Διδακτορικός Φοιτητής
Ευάγγελος Σκουλάς

Email

skoulas@materials.uoc.gr

Θέμα διδακτορικού

Διαμόρφωση φασματικής πόλωσης υπερ-βραχέων παλμών για εφαρμογές απεικόνισης και επεξεργασίας υλικών

Ultrashort pulse spectral polarization shaping for materials processing and imaging applications

Επιβλέπων

Παπάζογλου Δημήτριος, μόνιμος επίκουρος καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Επιτροπή

Παπάζογλου Δημήτριος, μόνιμος επίκουρος καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Κιοσέογλου Γεώργιος, Αναπληρωτής καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Ρακιτζής Θεόδωρος Πέτρος Αλλαγή του κ. Ρακιτζή Πέτρου με: Στρατάκης Εμμανουήλ, ερευνητής Α’, ΙΤΕ, Ηράκλειο Κρήτης

Περίληψη

Ο έλεγχος των αλληλεπιδράσεων του φωτός με την ύλη είναι ύψιστης σημασίας για την καινοτομία και επεκτασιμότητα των εφαρμογών επεξεργασίας υλικών με λέιζερ. Η διάρκεια του παλμού Λέιζερ είναι η πιο κρίσιμη παράμετρος και η επεξεργασία με υπερβραχείς (<1 ps = 10-12 s) παλμούς Λέιζερ (ΥΠΛ) ανοίγει το δρόμο για νέες, συναρπαστικές δυνατότητες. Πράγματι, υπάρχουν σημαντικές εφαρμογές της επεξεργασίας υλικών με ΥΠΛ, όπως η κατασκευή επιφανειών μειωμένης τριβής, οπτικών στοιχείων, μικροροικών συσκευών και βιοϊατρικών συστημάτων. Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό της κατεργασίας ενός υλικού με ΥΠΛ είναι ότι τα μορφολογικά χαρακτηριστικά των επαγόμενων δομών συσχετίζονται ισχυρά με την πόλωση της δέσμης λέιζερ. Ωστόσο, μέχρι σήμερα, οι περισσότερες μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί με στατική εφαρμογή της αντίστοιχης πόλωσης. Στο πλαίσιο αυτό, ο δυναμικός έλεγχος της πόλωσης κατά τη διάρκεια της κατεργασίας παρέχει ατελείωτες δυνατότητες. Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι ο έλεγχος της κατεύθυνσης των τοπικών ταλαντώσεων του ηλεκτρικού πεδίου μέσα στο φάσμα ενός ΥΠΛ και η εφαρμογή της τεχνικής αυτής στην κατεργασία υλικών αλλά και στην μη-γραμμική μικροσκοπία και απεικόνιση. Η επίτευξη του δυναμικού ελέγχου της πόλωσης απαιτεί τη σχεδίαση και υλοποίηση σύγχρονων οπτικών διατάξεων δυναμικής διαμόρφωση της πόλωσης ΥΠΛ. Η πειραματική προσέγγιση περιλαμβάνει τη διαμόρφωση παλμών λέιζερ μέσω της συμβολής δύο παραλλήλως διαδιδόμενων παλμικών ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Η μικρή χρονική καθυστέρηση μεταξύ των δύο παλμών, σε συνδυασμό με το είδος της πόλωσης του καθενός από αυτούς, μπορεί δυνητικά να παράγει άπειρους συνδυασμούς α/σύμμετρα πολωμένων κυματοπακέτων. Αναμένεται ότι η παρούσα διατριβή θα συμβάλει στην βαθύτερη κατανόηση των αλληλεπιδράσεων ύλης – φωτός και θα παρέχει ένα νέο εργαλείο για τον έλεγχο και τη βελτιστοποίηση του αποτελέσματος της επεξεργασίας και μη γραμμικής απεικόνισης, χρησιμοποιώντας ΥΠΛ.

Abstract

Controlling light interactions with matter is of paramount importance for the innovation and scalability of laser material processing applications. The duration of the laser pulse is the most critical parameter, and laser-pulsed (<1 ps = 10-12 s) pulse laser treatment opens the way for exciting new features. Indeed, there are important applications of the processing of materials with ultrashort laser pulses such as the fabrication of reduced friction surfaces, optical elements, microarray devices and biomedical systems. An important feature of the processing of a material with sub-picosecond laser pulses is that the morphological characteristics of the induced structures are strongly correlated with polarization of the laser beam. However, to date, most studies have been carried out with static application of the corresponding polarization. In this context, dynamic polarization control during processing provides endless possibilities. The aim of the present thesis is to control the direction of the local oscillations of the electric field within the spectrum of a ultrashort laser pulse and the application of this technique in the material processing as well as in the non-linear microscopy and imaging. The achievement of the potential of polarization control requires the design and implementation of modern optical devices of dynamic modulation of the polarization of the ultrafast wavepackets. The experimental approach involves forming laser pulses through the interference of two parallel propagating pulsed electromagnetic waves. The short time lag between the two pulses, combined with the polarization state of each of them, can potentially produce infinite combinations of a/symmetrically polarized wave packets. It is expected that this dissertation will contribute to a deeper understanding of light - matter interactions and provide a new tool for controlling and optimizing the effect of processing and non - linear imaging using laser pulses.

facebook icon