Design einer Mikropositionierplattform mit 3DoF zum einmaligen Justieren von Lasertargets im Vakuum

Zur Erforschung von Kernstrukturen und Eigenschaften verschiedener Materialien werden die Materialatome durch Pump-Probe-Experimente im Vakuum in beschleunigte Ionen und Elektronen aufgeteilt. Die dafür benötigte Energie wird von einem Hochintensitätslaser bereitgestellt. Um die maximale Energieintensität des Lasers auf eine Materialprobe (Target) übertragen zu können, muss das Target auf wenige Mikrometer genau gegenüber dem Laser positioniert sein. Zur Positionierung dieser Targets werden im Rahmen dieser Arbeit Mikropositionierplattformen auf Basis von elektrothermischen Aktoren aus dem Negativphotoresist SU-8 entwickelt, simuliert und hergestellt. Dazu werden drei verschiedene Positioniermodelle abgeleitet, die maßgeblich auf dem parallelkinematischen Prinzip beruhen und mit Pseudobimorphaktoren eine Bewegung in drei Freiheitsgraden erzeugen. Zur korrekten Auslegung der Mikropositionierplattformen werden die Wärmemechanismen im Vakuum betrachtet. Es zeigt sich, dass die Wärmeleitung und Konvektion in die Umgebung ab einem Druck von 10⁻2 Pa vernachlässigt werden kann. Die gewählte Geometrie der Positioniermodelle wird mit Hilfe des Finiten-Elemente-Programms COMSOL verifiziert und optimiert, sodass Auslenkungen von über +/- 50 μm in xyz- Richtung möglich sind. Aus einer methodischen Bewertung der entwickelten Mikropositionierplattformen geht hervor, dass Modell 1 und 2 die Anforderungen am besten erfüllen und werden daher realisiert. Die Mikropositionierplattformen werden mittels UV-Tiefenlithographie und Oberflächenmikrobearbeitung im Reinraumlabor des Instituts EMK hergestellt