multipulsing mode-lock dynamics
Hiyerarşik olarak çoklu darbe mod-kilit dinamiği
ALADIN CHOURA
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY