Yigit Ozan Aydın | University of Toronto (original) (raw)
Publications by Yigit Ozan Aydın
Optics Letters, 2018
We report the demonstration of a 2824 nm passively cooled erbium-doped fluoride fiber laser deliv... more We report the demonstration of a 2824 nm passively cooled erbium-doped fluoride fiber laser delivering a record average output power of 41.6 W in continuous-wave operation. The splice-less cavity is based on intra-core fiber Bragg gratings written directly in the active erbium-doped fluoride fiber, which is bidirectionally pumped at 980 nm to reduce heat load. To the best of our knowledge, this result is the highest average output power achieved with a mid-infrared fiber laser. The long-term performance of different protective endcaps is also investigated at high-power operation.
Optics Express, 2018
We report on a splice-free erbium-doped all-fiber laser emitting over 20 W at a wavelength of 161... more We report on a splice-free erbium-doped all-fiber laser emitting over 20 W at a wavelength of 1610 nm, with a slope efficiency of 19.6 % and an overall efficiency of 18.3% with respect to the launched pump power at 976 nm. The simple cavity design takes advantage of fiber Bragg gratings written directly in the gain fiber through the polymer coating and clad-pumping from a single commercial pump diode to largely simplify the assembling process, making this cavity ideal for large-scale commercial deployment. Two single-mode and singly erbium-doped silica fibers were fabricated in-house: the first to assess the effects of a high erbium concentration (0.36 mol.% Er2O3), yielding a low efficiency of 2.5 % with respect to launched pump power, and the second to achieve the improved result mentioned above (0.03 mol.% Er2O3). Numerical simulations show the link between the performance of each cavity and ion pair-induced quenching.
Optics Letters, 2018
We report a simply designed gain-switched all-fiber laser emitting a maximum average output power... more We report a simply designed gain-switched all-fiber laser emitting a maximum average output power of 11.2 W at 2.826 µm. The corresponding extracted pulse energy is 80 µJ at a pulse duration of 170 ns. These performances significantly surpass previous gain-switched demonstrations and are close to the state-of-the-art 𝑄-switched laser performances near 2.8 µm, but with a much simpler and robust all-fiber design. The spliceless laser cavity is made of a heavily erbium-doped fluoride glass fiber and is bounded by fiber Bragg gratings written directly in the gain fiber through the protective polymer coating.
Optics Letters, 2018
We report the demonstration of a 2850 nm diode-pumped Ho3+, Pr3+ co-doped fluoride fiber amplifie... more We report the demonstration of a 2850 nm diode-pumped Ho3+, Pr3+ co-doped fluoride fiber amplifier that delivers pulses with an average power of 2.45 W, 122 μJ energy, and 500 ps duration at a repetition rate of 20 kHz. To the best of our knowledge, the average power and pulse energy are the highest to be obtained from a sub-nanosecond fiber source operating in the 3 μm spectral region. The amplifier is seeded by an optical parametric generation source and is pumped around 915 nm using widely available InGaAs laser diodes.
Optica, 2017
Until now, the field of mid-infrared fiber laser research has been constrained by the limitation ... more Until now, the field of mid-infrared fiber laser research has been constrained by the limitation imposed by the Stokes efficiency limit. The conversion of high-power diode light emission operating at near-infrared wavelengths into mid-infrared light invariably results in the deposition of significant amounts of heat in the fiber. This issue is compounded by the fact that mid-infrared transmitting glasses are thermomechani-cally weak, which means scaling the output power has been a longstanding challenge. In this report, we show that by cascading the adjacent transitions of the erbium ion at 2.8 and 1.6 μm in combination with a low-loss fluoride fiber, the slope efficiency for emission at 2.8 μm can reach 50%, thus exceeding the Stokes limit by 15%. We also show that by highly resonating the 1.6 μm transition, a highly non-resonant excited-state absorption process efficiently recycles the excitation back to the upper laser level of the mid-infrared transition. This demonstration represents a significant advancement for the field that paves the way for future demonstrations that will exceed the 100 W power level.
Journal of Instrumentation
A compact, remote controlled, cost efficient diagnostic station has been developed to measure the... more A compact, remote controlled, cost efficient diagnostic station has been developed to measure the charge, the profile and the emittance for low energy proton beams. It has been installed and tested in the proton beam line of the Project Prometheus at SANAEM of the Turkish Atomic Energy Authority.
Repetition rate tuning enables the fast acquisition of THz pulse profiles. By using this method w... more Repetition rate tuning enables the fast acquisition of THz pulse profiles. By using this method we demonstrate a compact and broadband terahertz time domain spectroscopy system (THz TDS) driven by ytterbium doped fiber laser source. The importance of this method is realized in that Yb:doped fiber lasers can be amplified to sub-millijoule pulse strengths more easily than other types of fiber lasers. Hence, it has the potential to be used in excite-THz probe experiments. Furthermore, the repetition rate-tuning adds flexibility in the excite-probe techniques. These attributes as well as THz generation and detection are investigated with the laser that was developed.
Papers by Yigit Ozan Aydın
Laser Congress 2021 (ASSL,LAC), 2021
We report 1 mJ energy, sub-ns pulses at 5 W average power near 3 µm from an erbium-doped fluoride... more We report 1 mJ energy, sub-ns pulses at 5 W average power near 3 µm from an erbium-doped fluoride fiber amplifier.
2013 38th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz), 2013
Supplemental Document Originally published in Optica on 20 February 2017 (optica-4-2-235
2017 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe & European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC), 2017
Diode-pumped erbium-doped fluoride glass (Er:FG) fiber lasers operating near the water absorption... more Diode-pumped erbium-doped fluoride glass (Er:FG) fiber lasers operating near the water absorption peak have a potential use in medical [1] and spectroscopy [2] applications. However, their efficiency is generally limited to the maximum Stokes efficiency limit of ∼35%. Until now, the only way demonstrated to exceed this limit takes advantage of an energy transfer upconversion process (ETU). Nonetheless, such ETU processes are only efficient in heavily doped fibers which lead to high heat load per unit length of the fiber, thus limiting the power scaling potential of such an approach. To date, the highest slope efficiency of 35.4%, slightly exceeding the Stokes limit, was reported through ETU with a 7 mol. % Er3+:FG fiber laser emitting near 2.8 μm [3].
Conference on Lasers and Electro-Optics, 2018
We report the demonstration of a passively cooled 2825 nm splice-less erbium-doped fluoride fiber... more We report the demonstration of a passively cooled 2825 nm splice-less erbium-doped fluoride fiber laser delivering 20 W output power in continuous wave operation. This result represents the highest mid-IR output power obtained from a splice-less laser cavity.
Laser Congress 2017 (ASSL, LAC), 2017
We present an all-fiber gain-switched laser at 2.8 microns that generates 37 µJ, 250 ns pulses at... more We present an all-fiber gain-switched laser at 2.8 microns that generates 37 µJ, 250 ns pulses at a repetition rate up to 150 kHz. Such source is promising for generating high-power supercontinuum in the mid-IR.
Advanced Photonics 2018 (BGPP, IPR, NP, NOMA, Sensors, Networks, SPPCom, SOF), 2018
Using fiber Bragg gratings written directly in the gain fiber through the polymer coating, we dem... more Using fiber Bragg gratings written directly in the gain fiber through the polymer coating, we demonstrate a scalable and extremely simple erbium fiber laser emitting over 20 W of power at 1610 nm.
