Strahlhomogenisierung

Maskenabbildung ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung großflächiger Oberflächen­strukturen, und bietet somit einen potentiellen Einsatz dieser Methode auch in industrieller Umgebung.

Allerdings stellt Maskenabbildung hohe Anforderungen an die räumliche Homogenität des verwendeten Laserstrahlprofils. Leider besitzt die Strahlung von Kurzpulslasern im Allgemeinen eine unzureichende Homogenität, die durch die hohe räumliche Kohärenz dieser Quellen bedingt ist. Da die herkömmlichen, bei Nanosekundenlasern allgemein bekannten, Homogenisierungstechniken aufgrund der hohen Kohärenz von Kurzpulslasern ausscheiden, müssen hierfür spezielle Methoden entwickelt werden. Im Folgenden werden zwei Strahlhomogenisierungstechniken für Kurzpulslaser vorgestellt, von denen die eine für jeden einzelnen Puls wirksam ist, und die andere bei Verwendung von Mehrschussbestrahlung zum Einsatz kommt.

Glättung durch Zweiphotonenabsorption

Die Glättung der Intensitätsverteilung eines Einzelpulses kann durch ein nichtlineares Element mit hohem Zweiphotonen­absorptions­koeffizienten erzielt werden. Dabei werden im Strahlprofil Intensitätsspitzen („hot spots“) durch die nichtlineare Absorption deutlich stärker absorbiert als Strahlteile geringerer Intensität. Bei geeigneter Auswahl des Zweiphotonen­absorbers kann die Strahl­homogenität deutlich erhöht werden.

Abbildung 1: Kombination aus variablem Strahlversatz und Zweiphotonenabsorption zur Strahlprofilglättung. Rechts: Strahlprofil vor und nach Homogenisierung.

Glättung durch variablen Strahlversatz

Viele Anwendungen, z. B. die Erzeugung tieferer Strukturen mittels Laserablation, erfordern eine Mehrschussbestrahlung der Probe. Wird die Lage des Strahlprofils auf der Maske nach jedem Schuss variiert, so ergibt sich in der Bildebene ein gemitteltes Strahlprofil, dessen Homogenität mit steigender Mittelung (steigende Schusszahl) zunimmt. Experimentell kann dies durch den Einsatz einer schräggestellten, planparallelen Platte, die um die optische Achse rotiert, erreicht werden. Dieses Element führt dann einen rotierenden Strahlversatz in der Maskenebene ein.