Ulrakurzpulslaser

Piko- & Femtosekunden Faserlaser

IPG bietet grüne, Infrarot- und Mid-IR Ultrakurzpuls-, Piko-

und Femtosekundenlaser und Faser-Hybrid-Laser an.

Ultrakurzpulslaser werden in einer Vielzahl von

medizinischen, wissenschaftlichen und industriellen

Anwendungen eingesetzt. Piko- und Femtosekundenlaser 

eignen sich ideal für Präzisionsmaterialbearbeitungen wie

in der Halbleiterfertigung, Flachbildschirme und

für sonstige Dünnschichtmaterialien.

Pikosekundenlaser und Femtosekundenlaser

Ultrakurzpulslaser - Faserlaser

Heutzutage erfordert das schnell wachsende Spektrum neuer fortschrittlicher Anwendungen ultrakurze Pulsdauern im Bereich von 10-11 bis 10-13. Laser, deren Pulsdauern im Piko- (ps) bis Femtosekundenbereich (fs) liegen, auch als Ultrakurzpulslaser (Ultrafast laser) bekannt, werden in der Regel nach dem Chirped Pulse Amplification-Verfahren produziert. Piko- und Femtosekundenlaser von IPG, die auf einer Master-Oszillator/Faserleistungsverstärker (MOFPA)-Architektur basieren,

 

sind besonders gut geeignet für die Erzeugung ultraschneller Impulse im Wiederholratenbereich von 10 kHz bis mehreren MHz mit Pulsenergien im Bereich von mehreren Mikrojoule bis ~1 mJ. Nicht-lineare harmonische Erweiterungen ermöglichen die Erzeugung von VIS- und UV-Impulsen. Solche Spezifikation sind ideal für die Mikromaterialbearbeitung und viele weitere Anwendungen.

Nichtthermisches Absorptionssystem

Pikosekundenlaser (picosecond laser) und Femtosekundenlaser (femtosecond laser) sind in den letzten Jahren in vielen Forschungsbereichen, bei medizinischen Verfahren und in der Mikromaterialbearbeitung beliebter geworden. Im Sinne der Interaktion mit Material bezieht sich der Begriff „ultraschnell“ in der Regel auf das nichtthermische System der Energieabsorption. Das nichtthermische Absorptionssystem ist von Bedeutung, weil es thermische Schäden im Material reduziert und kleinere Merkmale, eine bessere Steuerung und eine bessere Mikromaterialbearbeitung ermöglicht.

Bei der Verwendung von Pikosekundenlasern & Femtosekundenlasern sind in erster Linie zwei wichtige Mechanismen für die Verschiebung der Absorption vom thermischen ins nichtthermische System verantwortlich:

1) Die sehr hohe Momentanspitzenleistung (im mehrfachen Megawattbereich) führt zur gleichzeitigen Absorption mehrerer Photonen, was von der Energie her

 

der Absorption eines sichtbaren oder UV-Photons entspricht. Im Vergleich zu IR-Lasern galt die Absorption von UV-Impulsen kurzer Wellenlänge lange als weniger thermisch selbst im ns-Modus und führte zu kalter Ablation anstatt zum Schmelzen und Verdampfen des Materials. Pikosekundenlaser und Femtosekundenlaser können vergleichbare Ergebnisse mit IR- oder grünem Licht erzielen und machen somit die Erzeugung von UV-Licht überflüssig.

2) Die Pulsdauer wird kürzer als die charakteristische Zeit der vibrierenden Entspannung im Material. Wenn die Energie schneller gespeichert als durch das Material weg vom Auftreffpunkt abgeführt wird, wird die kalte Mehrphotonen-Absorption wirksamer, und die Wärmeabfuhr wird reduziert. Im Gegensatz zu Nanosekundenlasern führt bei diesem System eine wachsende Pulsenergie zu höherem Durchsatz (einer höheren Materialabtragsrate) anstatt zu einer zusätzlichen Erwärmung des Materials.

