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Fokussierte ultrakurz gepulste Laserstrahlung ermöglicht die Bearbeitung von transparenten Dielektrika, wie Glas, obwohl die Photonenenergie geringer als die Energiebandlücke des Materials ist. Die dabei zugrundeliegenden physikalischen Prozesse Multiphotonen-, Tunnel- und Avalancheionisation wurden bereits in zahlreichen experimentellen und theoretischen Studien untersucht und sind unter anderem stark von den transienten optischen Eigenschaften des Materials während der Bestrahlung sowie der Elektron-Elektron Stoßfrequenz abhängig. In diesem Beitrag wird ein Pump-Probe Setup vorgestellt, welches mit einem abbildenden Ellipsometer kombiniert wurde und so den transienten komplexen Brechungsindex des angeregten Materials zeitlich, spektroskopisch und örtlich aufgelöst bestimmen kann. Die damit gemessenen transienten optischen Eigenschaften von Glas werden mit verschiedenen Modellen aus der Literatur verglichen, um diese zu überprüfen und so die nichtlinearen Anregungsprozesse besser verstehen zu können.
Die Bestrahlung einer dünnen Goldschicht (Schichtdicke 𝑑𝑑𝑧𝑧 = 150 nm, 25 nm Haftvermittlerschicht aus Chrom, Substrat: Quarzglas) mit Einzel- und Doppelpulsen von ultrakurz gepulster Laserstrahlung (Pulsdauer 𝜏𝜏𝐻𝐻 = 40 fs, Wellenlänge 𝜆𝜆 = 800 nm, zeitlicher Pulsabstand 𝛥𝛥𝛥𝛥 = 400 ps, Spitzenfluenz pro Puls 𝐻𝐻0 = 1,5 𝐻𝐻𝑡𝑡ℎ𝑟𝑟 , 𝐻𝐻𝑡𝑡ℎ𝑟𝑟 − Ablationsschwelle) ergibt signifikante Unterschiede zwischen der Topologie der Ablationsstrukturen des Einzel- und des Doppelpulses. Durch Simulationen mit Hilfe des Zwei-Temperatur-Modells in Kombination mit der Hydrodynamik (TTM-HD) können diese unterschiedlichen Topologien erklärt werden. Die Ursache stellt dabei die Wechselwirkung des zweiten Pulses mit der durch den ersten Puls erzeugten Ablationswolke, deren Erhitzung durch die Absorption des zweiten Pulses und die anschließende allseitige Expansion des entstehenden Gas-Flüssigkeits-Gemisches dar. Die berechneten Ergebnisse werden durch ultraschnelle abbildende
Reflektometrie bestätigt und validiert.
Im Rahmen der Bachelorarbeit und des Praxissemesters wurde ein Programm erstellt, welches die theoretische Berechnung der Laserstrahlpropagation ermöglicht. Die theoretische Grundlage bietet das Beugungsintegral von Gustav Kirchhoff. Ziel war es diesen theoretischen Grundlagen in eine geeignete Programmiersprache umzusetzen. Als Entwicklungsumgebung MATLAB ausgewählt. Eine GUI (Graphic User Interface) wurde erstellt, um die Bedienung einfach und benutzerfreundlich zu gestalten. Von besonderer Bedeutung für die Berechnungen ist die Elementgröße, da sie die Genauigkeit der Ergebnisse und die benötigte Berechnungsdauer bestimmt. Hierfür wurde eine empirisch ermittelte Funktion aufgestellt, die es ermöglicht die maximal mögliche Elementgröße zu bestimmen. Weiterhin wurde eine Funktion aufgestellt, welche eine Abschätzung der Berechnungsdauer ermöglicht. In dieser Arbeit wird die Gestaltung und Bedienung, sowie Inhalt und die Umsetzung des entwickelten Programmes zur Berechnung der Laserstrahlpropagation bis zum bisherigen Arbeitsstand beschrieben.