اثر پارامتر نرخ تكرار روي ميزان انباشت حرارتي ايجاد شده در حجم مواد شفاف توسط تپ‌هاي ليزري فمتوثانيه

Effect of the repetition rate parameter on heat accumulation induced in bulk transparent materials using femtosecond laser pulses

چكيده_ تغييرات ساختاري اي كه در حجم مواد شفاف مانند شيشه و پليمر توسط تابش فمتوثانيه ايجاد ‏مي‏شود، در فرآيند ساخت موجبر‏‏هاي‏اپتيكي و ادوات اپتوفلوئيديك اهميت دارد، بدين منظور رابطه ميان شكل و اندازه تغييرات ساختاري ايجاد شده در ماده و پارامتر‏‏هاي‏پردازش نظير نرخ تكرار، سرعت اسكن و غيره ‏مي‏بايستي مشخص شود. پيش بيني اين تغييرات ساختاري با بررسي تحول توزيع دمايي القايي در ماده امكان پذير است. در اين پژوهش آثار انباشت حرارتي ناشي از توزيع حرارتي به دست آمده از حل دقيق معادله شرودينگر در ناحيه كانوني تپ هاي فمتو‏ثانيه به ازاي تعداد بالاي تپ و همچنين در نرخ هاي تكرار مختلف تحت دو حالت انرژي تپ ثابت و توان متوسط ثابت مورد بررسي قرار مي‏گيرد. نتايج نشان مي دهد كه در مواردي كه انرژي تك تپ فرودي نمي‏تواند دماي لازم براي ذوب و يا تغيير ساختار را تامين كند، به كمك اثر انباشت حرارتي توسط افزايش نرخ تكرار مي‏توان اين كمبود انرژي را جبران كرد. .

Abstract- The structural modification induced by the femtosecond pulses in bulk  of transparent medium such as glass and polymer is highlighted in the process of manufacturing optical wave guides and optofluidic devices. For this purpose, the relation between shape and size of the structural modification induced in the material and the processing parameters such as repetition rate and scaning velocity, etc. should be clarified. Prediction of these structural modifications is possible through examinig the evolution of the induced temperature distribution in the medium. In this research, femtosecond pulses induced heat accumulation inside the focal region obtained from solving the NLSE for different repetition rates and under two status of constant pulse energy and constant average power is investigated. The results shows that where the energy of a single pulse can’t provide the sufficient temperature to melt or change the structure , it can be compensated by the effect of heat accumulation induced by the repetition rate.