Optics express, Jan 20, 2018
We report on a splice-free erbium-doped all-fiber laser emitting over 20 W at a wavelength of 161... more We report on a splice-free erbium-doped all-fiber laser emitting over 20 W at a wavelength of 1610 nm, with a slope efficiency of 19.6 % and an overall efficiency of 18.3% with respect to the launched pump power at 976 nm. The simple cavity design takes advantage of fiber Bragg gratings written directly in the gain fiber through the polymer coating and clad-pumping from a single commercial pump diode to largely simplify the assembling process, making this cavity ideal for large-scale commercial deployment. Two single-mode and singly erbium-doped silica fibers were fabricated in-house: the first to assess the effects of a high erbium concentration (0.36 mol.% ErO), yielding a low efficiency of 2.5 % with respect to launched pump power, and the second to achieve the improved result mentioned above (0.03 mol.% ErO). Numerical simulations show the link between the performance of each cavity and ion pair-induced quenching.
Optics letters, Jan 15, 2018
We report the demonstration of a 2850 nm diode-pumped Ho, Pr co-doped fluoride fiber amplifier th... more We report the demonstration of a 2850 nm diode-pumped Ho, Pr co-doped fluoride fiber amplifier that delivers pulses with an average power of 2.45 W, 122 μJ energy, and 500 ps duration at a repetition rate of 20 kHz. To the best of our knowledge, the average power and pulse energy are the highest to be obtained from a sub-nanosecond fiber source operating in the 3 μm spectral region. The amplifier is seeded by an optical parametric generation source and is pumped around 915 nm using widely available InGaAs laser diodes.
Optics letters, 2018
We report a simply designed gain-switched all-fiber laser emitting a maximum average output power... more We report a simply designed gain-switched all-fiber laser emitting a maximum average output power of 11.2 W at 2.826 µm. The corresponding extracted pulse energy is 80 µJ at a pulse duration of 170 ns. These performances significantly surpass previous gain-switched demonstrations and are close to the state-of-the-art Q-switched laser performances near 2.8 µm, but with a much simpler and robust all-fiber design. The spliceless laser cavity is made of a heavily erbium-doped fluoride glass fiber and is bounded by fiber Bragg gratings written directly in the gain fiber through the protective polymer coating.
Advanced Photonics 2018 (BGPP, IPR, NP, NOMA, Sensors, Networks, SPPCom, SOF), 2018
The latest achievements in terms of spectral coverage and output power from both cw and pulsed mi... more The latest achievements in terms of spectral coverage and output power from both cw and pulsed mid-IR fiber lasers are presented with special emphasis on their basic components as well as their possible applications.
Optics Letters, 2018
We report the demonstration of a 2824 nm passively cooled erbium-doped fluoride fiber laser deliv... more We report the demonstration of a 2824 nm passively cooled erbium-doped fluoride fiber laser delivering a record average output power of 41.6 W in continuous-wave operation. The splice-less cavity is based on intra-core fiber Bragg gratings written directly in the active erbium-doped fluoride fiber, which is bidirectionally pumped at 980 nm to reduce heat load. To the best of our knowledge, this result is the highest average output power achieved with a mid-infrared fiber laser. The long-term performance of different protective endcaps is also investigated at high-power operation.
Optics Express, 2018
We report on a splice-free erbium-doped all-fiber laser emitting over 20 W at a wavelength of 161... more We report on a splice-free erbium-doped all-fiber laser emitting over 20 W at a wavelength of 1610 nm, with a slope efficiency of 19.6 % and an overall efficiency of 18.3% with respect to the launched pump power at 976 nm. The simple cavity design takes advantage of fiber Bragg gratings written directly in the gain fiber through the polymer coating and clad-pumping from a single commercial pump diode to largely simplify the assembling process, making this cavity ideal for large-scale commercial deployment. Two single-mode and singly erbium-doped silica fibers were fabricated in-house: the first to assess the effects of a high erbium concentration (0.36 mol.% Er2O3), yielding a low efficiency of 2.5 % with respect to launched pump power, and the second to achieve the improved result mentioned above (0.03 mol.% Er2O3). Numerical simulations show the link between the performance of each cavity and ion pair-induced quenching.
Optics Letters, 2018
We report a simply designed gain-switched all-fiber laser emitting a maximum average output power... more We report a simply designed gain-switched all-fiber laser emitting a maximum average output power of 11.2 W at 2.826 µm. The corresponding extracted pulse energy is 80 µJ at a pulse duration of 170 ns. These performances significantly surpass previous gain-switched demonstrations and are close to the state-of-the-art 𝑄-switched laser performances near 2.8 µm, but with a much simpler and robust all-fiber design. The spliceless laser cavity is made of a heavily erbium-doped fluoride glass fiber and is bounded by fiber Bragg gratings written directly in the gain fiber through the protective polymer coating.
Optics Letters, 2018
We report the demonstration of a 2850 nm diode-pumped Ho3+, Pr3+ co-doped fluoride fiber amplifie... more We report the demonstration of a 2850 nm diode-pumped Ho3+, Pr3+ co-doped fluoride fiber amplifier that delivers pulses with an average power of 2.45 W, 122 μJ energy, and 500 ps duration at a repetition rate of 20 kHz. To the best of our knowledge, the average power and pulse energy are the highest to be obtained from a sub-nanosecond fiber source operating in the 3 μm spectral region. The amplifier is seeded by an optical parametric generation source and is pumped around 915 nm using widely available InGaAs laser diodes.
Optica, 2017
Until now, the field of mid-infrared fiber laser research has been constrained by the limitation ... more Until now, the field of mid-infrared fiber laser research has been constrained by the limitation imposed by the Stokes efficiency limit. The conversion of high-power diode light emission operating at near-infrared wavelengths into mid-infrared light invariably results in the deposition of significant amounts of heat in the fiber. This issue is compounded by the fact that mid-infrared transmitting glasses are thermomechani-cally weak, which means scaling the output power has been a longstanding challenge. In this report, we show that by cascading the adjacent transitions of the erbium ion at 2.8 and 1.6 μm in combination with a low-loss fluoride fiber, the slope efficiency for emission at 2.8 μm can reach 50%, thus exceeding the Stokes limit by 15%. We also show that by highly resonating the 1.6 μm transition, a highly non-resonant excited-state absorption process efficiently recycles the excitation back to the upper laser level of the mid-infrared transition. This demonstration represents a significant advancement for the field that paves the way for future demonstrations that will exceed the 100 W power level.
Journal of Instrumentation
A compact, remote controlled, cost efficient diagnostic station has been developed to measure the... more A compact, remote controlled, cost efficient diagnostic station has been developed to measure the charge, the profile and the emittance for low energy proton beams. It has been installed and tested in the proton beam line of the Project Prometheus at SANAEM of the Turkish Atomic Energy Authority.
Repetition rate tuning enables the fast acquisition of THz pulse profiles. By using this method w... more Repetition rate tuning enables the fast acquisition of THz pulse profiles. By using this method we demonstrate a compact and broadband terahertz time domain spectroscopy system (THz TDS) driven by ytterbium doped fiber laser source. The importance of this method is realized in that Yb:doped fiber lasers can be amplified to sub-millijoule pulse strengths more easily than other types of fiber lasers. Hence, it has the potential to be used in excite-THz probe experiments. Furthermore, the repetition rate-tuning adds flexibility in the excite-probe techniques. These attributes as well as THz generation and detection are investigated with the laser that was developed.
Laser Congress 2021 (ASSL,LAC), 2021
We report 1 mJ energy, sub-ns pulses at 5 W average power near 3 µm from an erbium-doped fluoride... more We report 1 mJ energy, sub-ns pulses at 5 W average power near 3 µm from an erbium-doped fluoride fiber amplifier.
