Miniaturisierter Festkörper-Laser (MFL) für neue Anwendungen in der Mikro-Materialbearbeitung

Abb. 1: Nd:YAG-Laserkristall mit Cr4+:YAG-Q-switch-Kristall optisch kontaktiert ("diffusion bonding")

MFL's sind monolithische diodengepumpte Nd:YAG-Laser mit hoher Strahlqualität und wartungs- sowie verschleißfreiem Betrieb. Die bisherigen Ausgangsleistungen sind jedoch für die Materialbearbeitung zu gering. In diesem Kooperationsprojekt soll die Ausgangsleistung erhöht und parallel dazu neue Anwendungsfelder in der Mikro-Materialbearbeitung erschlossen werden.

Der monolithische Miniatur-Faserlaser verwendet einen Nd:YAG-Kristall, an dem als passiver Q-switch ein Cr4+:YAG-Kristall kontaktiert ist ("diffusion bonding", Abb. 1). Die Endflächen dieses Kombinations-Kristalls sind dielektrisch beschichtet und bilden gleichzeitig die Resonatorspiegel. In Kombination mit einer Diodenlaser-Anregung arbeitet dieses Laserkonzept verschleißfrei. Für Anwendungen in der Mikro-Materialbearbeitung wird eine mittlere Leistung von ca. 2W angestrebt, die sich aus dem Pulsbetrieb (50 KHz, 10 ns) ergibt. Hieraus resultieren Pulsspitzenleistungen von ca. 4 KW, die bei geeigneter Fokussierung zum Aufschmelzen/Verdampfen von absorbierenden Dielektrika führen sollten. Inwieweit dies auch für Halbleiter und Metalle zutrifft, ist zurzeit unklar. Nach der Entwicklung des Miniatur-Lasers beim industriellen Kooperationspartner wird im Laserzentrum FH Münster (LFM) zunächst ein Versuchsaufbau erstellt und der Miniatur-Laser integriert. Die Mikro-Bearbeitungsverfahren Strukturieren, Bohren, Schneiden und Beschriften werden für die o.g. Materialien experimentell untersucht und optimiert. Anschließend werden die Resultate mit theoretischen Vorhersagen verglichen.