Ultrafast laser-material processing in the ablation-cooled regime
Ablasyonla soğutulmuş bölgede ultrahızlı lazer malzemelerinin işlenmesi
- Tez No: 641146
- Danışmanlar: ASSOC. DR. FATİH ÖMER İLDAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
Son zamanlarda, ultrahızlı lazer darbeleri kullanılarak yeni bir malzeme ablasyon rejimi icat edilmiştir. Bu rejimde, ard arda gelen atimlar arasındaki süre ısı yayılımı süresinden çok daha az ise binlerce atım toplu olarak etkileşime girer ve malzemeyi keser. Ablasyon, malzemenin yüzeyinden kritik bir sıcaklığı aşan şiddetli fırlatma ile sonuçlanır. Sonuç olarak, ablasyon yoluyla malzemeyi hapsolmuş ısının uzaklaştırılması termal difüzyona baskın hale gelir ve bu işleme ablasyon soğutmalı lazer malzemesinin çıkarılması denir. Nabızların tekrarlanma oranı birkaç GHz'e yükseltilirse, gerekli darbe enerjilerinin birkaç büyüklük derecesinde azaltılabilmesine rağmen, ablasyon verimliliğinin büyük ölçüde artırılabileceği gösterilmiştir. Bu tez tekrar oranının 100 GHz'e kadar olan ölçeğini araştırmaktadır. Sonuçlarımız, bu rejimin verimlilik kazanımlarının sürdürülebileceğini, aynı zamanda darbe enerjisi gereksinimlerini 1-2 derece daha da azaltabildiğini göstermektedir. Dramatik olarak, 50-100 GHz'deki birkaç nanojül darbesinin, alt MHz tekrarlama oranlarında onlarca mikrojül darbesinden daha verimli bir şekilde azaldığını görüyoruz. Kristalin silikon üzerinde sistematik sonuc¸lar ve çeşitli endüstriyel önem taşıyan teknik malzemeler üzerinde keşif çalışmaları sunuyoruz. Şu anda rapor edilen atım enerjileri, doğrudan kip kilitli lazerlerden kolayca elde edilebilir, bu da potansiyel olarak maliyetli ve karmaşık lazer amplifikatörlerine olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Bu nedenle, sonuçlarımız ultrahızlı ablasyon için gerekli lazer teknolojisinin radikal bir dönüşümünü düşündürmektedir.
Özet (Çeviri)
Recently, a new regime of material ablation using ultrashort laser pulses has been demonstrated. In this regime, thousands of pulses collectively interact and ablate the material, if the time between subsequent pulses is much less than the time for heat diffusion. Ablation results in the violent ejection from the surface of the material exceeding a critical temperature. As a result, the removal of heat through ablation becomes dominant over thermal diffusion, and this process is called the ablation-cooled laser-material removal. It was shown that ablation efficiency could be significantly increased while simultaneously reducing the pulse energy by several orders of magnitude if the pulses' repetition rate is increased to several GHz. This thesis explores the scaling of the repetition rate up to 100 GHz. Our results indicate that with increasing repetition rate, the efficiency gains of this regime can be maintained along, while further decreasing the pulse energy requirements by 1-2 orders of magnitude. Dramatically, we find that few-nanojoule pulses at 50-100 GHz ablate more efficiently than tens of microjoule pulses at sub-MHz repetition rates. We present systematic results on crystalline silicon and exploratory studies on several technical materials of industrial relevance. The presently reported pulse energies could easily be obtained directly from mode-locked lasers, potentially eliminating the need for costly and complicated laser amplifiers. Therefore, our results are suggestive of a radical transformation of the laser technology required for ultrafast ablation.
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
- Ablation cooled material removal with bursts of ultrafast pulses
Ultra-hızlı atımlı küme modu ile soğuk ablasyonlu malzeme kaldırma
MEHMET CAN KERSE
Doktora
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY
PROF. DR. ERGİN ATALAR
- 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
- 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
SEYDİ YAVAŞ
Doktora
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY
- Comparison of cleaning performances of nanosecond and femtosecond lasers on historical papers
Nanosaniye ve femtosaniye lazerlerin tarihi kağıtlar üzerindeki temizleme performanslarının karşılaştırılması
CANAN YAĞMUR BOYNUKARA
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNAY BAŞAR
YRD. DOÇ. DR. MEHMET FEVZİ UĞURYOL