2013 38th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz), 2013
Supplemental Document Originally published in Optica on 20 February 2017 (optica-4-2-235
2017 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe & European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC), 2017
Diode-pumped erbium-doped fluoride glass (Er:FG) fiber lasers operating near the water absorption... more Diode-pumped erbium-doped fluoride glass (Er:FG) fiber lasers operating near the water absorption peak have a potential use in medical [1] and spectroscopy [2] applications. However, their efficiency is generally limited to the maximum Stokes efficiency limit of ∼35%. Until now, the only way demonstrated to exceed this limit takes advantage of an energy transfer upconversion process (ETU). Nonetheless, such ETU processes are only efficient in heavily doped fibers which lead to high heat load per unit length of the fiber, thus limiting the power scaling potential of such an approach. To date, the highest slope efficiency of 35.4%, slightly exceeding the Stokes limit, was reported through ETU with a 7 mol. % Er3+:FG fiber laser emitting near 2.8 μm [3].
Conference on Lasers and Electro-Optics, 2018
We report the demonstration of a passively cooled 2825 nm splice-less erbium-doped fluoride fiber... more We report the demonstration of a passively cooled 2825 nm splice-less erbium-doped fluoride fiber laser delivering 20 W output power in continuous wave operation. This result represents the highest mid-IR output power obtained from a splice-less laser cavity.
Laser Congress 2017 (ASSL, LAC), 2017
We present an all-fiber gain-switched laser at 2.8 microns that generates 37 µJ, 250 ns pulses at... more We present an all-fiber gain-switched laser at 2.8 microns that generates 37 µJ, 250 ns pulses at a repetition rate up to 150 kHz. Such source is promising for generating high-power supercontinuum in the mid-IR.
Advanced Photonics 2018 (BGPP, IPR, NP, NOMA, Sensors, Networks, SPPCom, SOF), 2018
Using fiber Bragg gratings written directly in the gain fiber through the polymer coating, we dem... more Using fiber Bragg gratings written directly in the gain fiber through the polymer coating, we demonstrate a scalable and extremely simple erbium fiber laser emitting over 20 W of power at 1610 nm.
Optics express, Jan 20, 2018
We report on a splice-free erbium-doped all-fiber laser emitting over 20 W at a wavelength of 161... more We report on a splice-free erbium-doped all-fiber laser emitting over 20 W at a wavelength of 1610 nm, with a slope efficiency of 19.6 % and an overall efficiency of 18.3% with respect to the launched pump power at 976 nm. The simple cavity design takes advantage of fiber Bragg gratings written directly in the gain fiber through the polymer coating and clad-pumping from a single commercial pump diode to largely simplify the assembling process, making this cavity ideal for large-scale commercial deployment. Two single-mode and singly erbium-doped silica fibers were fabricated in-house: the first to assess the effects of a high erbium concentration (0.36 mol.% ErO), yielding a low efficiency of 2.5 % with respect to launched pump power, and the second to achieve the improved result mentioned above (0.03 mol.% ErO). Numerical simulations show the link between the performance of each cavity and ion pair-induced quenching.
Optics letters, Jan 15, 2018
We report the demonstration of a 2850 nm diode-pumped Ho, Pr co-doped fluoride fiber amplifier th... more We report the demonstration of a 2850 nm diode-pumped Ho, Pr co-doped fluoride fiber amplifier that delivers pulses with an average power of 2.45 W, 122 μJ energy, and 500 ps duration at a repetition rate of 20 kHz. To the best of our knowledge, the average power and pulse energy are the highest to be obtained from a sub-nanosecond fiber source operating in the 3 μm spectral region. The amplifier is seeded by an optical parametric generation source and is pumped around 915 nm using widely available InGaAs laser diodes.
Optics letters, 2018
We report a simply designed gain-switched all-fiber laser emitting a maximum average output power... more We report a simply designed gain-switched all-fiber laser emitting a maximum average output power of 11.2 W at 2.826 µm. The corresponding extracted pulse energy is 80 µJ at a pulse duration of 170 ns. These performances significantly surpass previous gain-switched demonstrations and are close to the state-of-the-art Q-switched laser performances near 2.8 µm, but with a much simpler and robust all-fiber design. The spliceless laser cavity is made of a heavily erbium-doped fluoride glass fiber and is bounded by fiber Bragg gratings written directly in the gain fiber through the protective polymer coating.
Advanced Photonics 2018 (BGPP, IPR, NP, NOMA, Sensors, Networks, SPPCom, SOF), 2018
The latest achievements in terms of spectral coverage and output power from both cw and pulsed mi... more The latest achievements in terms of spectral coverage and output power from both cw and pulsed mid-IR fiber lasers are presented with special emphasis on their basic components as well as their possible applications.
Fiber lasers have the advantage of high beam quality, high efficiency, small size, air cooling an... more Fiber lasers have the advantage of high beam quality, high efficiency, small size, air cooling and therefore much interest in the development of high power fiber laser systems have arisen recently in the world. Almost all commercially developed fiber lasers with nanosecond pulse duration, that are being used for material processing, are Q-switched systems. Vital parameters in the material processing such as repetition rate, pulse energy and pulse duration are correlated with each other and they cannot be adjusted independently in the Q-switch mechanism.
In this study, ytterbium doped all-fiber laser amplifier with 60 W average power and more than 20 kW peak power at 1 µm wavelength was developed, and its potential for processing of different material types is investigated. This master-oscillator power-amplifier (MOPA) architectured system is composed of pulses, produced by an electronically pumped diode, and amplified by a series of fiber amplifiers. In contrast with Q-switch lasers, MOPA architecture allows us to adjust pulse duration, repetition rate and power independently. Beam quality is nearly diffraction limited, and the typical M2 value is1.5. The system is an all-fiber one where the maximum pulse energy achieved at 100 kHz repetition rate is 0.6 mJ and minimum pulse duration is ~30 ns at this energy level. Due to multi-stage architecture and special precautions, the system works without a high amplified spontaneous emission (ASE) level and shows an optical efficiency of 76%. After development of the laser amplifier, and certification of its materials processing capability, an industrial prototype was configured by taking the cost-efficiency into account . The laser components were placed into a compact case which has a simple design for thermal cooling. The developed industrial laser amplifier prototype has several unique properties with respect to other equivalent MOPA design fiber lasers.
In material processing, high stability and high beam quality lead to high consistency. Reduced diameters of active and passive fiber cores and specially optimized fiber splices, which are used in the system architecture, result with higher beam quality thus the focusing is superior to many contemporary commercial lasers. As the intensity (areal power density) is the physical quantity that drives the nature of interaction of laser output with materials, the developed system offers long operation life-time due to its capability of operation at lower power levels than its contemporaries.
In order to demonstrate the efficiency and the ability of processing various different kinds of materials with the developed laser amplifier system, a multitude of processing applications such as micro drilling, solar cell edge isolation, deep engraving and color marking were tested on metal, semiconductor and insulator surfaces and the results are discussing in relationship with various system operation parameters.
