Integrierte Optik - 3D Mikrostrukturierung im Volumen transparenter Materialien
Femtosekunden (fs)-Laserpulse werden genutzt, um transparente dielektrische Materialien mit hoher räumlicher Auflösung dreidimensional zu modifizieren. Im Gegensatz zur Strukturierung lichtempfindlicher Lacke, auf Basis von ultraviolettem Licht mittels Einzel-Photonen-Absorption, beruht die Mikrostrukturierung mittels fs-Laserpulsen auf der Absorption von mehreren Photonen, sogenannter Multi-Photonen-Absorption.
Multi-Photonen Absorption im Laserfokus. Ultrakurz gepulste Laserstrahlung (Pulsdauer ~ 200fs) wird ins Volumen eines bei der Strukturierungswellenlänge (Wellenlänge: 524 nm) transparenten Materials fokussiert und die Laser- und Strukturierungsparameter werden so optimiert, dass ausschließlich im Fokus nichtlineare Absorptionsprozesse zu einer dauerhaften und lokalisierten Veränderung des Materials führen. Die Auflösung dieses Prozesses liegt im Bereich der Wellenlänge des verwendeten Lichts, also im Bereich von unter einem Mikrometer.
Realisierung von integrierten Lichtwellenleitern in Gläsern
Ein vielversprechendes Anwendungsgebiet dieser dreidimensional integrierten Wellenleiter Netzwerke bildet die integrierte Optik. Ziel einer integrierten Optik ist es, alle zum Aufbau eines optischen Netzes erforderlichen Funktionalitäten in einen optischen/photonischen Chip zu integrieren. Die beiden wesentlichen Vorteile einer integrierten Optik sind dabei die erreichbare Stabilität und Skalierbarkeit.
Liegt die Energie der Laserpulse knapp über der Modifikationsschwelle des Materials, kommt es in Gläsern wie Quarzglas oder Borosilikatglas, zu einer gleichmäßigen Brechungsindexerhöhung im Bereich des Laserfokus. Das kann zur Erzeugung von integrierten Wellenleitern genützt werden. Dreidimensional integrierte optische Wellenleiter - Netzwerke werden erzeugt, indem die Probe unter dem Laserstrahl entlang eines gewünschten Pfades verschoben wird.
