Materialforscher entwickeln Universalwerkzeug auf Mikroebene
Ultrakurze Laserblitze beißen sich durch jedes Material

Gebündeltes Licht kann Werkstoffe präzise bearbeiten: Der Femtosekundenlaser schneidet, meißelt und hobelt vielfältige Werkstoffe einfach und schnell mit ultrakurzen Lichtpulsen. Künftig könnten die Werkstätten von Fertigungstechnikern um das vielseitige Laserwerkzeug bereichert werden.

DÜSSELDORF. Forscher des Laserzentrums in Hannover haben jetzt Laser entwickelt, die mit ultrakurzen Lichtpulsen schneiden, ohne den Werkstoff zu beschädigen oder zu erhitzen. Ein Lichtblitz des Femtolasers dauert gerade eine Femtosekunde (den millionsten Teil einer milliardstel Sekunde). "Diesen ultrakurzen, aber hochintensiven Lichtpulsen widersteht praktisch kein Material. Mit dem Femtolaser können Stahl und Kunststoffe ebenso präzise bearbeitet werden wie optische Gläser und Halbleitermaterialien", sagt Jürgen Koch, der gemeinsam mit Frank Korte am Laserzentrum forscht.

Je nach Bedarf und Material könne der blitzschnelle Laser auf vielfältige Weise eingesetzt werden, etwa als Mini-Meißel, Hobel, Fräse oder Polierer. Die Physiker haben nun die Einsatzmöglichkeiten des Laserwerkzeuges erweitert. "Künftig kann der Laser auch Materialien strukturieren. Beispielsweise können Maßstäbe, die Roboter in die richtige Position bringen, oder Computer-Chips ohne aufwendige Lithografie hergestellt werden", erklärt Korte.

Mittlerweile setzen auch Medizintechniker den blitzschnellen Laser ein, etwa beim Anfertigen von Gefäßwandstützen, so genannten "Stents". Nur wenn deren Kanten präzise zugeschnitten sind, können später medizinische Komplikationen ausgeschlossen werden. Amerikanische Wissenschaftler vom California Institut of Technology haben zusammen mit Kollegen der University of Arizona unter Einsatz eines Femtolasers ein Verfahren entwickelt, um menschliches Gewebe künftig als holografisches Bild anzuschauen. Damit entfielen die für den Patienten belastenden Röntgenstrahlen. Auch Professor Wolfgang Drommer vom pathologischen Institut der Tierärztlichen Hochschule in Hannover nutzt die neue Technik: Indem der Tiermediziner einige Laserpulse in das transparente Gewebe der präparierten Augenhornhaut von Kaninchen- und Schweineaugen fokussiert, kommt es zu einem so genannten optischen Durchbruch. Dabei werden Atome im Augeninnern verändert, und es entstehen Gewebsblasen. "Dadurch wird ein Schneiden im Innern des Auges möglich, ohne dieses vorher zu öffnen. Das ist besonders in der Augenchirurgie wünschenswert", erklärt Drommer.

Arnold Gillner vom Fraunhofer für Lasertechnik-Institut in Aachen hält den Femtolaser für ein "wertvolles, weil breit einsetzbares Werkzeug". Bohren, Abtragen und Feinstschneiden seien sowohl in der Materialbearbeitung als auch in der Optik heutzutage unerlässlich, sagt er. Gegenüber herkömmlichen Lasern besitze der Femtolaser einen großen Vorteil: Selbst kleinste, empfindliche Werkstücke aus exotischen Stoffen, die einen genauen Zuschnitt benötigen, lassen sich damit bearbeiten. Gerade daran scheitern herkömmliche Laser, weil sie das Werkstück durch zu große Hitze zerstören. So kommt es beispielsweise beim Bearbeiten von Stahl mit üblichen Lasern zu einer Schmelze, sobald der Laserstrahl auf dem Material auftrifft. Hingegen sind die Lichtpulse des Femtolasers zu kurz, um gleichzeitig eine Metallschmelze hervorzurufen. "Sie besitzen jedoch so hohe Intensitäten, dass sie kleinste Teilchen quasi aus den Werkstoffen herausmeißeln", erklärt Physiker Gillner.

Vor allem in der Medizin- und Nanotechnik komme es darauf an, winzigste Materialien bei möglichst geringer Beanspruchung zu schneiden. Allerdings warnt der Experte vor zu großen Erwartungen. Es müsse noch einiges am Femtolaser verbessert werden, um dem schnellen Allround-Laser zum endgültigen Durchbruch zu verhelfen. So müssten die Femtolaser nach Gillners Einschätzung noch billiger werden, einfacher aufgebaut sein und mit höheren Laserleistungen arbeiten können.

Quelle: Handelsblatt

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