Laser radiation around 3 µm shows strong absorption in biomaterials because of the resonance with... more Laser radiation around 3 µm shows strong absorption in biomaterials because of the resonance with OH vibrational modes of water, therefore finding an increasing number of applications in biomedical research [1,2]. For such applications, 3 µm lasers sources are generally operated in the pulsed regime to reduce thermal effects. While Er:YAG solid state lasers are good candidates for efficient pulse generation, the pulse duration of such lasers (100s of microseconds) is longer than the average thermal relaxation of water in biological materials, which is estimated to about a few µs [3]. Although these lasers can be operated in Q-switch configuration where the pulse duration is reduced to dozens of nanosecond, generation of sub-ns pulses is not efficient due to low gain of short length crystals. Novel approaches are therefore needed to achieve short pulses with high energy levels. In this work, we report the demonstration of a 2.86 µm Ho 3+ , Pr 3+ co-doped fiber amplifier based on one-stage amplification. The amplifier delivers 113 µJ, 500 ps pulses at 1 kHz repetition rate with a peak power estimated to 225 kW (113 mW average power) and is pumped around 915 nm using widely available InGaAs laser diodes. This result sets a record for the highest pulse energy emitted from a single-stage fluoride fiber amplifier. The experimental setup of the laser system is shown in Fig.1 (a). The seed signal is generated by an optical parametric generation (OPG) source (Light Matter Interaction Inc.), which produces 800 ps pulses at a central wavelength of 2.86 µm with 10 mW of average power and a repetition rate of 1 kHz. The one-stage amplifier is based on a 1 m of Ho 3+ , Pr 3+ co-doped fluoride gain fiber (85/190 µm, with a core doping level of 4.5 mol.% in Ho 3+ and 0.5 mol.% in Pr 3+ , Le Verre Fluoré) pumped at 915 nm from both sides. Short endcaps (L ≈ 600 µm) made with an AlF3-based multi-mode fluoride fiber are spliced on both fiber tips to slow down the OH diffusion process and avoid fiber tip damage at high peak powers. In the middle of the amplifier, the doped fiber is stripped from its coating over ~6 cm and a high-index acrylate (n=1.54) is applied to suppress backward pump and protect the OPG source from the unabsorbed pump power. ZnSe aspheric lenses are used to launch both pumps and the seed signal in the amplifier. The 5 mW seed signal launched in the gain fiber is amplified up to 14 mW by pumping from the forward side only. When the gain fiber is pumped from the backward side with 4.6 W, the amplified signal reaches 113 mW of average power with a pulse energy of 113 µJ and a pulse duration of 500 ps.
Bragg Gratings, Photosensitivity and Poling in Glass Waveguides and Materials 2018
Using fiber Bragg gratings written directly in the gain fiber through the polymer coating, we dem... more Using fiber Bragg gratings written directly in the gain fiber through the polymer coating, we demonstrate a scalable and extremely simple erbium fiber laser emitting over 20 W of power at 1610 nm.
The latest achievements in terms of spectral coverage and output power from both cw and pulsed mi... more The latest achievements in terms of spectral coverage and output power from both cw and pulsed mid-IR fiber lasers are presented with special emphasis on their basic components as well as their possible applications.
CLEO: Science and Innovations, 2018
We report the demonstration of a passively cooled 2825 nm splice-less erbium-doped fluoride fiber... more We report the demonstration of a passively cooled 2825 nm splice-less erbium-doped fluoride fiber laser delivering 20 W output power in continuous wave operation. This result represents the highest mid-IR output power obtained from a splice-less laser cavity.
Diode-pumped erbium-doped fluoride glass (Er:FG) fiber lasers operating near the water absorption... more Diode-pumped erbium-doped fluoride glass (Er:FG) fiber lasers operating near the water absorption peak have a potential use in medical [1] and spectroscopy [2] applications. However, their efficiency is generally limited to the maximum Stokes efficiency limit of ~35%. Until now, the only way demonstrated to exceed this limit takes advantage of an energy transfer upconversion process (ETU). Nonetheless, such ETU processes are only efficient in heavily doped fibers which lead to high heat load per unit length of the fiber, thus limiting the power scaling potential of such an approach. To date, the highest slope efficiency of 35.4%, slightly exceeding the Stokes limit, was reported through ETU with a 7 mol. % Er 3+ :FG fiber laser emitting near 2.8 µm [3]. In this work, we present a diode pumped passively-cooled Er:FG cascade fiber laser operating at 2.8 µm and 1.6 µm with a maximum slope efficiency of 40% at 2.8 µm with respect to the absorbed pump power at 980 nm. The schematic of the laser setup is shown in Fig. 1a. A 7 m length of 1 mol. % Er +3 doped FG fiber was used as an active medium and pumped by two combined 30W multimode diodes operating around 980 nm. As an input coupler for both wavelengths, a highly reflective dichroic mirror (HR-DM) having a reflectivity of 80% at both 1.6 µm and 2.8 µm and a transmission of 90% around 980 nm was used. Fresnel reflection from a straight cleaved end face was used as the output coupler (OC) for the 2.8 µm wavelength. As for the 1.6 µm OC, a fiber Bragg grating (FBG) centered at 1.613 µm and having a maximum reflectivity of 87% µm was written directly in the core of Er:FG fiber using a femtosecond laser. A residual pump stripper (RPS) was made near the end of the cavity by recoating a section of the fiber. In order to evaluate the effect of the 1.6 µm OC reflectivity on the 2.8 µm transition efficiency, experiments were performed at different decreasing OC reflectivities by thermally annealing the FBG.
Laser Congress 2017 (ASSL, LAC), 2017
We present an all-fiber gain-switched laser at 2.8 microns that generates 37 µJ, 250 ns pulses at... more We present an all-fiber gain-switched laser at 2.8 microns that generates 37 µJ, 250 ns pulses at a repetition rate up to 150 kHz. Such source is promising for generating high-power supercontinuum in the mid-IR.
In this study, ytterbium doped all-fiber laser amplifier with 60 W average power and more than 20... more In this study, ytterbium doped all-fiber laser amplifier with 60 W average power and more than 20 kW peak power at 1 µm wavelength was developed. This master-oscillator power-amplifier (MOPA) architecture system is composed of pulses, produced by electronically pumped diode, and amplified by a series of fiber amplifiers. Apart from Q-switch lasers, MOPA architecture allows us to adjust pulse duration, repetition rate and power independently. Beam quality is nearly diffraction limited, and typically the value is M2< 1,3.
The laser material interaction is one of the ever-growing fields of science for years and progres... more The laser material interaction is one of the ever-growing fields of science for years and progresses parallel to designing new laser systems. Material processing with lasers has several advantages compared with traditional methods. One of the main advantages is the ability to control laser beam and its energy exposed on the material with high precision. The second main advantage is that the processing techniques with laser are very cost effective since laser processing is non-contact and eliminates tool wearing. Third, it is a chemical free application, thus can be considered a clean technique for processing materials. Fourth, it is possible to remove parts of the processed material by adjusting the wavelength or intensity; selective material removal is possible without damaging the under layer.
In this work, modification of several types of materials are studied by a 60 W nanosecond pulsed fiber laser amplifier which has recently been developed by our group . By taking advantage of independently adjustable repetition rate and pulse duration of laser beam, we aimed to show the effects of laser pulses on precise material processing applications, especially in solar cell technology. The impact of the laser parameters on bulk and thin film processing were investigated in various applications. Firstly, solar cell edge isolation process with fast processing speed was performed to achieve high quality isolated zones and the effects of the laser beam with variable parameters on Si based cells have been determined. After pulsed laser isolation process, we achieved an extra ~2% efficiency on a full scale wafer while processing the wafer with 2000 mm/s scanning speed. Secondly, a scribing application on thin film was demonstrated. For this purpose, laser beam removal of molybdenum and indium tin oxide thin film layers from substrates has been characterized. The laser amplifier is capable of ablating the materials from the surfaces of the substrates by using a high intensity laser beam to vaporize the material from surface. In the first application, we have taken advantage of the laser's high average power and energy to achieve an increased scan speed compared with commercially available industrial lasers. In the second application, we have taken advantage of the independently adjustable pulse duration and repetition rate to achieve a high quality thin film removal.
In this study, Ytterbium doped all-fiber laser with 50 W average power and more than 12 kW peak ... more In this study, Ytterbium doped all-fiber laser with 50 W average power and more than 12 kW peak power at 1 µm wavelength was developed. This master-oscillator power-amplifier (MOPA) architectured system is composed of pulses, produced by electronically pumped diode, and amplified by a series of fiber amplifiers. Apart from Q-switch lasers, MOPA architecture allows us to adjust pulse duration, repetition rate and power independently. Beam quality is diffraction limited, and typically the value is M2< 1,2. As far as we know, this is the first commercial all-fiber laser produced under MOPA architecture.
