Seit der ersten experimentellen Realisierung eines Lasers im Jahr 1960 durch
T.H. Maiman ist das Gebiet der Laserphysik stark expandiert. Die Entdeckung
und Weiterentwicklung unterschiedlichster Lasermaterialien führte zu einem weiten Anwendungsbereich, dass sich von Medizin über Materialbearbeitung bis hin zur Telekommunikation erstreckt.
Im Bereich der Mikrobearbeitung hat sich der Laser als sehr nützliches Instrument erwiesen. Durch seine Flexibilität und seiner Fähigkeit nahezu jedes Material bearbeiten zu können, ist sein Einsatzgebiet scheinbar grenzenlos.
Aufgrund seiner Bearbeitung ist es möglich, die Effektivität von Bauteilen zu erhöhen. So erfahren Oberflächen nach einer Strukturierung mit dem Laser eine Verbesserung ihrer tribologischen Eigenschaft.
Ein Gebiet, in dem zunehmend geforscht wird, ist das Laserritzen von Solarzellen. Mit herkömmlichen Methoden getrennte Solarzellen weisen durch lokale Kurzschlüsse Wirkungsgradverluste bis zu 30 % auf. Das neuartige Laserritzverfahren für mono- und polykristalline Silicium-Wafer ermöglicht eine saubere und kostengünstigere Separierung.
Eines der ersten Anwendungen in der Mikrobearbeitung ist das Bohren von Löchern.
Mit Durchmessern von weniger als 20 μm ist diese Applikation für die Herstellung
von Druckerdüsen oder Mikro-Filtern unverzichtbar geworden.
Auch im kommerziellen Bereich hat sich der Laser etabliert. Eine Laseranlage zum
Beschriften und Markieren von Oberflächen gehört heutzutage zur Standard-Ausrüstung wenn es darum geht, hohe Durchsatzraten zu erzielen.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 2. Lasersystem für die Mikrobearbeitung
- 2.1 Aufbau des Lasersystems
- 2.2 Erzeugung ultrakurzer Laserpulse
- 2.2.1 Modenkopplung
- 2.2.1.1 Passive Modenkopplung
- 2.2.1.2 Sättigbarer Absorberspiegel
- 2.3 Strahlengang im Laser
- 2.3.1 Optische Komponenten im Strahlengang
- 2.3.2 Verlauf der Laserstrahlung im Laser
- 2.4 Steuerung
- 3. Charakterisierung von Laserstrahlen
- 3.1 Methode zur Messung des Strahldurchmessers
- 3.2 Bestimmung der Beugungsmaßzahl M²
- 3.3 Fokussierung der Laserstrahlung
- 4. Autokorrelator
- 4.1 Autokorrelation eines Signals
- 4.2 Optische Autokorrelation
- 4.3 Nichtlineare Optik
- 4.3.1 Wellengleichung der nichtlinearen Optik
- 4.3.2 Polarisation bei hohen Feldstärken
- 4.3.3 Die Suszeptibilität für Effekte 2. Ordnung
- 4.3.4 Phasenanpassung
- 4.3.5 Realisierung der Phasenanpassung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Arbeit beschreibt den Aufbau und die Charakterisierung eines Lasersystems für die Mikrobearbeitung. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Messung der Pulsdauer mit einem Autokorrelator, welcher im Rahmen eines Praktikumsversuchs eingesetzt werden soll. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf dem Verständnis der Frequenzverdopplung im Kontext der Autokorrelationsfunktion.
- Aufbau eines Lasersystems für die Mikrobearbeitung
- Charakterisierung der erzeugten Laserpulse
- Messung der Pulsdauer mittels Autokorrelation
- Theorie der nichtlinearen Optik und Frequenzverdopplung
- Anwendung des Lasersystems in der Mikrobearbeitung
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Dieses Kapitel führt in die Thematik der Mikrobearbeitung mit Ultrakurzpulslasern ein und gibt einen Überblick über die Ziele und den Aufbau der Arbeit. Es skizziert die Bedeutung der präzisen Pulsdauermessung für die Anwendung und die Notwendigkeit des Verständnisses nichtlinearer optischer Prozesse.
2. Lasersystem für die Mikrobearbeitung: Dieses Kapitel detailliert den Aufbau des verwendeten Lasersystems, einschließlich der Erzeugung ultrakurzer Laserpulse durch Modenkopplung (sowohl passive als auch mit sättigbarem Absorberspiegel). Es beschreibt den Strahlengang, die verwendeten optischen Komponenten und die Steuerung des Systems. Der Fokus liegt auf der Erläuterung der technischen Details und der Funktionalität der einzelnen Komponenten im Zusammenhang mit der Erzeugung und Manipulation von ultrakurzen Laserpulsen.
3. Charakterisierung von Laserstrahlen: In diesem Kapitel werden die Methoden zur Charakterisierung der Laserstrahlen vorgestellt, insbesondere die Bestimmung des Strahldurchmessers und der Beugungsmaßzahl M². Die Fokussierung der Laserstrahlung wird ebenfalls behandelt. Die beschriebenen Methoden sind essentiell für die quantitative Bewertung der Laserleistung und -qualität, die wiederum für den Erfolg der Mikrobearbeitungsprozesse entscheidend ist.
