Strukturierung von Glaswerkstoffen mit unterschiedlicher Komposition durch ultrakurze Lichtpulse

• Antragsteller: Dr. Markus Eberstein; Professor Dr. Hans J. Eichler; Dr. Arkadi Rosenfeld
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 100165576

Wie seit einigen Jahren bekannt, ermöglichen Femtosekunden-Laserpulse auch an anorganischen Gläsern eine gezielte Modifikation der optischen Eigenschaften mit höchster Präzision. Dadurch ergibt sich ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler optischer Funktionselemente im Inneren von Glaswerkstoffen. So ermöglicht fs-Technologie die Übertragung moderner Datenspeicherverfahren wie die Holografie von organischen auf anorganische Glaswerkstoffe und schafft damit die Möglichkeit einer langzeitstabilen Daten- Massenspeicherung. Eine Vielzahl von Publikationen beschäftigt sich bereits mit entsprechenden Bestrahlungsphänomenen wie etwa Brechzahländerungen an verschiedenen Gläsern. Ein Manko aller bisherigen Untersuchungen ist die mangelnde Systematik, insbesondere bei der Variation der Glaskomposition unter gleichen Bestrahlungsbedingungen. Dies führt zu einem weitgehend empirischen Vorgehen bei der Wahl der Behandlungsparameter und einer Limitierung der resultierenden Qualität der im Glasinnern erzeugten Strukturen. Der vorliegende Antrag hat das Ziel, anhand von Modellgläsern den Einfluss der Glaskomposition und -Struktur auf laserinduzierte Brechzahländerungen systematisch zu untersuchen und darauf basierend Grundlagen für technisch relevante Werkstoffe zur langzeitstabilen optischen Datenspeicherung zu entwickeln. Dazu soll in einem ersten Projektteil (1. und 2. Jahr) für vergleichbare Bestrahlungsparameter die Ausgangsstruktur der Modellgläser mit den laserinduzierten Veränderungen korreliert werden, was eine Auswahl von Gläsern mit optimierter Photoempfindlichkeit und Speicherdauer erlaubt. Durch Bestrahlung und anschließende Charakterisierung von Probenoberflächen an Modellgläsern werden Zusammenhänge zwischen Glasstruktur, Energieabsorption und Dissipation identifiziert. Um den Anforderungen moderner optischer Datenspeichertechnologien gerecht zu werden, sollen diese ausgewählten Glaswerkstoffe dann gezielten laserinduzierten Volumen-Modifikationen unterworfen und hinsichtlich der resultierenden Brechzahländerungen charakterisiert werden. Dies geschieht in-situ, so dass zusätzlich Einblicke in die zeitliche und räumliche Dynamik der Brechzahländerung auf sehr kurzen Zeitskalen (fs-ns) und damit Hinweise auf Wirkmechanismen gewonnen werden können. In einem zweiten Projektteil (3. Jahr) sollen die zuvor erarbeiteten Erkenntnisse und die aufgebaute Infrastruktur dazu dienen, einen anorganischen Glaswerkstoff auf Basis etablierter technischer Gläser zu entwickeln, welcher sich durch eine starke Brechzahländerung bei angepasster Laserbestrahlung auszeichnet und sich für die neuartige, langzeitstabile optische Daten-Massenspeicher höchster Kapazität eignet. Hierfür soll der Glaswerkstoff optimiert und die Datenspeicherung mittels Mikroholographie demonstriert werden. Die Bündelung der Kernkompetenzen dreier verschiedener Forschungsinstitutionen in einer fachübergreifenden Symbiose (BAM: Materialentwicklung, MBI Berlin: Laser- Materialwechselwirkung und TU Berlin: optische Datenspeicherung) bietet günstige Voraussetzungen für die Erreichung des anspruchsvollen Projektziels.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen