Geri Dön

Development of femtosecond infrared fiber laser for multiphoton silicon micromachining

Femtosaniye kızılötesi fiber lazerin çok-foton silikon mikro işleme'ye geliştirilmesi

  1. Tez No: 444573
  2. Yazar: HOSSEIN SALMANI REZAEI
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2016
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. 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

  1. 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. 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

    İngilizce

    2011

    Bilim ve TeknolojiKoç Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU

  3. 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

  4. 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

    Türkçe

    2024

    Fizik ve Fizik MühendisliğiSivas Cumhuriyet Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. PINAR BAŞER

  5. 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

    İngilizce

    2018

    Bilim ve TeknolojiKoç Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU