Pour le 8ème atelier sur la technologie des lasers ultrarapides, 120 experts de 22 pays se sont réunis les 8 et 9 avril à Aix-la-Chapelle. Le nom l'indique déjà : cet atelier porte sur la génération et l'application d'impulsions laser dans le domaine des picosecondes (ps) et des femtosecondes (fs). Ces impulsions laser peuvent traiter pratiquement tous les matériaux. La recherche et le développement ont fait de grands progrès ces dernières années dans la génération et l'application, de sorte que les discussions techniques de cette année ont principalement porté sur l'évolutivité des processus, en plus des nouvelles applications.
Évoluer avec plus de puissance et plus de longueurs d'onde
Actuellement, des sources de laser industrielles de haute puissance allant jusqu'à 1000 watts sont disponibles, par exemple de la part du fournisseur de systèmes TRUMPF. Ce laser avec des énergies d'impulsion allant jusqu'à 10 mJ à des durées d'impulsion inférieures à 1 ps est prêt pour des tests dans le laboratoire d'application du Cluster d'Excellence Fraunhofer Advanced Photon Sources CAPS à l'Institut Fraunhofer ILT ou chez TRUMPF lui-même à Schramberg.
Concernant les longueurs d'onde des systèmes laser, il y a une tendance vers l'ultraviolet (UV) et l'ultraviolet profond (DUV), la discussion a porté sur les avantages d'un point de focalisation plus petit ainsi que sur l'enlèvement de matériaux transparents. Les applications sur le marché de l'électronique grand public, en particulier la fabrication d'écrans, stimulent le développement ultérieur. Les lasers à excimère dominent encore, mais les lasers à impulsion ultracourte à état solide sont en plein essor, comme on a pu l'entendre de Coherent.
Light Conversion a présenté lors de l'atelier des données intéressantes sur la puissance et la durée de vie de différents lasers. De plus de 10 000 heures pour le système UV de 30 W, le résumé allait jusqu'à près de 30 minutes lors des tests pour générer une longueur d'onde de 172 nanomètres, ce qui correspond à la 6ème harmonique.
Un nouveau système d'EKSPLA a suscité l'étonnement, qui fournit des impulsions ns et fs à partir d'un laser. Les impulsions sont synchronisées avec une source, les utilisateurs ont la possibilité de régler librement la durée et l'espacement des impulsions. « C'est comme ébaucher et finir sur une machine », a remarqué un participant. Le système d'EKSPLA permet également une programmation très flexible de rafales en MHz et GHz. Il y a quelques années, cela faisait encore partie des présentations fondamentales - maintenant, cela fait partie du standard des sources de faisceau ultracourt modernes.
Alors que les experts ont mieux compris les processus dans le matériau ces dernières années, le focus de l'atelier s'oriente maintenant davantage vers la technologie des systèmes. Une attention particulière a été accordée cette année au sujet de la formation de faisceau. Hamamatsu propose un nouveau modulateur LCoS (Liquid Crystal on Silicon) qui, grâce à l'utilisation de saphir, supporte des puissances allant jusqu'à 700 watts ou 3 kW/cm². Les utilisateurs peuvent ainsi façonner les faisceaux presque à leur guise - les profils en anneau et en chapeau de haut sont deux exemples. Ils génèrent également des profils multifeux ou corrigent des aberrations.
Des modulateurs similaires basés sur des systèmes micro-électromécaniques (MEMS) ont été présentés par Silicon Light Machines. Ils sont plus rapides (taux de rafraîchissement de 100-500 kHz) que les modulateurs LCoS, supportent jusqu'à 10 kW/cm², mais ont une résolution inférieure. Ceux qui n'ont pas besoin de la flexibilité des modulateurs se tournent vers des éléments optiques diffractifs (DOE) qui combinent haute résolution et haute résistance à la destruction. HOLO/OR a présenté leurs avantages et inconvénients dans l'application avec des systèmes de scanner.
Ces derniers ont également fait des progrès significatifs. Le scanner polygonal de MOEWE de Mittweida atteint jusqu'à 1000 m/s de vitesse de déviation du faisceau laser. Les développeurs ont dû résoudre un problème central : la gestion des énormes volumes de données allant jusqu'à 38 Go par mètre carré de surface de traitement, qui se produisent lors de la gravure rapide. Pour des rouleaux d'impression de plus de 100 mètres carrés, ils se sont donc appuyés sur des surfaces segmentées. Pour de telles applications, les experts s'attendent encore à une augmentation significative de la productivité grâce à l'utilisation de sources de faisceau plus puissantes.
