Ultrafast laser-material processing in the ablation-cooled regime

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.