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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.
Einfluss der Pulswiederholfrequenz auf die Ablation von Dielektrika mittels ultrakurzer Laserpulse
(2023)
In dieser Arbeit wurde der Einfluss der Fluenz, der Pulsanzahl und der Pulswiederholfrequenz bei der Strukturierung von Dielektrika mittels ultrakurzer Laserpulse untersucht. Es stand dabei ein Lasersystem mit einer emittierten Wellenlänge im Infrarot-Bereich und einer Pulsdauer von 200 fs zur Verfügung, um die Abhängigkeiten der Ablationsdurchmesser, der Ablationstiefe und des Ablationsvolumens von der Pulswiederholfrequenzen im kHz-, MHz- und GHz-Regime zu betrachten. Im Rahmen dieser Untersuchung wurde festgestellt, dass diese Größen, einschließlich der daraus ermittelten Ablationsschwellen und der Ablationsvolumina pro Laserpuls, von der Pulswiederholfrequenz abhängig sind. Dabei zeigte sich, dass die Ablationsschwellen mit steigender Pulsanzahl und zunehmender Pulswiederholfrequenz sinken. Zusätzlich konnten bei der Betrachtung der Ablationstiefen und -volumina im MHz- und GHZ-Regime Hinweise für Wechselwirkungen zwischen aufeinander folgenden Laserpulsen gefunden werden.
Es werden theoretische Grundlagen zur Laserpulsabscheidung und der eingesetzten Anlagentechnik, sowie Auswertungsverfahren kurz erläutert. Die Tantalhaftschichten werden mittels Ionengestützter Laserpulsabscheidung hergestellt und über Haftfestigkeitsprüfverfahren miteinander verglichen. Vergleichend wird ein CrSi2-SiC-WC-Haftschichtsystems dem gegenübergestellt. Im gleichen Zuge erfolgen Untersuchungen zur Realisierung einer homogenen Schichtabscheidung.
Die folgende Arbeit befasst sich mit der Strukturierung von Stahl mit ultrakurzen Laserpulsen im Burstmodus. Dabei wird untersucht inwiefern sich die Bearbeitungsparameter Fluenz, Pulsdauer und Laserpulse pro Burst hinsichtlich der erreichbaren Abtrageffizienz, Oberflächenrauheit und dem abgetragenen Materialvolumen auswirken.
Im Rahmen der Bachelorarbeit wurden Strukturierungsexperimente an verschiedenen Materialien mittels ultrakurzen Laserpulsen durchgeführt. Die untersuchten Materialien sind Stahl (Thyrodur 2990), Wolframcarbid, Quarzglas und PMMA. Die Versuche wurden mit der Laseranlage FS-150-10 durchgeführt. Ziel der Versuche war es Erkenntnisse über das Ablationsverhalten der untersuchten Materialien bei einer Pulsdauer von ca. 35 fs zu gewinnen. Diese Ergebnisse sollten mit denen für 150 fs verglichen werden um den Einfluss der Pulsdauer zu charakterisieren. Desweiteren sollten Einflussfaktoren, welche sich auf die Oberflächenrauheit auswirken untersucht werden. Dazu wurden Testfelder erzeugt und auf ihre Strukturtiefe und Oberflächenrauheit der strukturierten Bereiche untersucht.