Yiğit Ozan Aydın *, Koray Eken

*aydin@fiberlast.com.tr

           Günümüzde lazer teknolojisinin kullanım alanları her geçen gün artarken, fiber lazer de eşsiz teknik özellikleri sayesinde bu pazardaki etkisini sürekli artırmaktadır. Termal etkilerin azaltılmasının önemli olduğu metal delme işlemleri, güneş hücrelerinin kesilmesi veya şekillendirilmesi, kalp stentlerinin mikro işleme yöntemleri ile şekillendirilmesi, görüntüleme ekranları ve diğer birçok materyal üzerine yapılan uygulamalarda ultrahızlı lazerler günümüzde her geçen gün daha fazla tercih edilmektedirler.

Ultrahızlı fiber lazerleri çekici kılan bir çok temel özellik vardır. Bunlar pratik uygulamalar için geliştirilen anahtar teslim sistemlerde tercih edilen; kompakt olmaları, tümleşik bir yapıda tasarlanabilmeleri, diyod pompalama mantığıyla ve yüksek verimlilikle çalışmaları, yüksek güçlere çıkabilmeleri, düşük gürültülü tasarlanabilmeleri gibi başlıca özelliklerdir.

Ultrahızlı fiber lazerler femtosaniye atımlı ve pikosaniye atımlı lazerler olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Femtosaniye lazerler atım uzunluğunun saniyenin katrilyonda biri ile trilyonda biri arasında olduğu lazerler olup, pikosaniye lazerler ise atım uzunluğunun saniyenin trilyonda biri ile milyarda biri kadar olduğu lazer sistemleridir.

Şekil1:Katarakt Ameliyatlarında kullanılan femtosaniye atımlı lazer

Şekil1:Katarakt Ameliyatlarında kullanılan femtosaniye atımlı lazer

Ultrahızlı fiber lazerler günümüzde, göz ameliyatlarındaki korneal işlemlerde, katarakt ameliyatlarında, stentlerin hassas işlenmesinde, araştırma laboratuvarlarında serbest elektron lazer beslemede, multi-foton spektroskopide, doğrusal olmayan optikte,metrolojide, dalga kılavuzu işlemede, mikro işlemede, savunma sanayiinde terahertz görüntüleme sistemlerinde, terahertz spektroskopide, solar sistemler için silikon yüzey şekillendirmede ve diğer birçok hassas uygulamada kullanılmaktadır.

Ultrahızlı lazerleri çekici kılan temel özelliğin ne olduğunu daha iyi anlayabilmemiz için şu soruyu sormak yararlı olacaktır :  Bir lazer atımı malzeme ile hangi zaman aralığında etkileşime girdiğinde hangi etki doğar?

Örnek olarak lazer atımlarının metal bir malzeme tarafından absorbe edildiğini düşünürsek, bu olay temelde lazer atımından, malzemenin elektronlarına yapılan bir enerji transferidir. Nanosaniye mertebesinde atımlarla yapılan uygulamalarda, elektronlarla latis setleri arasında sıcaklık eşitlenmesi ile ısınma başlar ve  sonuç olarak erime ile malzeme zarar görür.

Bu yüzden atımların kısalması,  elektronlara daha hızlı enerji transferi anlamına gelmektedir.  İdeal olarak düşük atım uzunluğu elektron ve latis arasındaki sıcaklık eşitlenmesi için gerekli zamanın olmasına fırsat vermemek, böylece termal etkilerden arındırılmış bir malzeme işleme demektir. Metaller ve birçok materyal için bir lazer atımının malzemeyi termal etkilere maruz kalmayacak şekilde etkilemesi için gerekli atım uzunluğu  genellikle 10 pikosaniye ve altındaki uzunluklardır.

lazer malzeme etkisi

Şekil 2: Uzun atımlı lazerin malzeme üzerindeki etkisi 

 

ultrakısa lazer atım etkisi

Şekil 3: Ultra-kısa atımlı lazerin malzeme üzerindeki etkisi

[/fusion_builder_column]

 Şekil 2’de uzun atımlı lazerin malzeme üzerinde yarattığı etki ile oluşan ısı transferi ve yüzeyde oluşan tahribatın ilüstrasyonu görülmekteyken, Şekil 3’te ultrahızlı, femtosaniye mertebesinde atımlara sahip bir lazer atımının etkisinin illüstrasyonuı görülmektedir. Şekil 4’te ise 100 mikrometrelik deliklerin paslanmaz çelik üzerine açıldıktan sonra elektron mikroskopu ile yapılan incelemelerinde tıpkı ilüstrasyondaki gibi uzun atımların yarattığı çevreye fırlayan atık malzemeler rahatlıkla görülebilmekteyken, pikosaniye ve femtosaniye gibi ultrahızlı atımlarda bu etkiler oldukça düşüktür.

farklı lazerlerin etkisi

Şekil 4: Paslanmaz çelik üzerine 100 mikrometrelik deliklerin lazerle açılması
a) Femtosaniye atımlarla çelik üzerine delme uygulaması
b) Pikosaniye atımlarla çelik üzerine delme uygulaması
c) Nanosaniye atımlarla çelik üzerine delme uygulaması

Şekil 4: Paslanmaz çelik üzerine 100 mikrometrelik deliklerin lazerle açılması

      a)  Femtosaniye atımlarla çelik üzerine delme uygulaması

b)    Pikosaniye atımlarla çelik üzerine  delme uygulaması

c)     Nanosaniye atımlarla çelik üzerine delme uygulaması

 

Bazı uygulamalarda termal etkilerin minimize edilmesi hayati rol oynamaktadır. Örneğin; savunma sanayisinde özellikle yüksek patlayıcı özellikteki malzemelerin üzerine yapılacak işlemlerde termal etkilerin en aza indirilmesi gerekmektedir. Bunun için ultrahızlı fiber lazerler önemli bir görev görüp, patlayıcı malzemeler üzerindeki mikro işlemelerde kullanılmaktadır.

Birçok uygulamada ise hassasiyet birçok diğer olması gereken özellikten daha ağır basmaktadır. Örneğin medikal uygulamalarda;implantlar, ameliyat araçları, kalp stentleri ve benzeri gereçleri üretmek için ileri üretim uygulamaları ve yüksek hassasiyetli üretim methodlarının uygulanması gerekmektedir. Bu gereçlerin yüzey yapısındaki küçük bir istenmeyen değişiklik performanslarını ciddi şekilde etkileyebilmektedir. Ultrahızlı lazerler, medikal malzemeler üzerinde termal etkilerin elimine edildiği uygulama imkanları sağlarken bunu yüksek hassasiyet ve kalitede sunmaktadırlar. Bu yüzden yüksek hassasiyet gerektiren birçok medikal uygulamada  da tercih edilmektedirler.

Ultrahızlı fiber lazerler sahip oldukları bu eşsiz özelliklerle lazer pazarındaki paylarını her geçen gün arttırırlarken yeni uygulamalar için kullanılabilirlik yelpazesini de sürekli genişletmektedirler. Bu lazerlerin geliştirilme ve üretim aşamaları ciddi bir bilgi birikimi gerektirmekte olup, sadece bazı üniversite laboratuvarlarında ve dünyadaki sayılı fiber lazer üreticisi tarafından başarılabilmektedir. FiberLAST, Türkiye’de bu sistemleri tamamen yerli ve özgün tasarım ile müşteri isteklerine uygun geliştirebilen tek firma olup dünyadaki sayılı fiber lazer firmalarındandır. Firmanın yaptığı özgün tasarımlar; spektroskopiden terahertz sistemlere, implant pürüzlendirmeden güneş hücrelerinin yüzeylerinin hassas işlenmesine kadar birçok alanda kullanılmaktadır.

 

femtosaniye lazer kesim

Şekil 5: Femtosaniye lazerle kesilen yüksek patlayıcı malzeme

 

ultrahızlı lazerle stent kesimi

Şekil 6: Ultrahızlı lazerler vasıtasıyla şekillendirilen kardiyovasküler stent