Wegweisende Ultrakurzpulslaser von IPG Photonics

Die Fortsetzung des Miniaturisierungstrends in der Elektronik- und Halbleiterbranche erfordert die Bearbeitung immer kleinerer Objekte mit hoher Reproduzierbarkeit, Genauigkeit und Präzision und hohem Durchsatz auf einer noch längeren Liste an Materialien. Dies führt zu einer wachsenden Nachfrage nach Pikosekundenlaser & Femtosekundenlaser, obwohl diese gegenüber der gepulsten Nanosekundenlasern höhere Kosten pro Watt aufweisen. Bis zur Einführung des IPG-Programms Ultrakurzpulslaser gab es jedoch noch viel Raum für Verbesserungen hinsichtlich der Komplexität ihrer Konstruktion, der Benutzerfreundlichkeit, Flexibilität, Packungsgröße, Robustheit und Zuverlässigkeit.

 

Aufbauend auf IPGs fundierten Kenntnissen der gepulsten Faserlasertechnologie hat IPG eine Reihe von ultraschnellen Faserlasern, Pikosekundenlaser und Femtosekundenlaser, für die präzise Mikromaterialbearbeitung entwickelt. Die Faserlaser-Pumpquellen und Faserlaser-Komponenten von IPG nutzen die systembedingten Vorzüge der Faserlasertechnologie, was höchst robuste und kostengünstige Laserwerkzeuge ermöglicht, die für die industrielle Verwendung optimiert sind. Dieses Laserangebot wird voraussichtlich den Einsatz von Mikrobearbeitung mit Ultrakurzpulslasern in der Industrie durch Entfernung der Kostenschwelle für den Betrieb und Verbesserung der Zuverlässigkeit erheblich ausweiten.

Auswahl ultraschneller Laser für die Mikrobearbeitung

Im Ultrakurzpuls-Laserbearbeitungsmodus lässt sich ein Minimum an thermischer Schädigung der umgebenden nicht-bearbeiteten Bereiche bei effizienten Materialabtragsraten durch Verwendung von Lasern mit einer Kombination folgender Merkmale erreichen:

  • Erhöhte Fluenz (W/cm2) durch Verwendung kürzerer Impulse mit höherer Spitzenleistung
  • Erhöhte Fluenz durch Verwendung eines fokussierbareren Strahls (geringer M2-Wert)
  • Verbesserte Strahlqualität und Absorption durch Verwendung einer kürzeren Wellenlänge
  • Erhöhte Pulsenergie oder Pulswiederholrate; dies wird den Durchsatz erhöhen, da beides die Durchschnittsleistung des Lasers steigert
  • Verbesserte Strahllagestabilität für eine gleichmäßige Verarbeitung

Sowohl die optischen Parameter als auch die Prozessgeschwindigkeit müssen sorgfältig abgestimmt werden, um

 

eine bestimmte Mikrobearbeitungsaufgabe zu optimieren. Geschieht dies nicht, werden die erwartete hohe Qualität bzw. der erwartete Durchsatz nicht erreicht.

Dank der Entwicklungsarbeit von IPG in allen oben genannten Bereichen können unsere Laser und Systeme Material kostengünstig mit minimaler thermischer Schädigung und hohen Durchsatzraten bearbeiten. Die Piko- und Femtosekundenlaser Modelle von IPG decken eine sehr breite Produktpalette mit allen Wellenlängen, Leistungsstufen und Pulsdauern ab.

Bei der Auswahl eines Lasers für eine kommerzielle Mikromaterialbearbeitungsanwendung muss ein optimaler Ausgleich mehrerer Ziele gefunden werden:

  • akzeptable Arbeitsqualität
  • hoher Durchsatz
  • Benutzerfreundlichkeit
  • minimale Gerätekosten und Betriebskosten

Applikationslabore für Mikromaterialbearbeitungen

Wenn mehrere Laser, die sich hinsichtlich Wellenlänge, Durchschnittsleistung und Pulsdauer unterscheiden, eine vergleichbare akzeptable Bearbeitungsqualität liefern können, wird im Allgemeinen dem 1 Mikron-Laser mit der längsten Pulsdauer und der höheren Durchschnittsleistung der Vorzug gegeben, da er den höchsten Durchsatz mit den geringsten Kosten ermöglicht. Spezifische Material- oder Prozessanforderungen können jedoch einen grünen oder ultravioletten Femtosekundenlaser erfordern. Ultraschnelle Erbium oder Thulium Laser können ebenfalls bevorzugt werden, wenn Wasser oder ein Nichtmetall- bzw. Polymerabsorptionsprofil eine Rolle spielen.

