Zeitschrift für Elektrotechnik und Elektronik

Auswirkungen von Pulsdauer und Wärme auf laserinduzierte periodische Oberflächenstrukturen

Kodama S 

Verglichen mit herkömmlichen Methoden der Nanotexturierung ist ein Ultrakurzpulslaser eine effiziente Technologie zur Herstellung von Nanostrukturen, sogenannten laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen (LIPSS), auf Materialoberflächen. LIPSS lassen sich leicht herstellen, wenn die Pulsdauer kürzer als die Kollisionsrelaxationszeit (CRT) ist. Dementsprechend wurden Ultrakurzpulslaser hauptsächlich zur Untersuchung von LIPSS verwendet, doch sie strahlen instabil und sind teuer. Obwohl Langpulslaser kostengünstig und hochstabil sind, sind die Phänomene (wie die Auswirkung von Pulsdauer, Laserwellenlänge und Wärme) der LIPSS, die mit Kurzpulslasern mit einer Pulsdauer nahe der maximalen CRT, also größer als Femtosekunden, hergestellt werden, noch nicht geklärt. Es wurde zwar berichtet, dass Nanosekundenpulslaser LIPSS erzeugen, doch diese waren unklar und uneinheitlich. In dieser Studie wurde der Kurzpulslaser mit einer Pulsdauer von 20 ps, ​​die nahe an der maximalen CRT liegt, eingesetzt, um die Auswirkungen von Pulsdauer und Wärme auf die Herstellung von LIPSS zu klären und Probleme im Zusammenhang mit Ultrakurzpulslasern zu lösen. Zunächst wurde eine Finite-Differenzen-Zeitbereichssimulation mit einer Pulsdauer von 20 ps entwickelt, um die Auswirkungen der Bestrahlungsbedingungen auf die Verteilung der elektrischen Feldstärke zu untersuchen. Anschließend wurden Experimente mit dem 20-ps-Pulslaser unter unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt. Das Aspektverhältnis des erhaltenen LIPSS war größer als das der mit Ultrakurzpulslasern hergestellten LIPSS, aber LIPSS wurden nicht bei Laserwellenlängen von 355 und 266 nm hergestellt. Darüber hinaus war der Kurzpulslaser thermischen Einflüssen ausgesetzt, und ein Kühlmaterial war für die Herstellung von LIPSS mit hohem Aspektverhältnis wirksam. Dies zeigt die Auswirkungen einer Pulsdauer nahe der CRT und von Wärme auf die Herstellung von LIPSS.