Brechungsindexmodifikation von PMMA mittels Femtosekundenlaserpulsen

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Durch die hohen Intensitäten von Femtosekundenlaserpulsen ist mit solchen Pulsen die gezielte Modifikation des Brechungsindex von PMMA möglich. Dies führte zur Idee die Abbildungsfehler optischer Komponenten zu reduzieren. Dafür muss die Komponente zunächst mittels Interferometer untersucht werden. Die detektierten Abweichungen des Streifenmusters vom Optimum sollen anschließend durch gezielte Modifikation des Brechungsindex als Negativ in eine PMMA-Scheibe geschrieben werden. Eine anschließende Kombination der optischen Komponente und der Scheibe soll so zu einer verbesserten Abbildung führen. Ziel dieser Arbeit war es dabei einen Prozess zur Brechungsindexmodifikation zu entwickeln, bei welchem gleichzeitig die verursachten Schäden detektiert werden können. Dazu wurde ein aus zwei Teilen bestehender Versuchsstand aufgebaut. Mit dem ersten Teil des Aufbaus war eine Mikrometer genaue Bearbeitung der PMMA-Scheiben möglich. Der Hauptbestandteil des Versuchsstands zur Detektion der Schäden besteht aus einem Interferometer, mit welchem die entstehenden Differenzen der optischen Weglängen detektiert werden können. Diese können dann von einer Software ausgewertet werden. Durch geschickte Anordnung der beiden Teile, konnten Bearbeitung und Untersuchung gleichzeitig stattfinden.Nach erfolgreichem Test der Anlage wurde anschließend versucht mit verschiedenen Parametern eine gezielte Änderung des Brechungsindex zu erreichen. Bei der ersten Versuchsreihe wurde ein scannendes Verfahren mit einer geringen Pulsfrequenz von 1 kH gewählt. Dabei wurde zunächst ein Volumen von 100 µm x 100 µm x 100 µm mäanderförmig abgerastert. Mit diesem Verfahren konnte jedoch keine Änderung erzielt werden, so dass anschließend jeder zu bearbeitende Punkt einzeln angefahren und bestrahlt wurde um die eingebrachte Energie zu erhöhen. Da auch mit diesem Verfahren keine Änderung erzielt wurde, folgte eine Versuchsreihe mit hochfrequenter Pulsfolge (76 MHz), welche zu Veränderungen des Brechungsindex durch thermische Zerstörung führte. Der erhoffte Durchbruch zur Korrektur optischer Komponenten konnte somit in dieser Arbeit nicht erreicht werden. Die Ursache für die misslungenen Versuchsreihen mit niedriger Pulsfolge lassen sich auf zu niedrige Intensitäten zurückführen. Ob dies jedoch an der zu geringen Leistung des Lasers oder an Verlusten innerhalb des Aufbaus lag, konnte nicht geklärt werden.

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