Adaption der optischen Kohärenztomographie für die echtzeit-kontrollierte Mikrostrukturierung transparenter Materialien mit einem F2-Laser

Publication date
2011
Document type
PhD thesis (dissertation)
Author
Wiesner, Markus
Advisor
Granting institution
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
Exam date
2011-06-10
Organisational unit
DDC Class
620 Ingenieurwissenschaften
Keyword
Spektrometer
SAPHIR
Fluorlaser
Mikromechanik
Abstract
OCT is a recently introduced method for non-destructive, non-contact, and multidimensional visualization of structures and interfaces with many applications for the investigation of biomedical specimen. Applications outside the fields of medicine and biology, however, have been scarcely described. One such application of OCT is the real-time control of process parameters in high resolution laser micromachining. A precise positioning and alignment accuracy of the used system and real-time control of parameters such as ablation rate and position are required here. --- Within this work the integration of OCT with the ability of surface representation into an existing F2-laser processing system is described and potential applications for alignment purposes and non-destructive characterization of micro-structured surfaces are demonstrated. It is shown that reliable detection of the sample surface for alignment purposes and subsequent position control with the help of OCT are possible as well as the determination of the laser ablation rate. The generated OCT surface images are quantitatively comparable to those of known analysis tools such as scanning electron, reflected light and confocal microscopy. An axial resolution of ~126 nm for surface detection and a lateral resolution
Die optische Kohärenztomographie (OCT) ist eine neuartige Methode zur zerstörungsfreien, kontaktlosen und multidimensionalen Visualisierung von Strukturen und Grenzschichten mit zahlreichen Anwendungen zur Untersuchung von biologischen Proben. Anwendungen außerhalb von Medizin und Biologie wurden bisher allerdings kaum beschrieben. Eine solche Anwendung der OCT ist die Echtzeit-Kontrolle der Prozessparameter in der Lasermikromaterialbearbeitung, welche hohe Anforderung an die Positionier- und Justiergenauigkeit des verwendeten Systems stellt. Eine genaue Ausrichtung der Probe und eine Echtzeit-Kontrolle der Parameter wie der Ablationsrate und der Bearbeitungsposition sind hierbei erforderlich. --- Im Rahmen dieser Arbeit werden die Integration eines OCT-Systems mit der Fähigkeit zur Oberflächendarstellung in ein bereits existierendes F2-Laserbearbeitungssystem beschrieben und mögliche Anwendungen zu Justierzwecken oder der zerstörungsfreien Charakterisierung von mikrostrukturierten Oberflächen demonstriert. Es wird gezeigt, dass eine zuverlässige Detektion der Probenoberfläche zu Justagezwecken und eine anschließende Lagekontrolle mit Hilfe der OCT genauso möglich sind wie die Bestimmung des Laserabtrags. Die erzeugten Oberflächenbilder des OCT sind quantitativ vergleichbar mit denen bekannter Analysewerkzeuge wie z. B. der Rasterelektronen-, Auflicht- und konfokalen Mikroskopie. Die erreichten Auflösungen liegen axial bei ~120 nm und lateral bei
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