Durchstimmbarer Kurzpulslaser in UV, VIS und NIR Bereich
Final Report Abstract
Das Gerät wurde vorwiegend im Rahmen des Niedersächsischen Innovationsverbunds Plasmatechnik (NIP) eingesetzt, der sich der Erschließung des Anwendungspotenzials der Plasmatechnologie für verschiedenste Industriebereiche widmet. Die beiden für den bisherigen Einsatz des Großgerätes wesentlichen Teilprojekte sind „Laser-Plasma-Hybridablation von Quarzgläsern“ und „Plasmagestützte Ionisations-Spektroskopie (PGIS)“. Bei der Laser-Plasma-Hybridablation verschiedenster Materialien kann durch den simultanen oder sequentiellen Einsatz eines Plasmas eine signifikante Senkung der benötigten Laserfluenz erzielt werden. Zusätzlich können in der Regel auch deutlich bessere Bearbeitungsqualitäten realisiert werden. Das Großgerät wurde zum einen direkt zur Ablation der Proben eingesetzt, zum anderen als Lichtquelle zur Absorptionsspektroskopie sowie für diverse Streuexperimente. Im Teilprojekt Plasmagestützte Ionisationsspektroskopie (PGIS) werden ein plasmabasiertes Verfahren zur Materialanalyse entwickelt sowie etablierte laserbasierte Verfahren (LIBS) erweitert. Das Probenmaterial wird hierbei nicht durch einen Laserpuls sondern durch eine Plasmaanregung verdampft und ionisiert. Der Bedarf hierfür ergibt sich in speziellen Messsituationen, in denen ein Laser nicht eingesetzt werden kann, beispielsweise bei der Detektion dünner Ölschichten auf Festkörperoberflächen oder auf Flüssigkeiten. Die laserbedingte Verdampfung und Detektion der unter Umständen gut absorbierenden Substrate wird bei der PGIS umgangen, wenn das zu messende Schichtmaterial eine niedrigere Verdampfungstemperatur sowie eine höhere optische Transmission als das Substrat aufweist. Das Forschungsgroßgerät wurde einerseits als Anregungsquelle zur laserinduzierten Plasmaspektroskopie und andererseits als durchstimmbare Lichtquelle für Cavity-Ringdown-Experimente zur Analyse der Plasmazusammensetzung eingesetzt. Weiterhin wurde das Großgerät im NIP-Teilprojekt ns-Plasmaquelle für medizinische Anwendungen zur Bestimmung von Ozon- bzw. Stickoxidkonzentrationen verwendet. Weiterhin wurde das Forschungsgroßgerät im vom BMBF geförderten Projekt SiPlaH eingesetzt. Das Projekt widmet sich dem plasmaunterstützen Laserannealing von amorphem zu polykristallinem Silizium. Gegenüber einem reinen Laserprozess konnte im Projektverlauf durch den simultanen Einsatz eines kalten Atmosphärendruckplasmas eine Steigerung der Annealingeffizienz um ca. 90 % erhöht werden. Die für das Projekt vorgesehenen Untersuchungen wurden mit einem XeCl-Excimerlaser (λ = 308 nm) durchgeführt. Durch den Einsatz des Forschungsgroßgerätes konnten im weiteren Projektverlauf zusätzliche Experimente bei anderen Wellenlängen realisiert werden, um die Datenbasis für plasmaunterstütze Laserannealingprozesse effektiv zu erweitern. Das Forschungsgroßgerät soll zudem zukünftig verstärkt im Rahmen der kürzlich neu geschaffenen Forschungsprofessur Laser-Plasma-Hybridtechnologie sowie damit verknüpften Drittmittelprojekten, vorwiegend in den Bereichen Materialbearbeitung und Plasmadiagnostik eingesetzt werden.
Publications
- Lowtemperature atmospheric pressure argon plasma treatment and hybrid laser-plasma ablation of barite crown and heavy flint glass. Appl. Opt. 51 (2012) 17, 3847- 3852
C. Gerhard, S. Roux, S. Brückner, S. Wieneke, W. Viöl
- Plasma meets Glass - Plasma based Modification and Ablation of Optical Glasses. Optik & Photonik 7 (2012) 4, 35-38
C. Gerhard, M. Kretschmer, W. Viöl
- A hybrid laser-plasma ablation method for improved nanosecond laser machining of heavy flint glass. Lasers in Eng., 24 (2013), 391- 403
C. Gerhard, J. Heine, S. Brückner, S. Wieneke, W. Viöl
- Hybrid laser ablation of Al2O3 applying simultaneous argon plasma treatment at atmospheric pressure. J. Ceram. Sci. Tech., 4 (2013) 1, 19-24
C. Gerhard, S. Roux, F. Peters, S. Brückner, S. Wieneke, W. Viöl
