Ablation cooled material removal with bursts of ultrafast pulses

Femtosaniye lazer atımları, gerek geniş çaplı bilimsel çalışmalarda, gerekse de tıp ve endüstri alanlarında kesin, keskin ve ısısal hasara sebep olmayan malzeme işlemeye imkan vermektedir. Ancak, bu potansiyeli düşük malzeme kaldırma hızı ve karmaşık lazer teknolojisi sebebiyle sınırlıdır. Bu tür lazer sistemlerinin karmaşık olmasının temel nedeni, etkin ablasyon için gerekli olan yüksek atım enerjisi eşiğidir. Buna ek olarak, lazer - malzeme etkileşimi fiziği de daha güçlü lazerler ile kaldırılan malzeme miktarının doğrusal artışına plazma kalkanı, saturasyon ve ısı birikiminden dolayı oluşan çevresel hasar gibi sebeplerden dolayı engel teşkil etmektedir. Burada, bahsedilen sınırları aşmak için, uzay mühendisliğinde 1950'lerden beri sıklıkla kullanılan, ablasyon ile soğutma, prensibinden faydalanarak, özel olarak ürettiğimiz sistemlerden çıkan lazer atımlarını arka arkaya çok hızlı bir şekilde hedef noktasına, etkileşim bölgesi içinde bir önceki atımdan geriye kalan ısı daha etrafa yayılmadan tatbik etmekteyiz. Böylelikle, ablasyon dolayısıyla malzemeden uzaklaşan ısının, malzeme içine iletilen ısıya eşit olabileceği farkına varılmamış ve hatta keşfedilmemiş lazer-malzeme etkileşimi rejimini göstermekteyiz. Bu olguyu göstermek için bakır, silikon, termoelektrik malzeme, PZT seramik, agar jöle, yumuşak ve sert dokuyu da içeren çok geniş yelpazedeki örnekler üzerinde yaptığımız deneylerle ablasyon için gerekli atım enerjilerini 1000 kat azaltırken, ablasyon etkinliğini de 10 kat artırmakla beraber çevre dokuya hasar vermeden malzeme kaldırma hızı beyin dokusunda ∼2 mm3/dk ve diş dokusu üzerinde ∼3 mm3/dk mertebelerine ulaşmıştır ki literatürde daha önceden yayınlanan sonuçlardan 10 kat daha fazladır.