Photonischer Fortschritt durch Femtosekunden-Laser

Am LZH wurde eine zukunftsweisende, laserbasierte Technologie entwickelt, die eine kostengünstige und flexible Herstellung von Nanostrukturen in dielektrische Materialien ermöglicht. Dabei kommt der Femtosekundenlaser (fs-Laser) zum Einsatz.

Durch den rapiden Fortschritt in der Nanotechnologie können neue Komponenten oder Bauteile produziert werden, die aus periodisch angeordneten Nanostrukturen aufgebaut sind. Solche Nanostrukturen in optischen Materialien wie Quarz eröffnen völlig neue Wege in der Optik, z. B. durch Erzeugung sog. „photonischer Kristalle“ zur „Lichtleitung um die Ecke“ oder Filterung und Verzweigung von Strahlung in mikrooptischen Bauteilen.
Derzeit werden Nanostrukturen mit Hilfe von Elektronen- oder Ionenstrahllithographie hergestellt. Diese Verfahren sind allerdings aufwendig und teuer. Daher wurde am LZH eine zukunftsweisende, laserbasierte Technologie entwickelt, die eine kostengünstige und flexible Herstellung von Nanostrukturen in dielektrische Materialien ermöglicht. Dabei kommt der Femtosekundenlaser (fs-Laser) zum Einsatz.

Bei der nichtlinearen Wechselwirkung von fs-Laserpulsen mit transparenten Materialien werden mehre Photonen simultan absorbiert. Durch die Multiphotonenabsorption werden freigesetzte Elektronen im Laserfeld weiter beschleunigt. Diese Elektronen führen zu einem Mikroplasma, welches nach Ausdehnung kleine Strukturen auf der Probenoberfläche hinterlässt.

Mit dem fs-Laser lassen sich Strukturgrößen bis hinunter zu 100 nm einfach und schnell ohne Vakuumtechnologie realisieren.

Für die Herstellung und Prototyping von künstlichen nanostrukturierten Materialien hat die Materialbearbeitung mit dem fs-Laser wegen ihrer Flexibilität und geringen Kosten entscheidende Vorteile. Zum Beispiel ist die gesamte Bearbeitungszeit für eine aus 216 Löcher bestehenden Struktur auf einer Saphirkristalloberfläche beträgt weniger als 30 Sekunden. Die Struktur kann als zweidimensionaler, photonischer Kristall mit einer zentralen „Defect-cavity“ betrachtet werden. Ähnliche Nanostrukturen sind für viele Anwendungen in der Photonik notwendig.

Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ist eine durch Mittel des niedersächsischen Ministeriums für Wirtschaft, Technologie und Verkehr unterstützte Forschungs- und Entwicklungseinrichtung auf dem Gebiet der Lasertechnik.

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