ISBN 9783843950046

978-3-8439-5004-6, Reihe Ingenieurwissenschaften

Marco Smarra
Untersuchungen zur Pikosekunden-Laserablation mit räumlicher Modulation der Pulsenergie durch einen deformierbaren Spiegel

270 Seiten, Dissertation Ruhr-Universität Bochum (2022), Softcover, B5

Zusammenfassung / Abstract

Bei der Laserbearbeitung mit ultrakurzen Laserpulsen wirkt sich die Fluenz auf der Werkstück­oberfläche auf die Ablationseffizienz aus. Ab­hängig von den Materialeigenschaften ergibt sich eine optimale Fluenz, deren unter- oder überschreiten zu einer Reduzierung der Prozesseffizienz führt. Moderne Entwicklungen in der Lasertechnik führen zu sehr hohen Pulsenergien. In Kombination mit kleinen Strahldurchmessern auf der Werkstückoberfläche ergeben sich deutlich höhere Fluenzen als für die maximale Ablationseffizienz notwendig sind. Um die Fluenz auf der Werkstückoberfläche zu reduzieren kann die Strahlformung verwendet werden: Der Einsatz statischer Optiken ermöglicht eine hohe Umwandlungseffizienz, begrenzt allerdings die Flexibilität. Flexible Elemente, wie AOMs oder SLMs leiden hingegen unter niedrigen Zerstörschwellen, sodass die hohen verfügbaren Pulsenergien nicht genutzt werden können. Eine Kombination aus Flexibilität und hoher Zerstör­schwelle bietet der Einsatz von deformierbaren Spiegeln. Ursprünglich entwickelt, um sphärische Aberrationen bei Teleskopen zu korrigieren, können aktuelle Modelle durch entsprech­ende Spiegelbeschichtungen sogar resonatorintern eingesetzt werden.

Diese Arbeit zeigt zunächst die theoretischen Möglichkeiten der Modulation der Energieverteilung auf der Werkstückoberfläche durch eine Simulation auf dem High-Performance-Cluster (HPC) der FH Münster. Diese Simulationsergebnisse werden mit experimentellen Ergebnissen verifiziert. Im Anschluss wird der Einfluss der Strahlform auf der Werkstückoberfläche auf das Ablationsverhalten von 1.4301 Stahlproben untersucht. Die Erkenntnisse werden abschließend auf Kupfer als weiteren metallischen Werkstoff und einer Aluminiumoxidkeramik als nicht­metallischen Werkstoff übertragen. Sie zeigen, wie das Ablationsverhalten durch die Strahlform beeinflusst wird und wie der Prozess damit auf die zur Verfügung stehende Pulsenergie optimiert werden kann.