Ultrakurzpulslaser

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Anwendungsfelder des Ultrakurzpulslasers

Als Ultrakurzpulslaser (Abkürzung UKP-Laser) werden Laserstrahlquellen bezeichnet, die gepulste Strahlung im Bereich von Picosekunden (10-12) und Femtosekunden (10-15) aussenden. In der Forschung wurden auch bereits Attosekundenlaser (10-18) entwickelt, die ebenfalls als Ultrakurzpulslaser bezeichnet werden.

Durch die extrem kurze Zeit, auf die die Lichtenergie der emittierten Strahlung komprimiert ist, erreichen UKP-Laser extrem hohe Pulsleistungen im Megawattbereich. Bei zusätzlich guter räumlicher Fokussierung der Strahlung lassen sich Intensitäten von einigen Gigawatt pro Quadratzentimeter erzielen. Bei derart hohen Intensitäten treten bei der Wechselwirkung von Licht und Materie sogenannte nicht-lineare Effekte auf. Einer dieser Effekte, die Mehr-Photonen-Absorption, führt dazu, dass sich nahezu jedes Material abtragen lässt, unabhängig von seinem Absorptionsspektrum, der Härte oder Verdampfungstemperatur.

Im Gegensatz zu anderen Lasertypen, bei denen das Material in der Regel aufgrund der starken Erwärmung des Laserstrahls zunächst schmilzt und anschließend verdampft, erfolgt der Materialabtrag eines Ultrakurzpulslasers durch den direkten Phasenübergang des Materials in den gasförmigen Zustand. Die in das Material eingebrachte Energie wird idealerweise vollständig über die Abtragsprodukte emittiert, sodass das Werkstück bis auf eine nanoskalige Wechselwirkungszone vollständig kalt bleibt. Man spricht daher auch von „kalter Bearbeitung“ des UKP-Lasers.

Neben der höchstpräzisen Bearbeitung bietet der UKP-Laser somit den Vorteil, selbst anspruchsvolle Materialien wie spröde Keramiken, gehärtete Displays, wärmeempfindliche Verbundwerkstoffe, Polymere oder menschliches Gewebe problemlos zu bearbeiten. Der UKP-Laser eröffnet völlig neue Bearbeitungsverfahren, die mit konventionellen Werkzeugen nicht möglich sind.

Vorteile

  • Höchste Präzision bis in den sub-μm Bereich (saubere Schnittkanten ohne Gratbildung), die meist keine Nachbearbeitung erfordern
  • "Kalte" Materialbearbeitung (nahezu ohne thermische Schädigung des Werkstücks)
  • Bearbeitung aller Materialklassen einschließlich spröder, wärmeempfindlicher und niedrig schmelzender Werkstoffe

Anwendungen

Ultrakurzpulslaser bieten aufgrund ihrer Vielseitigkeit und hohen Präzision ein enormes Anwendungspotential. In der Industrie werden sie u.a. zum Bohren und Schneiden von Strukturen im Mikrometerbereich genutzt, beispielsweise für Turbinenschaufeln oder Einspritzdüsen. Durch Laserstrahlabtragen oder Strukturierung können UKP-Laser Oberflächen funktionalisieren, z.B. zur Effizienzsteigerung von Solarzellen, Halbleiterchips oder LEDs.

In der Medizin ermöglichen UKP-Laser hochpräzise, schädigungsarme Schnitte, ohne dabei umliegendes Gewebe zu beschädigen. Einsatz findet der UKP-Laser z.B. in der Augenheilkunde zur Behandlung des grauen Stars oder von Fehlsichtigkeit (LASIK-Operation). In der Medizintechnik werden UKP-Laser zum Präzisionsschneiden von Gefäßstützen (Stents) aus dünnwandigen Metallröhrchen im Mikrometerbereich oder Implantaten eingesetzt.


Anwendungsfelder des Ultrakurzpulslasers


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