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1 -WLT Short Course- Lasersystemtechnik: Strahlformung und -führung Dr. Erwin Jäger TOPAG Lasertechnik GmbH

2 Inhalt: Strahlformung und führung Strahlführung: Von der Lichtquelle zum Werkstück Bedarf an prozessangepassten Strahlprofilen Top-Hat-Strahlformung Multistrahlprozessierung (Multistrahlteiler) Anwendungsbeispiele

3 Strahlführung: Lichtquelle Werkstück Abb: Schema Bearbeitungsmaschine Lasermaterialbearbeitung

4 Strahlführung: Lichtquelle Werkstück Abb: Schema Bearbeitungsmaschine Lasermaterialbearbeitung

5 Strahlführung: Lichtquelle Werkstück Abb: Schema Bearbeitungsmaschine Lasermaterialbearbeitung

6 Strahlführung: Lichtquelle Werkstück Abb: Schema Bearbeitungsmaschine Lasermaterialbearbeitung

7 Beispiel Strahlführung 4 l-system

8 Design Strahlführung Workstation

9 Bedarf Prozessangepasste Strahlprofile Multimode Donut Singlemode Gauß Top-Hat

10 Vorteile TopHat Strahl Hier: Ablation Dünnschichtsystem a) Linescan Strahlprofile b) Schematische Darstellung des Laserabtrags im Materialsystem (Schnittbild) c) Ablationsspur bei rundem und quadratischem Laserstrahlfokus

11 Design Strahlformungsoptiken - Analytisches Verfahren kollimierter Laserstrahl Eingangslichtverteilung Ziellichtverteilung Energieerhaltung, Mapping-Funktion => DOE-Transmission: Kontinuierliche, glatte Phasenfunktion (x,y) (Freiformoptik) modulo 2 (diffraktive Variante)

12 Design Strahlformungsoptiken - Iterative Algorithmen DOE-Phase: (x,y) Linse Ziellichtverteilung: A (x, y ) f f => typ. DOE-Struktur: typ. Anwendungen: - Diffuser - Mehrfachstrahlteiler

13 Herstellung Strahlformungsoptiken Diffraktive Optik: Lithographisch Refraktive (Freiform-) Optik: Glasprägetechnik

14 FBS-Top-Hat Strahlformer von TOPAG Diffraktive Strahlformungsoptik FBS : Focus Beam Shaper Fundamental Beammode Shaping FBS F => 95% Energie in TopHat => beugungsbegrenzte Top-Hat ( 1,5x Gauß-Spot) => große Tiefenschärfe => justagefreundlich Ablation Chromfilm auf Glas

15 Propagation Nicht-Gaußscher Strahlen Hier: FBS - TopHat-Strahlformer

16 TopHat Strahlformung für Photovoltaik Beispiel: Scribing von CIGS- Dünnschicht-Solarzellen P1- Scribing P3- Scribing Gauß-Strahl FBS-TopHat REM- Aufnahmen (rechts) Selektiver Abtrag mit 1 µm Molybden-Schicht dto. 1 µm ITO+ 2 µm CIGS Galvo-Scanner und 4,2 m/s 0,6 m/s Pikosekundenlaser (10ps, 532nm, 400 mw, 100 khz)

17 Strahlformer-Freiform-Optik - Gauß zu TopHat Hier: Refraktive Optik, Herstellung: Glasprägetechnik Oberflächenkontur Strahlformungsoptik Strahlformungsoptik mit x/y-justagehalterung TopHat Strahlprofil 4x4 mm mit CCD-Kamera Input Gauß 5 mm (1/e²) Spezifikation: Transmission ( )nm, Eingangsstrahl 5 mm (1/e²), fix ( 5%) Homogenität TopHat 5% Anwendungen: -Härten, -Lackabtrag Oberflächen, -Belichten Photoplatten, -Lasermesstechnik;

18 Propagation Nicht-Gaußscher Strahlen Hier: TopHat Freiform-Optik

19 Skalierung TopHat 400 µm.40 cm Größenskalierung: Top-Hat Strahl größerer Top-Hat bis 40cm GTH Strahlformer Input Strahlprofil Top-Hat Größe 4 mm Konkav-Linse Arbeitsabstand d = 250 mm Konvex-Linse Größe 2 : 5 mm s kleinerer Top-Hat </= 400 µm =>Zylinderlinse: Linienfokus

20 Mehrfachstrahlteiler + Strahlformer 5x5 Strahlteiler: 1 Gitterzelle (li.) und replizierte Gitterstruktur Beugungsbild (2f-Aufbau): mit Gaußstrahl ( =77%) dto. mit Donut -Mode CCD-Messungen: a) 1x9 Strahlteiler b) 1x3 Strahlteiler kombiniert mit TopHat-Strahlformer Anwendungen Lasermaterialbearbeitung: Parallelprozessierung, z.b. - LED- Dicing - Photovoltaik

21 Zusammenfassung: Strahlformungsoptiken Prozessoptimierte Strahlprofile => Qualität, Selektivität Prozess; => Laser-Mikromaterialbearbeitung! UKP-Laser! Diffraktive Strahlformungsoptiken => zusätzlicher Freiheitsgrad im Design => erweitern Aufgabenspektrum klassischer Optiken => dünn, leicht, strahlungsresistent z.b. Multistrahlteiler zur Parallelprozessierung z.b. beugungsbegrenzt kleine Top-Hat Foki

22 Danke für Ihr Interesse! Demo Strahlformung TOPAG LASYS: Halle 4 Stand E34

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