Bonn 2000 – wissenschaftliches Programm

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K: Kurzzeitphysik

K 6: Laser-Anwendungen/-Materialbearbeitung

K 6.4: Vortrag

Donnerstag, 6. April 2000, 17:30–17:45, HS XIV

Analytische Betrachtungen zum Abtragen von Metallen und Dielektrika mit gepulsten Lasern — •A. Ruf^1,2, M. Beck², P. Berger¹, F. Dausinger¹ und H. Hügel¹ — ¹IFSW, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 43, 70569 Stuttgart — ²DaimlerChrysler AG, Postfach 2360, 89013 Ulm

In diesem Beitrag sollen mit Hilfe von analytischen Lösungen der eindimensionalen zeitabhänigigen Wärmeleitungsgleichung einige grundsätzliche Merkmale des Materialabtrags mit gepulsten Lasern herausgearbeitet werden. Da das hierzu verwendete Modell auch Volumenabsorption und -verdampfung in einfacher Form berücksichtigt, lassen sich insbesondere Unterschiede in der Erwärmung und dem Abtragsverhalten von Metallen und Dielektrika ableiten. Es wird gezeigt, dass einzelne Lösungen der Wärmeleitungsgleichung für verschiedene Grenzfälle miteinander verbunden werden können, um ein transientes Abtragsmodell zu erhalten, das eine gute Übereinstimmung mit numerischen Rechnungen aufweist. Bei Metallen wird das resultierende Temperaturprofil im Wesentlichen durch die Wärmeleitung bestimmt, während es bei Materialien mit hoher optischer Eindringtiefe entsprechend der Energieeinkopplung dem Lambert-Beer-Gesetz folgt. Dies führt zu deutlich längeren Aufwärmzeiten bei Dielektrika mit einem Temperaturanstieg proportional zur absorbierten Energiedichte. Im Gegensatz dazu ist bei Metallen auch der zeitliche Verlauf der Laserintensität von größerer Bedeutung. Die Aufwärmphase kann einen maßgeblichen Einfluß auf den Gesamtabtrag pro Puls haben, während der Abtrag nach Pulsende, zumindest bei Metallen, eher vernachlässigbar ist.