  In den meisten Fällen werden bei der Entwicklung oder dem Übergang eines Prozesses in ein industrielles Umfeld mehrere Laser ausprobiert, um den optimalen Laser und seine Einstellungen für die jeweilige Anwendung zu ermitteln. Applikationslabore von IPG Photonics sind rund um die Welt verteilt und mit Mikromaterialbearbeitungsstationen ausgestattet, die über verschiedene Arten von Nanosekunden- und Ultrakurzpulslasern verfügen. Unser erfahrenes Team von Anwendungstechnikern und Applikationsingenieuren hilft Ihnen gern bei der Validierung Ihrer Anwendung.

Wellenlängen- und Leistungsoptionen

IPG bietet gepulste Faserlaser mit verschiedenen Wellenlängen von UV bis Mid-IR an und ermöglicht den Anwendern somit, viele unterschiedliche Materialtypen zu bearbeiten. Gepulste Infrarot-Faserlaser sind mit 1, 1,5 und 2 μm erhältlich. Die nicht-lineare externe Konvertierung produziert einen grünen und 355 nm-Nanosekundenausgang.

Gepulste Pikosekundenlaser und Femtosekundenlaser sind in Infrarot bis zu 10 W bei 1,5 μm, bis zu 100 W bei 1,06 μm oder als Quelle für die zweite Harmonische bis zu 5 W bei 0,52 μm erhältlich. Femtosekundenlaser reichen von 400 bis 600 fs und Pikosekundenlaser von 10 ps bis 1 ns. Bei einigen Modellen kann die Pulsdauer vom Benutzer justiert werden. Die Wiederholraten reichen von 10 kHz bis 3 MHz. Nähere Einzelheiten erfahren Sie von Ihrem IPG Vertreter.

Zusätzlich zu diesen gepulsten Faserlasern bietet IPG auch hybride Faser-zu-Kristall-Piko- und gepulste Mid-IR Femtosekundenlaser an:

Er:YAG Pikosekundenlaser (1645 nm, 20 W, 100 - 500 ps)
Ho:YAG Pikosekundenlaser (2090 nm, 20 W, 100 - 500 ps)
modengekoppelte CLPF Femtosekundenlaser (feste oder abstimmbare Wellenlänge zentriert auf 2400 nm, 80 MHz, 40-100 fs, 6 W; auch zweite Harmonische zentriert auf 1200 nm)

Pulsdaueroptionen

Ultraschnelle Ytterbium (1 Mikron) Faserlaser sind in verschiedenen Ausführungen von 200 fs bis 20 ps erhältlich. Ultraschnelle Erbium (1,5 Mikron) Faserlaser werden mit ~500 fs angeboten. Bitte kontaktieren Sie einen IPG Mitarbeiter zur Besprechung Ihrer Anforderungen.

Merkmale von Pikosekundenlaser & Femtosekundenlaser

Große Auswahl an Wellenlängen Pulsenergie ist unabhängig von PRR
Durchschnittsleistung von 1 bis 100 W Pulsenergie unabhängig von der Durchschnittsleistung
PRR von 10 kHz bis 3 MHz Konstante Strahlqualität
Hervorragende Strahllagestabilität Kompakt und effizient

HLPP

ELPP-1645 Er:Hybrider YAG Mid-IR Faser-zu-Kristall-Picosekundenlaser liefert bis zu 20 W bei 1,645 μm.

Bitte kontaktieren Sie einen IPG Photonics Mitarbeiter zur Besprechung Ihrer Anforderungen

ELPF 500 fs, 10W ELPP 100 - 500 ps, 20 W   

HLPP

HLPP-2090 Ho:Hybrider YAG Mid-IR Picosekundenlaser liefert bis zu 20 W bei 2,09 μm.

Bitte kontaktieren Sie einen IPG Photonics Mitarbeiter zur Besprechung Ihrer Anforderungen.

CLPF

CLPF ist ein Faser-zu-Masse-Hybridlaser mit im Bereich von 2,1 - 2,6 μm wählbarer Wellenlänge.

Bitte kontaktieren Sie einen IPG Photonics Mitarbeiter zur Besprechung Ihrer Anforderungen.

CLPF, 40-150 fs, > 1 W  
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