Neue Publikationen in Applied Physics A zur Lasermaterialbearbeitung mit Burst-Modus

03.08.2022 - Kategorie: Forschung & Entwicklung, Tagungen & Seminare

Vortrag von Daniel Metzner zum Thema "Ablation characteristics on silicon from ultrafast laser radiation containing single MHz and GHz burst pulses" bei der 16. International Conference on Laser Ablation (COLA) in Japan.

Spezifische Abtragsraten in Abhängigkeit von der Fluenz bzw. von der Fluenz pro Laserpuls und von der Pulsdauer im Non-Burst-Regime (links) und im GHz-Burst-Modus (rechts).

Resultierende Topografie nach der Bestrahlung von Silizium mit einem MHz-Burst (oben) und GHz-Burst (unten) bei einer Pulsdauer von 270 fs und einer Fluenz pro Laserpuls im Burst von 2,0 J/cm2.

Die International Conference on Laser Ablation (COLA) ist eine der wichtigsten Konferenzen auf dem Gebiet der Laserablation und ihrer Anwendungen und bringt seit 1991 Wissenschaftler:innen sowie Endanwender:innen zusammen, um den neusten Stand von Laserablationstechnologien zu diskutieren. Die Forschungsgruppe Laserpulsabscheidung dünner Schichten & Lasermikrostrukturierung war an der 16. COLA im April 2022 in Japan mit zwei Präsentationen beteiligt, wo Daniel Metzner aktuelle Ergebnisse der Laserablation von hochreinem Quarzglas und Silizium durch die Verwendung ultrakurzer Laserpulse in MHz- und GHz-Bursts vorstellte. In Anlehnung an die Präsentationen erfolgten Peer-Review Publikationen der Ergebnisse im Springer Journal "Applied Physics A".

In der Publikation "Study on laser ablation of glass using MHz-to-GHz burst pulses" werden Abtragseffizienzen der Ablation von hochreinem Quarzglas und die daraus resultierenden Topografien bei der Verwendung von MHz- und GHz-Bursts vorgestellt und mit denen von konventionellen ultrakurzen Laserpulsen (ohne Burst bzw. Non-Burst-Regime) verglichen und diskutiert. Basierend auf Simulationen und empirisch ermittelten Ergebnissen konnte eine Limitierung der maximal möglichen Abtragseffizienz bei einer Erhöhung der Fluenz im Non-Burst-Regime nachgewiesen werden. Im Gegensatz dazu führte das Aufteilen von hohen Fluenzen auf eine bestimmte Anzahl an Teilpulsen pro Burst zu wesentlich höheren Abtragseffizienzen bei vergleichbarer Topografie.

Die Studie "Ablation characteristics on silicon from ultrafast laser radiation containing single MHz and GHz burst pulses" beschäftigte sich im Rahmen des DFG-Projektes MULTIPULS mit grundlegenden Untersuchungen von Wirkmechanismen einzelner Bursts auf Festkörperoberflächen. Dabei wurde Silizium mit einzelnen und geometrisch voneinander getrennten MHz- und GHz-Bursts in Abhängigkeit von der Pulsdauer sowie von der Anzahl an Teilpulsen pro Burst bestrahlt und hinsichtlich des Materialabtrages, der Schmelzcharakteristik und der Topografie untersucht. Bei der Verwendung des MHz-Burst-Regimes wurde ein stark ausgeprägter und iterierend auftretender Schmelzaustrieb nachgewiesen, der vor allem bei Pulsdauern im Femtosekundenbereich auftritt. Im Gegensatz dazu wird im GHz-Burst-Regime wenig Schmelze aus der Wechselwirkungszone ausgetrieben und bildet im bestrahlten Bereich rotationssymmetrische Ringmuster.