Laser Writing in der Mikro- und Nanostrukturierung

Laser Writing bezeichnet die direkte Strukturierung von Materialien mittels fokussierter Laserstrahlung, ohne die Notwendigkeit einer physischen Maske. Die Schreibspur des Lasers entspricht dabei der gewünschten Struktur („direktes Schreiben“), wodurch hohe geometrische Flexibilität und schnelle Designanpassungen ermöglicht werden.

In der Werkstofftechnik wird Laser Writing in zwei Hauptkonfigurationen eingesetzt: (i) oberflächenbasiertes Schreiben, bei dem ein Laserstrahl lateral über eine Oberfläche geführt wird, um lokale Modifikationen wie Schmelzen, Ablation, Phasenumwandlungen oder Dotierung zu erzeugen, und (ii) volumenbasiertes Schreiben, bei dem insbesondere ultrakurze Pulse im Fokus nichtlineare Absorption auslösen und so dreidimensionale Strukturen im Materialinneren erzeugen.

Eine wichtige Unterform ist das Direkte Laserschreiben (Direct Laser Writing, DLW), bei dem meist mittels Zwei-Photonen-Polymerisation fotoreaktive Polymere dreidimensional vernetzt werden. Das 3D-Direktlaser-Schreiben erlaubt die Herstellung komplexer Mikro- und Nanostrukturen mit Merkmalgrößen unterhalb der klassischen Beugungsgrenze, etwa für Photonik, Metamaterialien oder mikrofluidische Systeme.

Die Materialantwort hängt stark von Wellenlänge, Pulsdauer, Energiedichte und Strahlführung ab. Relevante Prozesse sind thermische Effekte (Schmelzen, Rekristallisation), photochemische Reaktionen (Radikalbildung, Vernetzung) und strukturelle Modifikationen (Dichteänderungen, Defekterzeugung). Präzise Steuerung dieser Parameter ist entscheidend, um reproduzierbare Strukturen mit definierten optischen, mechanischen oder elektrischen Eigenschaften zu erhalten.

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