Grundlagenuntersuchungen und Mikromaterialbearbeitung mit Few-Cycle Laserpulsen von Wide-Bandgap-Dielektrika

• Antragsteller: Dr. Alexandre Mermillod-Blondin
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269423143

Im Rahmen des ursprünglichen Forschungsvorhabens mit dem Titel „Grundlagenuntersuchungen und Mikromaterialbearbeitung mit Few-Cycle Laserpulsen von Wide-Bandgap-Dielektrika“ wurden erhebliche Erfolge zu den Themen Plasmaerzeugung während der Bestrahlung mit ultrakurzen Laserpulsen und zu dem Potential von Few-Cycle Pulsen zur Materialbearbeitung erzielt. Die fundamentalen Mechanismen der Plasmaerzeugung wurden durch die Detektion und Analyse der sogenannten Brunel-Harmonischen untersucht. Mit der Absicht diese Arbeit in das pulsierende Feld der Erzeugung hoher Harmonischer in Festkörpern zu integrieren, haben wir gezeigt, dass unter unseren experimentellen Bedingungen, die Signatur der Starkfeldionisation (SFI) von allen begleitenden Mechanismen isoliert werden konnte. Durch die Kombination der zeitaufgelösten Brunel-Spektren mit einem numerischen Phasenrekonstruktionsalgorithmus („Time Domain Ptychography“), konnte der charakteristische, SFI-induzierte stufenweise Anstieg der Plasmadichte rekonstruiert werden. Dieses bahnbrechende Resultat bietet eine ideale Basis zur Fortsetzung experimenteller Arbeiten in diesem Bereich. Mit dem vorliegenden Erneuerungsantrag, werden Untersuchungen in zwei Richtungen angestrebt. Einerseits wird der relative Beitrag von SFI und Stoßionisation bei variierender Anregungswellenlänge untersucht. Andererseits wird die Plasmaerzeugung im Kontext der Materialbearbeitung untersucht. Zwei Fälle werden hierbei hervorgehoben, das Titan-Saphir- sowie das YAG-Szenario.Die Untersuchungen des Potentials von Few-Cycle Laserpulsen zur Materialbearbeitung haben ebenso exzellente Ergebnisse geliefert. Insbesondere hat die Verwendung von Few-Cycle Pulsen das direkte Schreiben von Wellenleitern im Volumen und an der Oberfläche von unbehandeltem Quarzglas ermöglicht. Die Oberflächenwellenleiter weisen einen ausgezeichneten Brechungsindexkontrast (nahezu 0.01) auf. Diese Erfolge legen einen hervorragenden Grundstein für das Verfolgen von weiterer Forschung in Richtung von integrierter Biosensorik. Dieser Erneuerungsantrag zielt auf die Entwicklung von direktem Laserdrucken von dreidimensionalen photonischen Plattformen für die Sensorik von Oberflächenplasmonenresonanzen ab, bei dem die Plasmonenresonanz durch die elektromagnetischen Wellen angeregt wird, die durch die laserinduzierten Oberflächenwellenleiter propagieren. Dieser Ansatz kombiniert die außergewöhnliche Leistungsfähigkeit von Oberflächenplasmonenresonanzsensoren mit dem bemerkenswerten Grad der Miniaturisierung, welcher durch die Verwendung von integrierten optischen Elementen ermöglicht wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen