10. Direkte Methoden der Mikrostrukturierung

Laserstrahlverfahren. Das Wort Laser ist ein Kurzwort für Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung). Die Funktion des Lasers beruht auf dem Prozess der induzierten Emission von Strahlung, der bereits 1917 von Albert Einstein vorhergesagt wurde. In einem optischen Resonator, der von zwei hochreflektierenden Spiegeln gebildet wird, befindet sich das aktive Medium. Die Wellenlängen der Laserstrahlung reichen vom ultravioletten bis in den infraroten Spektralbereich. Sie entsprechen elektronischen Übergängen zwischen zwei Energiezuständen der Atome oder Moleküle des aktiven Mediums. Der Laserprozess setzt ein, wenn der Zustand mit höherer Energie stärker besetzt ist als der Zustand mit niedrigerer Energie. Eine solche Besetzungsinversion wird durch das sogenannte Pumpen erreicht. Dies kann zum Beispiel mit Hilfe von kontinuierlich oder impulsförmig zugeführtem Licht (optisches Pumpen) erfolgen. Verschiedene Laserarten benutzen sehr unterschiedliche aktive Medien und Pumpmechanismen. Der erste Laser wurde 1960 von Theodore Maiman in den Hughes Research Laboratories entwickelt [2]. Als aktives Medium verwendete er Rubin, einen einkristallinen mit Chrom dotierten Aluminiumoxidkristall. Laserstrahlung weist für die Mikromaterialbearbeitung hervorragende Eigenschaften auf. Der Laserstrahl kann extrem fokussiert werden, so dass sehr hohe Leistungsdichten erreicht werden können. Außerdem erlaubt die Fokussierung eine extrem lokale Materialbearbeitung. Laser strahlen Licht nur in einem sehr schmalen Wellenlängenbereich aus. Vereinfacht wird auch von einfarbiger (monochromatischer) Strahlung gesprochen, die nur eine einzige Wellenlänge enthält. Dies ermöglicht die selektive Anregung von Molekülen in der Oberfläche von Werkstücken. Laser können kontinuierlich oder gepulst betrieben werden. Damit ist eine zeitlich kontrollierte Materialbearbeitung möglich. Die derzeit kleinsten erreichbaren Pulsdauern liegen in der Größenordnung von einigen Femtosekunden (1 fs = 10⁻¹⁵ s).