UKP-Bearbeitung

 

Ultrakurz gepulste (UKP)-Laserstrahlung mit Pulsdauern kleiner als circa 10 Pikosekunden wird zunehmend für die Materialbearbeitung eingesetzt. Die Besonderheit der Materialbearbeitung mit UKP-Laserstrahlung liegt in der kurzen Wechselwirkungszeit der Laserstrahlung mit dem Werkstück. Bedingt durch diese Wechselwirkungszeit lassen sich im Festkörper extreme thermodynamische Ungleichgewichte erzeugen, die dann zu einzigartigen Abtrags- oder Formationsmechanismen führen. So können beispielsweise Metalle, Halbleiter, Dielektrika oder Verbundstoffe unter minimalem Wärmeeintrag hochpräzise abgetragen oder Formationsprozesse von Mikro- bzw. Nanostrukturen angeregt werden. Durch den vernachlässigbare Wärmeeintrag kann, anders als bei länger gepulsten Strahlquellen, bei der abtragenden Oberflächenbearbeitung Schmelzablagerung fast vollständig verhindert werden. Des Weiteren können durch die großen Intensitäten und kurzen Pulsdauern mit Hilfe nicht-linearer Absorptionseffekte auch transparente Materialien schädigungsarm bearbeitet werden.

Die UKP-Materialbearbeitung mit Pulsdauern zeichnet sich dabei vor allem häufig durch eine höhere Präzision und Qualität der Ergebnisse aus im Vergleich zu CW- oder länger gepulsten Strahlquellen. Zudem ermöglicht sich vielerorts neue Anwendungen, welche mit herkömmlichen Laserverfahren nicht erreichbar wären. Ein Nachteil der UKP-Materialbearbeitung ist bisher jedoch die geringe Produktivität und die damit vergleichbar hohen Kosten. Insofern werden UKP-Laser nur dort eingesetzt, wo die Anforderung an die Qualität unbedingt erforderlich sind oder die Anwendung anders gar nicht erreicht werden könnte.

Die Gruppe Grundlagen der Mikro- und Nanostrukturierung des LLT befasst sich im Bereich UKP-Bearbeitung daher schwerpunktmäßig mit der Laser-Material-Wechselwirkung vom Einzelpuls bis zu hochskalierten Prozessen (hohe Repetitionsraten, Bursts, Mutlistrahlintensitätsverteilungen) sowie mit der Erweiterung von Laserprozessen auf neue Anwendungen. Die Prozesse werden hierzu bis zu dem fundamentalen Wechselwirkungsmechanismen aufgelöst. Der Einsatz von UKP-Laserstrahlung als Lichtquelle für optische Mikroskopie ermöglicht eine zeitlich hochaufgelösten Prozessdiagnostik. Mit der so genannten Pump-Probe-Technik lassen sich Prozessabläufe und Formationsdynamiken mit einer Zeitauflösung von 100 Femtosekunden beobachten.

Der Lehrstuhl für Lasertechnik LLT verfolgt damit den ganzheitlichen Ansatz vom grundlegenden Verständnis des Prozesses bis hin zur spezifischen Anwendung. Anwendungsgebiete sind dabei unter anderem die Automobilindustrie, Halbleiterindustrie, Optikfertigung, Medizintechnik, Quantentechnologie und viele mehr.