Jahresbericht 2009 - Laser-Laboratorium Göttingen e.V.

Jahresbericht 2009

Jahresbericht 2009 

Annual Report 2009 

Laser-Laboratorium Göttingen e.V. (LLG) 

Hans-Adolf-Krebs-Weg 1 

37077 Göttingen 

Tel.: +49(0)551/5035-0 

Fax: +49(0)551/5035-99 

E-Mail: info@llg-ev.de

Laser-Laboratorium Göttingen e.V. 


Redaktion: Prof. Dr. Wolfgang Viöl 

R. Grünke 

Verfasser: Redaktion, Verwaltung 

Zuständige der Abteilungen 

Koordination / 

Gestaltung: R. Grünke 

© Laser-Laboratorium Göttingen e. V. 2009 

Bei Abdruck ist die Einwilligung der Redaktion erforderlich. 

Laser-Laboratorium Göttingen GmbH 


Redaktion: R. Grünke 

Verfasser: J. Steckel, R. Grünke 

Koordination / 

Gestaltung: R. Grünke 

© Laser-Laboratorium Göttingen GmbH 2009 

Bei Abdruck ist die Einwilligung der Redaktion erforderlich.

Inhalt 

Index 

Inhalt 

Vorwort ................................................... 2 

Das Institut im Profil .............................. 4 

LLG-Profil ................................................ 5 

Vorstand und Kuratorium ......................... 6 

Organisation und Team ........................... 8 

Das Institut in Zahlen ........................... 10 

Die Abteilungen ................................... 12 

Ultrakurzpulsphotonik ............................ 14 

Optik/Kurze Wellenlängen ..................... 22 

Nanostrukturen ...................................... 30 

Photonische Sensorik ............................ 38 

Laser-Plasma-Hybridtechnologie ........... 46 

Patente 2009 ......................................... 54 

Publikationen 2009 .............................. 56 

Buchbeiträge ........................................ 60 

Poster ................................................... 60 

Vorträge 2009 ....................................... 62 

Abschlussarbeiten ............................... 66 

Preise, Messen und Veranstaltungen . 68 

Jahresbericht der LLG-GmbH ............. 72 

Index 

Preface .............................................. 2 

The LLG Profile .................................. 4 

Profile of the Institute ........................... 5 

Curatorship, Managing Directors ......... 6 

Structure and Team ............................. 8 

Statistics of the Institute ................. 10 

The Departments ............................. 12 

Ultra Short Pulse Photonics ............... 14 

Optics / Short Wavelengths ............... 22 

Nanostructures .................................. 30 

Photonic Sensor Technologies .......... 38 

Laser Plasma Hybrid Technology ...... 46 

Patents 2009 .................................... 54 

Publications 2009 ............................ 56 

Publications in Books ..................... 60 

Posters ............................................. 60 

Presentations 2009 .......................... 62 

Final Assignments........................... 66 

Awards, Exhibitions and Events .... 68 

Annual Report LLG GmbH .............. 72

Vorwort 

Preface 

Liebe Leserin, lieber Leser, 

das Geschäftsjahr 2009 liegt hinter uns. Es war ein ereignisreiches Jahr 

voller Veränderungen, neuer Aufgaben und Herausforderungen; für mich 

persönlich war es außerdem mein erstes Jahr als Institutsdirektor des 

Laser-Laboratoriums in Göttingen. 

Das LLG erlebte in diesem Jahr mit den zahlreichen Veränderungen, die 

auf einen solchen Stabswechsel folgen, auch die Gründung der Abteilung 

Laser-Plasma-Hybridtechnologie. Neue Aufgaben und neue 

Möglichkeiten werden so in die Struktur des Laboratoriums eingefügt; die 

innovative interdisziplinäre Zusammenarbeit von Plasma- und 

Lasertechnologie, Biologie, Medizin, Chemie und Physik erschließt neue 

Forschungs- und Wirkungsfelder. 

Nach dem erfolgreichen Abschluss des Großprojektes NanoSens – 

Nanostrukturierte photonische Gassensoren liegen nun weitere neue 

Aufgaben vor uns. Da wären z. B. der im Dezember 2009 bewilligte 

Niedersächsische Innovationsverbund Plasmatechnologie, der aufgebaut 

werden muss und zahlreiche neue Forschungsvorhaben erschließen 

kann, sowie die zahlreichen kleineren Projekte aus unseren Fachgebieten 

wie der medizinischen Diagnostik, Umweltanalytik, Messtechnik und 

Sicherheitstechnik, von denen jedes einzelne als wichtiger Beitrag für eine 

innovativere Zukunft geschätzt wird. 

Wie alle Forschungsunternehmen in Deutschland haben auch wir mit den 

Herausforderungen durch die Krise zu kämpfen, doch eine Krise ist nicht 

nur eine Schwierigkeit, die es zu überwinden gilt, sondern im Gegenteil 

eine Chance, neue Wege zu entdecken und sie mit Mut und 

Einfallsreichtum zu beschreiten. Für diesen Mut und Einfallsreichtum 

danke ich vor allem meinen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, die diese 

neuen Wege mit mir gegangen sind, sowie unseren Partnern und 

Auftraggebern, die durch ihr Vertrauen in uns auch ihr Vertrauen in die 

Zukunft beweisen. 

Ich möchte Sie nun einladen, auf den folgenden Seiten genaueres über 

das Institut und seine Projekte zu erfahren. Falls sie weiterführende 

Fragen haben, stehen mein Team und ich Ihnen natürlich jederzeit gern 

zur Verfügung. 

2 

Ich wünsche Ihnen ein erfolgreiches Jahr 2010. 

Wolfgang Viöl 

Prof. Dr. W. Viöl 

� 0551 50 35 50 

� 0551 50 35 99 

vioel@llg-ev.de

Vorwort 

Preface 

Dear ladies and gentlemen, 

The year 2009 is over. It was an eventful year of changes, new tasks and 

new challenges; and for me, it was my first year as new head of the 

Laser-Laboratorium (a laboratory for laser science) in Göttingen, 

Germany. 

This year, many changes happened in the LLG; not only the usual 

changes that go ahead with a new director, but as well the founding of a 

new department, Laser Plasma Hybrid Technology. New tasks and new 

possibilities are integrated in the LLG structure this way, the innovative 

and interdisciplinary work of laser and plasma technology, medicine, 

biology, chemistry and physics opens new working fields. 

After the successfully finished major-project NanoSens – Nano 

Structured Photonic Gas Sensors we are ready to face new tasks. One of 

these tasks is to built up the Innovation Network for Plasma Technology 

of Lower Saxony (NIP, German: Niedersächsischer Innovationsverbund 

Plasmatechnik) which was granted in December 2009 and aims to form 

new scientific cooperation projects with small and medium sized 

companies. 

On the other hand we have lots of smaller projects from our different 

fields of activities; such as medical diagnostics, environmental analytics, 

measurement techniques and safety engineering. Every single project is 

appreciated as an important contribution for a future of innovation and 

progress. 

Just as all scientific research institutes in Germany, we have to fight with 

the implications of the economical crisis – but such a crisis is not only a 

difficulty to handle, it can be taken as a chance to find new ways and 

break new ground with courage and inventiveness. In this regard, I would 

like to thank my employees for showing this courage and inventiveness 

and going the new ways with me as well as I would like to thank our 

partners and principals for their reliance in us and in the future. 

Now I would like to invite you to read more about the Laser-Laboratorium 

and the scientific research project. If you desire any further information, 

please do not hesitate to contact me and my team. 

With kind regards and my best wishes for a successful year 2010, 

Wolfgang Viöl 

Prof. Dr. W. Viöl 

Institutsdirektor 

Director of the Institute 

3

4 

Das Institut im Profil 

The LLG Profile 

Unser Führungsteam 

Von rechts nach links: Dr. K. Mann, Dr. H Wackerbarth, Dr. J Ihlemann, B. Sterr, 

Dr. S. Wieneke, Prof. W Viöl, Dr. A Bayer, Dr. P. Simon 

Our leading Team 

Right to Left: Dr. K. Mann, Dr. H Wackerbarth, Dr. J Ihlemann, B. Sterr, Dr. S. Wieneke, 

Prof. W Viöl, Dr. A Bayer, Dr. P. Simon



Das Laser-Laboratorium Göttingen ist seit 

der Gründung des Trägervereins im Jahr 

1987 eine vom Land Niedersachsen 

institutionell geförderte Forschungseinrichtung 

mit 5 Abteilungen. 

Diese Abteilungen, Ultrakurzpuls-Photonik, 

Optik/Kurze Wellenlängen, Nanostrukturen, 

Photonische Sensorik und die neue 

Abteilung Laser-Plasma-Hybridtechnologie, 

haben mit ihren Forschungsprojekten und 

Entwicklungen auf unterschiedlichen Feldern 

der Laserphysik, Lasermesstechnik 

und Laseranwendung weltweite Anerkennung 

erlangt. Diese findet ihren Ausdruck in 

zahlreichen internationalen Kooperationen 

und Entwicklungsaufträgen. 

Zudem werden Synergien zwischen den 

Universitäten und Fachhochschulen, den 

Instituten der Max-Planck-Gesellschaft und 

der regional ansässigen feinmechanischoptischen 

Industrie entwickelt. 

Die Forschungsaktivitäten reichen von der 

Entwicklung von berührungslos arbeitenden 

Lasermesstechniken für umweltrelevante 

Bereiche bis hin zur Produktveredelung, der 

Herstellung neuer Produkte unter 

Verwendung von Lasern und der Entwicklung 

neuer Lasersysteme. 

Forschungs- und Entwicklungsergebnisse 

werden von lokalen Firmen vermarktet oder 

in Lizenz vertrieben. 

Since the sponsoring association LLG e. V. 

was founded in 1987, the Laser Laboratorium 

in Göttingen runs as a non-profit 

special-purpose enterprise which is 

institutionally supported by the State of 

Lower Saxony, Germany. 

In the past years, the departments Ultrashort 

Pulse Photonics, Optics / Short Wavelengths, 

Nanostructures, Photonic Sensor 

Technology and the new department Laser 

Plasma Hybrid Technology gained 

worldwide acceptance and respect for 

research and development in the fields of 

physics. This acceptance is expressed by a 

multitude of international co-operations and 

development orders. 

Synergies between universities, the 

institutes of the Max-Planck Corporation and 

the regional industry of precision mechanics 

and optics are generated. The research 

activities range from the development of 

non-contacting laser measurement technique 

used for environ-mentally relevant 

areas, to product processing as well as the 

manufacturing of new products by using 

laser radiation, and the development of new 

laser systems. Results from research and 

development are marketed by local 

companies; or they are distributed under 

license. 

5



Vorstand - Board of Managing Directors 

Prof. Dr. Jürgen Troe 

Vorsitzender 

Professor am Institut für Physikalische 

Chemie der Universität Göttingen 

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut 

für biophysikalische Chemie 

Prof. Dr. Gerd Marowsky 

Vorstandsmitglied, Schatzmeister 

Geschäftsführung LLG GmbH 

Prof. Dr. Stefan Hell 

Vorstandsmitglied 

Direktor des Max-Planck-Institutes für 

Biophysikalische Chemie in Göttingen 

6 

Prof. Dr. Jürgen Troe 

Chairman 

Professor at the Georg August University 

Institute for Physical Chemistry 

Contributor of the Max Planck Institute for 

Biophysical Chemistry 


Board Member, Treasurer 

CEO LLG GmbH 

Prof. Dr. Stefan Hell 

Board Member 

Director of the Max Planck Institute for 

Biophysical Chemistry



Kuratorium - Curatorship 

Prof. Dr. Ulrike Bartuch 

Fachhochschule für angewandte 

Wissenschaft und Kunst 

Hildesheim/ Holzminden/Göttingen 

Dr. Hartwig Bechte 

Bonn 

Prof. Dr. Thomas Elsässer 

Max-Born-Institut für nichtlineare Optik 

und Kurzzeitspektroskopie 

Berlin 

Dr. Eva-Maria Neher 

XLAB – Göttinger Experimentallabor 

für junge Leute e. V. 

