Absorptionsmesstechnik

 

Prinzip

Schematischer Aufbau zur Ermittlung der Absorption der UKP-Laserstrahlung vom bestrahltem Material Urheberrecht: Lehrstuhl für Lasertechnik LLT Schematischer Aufbau zur Ermittlung der Absorption der UKP-Laserstrahlung vom bestrahltem Material

Fokussierte ultrakurze Laserpulse besitzen aufgrund der Pulsdauern im Bereich kleiner als 10 Pikosekunden extrem große Intensitäten in der Größenordnung von 1013 bis 1016 W/cm². Wird ein Material mit so großen Intensitäten bestrahlt, kann die Absorption der Laserstrahlung von dem Material mit klassischen, linearen Modellen nicht länger beschrieben werden. Das elektrische Feld der Laserstrahlung ist so stark, dass die elektronischen Potentiale der Atome extrem verzerrt werden und weitere Wechselwirkungs- und Absorptionsprozesse relevant werden. Aufgrund dessen wird eine unterschiedliche Absorption für kurze Laserpulse (100 fs) im Vergleich zu langen Laserpulsen (10 ps) bei vergleichbarer Pulsenergie erwartet. Die Absorption wird für nicht-transparente Materialien durch Messungen der Reflexion der Laserstrahlung bei der Bestrahlung der Oberfläche innerhalb einer sogenannten Ulbricht-Kugel mit einer Photodiode ermittelt.

 

Anwendung

Ermittelte Absorption von Graphit für unterschiedliche Pulsdauern. Urheberrecht: Lehrstuhl für Lasertechnik LLT Ermittelte Absorption von Graphit für unterschiedliche Pulsdauern.

Im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projektes wurde die Absorption von Graphit bei der Bestrahlung mit ultrakurzen Laserpulsen mit Pulsdauern von 100 fs bis etwa 4 ps ermittelt (siehe Herstellung von Graphen mit UKP-Laserstrahlung). Mithilfe der Fresnel-Formeln wird für eine Wellenlänge von 800 nm für Graphit eine Absorption von 71 % erwartet. Dieser Wert wird experimentell für Pulsdauern größer als 1 ps gemessen. Für kleinere Pulsdauern verkleinert sich die Absorption signifikant auf bis etwa 64 % für 100 fs. Eine mögliche Erklärung dafür ist die Anregung einer deutlich größeren Anzahl an freien Elektronen für die kürzesten Pulsdauern. Die Elektronen reflektieren dementsprechend einen größeren Anteil des eingestrahlten Pulses.

 

Aktuelle Publikationen

M. Reininghaus, 2014: Dynamics of ultrashort pulsed laser radiation induced non-thermal ablation of graphite