Fiber lasers have the advantage of high beam quality, high efficiency, small size, and air coolin... more Fiber lasers have the advantage of high beam quality, high efficiency, small size, and air cooling therefore much interest in the development of high power fiber laser systems have arisen recently in the world [1]. Almost every commercially developed fiber laser with nanosecond pulse duration, that are being used for material processing, are Q-switched systems. Vital parameters in the material processing such as repetition rate, pulse energy and pulse duration are correlated with each other therefore cannot be adjusted independently in the Q-switch mechanism. Pulse energy should be 0.5-1 mJ (for high beam quality) and as the repetition rate determines the processing speed, aiming for high average power leads to best results [2]. Therefore, all-fiber laser systems with high energy, high repetition rate (at high average power), whose parameters are to be adjusted independently and having diffraction limited beam quality are still needed.
In this study, ytterbium doped all-fiber laser amplifier with 60 W average power and more than 20 kW peak power at 1 μm wavelength was developed. This master-oscillator power-amplifier (MOPA) architectured system is composed of pulses, produced by electronically pumped diode, and amplified by a series of fiber amplifiers. Apart from Q-switch lasers, MOPA architecture allows us to adjust pulse duration, repetition rate and power independently. Beam quality is nearly diffraction limited, and typically the value is M2< 1,3.
Yüksek hassasiyetle malzeme işleme için 15 W, 30 MHz, 50 ps Yb-katkılı fiber lazer-yükselteç sistemi
Lazer ile malzeme işleme uygulamaları büyük bir hızla gelişmekte ve yaygınlaşmaktadır. Yüksek has... more Lazer ile malzeme işleme uygulamaları büyük bir hızla gelişmekte ve yaygınlaşmaktadır. Yüksek hassasiyete dayalı mikroişleme, güneş pillerinin fabrikasyon sırasında hasarsız kesilmesi ve kenar izolasyonlarının gerçekleştirilmesi, sert endüstriyel malzemelerin ve ısıya hassas biyomedikal malzemelerin mikroişlenmesine yönelik uygulamaları büyük önem kazanmaktadır. Yüksek hassasiyetle mikroişleme için nanosaniye ve daha uzun atımlı lazerler, oluşan termal etkiler nedeniyle uygun olmamakta, daha kısa atımların kullanılması gerekmektedir. Isınma olmaksızın malzeme işleme uygulamaları yaklaşık 10 pikosaniye veya daha kısa atımlar gerektirmekle birlikte, malzeme işleme hızı da nanosaniye atımlara göre 10-100 kat daha yavaştır. 100 ps mertebesinde atımlar ısıl etkileri büyük oranda elimine edip, işlem hızında nanosaniye atımlara daha yakın performans göstererek cazip bir ara rejim oluşturmaktadır. Bu çalışmada yüksek hassasiyette malzeme işlemek için 50-ps, 15W, 30MHz,Yb-katkılı fiber lazer yükselteç sistemi geliştirilmiş ve çeşitli malzemeler üzerinde uygulamalar yapılmıştır.
Biz bu çalışmada, 25 W ortalama güce, 6 kW tepe güce sahip, tamamı fiberde tümleşik, 1 µm dalgabo... more Biz bu çalışmada, 25 W ortalama güce, 6 kW tepe güce sahip, tamamı fiberde tümleşik, 1 µm dalgaboyunda, iterbiyum (Yb) katkılı fiber lazer sistemi geliştirdik. Bu sistem, master-oscillator power-amplifier (MOPA) mimarisinde olup, elektronik olarak sürdüğümüz bir diyottan üretilen atımları bir dizi fiber yükselteç aracılığıyla kuvvetlendirilmesinden oluşmaktadır. MOPA mimarisi sayesinde atım uzunluğu, tekrar frekansı ve güç miktarı, Q-anahtarlamalı lazerlerden farklı olarak, birbirinden bağımsız olarak yarlanabilmektedir. Demet kalitesi kırınım limitli olup, tipik olarak M2< 1,2 ölçülmektedir. Bu sistem bildiğimiz kadarıyla, MOPA mimarisinde oluşturulan ilk ticari tümleşik fiber lazerdir.
Fiber lazerler, üstün pratik özellikleriyle son yıllarda en çok dikkat çeken, en hızlı gelişmeler... more Fiber lazerler, üstün pratik özellikleriyle son yıllarda en çok dikkat çeken, en hızlı gelişmelerin yaşandığı ve tarihte laboratuvardan endüstriye geçen en hızlı lazer olarak ön plana çıkmaktadır. Fiber lazerlerde yaşanan gelişmeler yoğun olarak son 15 yıla ait olup, teknolojik gelişmelere paralel olarak
endüstriyel alanlar başta olmak üzere savunma sanayii, medikal ve bilimsel
alanlarda hızla kullanımı yaygınlaşmaktadır.
Bu gelişmedeki en önemli pay, Yb-katkılı çift kaplı (double cladd DC)
fiberler ve yüksek güçlü uyarım diyotlarına (pump diodes) aittir. Fiber lazerlerin diğer lazerlerden daha fazla ön plana çıkmasının ana sebepleri arasında yüksek ışın kalitesi, yüksek alan/hacim oranı, yüksek kazanım ve verimlilik, hassas hizalama gerektirmeyen optik yapı ve soğutma ile ilgili gereklerinin daha kolay olması sayılabilir[1-2]. Yüksek ışın kalitesi sayesinde fiber lazerler birçok uygulama alanında ön plana çıkmaktadır.
Yüksek güçlü CW fiber lazer teknolojisinin gelişmesindeki en önemli faktörlerden biri Yb-katkılı aktif fiberlerdir. Bu elementin aktif katkı maddesi
olarak seçilmesini sağlayan birçok özellik vardır. Kısaca bu özellikler geniş
emisyon aralığı, geniş emilim aralığı, düşük kuantum defect, yarıkararlı ömür
süresinin uzun olması ve yüksek emilim değeridir. Geniş emisyon aralığı tasarım esnekliği açısından kolaylık sağlamaktadır. Yb-katkılı fiberler lazerlerin en iyi çalıştığı emisyon aralığı 1060 nm ile 1100 nm arasındadır ki bu da bize 50 nm bir çalışma alanı vermektedir. Geniş emilim aralığı 900 nm ile 1050 nm bölgesini
kapsamaktadır. Buradaki en büyük avantaj ticari olarak kolaylıkla ulaşılabilen 9xx nm yüksek güçlü lazer diyotların Yb-katkılı fiberlerin emilim bandı ile uyumlu olmasıdır. Ayrıca Yb-katkılı fiberlerin emisyon ve emilim aralıklarının uygun
durumundan dolayı “tandem-pumping” diye adlandırılan özel bir optik uyarım tekniği kullanmak mümkündür. Şu ana kadar ulaşılan en yüksek güçlü fiber lazer (10KW) bu teknik sayesinde geliştrilmiştir. Ayrıca düşük kuantum defect, termal sorunları minimize ettiği için ciddi bir advantaj sağlamaktadır. Yb-katkılı fiberler
için teorik değer %10’dur. Bu özellik termal sorunlara daha kolay çözümler
üretilmesine imkan tanımaktadır. Bunun yanında Yb-elementinin yarıkararlı ömür
FOTONİK 2013 | 15. Ulusal Optik, Elektro-Optik ve Fotonik Çalıştayı 46süresinin uzun olması (yaklaşık 1ms) fiber içine katkı edilecek konsantrasyonun yüksek değerlere çıkmasına izin vermektedir. Single-Clad (tek-kaplı) Yb-katkılı aktif fiberler kullanarak yüksek güçlere
çıkmanın münkün olmamasından dolayı “Cladding-Pumping” tekniği kullanılmıştır. Bu teknik için “double-clad” (DC) fiberler geliştirilmiştir. Double clad fiberlerde dış katmana fazladan bir katman (outer-clad:dış-kap) daha eklenerek multimode (çok-kipli) optik uyarım ışığının inner-clad (iç-kap)
içerisinde ilerlemesi sağlanır. Ayrıca inner-clad içinde ilerleyen uyarım ışığı ile core içinde ilerleyen lazer sinyalinin etkileşimini arttırmak için inner-clad normalden farklı olarak yuvarlak bir geometriye sahip değildir. Sıklıkla kullanılan geometri oktogonaldir. Bu sayede optik çevirim verimliliğinde ciddi artış
sağlanmaktadır. Bu yapı sayesinde çok yüksek uyarım seviyelere çıkmak
mümkün olmaktadır.
