Nach unten keine Grenze

© Foto | TRUMPF

Dr. Ulf Quentin erzeugt per Ultrakurzpulslaser Oberflächenstrukturen in der Größenordnung von Nanometern. Dafür wurde er von der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Lasertechnik ausgezeichnet.

Der Fokus eines Laserstrahls kann niemals fundamental kleiner sein als dessen Wellenlänge – so steht’s im Buch der Naturgesetze. Doch Forscher versuchen immer wieder, diese Gesetze etwas großzügiger auszulegen: Einer davon ist Dr. Ulf Quentin, Referent der Geschäftsleitung bei TRUMPF. Er schafft es, Laserlicht mit einer Wellenlänge von 500 Nanometern auf einen winzigen Fleck von gerade mal 100 Nanometern zu fokussieren und damit ein Substrat zu strukturieren.

Dazu bedient er sich eines Tricks: Er legt eine winzige Glaskugel mit einem Durchmesser von einem Mikrometer auf die Substratfläche. Dieses Kügelchen beschießt er mit ultrakurzen Laserpulsen und erhält an der Kugelunterseite ein sogenanntes optisches Nahfeld. Quentin: „Ein optisches Nahfeld entsteht immer an der Grenzfläche, wenn Licht von einem Medium in ein anderes übergeht, in diesem Fall vom Glaspartikel in das Umgebungsmedium nahe der Substratoberfläche.“

Im optischen Nahfeld formiert sich der Lichtstrahl gleichsam aufs Neue und hat an der Grenzfläche andere Eigenschaften als im „normalen“ Fernfeld. „Diesen Effekt nutze ich, um den Strahl enger zu fokussieren, als es eigentlich möglich wäre, und trage damit eine Fläche ab, deren Durchmesser fünfmal kleiner ist als die Wellenlänge des Laserlichts“, erklärt Quentin.

Versuchsaufbau-Nanokalligraph

Der Versuchsaufbau des Nanokalligraphen: Mit der Laser-Nanostrukturierung könnte man in Zukunft die Präzision der Laserbearbeitung deutlich steigern und zum Beispiel Schaltkreise für Mikrochips auf direktem Wege bauen. (Foto: TRUMPF)

Um mit dieser Methode nicht nur kleine Punkte in das Substrat einzubringen, sondern Linien und Flächen abzutragen, verwendet Quentin einen zweiten, kontinuierlichen Laserstrahl als optische Pinzette und führt damit das Kügelchen über das Substrat.

„Mit dieser Technik könnte man künftig etwa prototypische Schaltungen für Mikrochips bauen oder lebende Zellen sachte aufschneiden, um sie zu manipulieren“, so Ulf Quentin „So können wir die ohnehin hohe Präzision der Laserbearbeitung nochmals steigern.“

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  • Sven Hirschfeld sagte am :

    Ich habe mich hierhin verirrt, weil ich dache Community wäre ein Forum. Was ich hier lese ist sehr inteessant und beeindruckend. Glas schnell schneiden. Winzige Strukturen und mit einer Glaskugel so klein das man sie wohl nicht sehen kann. Trumpf sollte mal ein Blueray-Brenner für die Unterhaltungselektronik entwickeln 🙂
    Man versucht ein Kraftwerk zu bauen wo sich Salzwasser und Süßwasser austauschen und dadurch eine Strömung entsteht. Die entstehende Wasserkraft willman nutzen um Strom zu erzeugen. Die Schwierigkeit dabei ist die Trennwand zwischen beiden Wasserarten, man nennt es Membrane. Vielleicht könnte man mit dem Ultra-Kurz-Laser dabei Entwicklungsarbeit leisten?
    Vielleicht könnte man auch im Werkzeugbau Oberflächenstrukturen schaffen von denen wir heute nur träumen.

  • Dr. Ulf Quentin sagte am :

    Sehr geehrter Herr Hirschfeld,

    es freut mich, dass Sie hier einige interessante Artikel gefunden haben, auch wenn Sie eigentlich nach einem Forum gesucht hatten. Dass Sie dabei noch ein paar Ideen hier lassen ist umso besser.

    Zu Ihrem Vorschlag mit dem BluRay-Brenner: Unser Hintergrund ist ja die Fertigungstechnik, so dass wir für ein solches Produkt wohl eine neue Sparte gründen müssten, obwohl der Player/Brenner natürlich im Kern mit einer Laserdiode bestückt ist. Der größere Hinterungsgrund ist aber wahrscheinlich, dass wir damit einigen unserer Kunden aus der (Unterhaltungs-)Elektronik Konkurrenz machen würden.
    Daher bleiben wir lieber dabei, die Fertigungs solcher Produkte mir unseren Lasern und Maschinen zu ermöglichen. Unsere Laser finden sich hier z.B. in der Erzeugung extrem kurzwelliger Strahlung für die EUV-Lithographie, sowie beim Strukturieren und Bohren von Leiterplatten bis zum Schneiden von Display-Gläsern oder in mehreren Markier- und Gravieranwendungen.

    Das Strukturieren von metallischen Werkzeugoberflächen mit Ultrakurzpuzlslasern ist bereits seit einigen Jahren ein Gegenstand von Forschung und Entwicklung und es gibt auch bereits industrielle Anwendungen. Hier werden gezielt die tribologischen Eigenschaften geändert – entweder um durch die Struktur eine höhere Reibung zu erzeugen oder aber um in kleinen Näpfen auf der Oberfläche Schmiermittel zu speichern und die Reibung zu senken.

    Auch die Herstellung von Membranen ist denkbar. Die Anforderungen an die Porengröße für osmotische Kraftwerke wären allerdings eine echte Herausforderung…

    Freundliche Grüße
    Ulf Quentin