Development of femtosecond infrared fiber laser for multiphoton silicon micromachining

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.