Femtosaniye lazer ablasyonu ile ince filmler üzerinde nano-yapılandırma ve karakterizasyon
Generation of nano-structures on thin films through femtosecond laser ablation and  characterization
Yazar: RAMAZAN ŞAHİN
Danışman: DOÇ. DR. SELÇUK AKTÜRK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında farklı lazer dalgaboyları ve taban açılı aksikonlar
kullanılarak metal ince filmler üzerinde fs-lazer Bessel hüzmeleri ile nanometre
mertebesinde karma¸sık yapılar üretilmiştir. Metal ince filmler üzerinde yapılan
optik karakterizasyon (geçirgenlik, yansıma vs. spektrumu ölçümü) yapılarak
periyodik yapıların yüzey plazmon modlarını desteklediği gösterilmiştir. Yapılan
teorik hesaplamalar, simülasyonlar ve deneyler birbirini doğrulamaktadır. Ayrıca,
üretilen yapıların plazmonik tabanlı sensör olarak kullanılabilmesi için gerekli
testler yapılmıştır. Grafen tabanlı elektronik uygulamaları genellikle Grafenin
yapılandırılmasını gerekmektedir. Grafen optik dalgaboylarında yüksek geçirgenliğe
sahip olduğundan lazer ablasyonu esnasında alttaş zarar görebilmektedir. Yapılan
optimizasyon deneyleri ile Grafen nano-yapılandırılırken altta¸sın neredeyse hiç zarar
görmediği SEM, Raman ve sayısal yöntemlerle incelenmiştir. Geliştirilen sayısal
yöntemlerle fabrikasyon kalitesi hesaplanarak lazer atım enerjisi ile 
ilişkilendirilmiştir.Yapılan çalışmalarda % 75 kalite ile grafen üzerinde nm 
mertebesinde yapıların üretilebileceği gösterilmiştir.

Abstract:
In this work, we exploit the advantageous of non-diffracting Bessel beams to generate
nanometer size structures on metal thin films and graphene. We present a detailed
study of Bessel beam ablation behavior, using different laser wavelengths and axicon
angles. Optical characterization (transmission, reflection) of fabricated structures
in the spectral range of 400 nm- 1100 nm shows plasmonic effects. Experimental
results are supported by theoretical, numerical and simulations. Near field profiles
of fabricated structures clearly show the plasmonic effect. Moreover, shift of the
plasmonic resonance is calculated as a function of surrounding medium to investigate
the potential of the fabricated structures for sensing. In our experiments we use
relatively thin metal films to obtain high signal to noise ratio in transmission. For
sensing applications, the relative change in intensity close to the SPR is used for
detection. Therefore, this scheme could be effective for plasmonic sensor applications
where the low signal-to-noise detection is required. The influence of pulse energy
on laser ablation quality and size is experimentally studied on graphene sample.
Histogram analysis of fabricated structures gives possibility of quantifying fabrication
quality. Graphene based optoelectronic applications require structuring of graphene
without any damage to substrate. %75 ablation accuracy is achieved by adjusting beam
fluence while keeping the substrate totally intact. Graphene ablation and substrate
damage situation are verified through SEM, Raman and numerical methods.