Lasertechnologien

Lasermesstechnik

Hochpräzise Lasermesstechnik ist sowohl in der Forschung als auch in der Industrie unverzichtbar. Sie kommt in verschiedenen Anwendungen des Qualitätsmanagements und der kontinuierlichen Analyse dynamischer Prozesse zum Einsatz. Am LHM nutzen wir zeitaufgelöste Lasermesstechniken, um schnelle bis ultraschnelle Prozesse zu untersuchen. Dafür erweitern wir bestehende Verfahren oder entwickeln völlig neue innovative Konzepte, um aktuelle technische und wissenschaftliche Herausforderungen zu bewältigen.

Zeitaufgelöste Lasermesstechniken ermöglichen die berührungslose Charakterisierung dynamischer Prozesse wie Laserschweißen, Laserschneiden und Laserablation. Unser Ziel ist es, relevante Prozessparameter zu erfassen, um mögliche Abweichungen in laufenden Prozessen nachvollziehbar zu machen. Zudem nutzen wir diese Techniken zur Charakterisierung neuer Prozesse, um kritische Prozessparameter zu optimieren und so stabile Abläufe zu gewährleisten.

Die vielseitigen Eigenschaften von Laserstrahlung, einschließlich der Anpassungsmöglichkeiten in Bezug auf Wellenlänge, Pulsdauer und Fokussierung, erlauben uns die Untersuchung sowohl makroskopischer als auch mikroskopischer Prozesse. Dabei können wir Prozesse in extrem kurzen Zeitspannen (von Femtosekunden bis Pikosekunden) genauso untersuchen wie solche, die wesentlich längere Zeiträume (von Nanosekunden bis Stunden) umfassen.

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Wir helfen Ihnen gerne weiter!

+49 (0) 3727 / 58-1242 lhm(at)hs-mittweida.de

Abbildende Pump-Probe-Ellipsometrie

Das selbst entwickelte abbildende Pump-Probe-Ellipsometer des LHM ermöglicht eine zeitaufgelöste Messung der transienten optischen Eigenschaften eines Materials während und nach der Anregung mit Laserstrahlung. Dies ermöglicht die systematische Untersuchung der physikalischen Prozesse bei der Laserstrahlung-Materie-Wechselwirkung und die Validierung von theoretischen Modellen.

Kenngrößen: spektraler Bereich Probestrahlung: 400 nm - 900 nm, spektraler Bereich Pumpstrahlung: 260 nm - 14 µm, zeitliche Auflösung: 40 fs, maximaler zeitlicher Bereich: 100 µs, laterale Auflösung: ca. 1 µm

Werkstoffe: beliebig (u.a. Metalle, Halbleiter, Dielektrika, Schichtsysteme), Rauheit kleiner λ/3

Pump-Probe Messtechnik

Abbildende Pump-Probe-Reflektometrie

Im Gegensatz zur Ellipsometrie ermöglicht die Pump-Probe Reflektometrie keine eindeutige Bestimmung des komplexen Brechungsindexes eines laserangeregten Materials. Da die Messzeit der Pump-Probe-Reflektometrie aber etwa 20-mal geringer ist als bei einer vergleichbaren Ellipsometriemessung und die Reflektometriemessungen auch bei stark streuenden Oberflächen interpretierbar sind, bietet die Pump-Probe-Reflektometrie eine schnelle und robuste Alternative zur Charakterisierung der Prozesse während der laserinduzierten Ablation.

Kenngrößen: spektraler Bereich Probestrahlung: 400 nm - 900 nm, spektraler Bereich Pumpstrahlung: 260 nm - 14 µm, zeitliche Auflösung: 40 fs, maximaler zeitlicher Bereich: 100 µs, laterale Auflösung: ca. 1 µm

Werkstoffe: beliebig (u.a. Metalle, Halbleiter, Dielektrika, Schichtsysteme)

Pump-Probe Messtechnik

Abbildende Pump-Probe-Interferometrie

Pump-Probe-Interferometrie ermöglicht die eindeutige Bestimmung der Phasenverschiebung der Probelaserstrahlung bei Reflexion an einem laserangeregten Material. Durch Kombination mit theoretischen Computersimulationen kann aus der orts- und zeitaufgelösten Phasenverschiebung die transiente Ablationstopographie ermittelt werden.

Kenngrößen: spektraler Bereich Probestrahlung: 400 nm - 900 nm, spektraler Bereich Pumpstrahlung: 260 nm - 14 µm, zeitliche Auflösung: 40 fs, maximaler zeitlicher Bereich: 100 µs, laterale Auflösung: ca. 1 µm

Werkstoffe: beliebig (u.a. Metalle, Halbleiter, Dielektrika, Schichtsysteme)

Abbildende Plasmaspektroskopie

Die Kombination eines abbildenden Spektrographen (Isoplane, Teledyne PI) mit einer emiCCD Kamera (PI-Max4, Teledyne PI) ermöglicht die ortsaufgelöste und zeitgleich spektrale Charakterisierung eines laserinduzierten Plasmas mit hoher zeitlicher Auflösung im Subnanosekundenbereich. Der abbildende Spektrograph basiert auf dem Schmidt-Czerny-Turner-Prinzip, wodurch Abbildungsfehler auf ein Minimum reduziert werden.

Kenngrößen: spektraler Bereich: 200 nm - 900 nm, minimale spektrale Auflösung: 30 Pixel/nm, zeitliche Auflösung: 200 ps, maximaler zeitlicher Bereich: einige Millisekunden, laterale Auflösung: ca. 1 µm

Werkstoffe: beliebig

Prozessanalyse während der Lasermaterialbearbeitung

In der Materialbearbeitung ruft die Wechselwirkung der Laserstrahlung mit dem Material diverse Phänomene hervor, wie die Erzeugung von Plasmen oder der Partikelemission. Durch verschiedenste Verfahren, z.B. Pump-Probe-Fotografien, Spektroskopie (VIS-, UV-, Röntgenstrahlung) und Thermografie, kann die Ausbreitung der Partikel oder die Strahlungsemission des Plasmas betrachtet werden. Anschließend können die gewonnen Informationen zur Prozessanalyse, -charakterisierung, -steuerung oder -optimierung genutzt werden.

Weitere Verfahren

Neben den zeitaufgelösten Verfahren steht am LHM eine Vielzahl weiterer Messverfahren zur Materialanalyse (u.a. abbildende Ellipsometrie, Zerstörschwellenmessung, Absorptionsmessung, Messung von Reflexion, Transmission und Streuung) und zur Strahlanalyse (u.a. Laserstrahlcharakteriesierung, Diffraktometrie) zur Verfügung.

Lasermesstechnik

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Ultraschnelle Ellipsometrie

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