Development of femtosecond infrared fiber laser for multiphoton silicon micromachining
Femtosaniye kızılötesi fiber lazerin çok-foton silikon mikro işleme'ye geliştirilmesi
- Tez No: 444573
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics 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: 71
Özet
Femtosaniye laserler malzeme işleme alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ultrahızlı lazerler, pikosaniye ve nanosaniye lazerlere göre daha yüksek hassasiyetli işlemelere olanak sağlar. Üstelik, pikosaniye ve nanosaniye lazerle işlemelerde ablasyon için gereken güç seviyelerine ulaşmak olduça zordur. Bunlara kıyasla, femtosaniye lazer ile işlemelerde ablasyon için gereken tepe güç daha düşük atım enerjileriyle elde edilebilir. Buna ek olarak, doğrusal emilim düşük olduğu için, femtosaniye lazerler malzemenin içine odaklandığında çok-foton emilime yol açarak 3 boyutlu işlemede kullanılabilirler. Benzer yaklaşım yüzey işleme için de kullanilabilir ve işleme hassasiyetini artırabilir. Diğer bir deyişle, böyle bir lazer ışının odaklanma noktasına göre hem yüzey hem de yüzey altı işlemede kullanılabilir. Silikon son 50 sene içerisinde elektronik alanında en çok kullanılan malzemelerden biri olmuştur. Mikroelektronik ve nanoelektronik yongalar, güneş panelleri, telekominikasyon, biyolojik uygulamalar için mikrokanallar, silikonun kullanıldığı uygulamalardan birkaçı olarak sayılabilir. Şu ana kadar, aynı lazer sistemiyle hem yüzey hem yüzey alti işlemeye olanak veren bir teknoloji geliştirilemedi. Er fiber lazerler 1.5 µm dalga boyunda, yani lazerin foton enerjisinin silikonun bandaralığından düşük olduğu dalga boyunda çalışırlar. Silikonun çok-foton yüzey işlenmesi için Er-katkılı atımlı fiber lazer sistemi tasarladık ve kurduk. Lazerin atım genişliği 390 fs'ye sıkıştırıldı. Lazer sistemi 1.3 W çıkış gücü, yani 1.5 µJ atım enerjisi, sağlayabilecek kapasitededir. Çıkış ışını neredeyse kırınımla sınırlı ve ışın kalitesi yüksek. Lazer ışını silikonu işlemek için yüzeye uygulandı. Farklı atım enerjileriyle tarama yoluyla, gücün ablasyon derinliğine olan etkisi araştırıldı. İleriki çalışmalarda, aynı lazer sistemini yüzel alti silikon işlemede kullanmayı planlıyoruz.
Özet (Çeviri)
Femtosecond laser is widely used in material processing. Application of ultrashort lasers makes it possible to process with higher precision compared to picosecond and nanosecond lasers. Moreover, a major challenge in picosecond and nanosecond laser processing is providing enough power for ablation. In the femtosecond regime, the peak power required for ablation can be achieved at lower pulse energies compared to picosecond and nanosecond pulses. Additionally, high peak intensity of femtosecond laser allows 3D material processing through multiphoton absorption by focusing the laser beam inside the bulk of material, for which the linear absorption is low (The bandgap of the material is wider than the photon energy). The same approach can be used for multiphoton surface processing, which would increase the processing precision. Such lasers could be useful for both surface and subsurface processing depending on where we focus the beam. For the past 50 years, silicon has been one of the most widely used materials in electronics technology including micro- and nanoelectronics, solar cell technology, telecommunications, etc. To the best of our knowledge, there is no existing technology up to now, which allows both surface and subsurface processing of silicon with the same laser. Er-doped fiber laser is operating at 1.55 µm wavelength, where the photon energy of the laser is less than the silicon bandgap energy. We designed and built an Er-doped all-fiber-integrated pulsed laser for multiphoton surface processing of silicon. The pulse duration of the compressed pulse is 390 fs. The laser system is capable of supplying up to 1.3 W output power at 905 kHz repetition rate, namely 1.5 µJ energy per pulse. The output beam is nearly diffraction limited with high beam quality. The laser beam is applied to process the silicon surface at different pulse energies. The depth of the trenches generated by the laser beam at various power levels is measured to investigate how the ablation depth varies with power. Subsurface silicon processing with the same laser will be investigated in our future work.
Benzer Tezler
- 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
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELÇUK AKTÜRK
- Development of advanced solid-state pulsed lasers in the near and mid infrared for applications in material characterization
Malzeme karakterizasyonu için yakın ve orta kızılaltı darbeli lazerlerin geliştirilmesi
HÜSEYİN ÇANKAYA
Doktora
İngilizce
2011
Bilim ve TeknolojiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- 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
2021
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA AKSOY ESİNOĞLU
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- İki boyutlu InGaAs/GaAs yapısında elektronik enerjilere ve safsızlık bağlanma enerjisine, basınç, sıcaklık ve yapı parametrelerinin etkisi
Effect of pressure, temperature and structure parameters on electronic energies and impurity binding energy in two-dimensional InGaAs/GaAs structure
YAĞMUR SOLAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiSivas Cumhuriyet ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. PINAR BAŞER
- Graphene Mode-locked and Kerr-lens Mode-locked Operations of Cr3+:LiSAF Lasers Near 850 nm and Tm3+:YLF Lasers Near 2300 nm
Grafen ile kip-kilitleme ve Kerr-odaklı kip-kilitleme yöntemleri kullanılarak darbe üretilen 850 nm civarinda çalişan Cr3+:LiSAF ve 2300 nm civarinda çalişan Tm3+:YLF laserleri
FERDA CANBAZ
Doktora
İngilizce
2018
Bilim ve TeknolojiKoç ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU