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Direkte 3D-Glasinnengravur mit Femtosekundenlaser

Nach umfassender Forschung an der Interaktion zwischen Femtosekundenlaserpulsen und Glas, die von einem europäisch-australischen Netz durchgeführt worden war, könnte die transparente Materialverarbeitung mithilfe von ultraschnellen Lasern neue Anwendungsmöglichkeiten in der Industrie finden.
Direkte 3D-Glasinnengravur mit Femtosekundenlaser
Glas ist ein transparentes Material mit einzigartigen Eigenschaften. Zu den faszinierenden Eigenschaften zählt unter anderem das Reflektieren, die Übertragung und das Absorbieren von Licht. Die Interaktion von ultrakurzen Lichtpulsen mit einer Dauer von weniger als ein paar Hundert Femtosekunden (10-15 Sekunden) gestaltet sich so, dass sich der Brechungsindex lokal bis auf ein paar hundert Femtosekunden (10-2) ändert.

Durch Scannen des Glases unter Anwendung einer Übersetzungsphase können Brechnungsindexänderungen genutzt werden, um Wege zu bilden, über die Licht in 3D von einem Ort zu einem anderen geführt werden kann. Das EU-finanzierte Netz E-FLAG (Exchanges around femtosecond laser applications in glasses) wurde eingerichtet, um den internationalen „Wissensstrom“ zwischen Australien und Europa im Hinblick auf dieses Laserdirektschreibverfahren zu unterstützen.

Die Forscher fokussierten sich auf eine Beschreibung der femtosekundenlaserinduzierten strukturellen Veränderungen in quarzbasiertem Glas, für das eine weitaus höhere Effizienz und Flexibilität erreicht wurde, als mit Lithographie und Trockenätzen. Darüber hinaus zielte E-FLAG auf die Entwicklung von Prototypen von 3D-integrierten optischen Geräten wie 3D-Wellenleitern, Bragg-Gittern und einer räumlich variablen, doppelbrechenden 2D-Optik ab, die potenzielle Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der optischen Kommunikation bieten.

Das E-FLAG-Team erzielte wesentliche Durchbrüche. Hierzu zählen die Bildung von Nanogittern und der ultraschnelle Abbau von Siliziumoxid in verschiedenen Gläsern, einschließlich von reinem Quarzglas, aber auch TiO2-SiO2-Glas, Borosilikatglas und GeO2-Glas. Chirale optische Eigenschaften und eine asymmetrische Lichtdurchlässigkeit wurden ebenfalls bei Quarzglas beobachtet.

Bis zum Abschluss von E-FLAG gegen Ende 2014 wurde die Mikrostrukturierung des hochmodernen Femtosekundenlasers vorangebracht. Die Femtosekundenlaser-Glasverarbeitung geht mit schnellen Schritten voran und die Projektergebnisse stellen Möglichkeiten in Aussucht, die über das Feld der Mikrobearbeitung hinausgehen. Die Technologie schafft neue Märkte für die Laserindustrie im Anwendungsbereich von optischer Kommunikation, Lasertechnik und Biomedizin.

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Schlüsselwörter

Femtosekundenlaser, Glas, E-FLAG, optische Geräte, optische Kommunikation
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