Wechselwirkung schneller Pulsfolgen ultrakurz gepulster Laserstrahlung im GHz- bis MHz-Bereich mit Metallen - MULTIPULS

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Horn; Professor Dr. Steffen Weißmantel
• Fachliche Zuordnung: Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458053570

Die Wechselwirkung von Metallen mit schnellen Pulsfolgen von ultrakurz gepulster Laserstrahlung mit Repetitionsraten im Gigahertz- bis Megahertz-Bereich soll quantitativ verstanden werden, um die Veränderung der Topologie der Abtragsstruktur und das daraus resultierende stark schwankende Abtragsvolumen pro Puls in Abhängigkeit von der Anzahl an Pulsen und deren zeitlichen Abstand quantitativ zu erklären. Ebenso soll durch das Verständnis der Wechselwirkung die Bestimmung von optimalen Paramatern zur effizienten Erzeugung von qualitativ hochwertigen Strukturen mit schnellen Pulsfolgen von ultrakurz gepulster Laserstrahlung in Folgeprojekten ermöglicht werden. Dafür sollen die Effekte, welche durch die Bestrahlung von Material mit Pulsfolgen auftreten, wie die veränderte Materialoberfläche durch Wärmeakkumulation, Inkubation und Wiederanlagerung von Material aus der Ablationswolke sowie die Wechselwirkung (der Reflexion, Transmission sowie Absorption ) der Laserstrahlung eines Folgepulses mit dem Plasma bzw. der Ablationswolke komplementär, d. h. durch die Verbindung von ex situ Analyse der Abtragsstruktur, in situ Bestimmung der optischen Antwort des Materials und Modellierung der Wechselwirkung der Laserstrahlung mit dem Material, untersucht werden. Das geplante Vorhaben ist daher in drei Arbeitspakete AP1 Vorbereitung, AP2 Doppelpuls und AP3 Multipuls mit jeweils steigender Komplexität und progressivem Erkenntnisgewinn unterteilt. Die Untersuchungen enthalten eine gezielte Variation von Prozess- sowie Materialparametern (Material: Gold und Eisen in verschiedenen Schichtdicken, abgeschieden auf einem Glassubstrat; Parameter der Laserstrahlung: Fluenz, Pulsdauer, Anzahl der Pulse, zeitlicher Pulsabstand), den Einsatz zeit- und ortsaufgelöster Messtechnik (Pump-Probe Reflektometrie, - Ellipsometrie und - Schattenfotografie) sowie die Modellierung der Laserstrahlung-Materie-Wechselwirkung (Zeit-Temperatur-Modell in Verbindung mit Hydrodynamik TTMHD, Phasendiagramme, Propagation der Laserstrahlung durch die Ablationswolke), wodurch Zusammenhänge und Abhängigkeiten der verschiedenen Parameter auf die erhaltene Abtragsstruktur bestimmt werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen