Make light matter
Die Entwicklung von BeamXpertDESIGNER erfolgte durch Dr. Eppich anhand der Bedürfnisse der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Ferdinand-Braun-Instituts bei ihrer täglichen praktischen Arbeit im Zusammenhang mit der Formung, Führung und Kollimation von Laserdiodenstrahlung. Darüber hinaus hat BeamXpertDESIGNER in seinen Betaversionen bei 50 Anwendern in anderen Forschungsinstituten und Firmen seine Verlässlichkeit und Nützlichkeit im Bereich der Laserentwicklung, Lasermaterialbearbeitung, Datenübertragung und Messtechnik bereits eindrucksvoll unter Beweis stellen können. Das Feedback der Betatesterinnen und -tester führte kontinuierlich zur Weiterentwicklung und Verbesserung von BeamXpertDESIGNER.
Das Resultat: Erhöhte Wertschöpfung durch deutlich beschleunigten Workflow!
Use Cases
Kollimation von Laserdiodenstrahlung
Um die hohe Strahlqualität von Diodenlasern nutzen zu können, muss die stark divergente Strahlung zunächst zu einem parallelen Laserstrahl geformt werden. Diese Kollimation erfolgt in der Regel durch eine oder mehrere Mikrolinsen. Die Verwendung ungeeigneter Linsen kann die von der Laserdiode gelieferte Strahlqualität erheblich verschlechtern.
Mit Hilfe von BeamXpertDESIGNER können die für diese Anwendung am besten geeigneten Linsen ermittelt werden. Darüber hinaus kann die Auswirkung möglicher Linsenfehljustagen auf die Strahlqualität quantitativ bestimmt werden.
Fasereinkopplung
Die Möglichkeit Laserstrahlung in Fasern einzukoppeln, erlaubt es, den Ort der Strahlerzeugung vom Ort der Strahlanwendung zu trennen. Dies stellt in der Praxis einen großen Vorteil dar. Für die Einkopplung der Laserstrahlung in die Faser muss die Strahlung auf einen Fleck genau vorgegebener Größe fokussiert werden und dabei möglichst exakt den Faserkern treffen. Die Größe des Flecks und die durch die Aberration der Einkoppeloptik hervorgerufene Verschlechterung der Strahlqualität hängen von den verwendeten Linsen ab.
Mit BeamXpertDESIGNER kann beides berechnet werden. Zusätzlich ist es möglich, Verluste bei der Einkopplung durch Fehljustage der Linsen quantitativ abzuschätzen.
Frequenzkonversion
In bestimmten Wellenlängenbereichen kann Laserstrahlung nicht oder nur mit großen technischen Schwierigkeiten direkt erzeugt werden. Stattdessen wird die Laserstrahlung in einem leichter zugänglichen Wellenlängenbereich erzeugt und mit Hilfe nichtlinearer Kristalle in den gewünschten Wellenlängenbereich konvertiert. Um dabei optimale Umsetzungsgrade zu erzielen, muss die Laserstrahlung unter Einhaltung sehr eng definierter Parameter (Fokusdurchmesser und -position, Rayleigh-Länge, etc.) in den Kristall fokussiert werden.
Mit Hilfe von BeamXpertDESIGNER gelingt es schnell und zuverlässig, die hierfür erforderlichen Linsenkombinationen zu bestimmen.
Fasergekoppeltes Pumpmodul mit 6 kW
Die Strahlung von 56 Diodenlasern, die in zwei Stacks angeordnet sind, werden einzeln kollimiert und danach in einem Strahl vereint, um in eine Glasfaser eingekoppelt zu werden.
Trotz der hohen Anzahl von einzelnen Laserstrahlquellen ermöglicht BeamXpertDESIGNER hierbei die Arbeit in Echtzeit. Mit Hilfe des "Ray"-Modells ist es möglich, die Verluste bei der Einkopplung der 56 zusammengeführten Laserstrahlen in die Faser korrekt zu bestimmen.
Das System wurde am Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) realisiert und dient als Pumpmodul mit einer maximalen Ausgangsleistung von 6 kW.
EUV-Erzeugungssysteme für die Halbleiterindustrie
Die Entwicklung optischer Komponenten für CO2-Hochleistungslaser und -verstärker zum Einsatz in der Halbleiterindustrie zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung (EUV) erfordert größte Sorgfalt und Genauigkeit, um die erforderliche Stabilität und Präzision zu erreichen. Dabei sind Simulationen und Analysen genauso essenzielle Bestandteile der Entwicklung wie Tests von Funktionsmustern und Prototypen.
BeamXpertDESIGNER unterstützt die TRUMPF Lasersystems for Semiconductor Manufacturing GmbH in der Entwurfsphase des optischen Layouts insbesondere durch seine einfache Bedienung und die sofortige Visualisierung des 3D-Strahlengangs einschließlich der Berücksichtigung der Störkonturen aller Baugruppen.
Beim anschließenden Ausdetaillieren des Entwurfs können einfache Analysen (z. B. ungewollte Teilstrahlen durch Restreflexion von transmittiven Optiken) sowie die genaue Bestimmung der Strahlparameter (Strahlgröße, Leistungsdichte, …) an jeder Stelle des Strahlengangs mit Hilfe von BeamXpertDESIGNER sehr schnell und zuverlässig durchgeführt werden.
Das Auslegen und Simulieren von Versuchsaufbauten mit einigen Dutzend Optiken gelingt dabei genauso mühelos wie das Erstellen von Gesamtmodellen mit mehreren hundert Optiken und einer Gesamtstrahllänge von über einem Kilometer.
Die EUV-Erzeugungssysteme der Firma TRUMPF werden vom Lithographiesystemhersteller ASML gemeinsam mit Komponenten aus dem Hause Zeiss aktuell in Systeme für die Realisierung des 5-nm-Fertigungsprozesses integriert.