Göttingen 

Prof. Dr. Tim Salditt 

Georg-August-Universität 


Prof. Dr. Roland Sauerbrey 

Forschungszentrum Rossendorf 

Dresden 

Prof. Dr. Jürgen Wolfrum 

Ruprecht-Karls-Universität 

Heidelberg 

Prof. Dr. Ulrike Bartuch 

HAWK University of Applied Sciences 

and Arts Hildesheim/Holzminden/ 


Dr. Hartwig Bechte 

Bonn 

Prof. Dr. Thomas Elsässer 

Max-Born-Institute for Non-Linear 

Optics and Short Time Spectroscopy 

Berlin 

Dr. Eva-Maria Neher 

XLAB – Experimental Laboratory for 

Young People e. V. 


Prof. Dr. Tim Salditt 

Georg-August-University 


Prof. Dr. Roland Sauerbrey 

Research Centre Rossendorf 

Dresden 

Prof. Dr. Jürgen Wolfrum 

Ruprecht-Karls-University 

Heidelberg 

7



8 

Schematische Strukturdarstellung – Structure Scheme

Das Team hinter den Zahlen 

Faces behind the numbers 

9

Das Institut in Zahlen 

Statistics of the Institute 

Millionen € / Million € 

Die Verwaltung und das technische 

Personal in der Mechanik-, 

Elektronik- und Optikwerkstatt 

sowie im EDV-Bereich stellen die 

Infrastruktur für einen innovativen, 

effizienten und wirtschaftlichen 

Forschungsbetrieb sicher. 

Die Abteilung wird von Birgit Sterr 

geleitet, die gleichzeitig auch stellvertretende 

Geschäftsführerin ist. 

Wirtschaftliche Entwicklung 

Das Laser-Laboratorium Göttingen 

wurde 1987 als Forschungsinstitut 

vom eingetragenen, 

gemeinnützigen Verein LLG e.V. 

gegründet. Ein wichtiger Teil der 

Finanzierung erfolgt durch das 

Land Niedersachsen in Form von 

einer institutionellen Zuwendung 

(Abb. unten). Aufbauend auf diese 

Grundfinanzierung erwirtschaftet 

das LLG seit Jahren kontinuierlich 

hohe Drittmittelaufkommen durch 

Projekte des Bundes, der DFG 

oder durch Auftragsforschung von 

der Industrie. 

10 

The administration team and the 

engineers in optics, electronics, 

mechanics and the information 

systems ensure an efficient 

infrastructure for innovative and 

profitable research activities. 

The head of the administration 

department is Birgit Sterr, the 

deputy general manager. 

Economic Development 

The Laser laboratory was 

founded in 1987 by the non-profit 

special-purpose enterprise LLG 

e. V. An important part of 

financing is given by the German 

Federal State of Lower Saxony 

in the form of an institutional 

founding (see fig. below). With 

the help of this basic founding, a 

continuous flow of third-partyfounds 

is earned by the LLG with 

DFG projects, projects of the 

German Federal Government or 

industrial research assignments. 

Founding by the Federal State of Lower Saxony, Germany 

Own earnings, gained with projects and industrial contracts 

Mitarbeiter: 

Staff Members: 

Dirk Born 

Jutta Braun 

Ronja Grünke 

Wolfgang Kücken 

Olaf Mädiger 

Andreas Spata 

Petra Tregel 

Anette Zwingmann 

Betriebshaushalt 

Operating Budget

Das Institut in Zahlen 

Statistics of the Institute 

Die wirtschaftliche Entwicklung verlief 2009 

trotz der globalen Wirtschafts- und Finanzkrise 

für das LLG äußerst zufriedenstellend. 

Das Institut erzielte wie in den vergangenen 

Jahren mehr als 2/3 seiner Einnahmen 

selbst. 

Personalentwicklung 

Ausbildung 

In Zusammenarbeit mit der Georg-August- 

Universität, der Fachhochschule Hildesheim/ 

Holzminden/Göttingen und der Technischen 

Universität Clausthal bietet das Laser- 

Laboratorium Göttingen Ausbildungsmöglichkeiten 

für Bachelor- und Masterstudenten 

sowie Doktoranden. 

Personalstruktur 

Das LLG beschäftigte am Ende des Jahres 

2009 insgesamt Das Laser-Laboratorium 

Göttingen ist seit der Gründung des 

Trägervereins im Jahr 1987 eine vom Land 

Niedersachsen institutionell geförderte 

Forschungs-einrichtung mit 5 Abteilungen. 

Diese Abteilungen, Ultrakurzpuls-Photonik, 

Optik/Kurze Wellenlängen, Nanostrukturen, 

Photonische Sensorik und die neue 

Abteilung Laser-Plasma-Hybridtechnologie, 

haben mit ihren Forschungsprojekten und 

Entwicklungen auf unterschiedlichen Feldern 

der Laserphysik, Lasermesstechnik 

und Laseranwendung weltweite Anerkennung 

Scienific erlangt. Diese Student findet ihren Ausdruck Engineers in 

zahlreichen Employees internationalen Assistants Kooperationen 

und Entwicklungsaufträgen. 

Administration 

Zudem werden Synergien zwischen den 

Universitäten und Fachhochschulen, den 

Instituten der Max-Planck-Gesellschaft und 

der regional ansässigen feinmechanischoptischen 

Industrie entwickelt. 

