Aufgabenstellung
Fortlaufende Entwicklungen von Strahlquellen im Bereich kurzer und ultrakurzer Laserpulse eröffnen gänzlich neue Ansätze, Mechanismen der Strahl-Material-Wechselwirkung gezielt zu untersuchen und zu beeinflussen. So erlauben Strahlquellen mit zeitlich variabel geformten ns-Pulsen die gezielte Einstellung der Wechselwirkung bei ansonsten konstanten Laser- und Anlagenparametern wie Intensität oder Fluenz. Am blz wird das Potential der flexiblen Prozessanpassung durch Pulsformung bei der Mikromaterialbearbeitung experimentell untersucht und anhand von zeit- und ortsaufgelöster Sensorik validiert.

Vorgehensweise
Der Einfluss der zeitlichen Pulsform im ns-Bereich bzw. der zeitliche Energieeintrag in das Material wird anhand der Mikro-ablation von Metallen untersucht. Ziel ist es, sowohl die Prozessgeschwindigkeit (z. B. Abtragsrate) als auch die Bearbeitungs-qualität für verschiedene Prozesse durch angepasste Pulsformen zu optimieren. Des Weiteren kann – bei Kenntnis der zeitlich aufgelösten Wechselwirkungsphasen – eine Erhöhung der Prozesseffizienz erreicht werden, indem Verluste, die beispielsweise durch Plasmaabschirmung entstehen, bei der Bearbeitung mit ns-Pulsen gezielt vermieden werden.

Ergebnisse
Es zeigt sich, dass die zeitliche Verteilung der Energie innerhalb eines Nanosekundenlaserpulses zu signifikanten Unterschieden im Bearbeitungsergebnis führt. Variiert man die Pulsform, z. B. im Vergleich einer vorauseilenden und einer nachlaufenden Intensitätsspitze bei ansonsten konstanten Parametern, kann die Abtragseffizienz um den Faktor 2,5 gesteigert werden. Abhängig von der zeitlichen Pulsform können schließlich Charakteristiken wie eine hohe Abtragsqualität, hohe Effizienz oder das Volumen der erzeugten Schmelze systematisch eingestellt werden.