Brüning, S: Ultrakurzpuls-Laser zur dreidimensionalen Mikros

Ultrakurzpuls-Laser haben hinsichtlich Qualität und Präzision in der Mikrostrukturierung in vielen Anwendungsfeldern Vorteile gegenüber anderen Laserstrahlquellen. Durch die extrem kurzen Pulse und die hohe Pulsenergie kann materialunabhängig nahezu ohne Schmelzerzeugung abgetragen werden. Ein durch den hohen Verdampfungsanteil systembedingter Nachteil ist allerdings, dass die Produktivität im Vergleich zu ns-Laserpulsen sehr gering ist.Ziele der vorliegenden Arbeit waren daher, einen Hochrate-Ultrakurzpuls-Laser für eine dreidimensionale Strukturierung von zylindrischen Oberflächen zu etablieren, geeignete Pulspicker für eine externe Modulation des Laserstrahls zur Erzeugung von Bitmap-Mustern zu untersuchen und damit die maximal mögliche Auflösung des Systems zu bestimmen. Auf dieser Basis wurde eine neue Verfahrenstechnik zum Ultrakurzpulsabtrag mit einer deutlichen Erhöhung der Produktivität evaluiert und diese auf die Strukturierung galvanisch aufgebrachter Kupferoberflächen übertragen. Zum Einsatz kam dabei ein neuartiger Ultrakurzpulslaser mit einer Wellenlänge von 1064nm, einer Pulsdauer von 10ps, Energiedichten von bis zu 20J/cm² und Pulsfolgefrequenzen von bis zu 3,3MHz.Um den Vorteil des Ultrakurzpuls-Laserabtrags nutzen zu können, müssen die Einzelpulse beim Abtrag zeitlich so separiert werden, dass es zu keiner Wechselwirkung des Laserpulses mit einer durch den vorangegangenen Laserpuls erzeugten Schmelze bzw. keiner Puls-zu-Plasma-Wechselwirkung kommt. Bei flächigen Abtragverfahren, bei denen das Werkstück mäanderförmig abgescannt wird, können die Pulse nebeneinander gesetzt werden. In diesem Fall wird die nötige Pulsfolgefrequenz durch die Scangeschwindigkeit bestimmt.Eine Anwendung, bei der systematisch eine hohe Scangeschwindigkeit erreicht werden kann, ist das Gravieren von Präge- und Druckzylindern. Da in diesem Fall das