Mikro- und Nanostrukturierung mittels Laserstrahlung

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Schematische Darstellung des Aufbaus beim Laserrückseitenätzprozessen
LIBWE–geätzte Quarzglasstruktur mit glatter Oberfläche und guter Kantenqualität
Durch Laserrückseitenätzen hergestellte Spiralphasenplatte mit einem PV-Wert von etwa 1000 nm
Nanostrukturierte Quarzglasoberfläche, hergestellt durch Strukturübertrag von laser-basiert hergestellten metallischen Nanostrukturen

Laserstrukturierung von Dielektrika

Diese Arbeiten zur hochqualitativen schädigungsarmen Strukturierung von Dielektrika basieren auf eigenen Grundlagenuntersuchungen, die zur Aufdeckung der prozessbestimmenden Laserphotonen-Materialwechselwirkungsprozesse beim sogenannten Laserätzen dienten. Unter Laserätzen werden verschieden Verfahren zusammengefasst, die laserinduzierte chemische Reaktionen im Grenzflächenbereich zum Substrat (Werkstück) nutzbar machen, um eine erhöhte Absorption im Grenzflächenbereich der Dielektrika zu erzielen und so einen präzisen Materialabtrag im Nanometertiefenauflösung bei geringster Schädigung der dielektrischen Oberfläche zu ermöglichen. Hierbei kommt oftmals ein Zusatzmaterial zur Anwendung. Laserätzverfahren gestatten die Herstellung hochpräziser optischer Elemente mit lateralen Strukturen entsprechend des Laserspotdurchmesser und einer Oberflächenrauheit von weniger als 10 nm.

Zur direkten Strukturierung von optischen Funktionsoberflächen werden verschiedene Bearbeitungsmethoden eingesetzt. Die Dimensionen der Funktionsoberflächen werden durch die Laserspotgröße und den Laserspotrasterbereich begrenzt. Mittels strukturierter Absorber, die auch mit Laserstrahlung möglich ist, können auch Strukturdimensionen unterhalb des Beugungslimits der verwendeten Laserstrahlung erreicht werden.

Untersuchte Prozessvarianten sind:

  • LIBWE – laser-induced backside wet etching
  • LIBDE – laser-induced backside dry etching
  • LESAL – laser etching at surface adsorbed layers
  • LIFE – laser-induced front side etching

 

Ausgewählte Publikationen

  • P. Lorenz, J. Zajadacz, L. Bayer, M. Ehrhardt, K. Zimmer
    Nanodrilling of fused silica using nanosecond laser radiation

    Applied Surface Science 351 (2015) 935-945
    doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.06.041
  • K. Zimmer, M. Ehrhardt, R. Böhme
    Laser-induced backside wet etching: processes, results, and applications

    Laser ablation in liquids - Principles and Applications in the Preparation of Nanomaterials, Guowei Yang (Ed.) (2012) 1013-1132
    ISBN: 978-981-4310-95-6
  • K. Zimmer, R. Böhme
    Precise etching of fused silica for refractive and diffractive micro-optical applications

    Optics and Lasers in Engineering 43 (12) (2005) 1349-1360
    doi.org/10.1016/j.optlaseng.2004.12.003
  • M. Mäder, K. Zimmer, R. Böhme, T. Höche, J. W. Gerlach, B. Rauschenbach
    Nano-Patterning by Diffraction Mask-Projection Laser Ablation

    Journal of Laser Micro/ Nanoengineering 3 (1) (2008) 9-13
    DOI: 10.2961/jlmn.2008.01.0003
  • P. Lorenz, M. Kloeppel, F. Frost, M. Ehrhardt, K. Zimmer, P. Li
    Laser-induced circular nanostructures in fused silica assisted by a self-assembling chromium layer

    Applied Surface Science 280 (2013) 933-939
    doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.05.102