Geliştirdiğimiz sürekli dalga (CW) fiber lazer sistemi şekil-1’de
gösterilmiştir. Sisteme yaklaşık 310 W uyarım ışığı sağlayacak 976 nm
dalgaboyunda 14 adet lazer diyot bağlanmıştır. Bu lazer diyotlar “multi-mode coupler” (çok-kipli birleştirici) kullanarak sisteme bağlanmıştır. Lazer rezanatörümüz temelde üç elemandan oluşmaktadır. Bunlar, yüksek seviyeli yansıtıcı fiber bragg grating FBG-1, düşük seviyeli yansıtıcı fiber bragg grating
FBG-2 ve bu iki elemanın ortasına yerleştirilen Yb-katkılı DC fiberden oluşmaktadır. Lazer sistemine toplam 310 W uyarım gücü verilerek 1060 nm dalgaboyunda 0.5 nm bant genişliği olan 200 W sinyal gücü elde edilmiştir. Sistemin uyarım-sinyal çevirim verimliliği yaklaşık %65 seviyesindedir.
Sistemden alınan ölçümlerin grafikleri şekil-2’de verilmektedir.
Bu çalışmada, kendi geliştirmiş olduğumuz sürekli dalga (CW) fiber lazer sisteminden 200 W sinyal gücü elde eilmiştir. Lazer sistemi ile yapılan uzun süreli denemeler sonucunda kararlılık ve güvenirlilik testlerini başarı ile sonuçlanmıştır. Ayrıca bu çalışmada kazanılan bilgi ve tecrübeler kW seviyesinde fiber lazer geliştirmek için ciddi katkılar sağlamış, kW seviyesi hedefi için önemli bir adım olumuştur. Bugün, stratejik ve çekirdek teknoloji olarak kabul edilen bu ürünleri, endüstriyel alanda kullanım için dahi temin etmek belirli taahhüt ve lisanslara bağlıdır. Bu çeşit lazerlerin endüstriyel, bilimsel ve savunma sanayisi uygulamaları gibi geniş alanlarda kullanımı olması,
yapılan bu çalışma ile elde edilen sonuçların önemini daha da ortaya koymaktadır.
Bu çalışmada malzeme işleme amaçlı 50W ortalama güce, 1 mJ darbe enerjisine sahip MOPA mimarisind... more Bu çalışmada malzeme işleme amaçlı 50W ortalama güce, 1 mJ darbe enerjisine sahip MOPA mimarisinde, tek kipli tümleşik bir fiber lazer sistemi geliştirilmiştir.
Ulusal Optik, Elektro-Optik ve Fotonik Çalıştayı - Fotonik 2012
Lazerle renkli markalama uygulaması son yıllarda ortaya çıkan ve endüstriyel uygulama potansiyeli... more Lazerle renkli markalama uygulaması son yıllarda ortaya çıkan ve endüstriyel uygulama potansiyeli yüksek bir konudur. Lazerle renkli markalama, işlem sonrasında metal üzerinde kalıcı renklerin oluşturulması, kimyasal madde gerektirmemesi, ucuz olması ve tek adımda gerçekleştirilmesi gibi diğer boyama tekniklerine göre önemli avantajlara sahiptir [1, 2].
Metal üzerinde renklendirme yapabilmek için lazer parametrelerinin uygun şekilde ayarlanması kritik bir öneme sahiptir. Markalamada kullanılan tipik nanosaniye rejiminde çalışan Q-switched lazerlerde, atım süresi ve tekrar frekansı birbirinden ayrı olarak değiştirilemediği için renklendirmede kullanmak için uygun lazerler değildirler. Buna karşın son yıllarda geliştirilen MOPA mimarisine dayalı fiber lazerler direk diyod modulasyon yöntemi sayesinde atım uzunluğu ile tekrar frekansının ayrı ayrı kontrol edebildiği dolayı renklendirme işlemi için uygun lazerlerdir.
Metal üzerinde renklendirme işleminin arkasında yatan neden yüzey oksitlenmesinden kaynaklanan ince oksit film tabakasının oluşmasıdır. Bilindiği gibi birçok malzeme hava ile temasa geçtiğinde kendiliğinden oksitlenme eğilimi gösterir, sürecin hızı sıcaklık ve ortamdaki oksijen yoğunluğu ile ilişkilidir. Lazer ışnı ile kontrollü olarak ısıtılan yüzeylerde ince oksit-film tabakası oluşturmak mümkündür. Şekil 1’de gösterildiği gibi oluşan ince filmin üst yüzeyine gelen ışığın bir kısmı kırınıma uğrar bir kısmı ise yüzeyden yansır. Benzer durum alt yüzey içinde geçerlidir. Böylece iki yüzeyden yansıyan ışık girişim deseni oluştururlar. Bu iki ışığın aralarındaki faz farkı yapıcı (constructive) ve yıkıcı (destructive) girişimleri belirler. Bu faz farkının bağlı olduğu parametreler ince filmin kalınlığı, kırınım indeksi ve gelen ışığın film üzerine düşüş açısıdır.
Lazer ışını açısından, metal üzerile farklı kalınlıklarda ince filmler oluşturulması sürecine etki eden birçok parametre vardır. Bu parametreleri şöyle sıralayabiliriz: ortalama güç, tekrar frekansı, atım uzunluğu tarama hızı, tarama sıklığı, odak çapı ve ışın profili. Bu parametreleri hassas bir şekilde ayarlamanın temel amacı, işlem yapılan bölgenin yüzey sıcaklığını sabit tutarak homojen ince oksit film oluşturmak ve birim alana aktarılan enerjiyi ayarlayarak ince film kalınlığını kontrol etmektir.
Bu çalışmada ürün olarak geliştirdiğimiz FLAST-NanoMark 25W, fiber lazer yükselteç sistemi kullanılmıştır (Şekil 1). Tablo 1’de belirtilen parametreler sabit tutulup tarama hızı 300-1800 mm/s arasında değiştirilerek paslanmaz çelik üzerinde renk matrisi ve farkli renklere sahip desenler oluşturulmuştur
Bu çalışmada malzeme işleme amaçlı >100 W ortalama güce, 1 mJ atım enerjisine sahip master-oscill... more Bu çalışmada malzeme işleme amaçlı >100 W ortalama güce, 1 mJ atım enerjisine sahip master-oscillator-power-amplifier (MOPA) mimarisinde, tamamı fiber içerisinde hareket eden, iterbiyum katkılı (Yb) fiber lazer sistemi geliştirilmiştir. MOPA mimarisinde, elektronik olarak sürülen ve akım ile modüle edilen 1064 nm dalgaboyunda bir lazer diyoddan 100 kHz tekrar frekansında, yaklaşık 200 ns atım genişliğinde elde edilen birkaç mW seviyesinde düşük güçlü tek kipli (singlemode) sinyal, birkaç aşamalı bir Yb-katkılı kazanç fiberinden oluşan ön yükselteç ile yaklaşık 200 mW’a kadar yükseltilmektedir. Bu çıkış bir kaç aşaması olan yükselteç sistemi için sinyal kaynağını oluşturmaktadır. 200 mW’ lık sinyal çift-kılıflı (double clad) Yb-katkılı fibere, yüksek güçlü diyodlar ile pompalanan birleştirici (combiner) aracılığıyla aktarılarak ilk aşamada sinyalin yükseltilmesi sağlanmaktadır. 2-3 W seviyelerine ulaşmış olan sinyal, atım şekli akusto-optik modülatör (AOM) sayesinde istenilen şekle getirildikten sonra ana yükselteç kısımlarında yükseltilerek bir fiber konnektörü vasıtasıyla dışarıya alınır. Sistemi sınırlayan lineer olmayan etkiler ve . kendiliğinden saçılım etkisi (amplified spontaneous emission – ASE) kullanılan AOM ve yapılan simülasyonlar sayesinde oluşturulan optimum fiber boyları, pompa ve sinyal miktarları ve aynı zamanda seçilen fiber tipleri sayesinde elimine edilmiştir. Tepe güç, sistemde kullanılan mevcut taşıma fiberleri için 15 kW ile, Raman saçılması etkisi ile sınırlıdır. Bu tepe güç seviyesinde Raman saçılması ;simülasyon çalışmaları ile optimum olarak belirlenen fiber çekirdek çapları, katkı konsantrasyonları ve sistem içi termal kontrolün iyi sağlanması ile minimize edilmiştir. Cihazda optik olarak ortaya çıkabilicek geri dönüşler için de kontrolün sağlanması amaçlı fotodiyodlar kullanılmıştır.
