Wissenschaftliche Laser für die Ablation

Ablation

Abtragen von festem Material

Laserablation beschreibt im Wesentlichen das Abtragen von festem Material durch die Bestrahlung mit Laserlicht. Es wird zwischen Laser-Desorption (Ablation ohne Plasmazündung) und Laserverdampfen (Ablation mit Plasmazündung) unterschieden. Bei letzterem ist es oftmals so, dass beim Erhitzen einer Probe durch hohe Laserleistung der flüssige Aggregatzustand übersprungen wird und die Phase direkt von fest zu gasförmig wechselt – dies wird Sublimation genannt. Wird das Gas durch die hohen Peak-Leistungen noch ionisiert, so zündet ein mehrere tausend Kelvin heißes Plasma. Dies ist – je nach Material – bei Leistungsdichten von ab ca. 3 GW/cm² der Fall. Abhängig ist die Ablation also von der Pulsenergie, der Pulsdauer und der (Fokus-)Größe des Laserspots. Eine Rückführung zur festen Phase am selben Ort passiert nicht (oder überaus unwahrscheinlich), weshalb Material abgetragen wird. Die Ablation ist, durch all die einzelnen physikalischen Prozesse, die Grundlage für eine große Zahl laserbasierter Applikationen. So kann man sich etwa den Abtrag selbst, das Verdampfen (und die Deposition des verdampften Materials an einem anderen Ort) sowie das Plasma zunutze machen.

Materialbearbeitungsprozesse der Ablation

Bei Gravur-, Markierungs-, Schneide- und im Allgemeinen Materialbearbeitungsprozessen, liegt der Fokus auf der tatsächlichen Ablation – also dem Materialabtrag. Wichtig sind die chemischen und optischen Eigenschaften des bestrahlten Materials, welches verschiedene Wellenlängen verschieden gut absorbiert und dementsprechend mehr oder weniger effizienter Abtrag durch Ablation vorliegt. Während zur Materialbearbeitung von z. B. Metallen, vorwiegend IR Laser angewendet werden, wird UV Licht besonders von transparentem Material absorbiert. Dies macht UV- und DUV Laser zur idealen Grundlage für beispielsweise Glasgravur und Ophthalmologie im Allgemeinen. Durch die geringe Wellenlänge, sind außerdem kleinere Durchmesser bei Fokussierung des Laserstrahls möglich, wodurch sich höhere Leistungsdichten erzielen lassen. Zudem ist eine weitaus filigranere Gravur möglich, da Strukturen besser aufgelöst werden können.

Ablations Anwendungen mit CryLaS Lasern
Wellenlängen | Pulslaser / CW-Laser

Qualitative und quantitative Elementanalysen

Zündet sich ein Plasma, so kann das Plasma-Licht eingefangen und spektral zerlegt werden. Dies gibt Aufschluss über die chemischen Eigenschaften der bestrahlten Probe. Damit werden sowohl qualitative als auch quantitative Elementanalysen möglich. Diese Technologie wird laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS, laser induced breakdown spectroscopy, Unterform der Atomemissionsspektroskopie) genannt. LIBS ist durch Geschwindigkeit, Genauigkeit, beinahe non-Destruktivität sowie die Möglichkeit, auch leichte Elemente zu identifizieren (im wissenschaftlichen als auch im industriellen Umfeld) gefragt. Durch die Notwendigkeit eines heißen Plasmas, eignen sich besonders Laser mit hoher Pulsenergie und kurzer Pulsdauer.

Verdampftes Material geht bei Abkühlung wieder in die feste Phase über. Dies macht man sich bei Prozessen wie der Physical Vapor Deposition (PVD) zunutze. Auch hier gibt es laserbasierte Applikationen.

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2023-01-19T14:23:30+00:00

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  • Ø-Leistung: 50 mW
  • Max. Pulsfrequenz: 80 Hz
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