4. Autokorrelator: Dieses Kapitel widmet sich ausführlich dem Autokorrelator, einem Instrument zur Messung der Pulsdauer ultrakurzer Laserpulse. Es erläutert das Prinzip der Autokorrelation, sowohl für allgemeine Signale als auch im optischen Kontext. Ein Großteil des Kapitels beschäftigt sich mit der nichtlinearen Optik, den zugrundeliegenden physikalischen Prinzipien (Wellengleichung, Polarisation bei hohen Feldstärken, Suszeptibilität, Phasenanpassung) und deren Realisierung im Autokorrelator. Dieses Verständnis ist fundamental für die korrekte Interpretation der Messergebnisse.
Schlüsselwörter
Mikrobearbeitung, Ultrakurzpulslaser, Modenkopplung, Autokorrelation, Nichtlineare Optik, Frequenzverdopplung, Pulsdauermessung, Lasersystem, Strahlcharakterisierung, Phasenanpassung.
Häufig gestellte Fragen zum Dokument: Aufbau und Charakterisierung eines Lasersystems für die Mikrobearbeitung
Was ist der Inhalt dieses Dokuments?
Dieses Dokument bietet einen umfassenden Überblick über den Aufbau und die Charakterisierung eines Lasersystems für die Mikrobearbeitung. Es beinhaltet ein Inhaltsverzeichnis, die Zielsetzung und Themenschwerpunkte, Zusammenfassungen der einzelnen Kapitel sowie eine Liste der Schlüsselwörter. Der Fokus liegt auf der Erzeugung ultrakurzer Laserpulse mittels Modenkopplung und deren Charakterisierung, insbesondere der Pulsdauermessung mit einem Autokorrelator. Die theoretischen Grundlagen der nichtlinearen Optik im Zusammenhang mit der Frequenzverdopplung werden ebenfalls ausführlich behandelt.
Welche Kapitel umfasst das Dokument?
Das Dokument ist in vier Hauptkapitel gegliedert: 1. Einleitung, 2. Lasersystem für die Mikrobearbeitung, 3. Charakterisierung von Laserstrahlen und 4. Autokorrelator. Kapitel 2 beschreibt detailliert den Aufbau des Lasersystems, inklusive der Erzeugung ultrakurzer Pulse durch Modenkopplung. Kapitel 3 behandelt Methoden zur Charakterisierung der Laserstrahlen, wie die Bestimmung des Strahldurchmessers und der Beugungsmaßzahl M². Kapitel 4 konzentriert sich auf den Autokorrelator zur Pulsdauermessung und erläutert die zugrundeliegenden Prinzipien der nichtlinearen Optik.
Welche Methoden zur Laserstrahlcharakterisierung werden beschrieben?
Das Dokument beschreibt Methoden zur Messung des Strahldurchmessers und zur Bestimmung der Beugungsmaßzahl M². Diese Methoden sind essentiell für die quantitative Bewertung der Laserleistung und -qualität und damit für den Erfolg der Mikrobearbeitungsprozesse.
Wie funktioniert die Pulsdauermessung mit dem Autokorrelator?
Die Pulsdauermessung erfolgt mittels eines Autokorrelators, der auf nichtlinearen optischen Prozessen, insbesondere der Frequenzverdopplung, basiert. Das Dokument erläutert detailliert das Prinzip der Autokorrelation, sowohl für allgemeine Signale als auch im optischen Kontext. Es beschreibt die relevanten Aspekte der nichtlinearen Optik, wie die Wellengleichung, Polarisation bei hohen Feldstärken, Suszeptibilität und Phasenanpassung.
Welche Rolle spielt die nichtlineare Optik?
Die nichtlineare Optik spielt eine zentrale Rolle bei der Pulsdauermessung mit dem Autokorrelator, da die Frequenzverdopplung ein nichtlinearer Prozess ist, der für die Messung genutzt wird. Das Dokument erläutert die grundlegenden physikalischen Prinzipien der nichtlinearen Optik, inklusive der Wellengleichung, Polarisation bei hohen Feldstärken, Suszeptibilität und Phasenanpassung.
Welche Schlüsselwörter beschreiben den Inhalt des Dokuments?
Die Schlüsselwörter des Dokuments sind: Mikrobearbeitung, Ultrakurzpulslaser, Modenkopplung, Autokorrelation, Nichtlineare Optik, Frequenzverdopplung, Pulsdauermessung, Lasersystem, Strahlcharakterisierung, Phasenanpassung.
Welche Zielsetzung verfolgt das Dokument?
Das Dokument beschreibt den Aufbau und die Charakterisierung eines Lasersystems für die Mikrobearbeitung. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Messung der Pulsdauer mit einem Autokorrelator und dem Verständnis der Frequenzverdopplung im Kontext der Autokorrelationsfunktion.
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- Dipl. Ing. (FH) Stefan Kery (Author), 2007, Aufbau und Charakterisierung eines Systems zur Mikrobearbeitung mit Ultrakurzpulslaser, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/119279