Konvansiyonel olarak metal sac kesim için en çok kullanılan sistemler lazer sistemleridir. Bunun ... more Konvansiyonel olarak metal sac kesim için en çok kullanılan sistemler lazer sistemleridir. Bunun en önemli nedeni, özellikle fiber lazer sistemleri için konuşmak gerekirse, kompakt yapıda olması, bakım gerektirmemesi, düşük elektrik tüketimi, yüksek verimlilik, geniş bir skalada işlem yapabilmesi, basit kullanımı gibi sıralanabilir. Mesela diğer kesim sistemleri farklı metalleri kesmek için farklı bıçaklar ya da farklı nozzle tipleri kullanmaları gerekirken lazer için böyle bir durum söz konusu değildir. Lazer sistemlerindeki tek handikap eğer işlenecek olan malzeme kullanılan lazerin dalgaboyunu yüksek derecede yansıtır özelliğe sahipse bu durumda işlem yavaşlayabilir.
Lazer ile metal sac kesimin fiziğine değinmek gerekirse, cihazdan elde edilen lazer ışını işlem yapılacak olan metalin üzerinde çok küçük bir noktaya odaklanarak (bir kaç mikrondan bir kaç yüz mikrona kadar değişebilir) bu bölgeye çok yüksek miktarda enerji aktarımı sağlanır. Bu yüksek enerji sayesinde odaklanmış olan bölge hızla ısınarak bölgedeki malzeme direkt olarak buharlaşmaya başlayıp bölgeden uzaklaşır. Bu işlemin tekrarlanması ile kesim işlemi yapılmış olur. İşlem sırasında çeşitli inert gazların kullanılması hem işlemi hızlandıracak hem de çapaksız bir işlem yapılmasına olanak sağlayacaktır.
Lazerler, metallerin ve metal olmayan malzemelerin markalamasında geniş kapsamlı ve önemli bir ro... more Lazerler, metallerin ve metal olmayan malzemelerin markalamasında geniş kapsamlı ve önemli bir rol oynamaktadırlar. Bugün, endüstride, lazer pazarının %14’ünü markalama amaçlı kullanılan lazerler oluşturmaktadır. Bugün yaklaşık 2,5 milyar dolara ulaşan dünya lazer pazarında, en yeni ve en son (state-of-art) teknolojiyi temsil eden fiber lazer, pazarda sonradan yer almış olmasına rağmen pazardaki payını %35’lere taşımıştır. Çekirdek ve yüksek teknoloji olarak nitelendirilen fiber lazerler, çalışma mantığı, sarf malzeme gerektirmemesi, bakımsız (bakıma ihtiyaç duymaması) olması ve 7/24 çalışmaya elverişli olması dolayısı ile sadece endüstriyel olarak değil askeri uygulamalarda da tercih edilen ve kullanılan bir teknoloji olmaktadır.
Lazerle renkli markalama uygulaması son yıllarda ortaya çıkan ve endüstriyel uygulama potansiyeli... more Lazerle renkli markalama uygulaması son yıllarda ortaya çıkan ve endüstriyel uygulama potansiyeli yüksek bir konudur. Lazerle renkli markalama, işlem sonrasında metal üzerinde kalıcı renklerin oluşturulması, kimyasal madde gerektirmemesi, ucuz olması ve tek adımda gerçekleştirilmesi gibi diğer boyama tekniklerine göre önemli avantajlara sahiptir [1,2]. Metal üzerinde renklendirme işleminin temel mekanizması metal yüzeyin üzerinde kontrollü bir şekilde ince oksit film tabakasının oluşturulmasıdır. Bilindiği gibi birçok malzeme hava ile temasa geçtiğinde kendiliğinden oksitlenme eğilimi gösterir, sürecin hızı sıcaklık ve ortamdaki oksijen yoğunluğu ile ilişkilidir. Oluşan ince metal-oksit tabakaları görünür dalgaboylarında büyük oranda geçirgendirler ve yüksek kırınım indislerine sahiptirler. İnce filmin kalınlığı proses parametreleri tarafından belirlenir. Oluşan filmin kalınlığı ve film üzerine dalgaboyu mertebesindeki yapılar algılanan rengi belirlemektedir. İnce filmde oluşan girişim etkisi basit olarak Şekil 1’de gösterilmiştir. İnce film beyaz ışık ile aydınlatıldığında, metal üzerinde gözlenen rengi yapıcı ve yıkıcı girişimlerin bütünlüğü belirler.
Lazer teknolojisinin gelişmesi ile birçok alan ve uygulamada kullanımı da artmaktadır. Özellikle ... more Lazer teknolojisinin gelişmesi ile birçok alan ve uygulamada kullanımı da artmaktadır. Özellikle 2000’li
yılların başlarından itibaren lazer kullanımı, iletişim, görüntüleme, sensör uygulamaları, medikal
uygulamalar, markalama, askeri uygulamalar, ar-ge çalışmaları, optik depolama ve litografi gibi alanlarda
yaygın olarak aranmaya ve kullanılmaya başlamıştır. Sayılan bu alanların %40’ından fazlası makina
sanayinin içerisinde yer almakta olup fiber lazerlerin, özellikle metal üzerindeki yüksek etkisi sayesinde, bu
alanda kullanım oldukça yüksektir.
Fiber lazerlerin, kullanılan eski yöntemlere göre birçok üstün yanı bulunmaktadır. Bunların başında
herhangi bir kimyasala ihtiyaç duymamaları ve enerji verimlilikleri ile çevre dostu olmalarıdır. 7/24 çalışma
kapasitesi ve herhangi bir sarf gerektirmemesi özelliği ile de özellikle seri üretim hatlarında tercih edilen
lazer teknolojisidir. Ayrıca eski yöntemler ile karşılaştırıldıklarında işlemi oldukça hızlı
gerçekleştirebilmektedirler. Kullanımı diğer yöntemlere göre çok daha kolay ve çıkan ürün kalitesi çok
daha yüksektir.
