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In dieser Arbeit wird der Einfluss ultrakurzer Laserpulse auf die Dynamik thermodynamischer Zustandsgrößen in dünnen Gold- und Aluminiumschichten numerisch simuliert. Dazu wird zunächst ein Advektions-Diffusions-Modell in Euler-Koordinaten untersucht, welches eine Kopplung der hydrodynamischen Eulergleichungen mit einem Zwei-Temperatur-Modell darstellt. Anschließend wird ein äquivalentes Modell in Lagrange-Koordinaten entwickelt und die daraus berechneten Simulationen mit den Ergebnissen des Modells in Euler-Koordinaten verglichen. Um die thermodynamischen Materialeigenschaften von Aluminium und Gold zu modellieren, werden Zustandsgleichungen für beide Materialien entwickelt und in das Advektions-Diffusion-Modell integriert. Diese Zustandsgleichungen sind für die verschiedenen stabilen und metastabilen Aggregatzustände von Aluminium und Gold gültig.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einem umfassenden Vergleich der Verwendung von kurz gepulster und kontinuierlicher Laserstrahlung im Mikro-SLM. Nach Charakterisierung der genutzten Bestrahlungsregime werden in Einzelspuruntersuchungen Unterschiede und deren Ursachen hinsichtlich der Schmelzspurbildung zwischen gepulster und kontinuierlicher Bestrahlung betrachtet und diskutiert. Der Bereich geeigneter Prozessparameter wird in Mehrspuruntersuchungen ergänzt. Des Weiteren wird der Einfluss verschiedener Bestrahlungsregime auf die Bauteileigenschaften von Volumenkörpern untersucht.
Die Zielstellung dieser Arbeit besteht darin, einen optischen Aufbau zu realisieren, welcher mit möglichst wenigen optischen Komponenten einen einzelnen UKP - Laserpuls in einen 2 - Puls bzw. 4 - Puls Burst (dargestellt in Abbildung 3.1) zerlegt und anfängliche Untersuchungen zum Abtragsverhalten unter Verwendung des Burstmodus durchzuführen. Der zeitliche Burstpulsabstand zwischen jedem dieser Burstpulse soll dabei maximal 2 ns für den 2 - Puls Burst und 1 ns für den 4 - Puls Burst betragen, stufenlos einstellbar und zwischen jedem Burstpuls in einem Burst gleich sein. Das Einstellen der
zeitlichen Burstpulsabstände wird für den 2 - Puls bzw. 4 - Puls Burst über unabhängig voneinander arbeitende Translationsachsen realisiert. Mithilfe dieses Aufbaus soll das Abtragsverhalten von UKP - Laserstrahlung eines Ti:Sa - Lasers mit einer Pulsdauer von ca. 150 fs und einer stufenlos regelbaren Pulsenergie von bis zu 1 mJ bei einer Repetitionsrate der Grundfrequenz von 1 kHz und einer mittleren Wellenlänge von 780nm auf Silizium (111) durch die Variation von der zeitlichen Einbringung der Energie untersucht werden.