Die Forschungsaktivitäten reichen von der 

Entwicklung von berührungslos arbeitenden 

Lasermesstechniken für umweltrelevante 

Personalstruktur in Beschäftigtenkategorien 

Personnel Structure in Occupational Categories 

Bereiche bis hin zur Produktveredelung, der 

Herstellung neuer Produkte unter 

Verwendung von Lasern und der Entwicklung 

neuer Lasersysteme. 

Forschungs- und Entwicklungsergebnisse 

werden von lokalen Firmen vermarktet oder 

in Lizenz vertrieben. 

Mitarbeiter, überwiegend in befristeten 

Ausbildung- und Arbeitsver- hältnissen 

The economic development in 2009 was 

satisfying, even though the Laser Laboratory 

had to handle the impacts of the international 

economical crisis. About 2/3 of the 

income could be generated by the LLG 

itself, just as in the previous years. 

Personnel Development 

Education 

In cooperation with the Georg-August- 

University, the HAWK University for Applied 

Sciences and Arts Hildesheim/Holzminden 

/Göttingen and the Technical University 

Clausthal, the LLG offers education 

possibilities for bachelor and master 

students and postgraduates. 

Personnel Structure 

In December 2009, 64 employees were 

working in the LLG, most of them in fixedterm 

positions (fig. below) The job market 

has many possibilities for our employees 

due to close contacts to the industry built in 

research projects. 97 % of employees and 

students who earned their degrees found 

new employments subsequently (fig. on the 

left). 

Industry Scienctific Others 

Institutis 

Mitarbeiter-Transfer: Anschlussbeschäftigungen unserer 

Mitarbeiter (Wissenstransfer) 

Transfer of Employees New Employments of former 

team members (Transfer of Knowledge) 

11

Die Abteilungen 

The Departments 

12

Dr. Stephan Wieneke (Mitte) erklärt Mitgliedern des 

Rotary-Clubs ein neues Plasmahandgerät 

Dr. Stephan Wieneke (in the middle) explains a novel 

plasma gadget to members of the Rotary Club 

Das ganze Jahr hindurch fanden zahlreiche 

Veranstaltungen im Laser-Laboratorium 

statt, die oftmals eine gute Gelegenheit 

darstellten, die Labore und aktuellen 

Projekte zu präsentieren. 

Angesprochen wurden dabei die 

verschiedensten Personengruppen, angefangen 

von Schülerinnen und Schülern bis 

hin zur Fachpresse und aktuellen sowie 

zukünftigen Kooperationspartnern. 

Wir haben auf dieser Seite ein paar 

Impressionen zusammengestellt. Auf den 

folgenden Seiten stellen sich unsere 

Abteilungen vor. 

Studenten der Georg-August-Universität 

in der Orientierungsphase (LLG-Foyer) 

First semester students from the 

Georg-August-University, LLG-Foyer 

Herr Dipl.-Ing Lars Gundrum (Mitte) stellt das Thema 

seiner Diplomarbeit, die Sprengstoffdetektion, einem 

Fachpublikum vor 

Dipl.-Ing. Lars Gundrum (in the middle) explains his 

diploma thesis, the detection of explosives 

In the year 2009, many different events 

took place in the Laser Laboratorium. 

Often, they were a good possibility for our 

team to present laboratories and novel 

projects to a large public, starting with 

pupils and young students up to the 

specialized press and future cooperation 

partners. 

On this page we would like to present 

some impressions; the departments are 

presented in detail on the following pages. 

Die kolumbianische Delegation für Wissenschaft und Bildung mit Prof. 

Viöl (3 v. r.) im EUV-Labor 

Columbian Delegation for Science and Education with Prof. Viöl 

(5 from the left) in the EUV laboratory 

13

Ultrakurzpulsphotonik 

Ultra Short Pulse Photonics 

Eine Besonderheit von Kurzpulslasern 

ist ihre Fähigkeit, Energie 

sowohl zeitlich als auch räumlich 

enorm stark zu bündeln. 

Dadurch ermöglichen diese 

einzigartigen Laserquellen die 

Erzeugung höchster Intensitäten 

mit mäßigem Energieeinsatz. 

Somit bietet die Kurzpulslaser- 

Technologie das Potential, 

anspruchsvollste Aufgaben in 

der medizinischen Diagnostik, 

Telekommunikation, Materialbearbeitung 

und Umweltanalytik 

zu bewältigen. 

Viele moderne Anwendungen 

erfordern kurzwellige Strahlung, 

um entweder eine hohe 

Photonenenergie bereitzustellen 

oder eine hohe Ortsauflösung zu 

erzielen. 

Kombiniert man die kurze Pulsdauer 

mit kurzer Wellenlänge, so 

eröffnet sich eine Reihe 

neuartiger Anwendungsmöglichkeiten. 

Die primäre Aufgabe 

unserer Arbeitsgruppe besteht 

darin, Techniken zur Erzeugung 

und Anwendung kurzwelliger 

Strahlung mit kurzen Pulsdauern 

zu entwickeln. 

14 

Ultrashort-pulse lasers offer the 

unique capability of an extreme 

concentration of energy in both 

time and space. Such sources 

allow the generation of very high 

intensities, while delivering only 

moderate energies in a well 

controlled manner. Therefore, 

the ultra short pulse laser 

technology holds great potential 

for applications in medical 

diagnostics, telecommunication, 

environmental sensing and 

materials processing. 

There is a need for short wavelength 

radiation, either to provide 

high photon energies or to reach 

a high spatial resolution in 

numerous applications 

Combining short pulse durations 

with a short wavelength holds 

great potential for a row of novel 

applications. The main objective 

of our department is to develop 

ultra short pulse laser systems 

emitting short wavelength 

radiation and promote their 

applications in science and 

technology. 

Dr. Peter Simon 

Abteilungsleiter 

� +49(0)551/5035-21 

� +49(0)551/5035-99 

Peter.Simon@llg-ev.de



Erzeugung ultrakurzer UV-Pulse in gasgefüllten 

Hohlwellenleitern 

Mit dem Einsatz der Hohlfaser-Kompressionstechnik 

in Kombination mit unserem KrF 

Excimerlasersystem konnten wir die 

Erzeugung von ultrakurzen UV-Pulsen 

demonstrieren. Energetische Pulse bei 

248 nm mit einer Dauer von 110 fs wurden 

in einer mit Neon gefüllten Hohlfaser 

spektral verbreitert und anschließend mit 

einem Gitterkompressor komprimiert. Die so 

gewonnenen Pulse von 24 fs Dauer 

erreichten eine Energie von 200 µJ. 

Eine weitere Erhöhung der Pulsenergie um 

den Faktor 1,5-1,7 kann durch den Einsatz 

von ‚gechirpten„ Spiegeln anstelle des 

Gitterkompressors erzielt werden. Die 

momentan verfügbare Energie reicht 

dennoch bereits aus, eine weitere Stufe zur 

spektralen Verbreiterung nachzuschalten. 

Dadurch wird die Erzeugung von energetischen 

Pulsen mit wenigen optischen Zyklen 

möglich. [Nagy, Opt. Letters] 

Generation of Ultrashort DUV Pulses in 

Gas-Filled Hollow Fibers 

We demonstrated the generation of ultrashort 

DUV pulses by applying the hollow 

fiber compression technique to amplified 

pulses of a KrF excimer laser system. Highenergy 

110-fs pulses at 248 nm were 

spectrally broadened by self-phase modulation 

in a neon-filled hollow fiber and 

subsequently compressed by a grating-pair. 

In this way, 24-fs pulses with energies of 

200 µJ were generated at 248 nm. 

It is possible to further increase the energy 

of the compressed pulse by a factor of 1.5- 

1.7 by using chirped mirrors instead of the 

grating compressor. Nevertheless, the 

current pulse energy is large enough to 

drive a second stage of spectral broadening 

which will enable the generation of fewcycle 

pulses in the UV with much higher 

energies than currently possible. [Nagy, 

Opt. Letters] 

Schematische Darstellung des Lasersystems und der Hohlfaseranordnung zur Erzeugung ultrakurzer UV Pulse 

Schematic layout of the laser system and hollow fiber assembly for the generation of ultrashort DUV pulses 

15



In den Experimenten kam eine 2 m lange 

gestreckte flexible Hohlfaser mit einem 

Innendurchmesser von 320 µm zum Einsatz. 

An beiden Enden der Faseranordnung 

waren getrennte Gaskammern angeordnet, 

die die Verwendung eines Druckgefälles 

ermöglichten (unten). 

Die Pulse aus der Faser wurden komprimiert 

und mit einem neu entwickelten 

Einzelschuss-FROG-Gerät charakterisiert. 

Unter Verwendung von Neon bei einem 

Druck von 2 bar am Ausgang der Faser 

erhielten wir die oben dargestellten 

Ergebnisse mit einer Pulsdauer von 24 fs. 

16 

FROG-Messung eines komprimierten UV- 

Pulses. Dargestellt sind die gemessenen 

(a) und zurückgerechneten (b) FROG- 

Signale, sowie die zurückgerechneten 

spektralen (c) und zeitlichen (d) Pulsformen. 

Die rote Kurve in (c) zeigt das 

Pulsspektrum, aufgenommen mit einem 

separaten Spektrometer 

FROG measurement of a compressed UV 

pulse. The measured (a) and retrieved (b) 

FROG traces and the retrieved spectral (c) 

and temporal (d) profiles are shown. The 

red curve in (c) displays the spectrum 

recorded by an external spectrometer 

In the experiments, a 2 m long flexible 

hollow fiber of 320 m inner diameter was 

used which was stretched in order to 

ensure the necessary straightness of the 

waveguide. The fiber assembly separated 

the gas chamber into two parts, allowing the 

use of pressure gradient along the fiber 

(below). 

The pulses emerging from the fiber were 

compressed and then characterized by a 

novel all-reflective single-shot transient 

grating (TG) FROG device. Using 2 bar 

neon at the output side of the fiber the 

FROG trace shown above was obtained, 

yielding a pulse duration of 24 fs. 

Faseranordnung mit 2 m 

Faserlänge 

Fiber assembly with 2 m 

fiber length



Einzelschuss-UV-FROG 

Zur vollständigen Charakterisierung von 

ultrakurzen UV-Pulsen haben wir ein FROG 

Gerät basierend auf dem ‚transienten Gitter„ 

(TG)-Schema entwickelt. Dabei mussten 

etliche speziell im UV-Bereich auftretende 

Probleme gelöst werden. [Nagy,Opt. Express] 

Aufgrund der hohen Materialdispersion im 

UV-Bereich musste eine rein reflektive 

Anordnung implementiert werden. Um die 

größtmögliche zeitliche Auflösung zu erzielen 

wurde das TG-Schema eingesetzt, da 

dessen spektraler Einengungseffekt deutlich 

geringer ist als beim häufig verwendeten „self 

diffraction“ (SD) Schema. Darüber hinaus 

bietet die TG-Anordnung perfekte Phasenanpassung, 

wodurch die Empfindlichkeit des 

Gerätes erhöht wird. Obwohl das Gerät 

(Abb. unten) in erster Linie für die 

Charakterisierung von UV Pulsen konzipiert 

ist, kann seine Funktionalität problemlos auf 

den sichtbaren und/oder infraroten Spektralbereich 

erweitert werden. 

Einzelschuss UV FROG Aufbau 

The single-shot UV FROG device 

Single-Shot UV-FROG 

For the characterization of ultrashort DUV 

pulses, a single-shot all-reflective transient 

grating (TG) FROG arrangement has been 

developed. In the new design critical issues 

characteristic of the deep-UV spectral range 

were addressed. [Nagy,Opt. Express] 

Schematische Darstellung 

des reflektiven Einzelschuss 

transienten Gitter (TG) FROG 

Aufbaus 

Schematic layout of the allreflective 

transient grating 

(TG) FROG arrangement 

Because of the high material dispersion in 

the UV, an all-reflective arrangement was 

implemented. In order to reach an ultimate 

temporal resolution, the TG scheme is the 

method of choice since its spectral filtering 

effect is considerably smaller than that of 

the frequently used self-diffraction (SD) 

scheme. Furthermore, the TG arrangement 

provides fully phase matched operation 

thus increasing the sensitivity of the device. 

Although the device (below) was primarily 

designed for the challenging task of DUV 

pulse characterization, it can easily be 

adapted for the measurements throughout 

the visible and IR spectral range. 

17



UV-fs-Lasersystem hoher Brillanz 

Um extrem hohe fokussierte Intensitäten im 

UV Spektralbereich zu erreichen, müssen 

energiereiche ultrakurze pulse zur 

Verfügung stehen. Solche Pulse können 

nach dem links skizzierten Schema erzeugt 

werden. Hier werden die frequenzverdreifachten 

Pulse eines Ti:Saphir Lasers in 

einem KrF Excimer-Verstärkermodul mit 

zwei Entladungskanälen (LLG-50 PRO, 

rechte Abbildung) verstärkt. Die Strahlführung 

erfolgt nach einer zweistufigen 

‚relay imaging„-Anordnung. Anschließend 

wird die Dauer der Pulse mithilfe eines 

Gitterkompressors auf ein Minimum 

reduziert. 

Je nachdem, an welcher Position des 

Systems der Kompressor steht, können 

entweder 300 fs Pulse mit einer Energie von 

60 mJ oder 110 fs Pulse mit einer Energie 

von 30 mJ generiert werden. Der Ausgangsstrahl 

lässt sich auf einen nahezu 

beugungsbegrenzten Fokusdurchmesser 

fokussieren. 

18 

UV-Hochintensitäts-Lasersystem 

UV high brightness laser system 

High Brightness UV-fs-Laser System 

To reach extremely high focused intensities 

in the DUV spectral range, very energetic 

short pulses are required. Such pulses can 

be obtained by the arrangement displayed 

in the figure below. 

Here frequency tripled pulses of a standard 

Ti:Sa laser are guided through a twinchannel 

KrF amplifier (LLG-50 PRO, picture 

on the right) with a two stage relay imaging 

scheme. Eventually the pulses carrying 

30 mJ are compressed down to 110 fs. 

Schematischer Aufbau des UV-Hochintensitäts- 

Lasersystems. Der Excimer-Verstärker LLG-50 

PRO erhöht die Pulsenergie auf 60 mJ. 

Schematic layout of the UV high brightness laser 

system. The excimer amplifier LLG-50 PRO 

boosts the pulse energy up to 60 mJ.



Oberflächenstrukturierung durch Laser- 

ablation im Nahfeld einer Phasenmaske 

Eine neue Methode zur Erzeugung großflächiger 

Oberflächenstrukturen durch 

Laserablation wurde entwickelt. 

Die Probe wird durch das Interferenzfeld im 

Nahfeld einer Phasenmaske bestrahlt. Zum 

Schutz der Maske und der Probe vor 

Kontamination durch die ablatierten Partikel 

wird ein strömender Flüssigkeitsfilm im 

Raum zwischen Maske und Probe appliziert 

(Abb. unten). [Borchers, Proc. LAMP] 

Zudem wurde ein Verfahren zur Vermeidung 

unerwünschter lateraler Variationen 

der Strukturbildung ausgearbeitet. Aufgrund 

der nicht vollständig unterdrückten nullten 

Beugungsordnung hinter der Maske 

entsteht eine z-Modulation des Interferenzmusters. 

Ist die Probe nicht exakt parallel 

zur Maske montiert, so verursacht diese 

Modulation eine laterale Variation des 

resultierenden Musters. 

Um diesen störenden Effekt zu eliminieren, 

erfolgt eine Translation der Probe in der z- 

Richtung während der Bestrahlung. So 

entsteht eine Mittelung über mehrere 

Verteilungen. Theoretische Betrachtungen 

wie auch experimentelle Nachweise (Abb. 

rechts) belegen, dass diese Mittelungsprozedur 

in einem regulären und gleichmäßigen 

Ablationsergebnis resultiert. 

Surface Patterning by Laser Ablation 

using a Proximity Phase Mask Setup 

We introduced a new approach for the 

generation of large-area periodic surface 

structures on different materials (like 

polymers and semiconductors) by laser 

ablation. The sample is illuminated with the 

interference pattern emerging in close 

proximity behind a phase mask. Effective 

protection of the phase mask and the 

sample against contamination and debris 

formation is obtained by applying a flowing 

water film between the mask and the 

sample (figure on the left), [Borchers, Proc. 

LAMP] 

Schematische Darstellung des Aufbaus zur Nahfeldablation 

- Scheme of the proximity phase mask setup 

In addition a technique to eliminate an 

unwanted lateral variation of the generated 

structures was introduced. Caused by the 

non-vanishing zero diffraction order of the 

phase mask, a z-modulation of the field 

distribution in the space behind the mask 

occurs. If the sample is not perfectly parallel 

to the mask, this z-modulation translates to 

a lateral change of the resulting surface 

pattern. Considering practical adjustment 

tolerances, this variation is virtually 

impossible to avoid. 

For the elimination of this disturbing effect 

we propose to translate the sample in the zdirection 

during illumination. In this way an 

averaging over many different distributions 

occurs. As evidenced by theory and 

experiment (figure below) this averaging 

yields a smooth and regular ablation 

pattern. 

Ablationsmuster mit (a) und ohne (b) z-Translation 

Ablation result with (a) and without (b) z-translation 

19



Oberflächen-Mikrostrukturierung mit 

diffraktiven optischen Elementen 

Zur schnellen Erzeugung periodischer 

Oberflächenstrukturen durch Laserbearbeitung 

haben wir eine neue Methode 

eingeführt. Ein selbstgebautes diffraktives 

optisches Element (DOE), dass den 

Laserstrahl in vorkalkulierte Richtungen 

umverteilt, kommt hierbei zum Einsatz. Die 

Herstellung des DOE geschieht in drei 

Schritten: Aufbringung einer SiOx-Schicht 

auf ein Quatzsubstrat, rückseitige Ablation 

der Schicht mit ArF Laser-Beschuss gemäß 

einem vorkalkulierten 2D-Muster und 

Oxidierung der Schicht zur Überführung in 

Quarz, das die gewünschte Oberflächenstruktur 

trägt. 

In einer Teststudie wurde ein DOE zur 

Erzeugung einer 2D-Verteilung von Intensitätsmaxima 

berechnet (Abb. unten rechts). 

Somit lässt sich in der Fourier-Ebene des 

DOE ein Lochraster in ein Werkstück 

ablatieren (Abb. mitte). 

In einem weiteren Prozessschritt wurde 

diese Struktur mit einem Abdruckverfahren 

auf Polymerproben übertragen, die danach 

aufgrund der Topologie der Oberflächenstrukturen, 

superhydrophobe Eigenschaft 

zeigen (Abb. rechts). 

[Bekesi, Proc. LAMP] 

Intesitätsverteilung in der 

Fourier-Ebene eines DOE 

Intensity distribution in the 

Fourier plane of a DOE 

20 

2D-Lochraster ablatiert in 

Edelstahl mit dem rechts 

gezeigten Intensitätsprofil 

2D hole array ablated in 

stainless steel with the 

intensity profile displayed on 

the right 

Surface Micro-Fabrication using 

Diffractive Optical Elements 

We demonstrated a new approach facilitating 

the rapid generation of periodic 

surface structures via parallel laser 

processing. A diffractive optical element 

(DOE) developed and built in the LLG is 

used to redistribute the laser energy to form 

a desired pattern for surface ablation. For 

the fabrication of the DOE, a backside laser 

ablation of a SiOx layer on a fused silica 

substrate is applied: A computed 2D map 

diagram is formed in the silicon suboxide 

layer by ArF laser ablation. Then the 

system is annealed to convert it into a 

monolithic fused silica unit carrying the 

desired surface profile. 

In a pilot study, a DOE was designed to 

generate a 2D-matrix of intensity maxima 

(fig. on the left). Thus, placing a sample into 

the Fourier-plane of the DOE, a periodic 

hole-array is ablated in a single process 

cycle (fig. in the middle). In a subsequent 

step a replica of the processed surface can 

be produced by transfer moulding. The 

resulting topography facilitates a superhydrophobic 

behaviour of the fabricated 

components (fig. on the right). 

[Bekesi, Proc. LAMP] 

Benetzungseigenschaften einer Kunststoff- 

Fläche: links intakt, rechts strukturiert 

Wettability of a plastic surface: unstructured 

on the left, structured on the right



Unser Mitarbeiter / Our Team 

Dr. Peter Simon 

Dr. Jozsef Bekesi 

Bastian Borchers 

Jarno Kaakkunen 

Jan-Hendrik Klein-Wiele 

Dr. Tamás Nagy 

Tarek Omairi 

Unsere Projekte / Our Projects 

Projekt Erzeugung ultrakurzer UV-Pulse in gasgefüllten Hohlwellenleitern 

Vorlaufforschung 

Projekt Laserablation im Nahfeldverfahren (Submikrometer-Strukturierung) 


Projekt Oberflächen-Mikrostrukturierung mit Hilfe von diffraktiven optischen Elementen 

(DOE). 


Projekt Einzelschuss-UV-FROG-Gerät, Entwicklung und Modifikation 

Finanziert durch Auftraggeber 

Projekt UV-fs-Lasersystem hoher Brillianz, Aufbau 


Projekt hochrepetierenden KrF Kurzpuls-Verstärker, Entwicklung 


Projekt: Herstellung Nanooptischer Strahlleitsysteme durch laserbasierte 

Strukturierungsverfahren 

gefördert vom Land Niedersachsen und der Fraunhofer-Gesellschaft 

21

Optik / Kurze Wellenlängen 

Optics / Short Wavelengths 

Die Abteilung „Optik / Kurze 

Wellenlängen“ des Laser- 

Laboratoriums beschäftigt sich 

mit der Charakterisierung von 

Laserstrahlquellen und Hochleistungsoptiken 

zur Strahlführung. 

Ein Schwerpunkt liegt bei den für 

die Halbleiter-Lithographie relevanten 

tiefen UV-Wellenlängen 

(248 nm, 193 nm), alle anderen 

gebräuchlichen Laser-Wellenlängen 

sind aber ebenso verfügbar. 

Es werden Messapparaturen zur 

Bewertung der Effizienz und der 

Langzeit-Stabilität stark belasteter 

optischer Komponenten betrieben. 

Damit lassen sich u.a. 

deren laserinduzierte Zerstörschwellen 

sowie Absorption und 

Degradationsverhalten bei der 

jeweiligen Einsatz-Wellenlänge 

präzise ermitteln. Zusätzlich wird 

auch die emittierte Strahlung 

selbst genau vermessen, u.a. 

mit speziellen Hartmann-Shack- 

Wellenfrontsensoren. 

Weiterhin werden kompakte 

EUV/XUV-Quellen für messtechnische 

Anwendungen mit wiecher 

Röntgenstrahlung entwickelt 

(Reflektometrie, Diffraktometrie, 

chemische Analytik 

(NEXAFS)). Durch Fokussierung 

mittels eines Schwarzschild- 

Objektivs kann die EUV-Strahlung 

auch zur hochaufgelösten 

Direktstrukturierung eingesetzt 

werden. 

22 

The Optics / Short Wavelengths 

department of the Laser-Laboratorium 

is concerned with the 

characterization of laser sources 

as well as high quality optics for 

beam steering and shaping. 