Fiber lazerler küçük ebat, yüksek ışın kalitesi, yüksek verimlilik, su ile soğutma gerektirmemek ... more Fiber lazerler küçük ebat, yüksek ışın kalitesi, yüksek verimlilik, su ile soğutma gerektirmemek gibi önemli pratik avantajlara sahiptir ve daha iyi fiber lazerlerin geliştirilmesi yönünde dünya genelinde büyük ilgi ve yoğun aktivite vardır [1]. Ancak bu lazerlerin araştırma laboratuvarları dışında, endüstriyel ve bilimsel uygulamalarda kullanılması fiberde tümleşik, dolayısıyla optomekanik ayarlama gerektirmeyenmimari gerektirmektedir. Malzeme işlemede kullanılan ve ticari olarak geliştirilmiş nanosaniye atımlı fiber lazerlerin neredeyse tamamı Q-anahtarlamalı sistemlerdir. Q-anahtarlama mekanizmasında, tekrar frekansı, atım enerjisi ve atım uzunluğu birbirine yakından bağlı olup, malzeme ile işlemede büyük öneme sahip bu parametreler serbestçe ayarlanamamaktadır. Atım enerjisinin (yüksek ışın demeti kalitesi için) 0.5-1 mJ aralığında tutarak, tekrar frekansı işleme hızını belirlediğinden, yüksek ortalama gücü hedeflemek en iyi sonucu vermektedir [2]. Fiberde tümleşik nanosaniye atımlı lazerlerde 150 W’a kadar yükselen ortalama güçler rapor edilmiştir [3], ancak malzeme ile etkileşimini belirleyen tepe güç (<1 kW) ve atım enerjisi olup, bu sistemlerde yetersiz kalmaktadır. Yüksek enerjili (1 mJ) ve yüksek tepe güçlü (0,5 MW) tümleşik fiber lazerler de geliştirilmiştir [4], ancak 10-20 Hz tekrar frekansında çalışan bu sistemler için, Yb uyarılmış seviye ömrünün ~1 ms olduğu düşünülürse, enerjinin büyük kısmının kendiliğinden yükseltilmiş ışıma (amplified spontaneous emission, ASE) olarak atımlar arasında çıkıyor olması kuvvetle muhtemeldir. Ek olarak, bu sistemlerin güçleri mW seviyesinde olup, malzeme işlemede kullanıma uygun değildir. Dolayısıyla, hem yüksek enerjili, hem yüksek tekrar frekanslı (yüksek ortalama güçte), tamamen fiberde tümleşik, lazer parametreleri birbirinden bağımsız ayarlanabilen, demet kalitesi kırınım limitinde lazer sistemlerine ihtiyaç devam etmektedir.
Endüstride gittikçe artan lazer talebi ve kullanım alanının yaygınlaşmasıyla birlikte olası lazer... more Endüstride gittikçe artan lazer talebi ve kullanım alanının yaygınlaşmasıyla birlikte olası lazer etkilerine karşı alınan güvenlik önlemleri büyük önem taşımaktadır. Lazer ışını doğrusal ve tek renkli bir ışık demeti olup uzun mesafelerde şiddetini çok fazla yitirmez bu sebeple düşük ya da yüksek güçlü lazerler bu özellikleri nedeniyle göz retinasına ya da deriye ciddi hasarlar verebilirler.
Kullanım alanı her geçen gün genişleyen lazer teknolojilerinin günümüzde endüstriyel anlamda en f... more Kullanım alanı her geçen gün genişleyen lazer teknolojilerinin günümüzde endüstriyel anlamda en fazla yararlanıldığı alanlardan bir tanesi plastik malzeme yüzeylerinin işlenmesi ve markalanması işlemleridir. Günümüzde lamba anahtarları ve kutuları, kimlik kartları, muhafaza kutuları, oyuncaklar, elektronik alet panelleri, elektronik tuşlar, kablolar, kulak mühürleri ve sayısız diğer plastik içeren uygulamalarda bu işlemden yararlanılmaktadır. 1 mikron ve 10 mikron dalga boyundaki lazer kaynaklar, malzeme işlemede hitap ettiği çeşitlilikle ve tepe güce sahip sistemler olarak tasarlanabilmesi avantajı ile endüstriyel lazer sistemleri arasında oldukça popülerdir. Fiber lazer, Nd-YAG lazer ve karbondioksit lazerler, dalgaboyu, verimlilik ışın kalitesi, bakıma ihtiyaç duyup-duymama gibi çeşitli farklı özellikleri ile endüstriyel kullanıcıların ihtiyaçlarına göre arklı cevaplar vermektedirler. Karbondioksit lazer gibi yüksek tepe güç üretmeyen diğer bir deyişle ortalama gücü tepe gücüne eşit olan sistemlerin sağladığı malzeme üzerinde kazıma ve buharlaştırma gibi avantajların yanında fiber lazer ve Nd-YAG lazer gibi yüksek tepe gücü üretebilen sistemlerin sağladığı yüksek kontrast ve renk değişimi özellikleri kullanıcıların lazer sistemi seçimini kritikleştirmektedir.
MakinaTek, Apr 2013
Günümüzde lazer teknolojisinin kullanım alanları her geçen gün artarken, fiber lazer de eşsiz tek... more 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.
Lazer teknolojisi, günümüzde, başta endüstriyel alanda olmak üzere, savunma sanayinde, medikal al... more Lazer teknolojisi, günümüzde, başta endüstriyel alanda olmak üzere, savunma sanayinde, medikal alanda, haberleşme sektöründe ve bilimsel uygulamalarda yoğunlukla kullanılmakta ve her geçen gün kullanım alanı, keşfedilen yeni özellikteki lazer teknolojileri ile paralel olarak, artmaktadır. Lazer sistemlerinin endüstride önemli ölçüde yararlanıldığı önemli sektörlerden bir tanesi de markalama olup, artan endüstriyel ihtiyaçlar ve her geçen gün önem kazanan azami verimlilik-asgari zaman gereksinimine cevap verebilir olmaları nedeniyle birçok endüstriyel çıktıya katkı yapmaktadır. Ink jet yazıcılar, mekanik markalayıcılar gibi diğer markalama cihazları düşünüldüğünde lazer markalama sistemleri yüksek uygulama hızı, düşük operasyonel maliyet, aynı kalitede markalama çıktısı, temiz uygulama imkanı, çok küçük alanlarda uygulanabilir olması ve otomasyon uygulamaları için esneklik gibi bir çok avantaja sahiptir. Lazer markalama işlemi; ürün üzerine logo, barkod ya da diğer bilgilerin yerleştirilmesinden, PCB devrelerinin çizilmesine, elektronik komponentlerin veya kabloların isimlendirilmesine, güneş hücreleri uygulamalarından, yüzey dekorasyonuna kadar bir çok uygulamada tercih edilmektedir.
MakinaTek, Nov 2014
Otomotiv teknolojisi günümüzde oldukça hızlı bir gelişim kaydederken; bu gelişimini bir çok sektö... more Otomotiv teknolojisi günümüzde oldukça hızlı bir gelişim kaydederken; bu gelişimini bir çok sektörde olduğu gibi artan ihtiyaç ve yenilikçi tasarım taleplerine borçludur. Müşteri çeşitliliğine göre planlanması gereken tasarım çeşitliliği yanında, hızlı ve maliyeti düşük parçaların üretiminin sağlanması bu sektördeki oyuncuların temel problemlerindendir. Günümüzde gelişen lazer teknolojisi bu iki temel problemi çözmekte kullanılan en etkili yollardan birisi olup, kendi teknolojisini de otomotiv sanayisi ihtiyaçlarına göre her geçen gün geliştirmektedir. Öyle ki sokakta rastladığımız ya da kullandığımız modern araçlardan, üretim aşamasında lazer teknolojisi ile tanışmamış olanı yoktur. Lazer teknolojisi esnek bir teknoloji olup otomotiv sanayisinde bir çok noktada hızlı ve maliyet etkin bir çözüm olarak tercih edilmektedir. Otomotiv endüstrisinde üretim aşamalarında kullanılan tekniklerden; kesme, kaynak ve markalama işlemlerinde lazer teknolojisi geleneksel bir çok yöntemden daha etkin çözümler sunmaktadır.