Ultrakurze Laserpulse haben sich zu einem einzigartigen Werkzeug für die Bearbeitung von Materialien entwickelt. Kasseler Nanowissenschaftlern ist es nun sogar gelungen, mithilfe von maßgeschneiderten Laserpulsen winzigste Löcher in hartes durchsichtiges Material zu bohren. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Optics Express“ berichten, haben sie dabei die traditionellen Gesetze der Optik überlistet: Die in Quarz sowie Saphir erzeugten Löcher besitzen die unglaubliche „Größe“ von nur einem Zehntel der mikroskopischen Auflösung.
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Die Laserbearbeitung durchsichtiger Materialien beruht auf einer kurzfristigen Metallisierung des Materials, das anschließend explodiert. Diese Metallisierung, das heißt das Schaffen so genannter freier Elektronen, kann auf zwei verschiedenen Wegen erreicht werden: Entweder werden die Elektronen mit einem kurzen aber kräftigen Tritt freigesetzt oder sie werden so lange geschüttelt, bis sie mit anderen Elektronen eine Lawine auslösen.
Zuerst „getreten“, dann „geschüttelt“
Diesen Trick mit dem „Tritt und dem Schütteln“ haben die Kasseler Physiker dem Lichtpuls beigebracht. Könnte man dieses Licht hörbar machen, würde man ein kurzes intensives Knacken gefolgt von einem längeren Rauschen hören.
Die Physiker um Professor Thomas Baumert und Matthias Wollenhaupt haben nun herausgefunden, dass zur Locherzeugung weniger Energie gebraucht wird, wenn die Elektronen zuerst „getreten“ und dann „geschüttelt“ werden als in umgekehrter Reihenfolge. Dieses Verhalten konnten sie mit Hilfe eines theoretischen Modells bestätigen, das von Bärbel Rethfeld, Universität Kaiserslautern, entwickelt wurde.
„Tolerante“ Lochentstehung
Die Überraschung kam, als die Forscher ihre Löcher genauer anschauten: Die Löcher waren wesentlich kleiner als bisher von Lasern erzeugte Löcher, die nur durch „Treten“ oder nur durch „Schütteln“ der Elektronen entstehen. Zudem wurde die für mögliche Anwendungen wichtige Eigenschaft beobachtet, dass die Lochentstehung sich sehr tolerant in Bezug auf die angebotene Laserenergie verhält.
(idw – Universität Kassel, 15.02.2008 – DLO)