Des entreprises comme SCANLAB et AEROTECH combinent délibérément des scanners, des modulateurs acousto-optiques et des systèmes d'axes pour exploiter les forces de chaque système pour un meilleur débit. Ils s'attendent ainsi à ce que la mise en cascade des composants entraîne un cycle de travail plus élevé du processus, ce qui conduit à une productivité accrue.
Martin Reininghaus a présenté avec les machines multifeux de Pulsar Photonics une autre voie pour augmenter la productivité. Pour cela, Pulsar a développé, en plus de la tête multifeux, un concept de multi-scanner et de tête multi-scanner. Les têtes multifeux conviennent à une production hautement productive de structures périodiques, tandis que dans les configurations multi-scanner, chaque scanner peut agir indépendamment. Cela représente à son tour un défi pour distribuer les grands volumes de données ainsi que les impulsions laser au bon moment aux différents scanners.
L'importance du contrôle de processus inline a été démontrée par Florian Lendner de GFH. Grâce à une surveillance systématique des paramètres de processus et d'environnement, son équipe a identifié un dérive à long terme, qui a pu être compensée par une routine de correction automatisée. Cela a permis d'améliorer la fidélité de forme des composants à ± 1 µm, ce qui a encore augmenté la précision du micro-usinage.
Dr. Jens Ulrich Thomas (Schott AG) a partagé des expériences sur le micro-soudage du verre. Schott a mis en œuvre le processus au niveau des wafers et atteint des connexions avec une résistance au cisaillement supérieure à 50 MPa. L'entreprise utilise la technologie dans le domaine de la technologie médicale. Les méthodes d'assemblage sans colle réduisent les efforts d'approbation.
L'entreprise Lidrotec vise avec son application spéciale d'impulsions laser à travers une couche de liquide le marché des semi-conducteurs, afin de réduire les pertes de matériau lors de la séparation des puces. En conséquence, Lidrotec prépare la technologie pour des applications à grande échelle.
Technologie laser à portée de main : « Le Marketplace » sur le campus
La visite des laboratoires de l'Institut Fraunhofer ILT, du RWTH « Campus de recherche Digital Photonic Production » ainsi que du RWTH Aix-la-Chapelle - Chaire de technologie laser et RWTH Aix-la-Chapelle - Chaire de technologie des systèmes optiques a offert, avec neuf stations, l'occasion de voir en direct de nombreuses technologies présentées lors de l'atelier. Une application présentée était l'attaque laser sélective induite (SLE). Dans ce cas, le faisceau laser focalisé écrit le contour de la pièce souhaitée dans un brut de verre, qui est ensuite exposé par un processus d'attaque.
Astrid Saßmannshausen (Fraunhofer ILT) a montré dans le laboratoire et plus tard lors de l'atelier comment elle fabrique des composants micro- et macro-optiques tels que des lentilles avec ce processus. L'avantage de cette méthode réside dans la liberté de conception (« Complexité gratuite ») et la possibilité de personnalisation. Après la création de la forme, la surface est encore polie au laser. Le laser UKP peut également enlever le verre directement en surface, ce qui nécessite toujours de trouver un compromis entre la vitesse du processus et la qualité de la surface.
De nombreuses activités autour de la formation de faisceau à l'aide de modulateurs de cristaux liquides ont également été présentées. Martin Kratz et Martin Osbild (tous deux de Fraunhofer ILT) ont fourni des exemples concernant le processus SLE et la structuration de surface.
Grâce à la formation de faisceau, les aberrations sphériques peuvent être réduites, des profils multi-faisceaux peuvent être générés ou des tampons optiques peuvent être formés, permettant de structurer de plus grandes surfaces d'un seul coup. Paul Buske de la RWTH Aachen – chaire de technologie des systèmes optiques a démontré comment ces formes de faisceau peuvent être générées de manière aussi parfaite que possible avec des réseaux neuronaux lors de sa présentation.
Ouvert, hautement spécialisé, tourné vers l'avenir – l'atelier UKP 2025
« Il est toujours impressionnant de voir à quel point la communauté UKP discute ici ouvertement des détails techniques », s'est réjoui le Dr Dennis Haasler, responsable de groupe au Fraunhofer ILT et président de l'atelier, à la clôture du 8e atelier UKP sur la technologie des lasers ultrarapides. « Encore une fois, l'atelier a prouvé être une excellente plateforme pour l'échange entre la recherche, le développement et l'industrie », a ajouté le Dr Christian Vedder, responsable du département de technologie de surface du Fraunhofer ILT.
Cette année, l'accent a été mis sur l'évolutivité des processus de fabrication, pour lesquels de nombreuses innovations, principalement dans le domaine de la technologie des processus, ont été discutées. Le prochain atelier UKP sur la technologie des lasers ultrarapides est prévu pour les 28 et 29 avril 2027.
Contact :