Main focus is put on the deep 

UV wavelengths (193 nm, 

248 nm) relevant for semiconductor 

microlithography. Other 

common laser wavelengths are 

also accessible. 

Various measuring devices for 

assessment of the efficiency and 

long-term stability of heavily 

loaded optical components are 

operated. This allows, among 

others, at-wavelength determination 

of laser-induced damage 

thresholds, as well as monitoring 

of absorption and degradation 

behavior. In addition, the emitted 

radiation is precisely characterized 

with the help of specially 

designed Hartmann-Shack wave 

front sensors. 

Furthermore, compact EUV / 

XUV sources for metrological 

applications with soft X-rays are 

developed (reflectometry, diffractometry, 

NEXAFS for chemical 

analysis). High-resolution direct 

structuring of surfaces is accomplished 

by focusing the 13,5nm 

radiation with the help of an EUV 

Schwarzschild objective. 

Dr. Klaus Mann 


� +49(0)551/5035-41 

� +49(0)551/5035-99 

Klaus.Mann@llg-ev.de



Wellenfrontsensor misst Absorption aus 

thermischen Linsen 

Strahlungsinduzierte thermische Linsen in 

optischen Komponenten können bei vielen 

Laser-Anwendungen erhebliche Probleme 

bereiten. Am LLG wurde nun ein photothermisches 

Messsystem zur Bestimmung 

der Absorptionsverluste in Laseroptiken 

entwickelt. Es basiert auf einem extrem 

empfindlichen Hartmann-Shack-Wellenfrontsensor, 

der Wellenfront-Änderungen im 

Bereich /10.000 nachweisen kann. 

Dargestellt ist die photothermische Messung 

an einer excimerlaser-bestrahlten 

Quarzplatte. Die ebene Wellenfront eines 

kollimierten Testlasers ´verbiegt´ sich nach 

Einschalten des Excimerlasers innerhalb 

weniger Sekunden durch Brechungsindexänderung 

sowie thermische Ausdehnung 

der Platte. Die Brennweite dieser thermischen 

Linse beträgt im gezeigten Beispiel 

rund 10 km bei einer Gesamtauslenkung 

der Wellenfront von etwa 2 nm. 

Die photothermische Messung kann zur 

schnellen Bewertung der Qualität optischer 

Komponenten eingesetzt werden, da das 

Ausmaß der Wellenfrontänderung direkt 

proportional zu den thermischen Absorptionsverlusten 

ist. Mit dem neuen Verfahren 

lassen sich induzierte Wellenfront-Änderungen 

durch Zernike-Analyse genau vermessen, 

so dass Maßnahmen zur Kompensation 

ergriffen werden können. 

Das Verfahren wird bereits zur Bewertung 

der Qualität von Optiken für die Halbleiterlithografie 

eingesetzt, die höchsten Ansprüchen 

hinsichtlich Verlustarmut, Langzeitstabilität 

und Abbildungsqualität genügen 

müssen. 

Wavefront Sensor Measures Absorption 

from Thermal Lenses 

Radiation induced thermal lenses in optical 

components can cause significant problems 

in many laser applications. Based on an 

extremely sensitive Hartmann-Shack wavefront 

sensor, a photothermal measurement 

system for determining the absorption 

losses in laser optics was developed now at 

the LLG. Wavefront changes of < /10,000 

are detectable. 

Bulk and surface absorption of a laserirradiated 

optical component lead to a 

spatially (and temporally) varying temperature 

profile within the material. Due to 

thermal expansion as well as change in the 

refractive index dn/dT the development of a 

wavefront deformation w(r) may be observed 

(thermal lensing). 

Thermal lens of an excimer laser irradiated 

quartz plate; the wavefront distortion of a 

diode test laser (639 nm) is measured with 

a high-sensitivity Hartmann-Shack sensor 

(deformation ~ 2 nm). 

(Schäfer, Optics Express) 

Photothermisches Messsystem 

Photothermal measurement system 

23



Charakterisierung von Laseroptiken - 

Langzeitbestrahlungstests 

Die Europäische Weltraumbehörde ESA 

wird im Rahmen der Earth Explorer Mission, 

einem Rahmenprogramm zur Erdbeobachtung, 

voraussichtlich im April 2011 den 

Satelliten ADM-Aeolus in einer Umlaufbahn 

von 400 km Höhe aussetzen. ADM-Aeolus 

wird als erster Satellit überhaupt mit einem 

Laser der Wellenlänge 355 nm und einem 

Spiegelteleskop ausgerüstet sein, um nach 

dem Doppler-LIDAR-Prinzip großflächig 

Windströmungen messen zu können. 

Zur Abschätzung der Degradation der im 

Satelliten eingesetzten optischen Komponenten 

(dielektrische Spiegel und Antireflex-Beschichtungen) 

wurden mit einem 

XeF-Excimerlaser bei der Wellenlänge 

351 nm Langzeitbestrahlungen (bis zu 

500 Mio. Laserpulse, 1000 Hz) in einer 

UHV-Vakuumkammer (



Wellenfrontanalyse am Freie-Elektronen- 

Laser (FEL) 

In Kooperation mit DESY/HASYLAB 

(Hamburg) wurde ein kompakter Hartmann- 

Wellenfrontsensor für weiche Röntgenstrahlung 

entwickelt, der an die speziellen 

Anforderungen eines Freie-Elektronen- 

Lasers (Intensität, Kohärenz, Spektralbereich) 

angepasst ist. Der Sensor 

verwendet eine Lochmaske vor einem 

beschichteten CCD-Chip zur Erfassung von 

Intensitäts- und Phasenverteilung. Die Rekonstruktion 

und Echtzeit-Zernike-Analyse 

der Wellenfront erfolgt mit der hauseigenen 

Software MrBeam. Auf diese Weise lassen 

sich bei der Feinjustage von Strahlführungs- 

optiken einzelne Aberrationsterme gezielt 

minimieren. 

Das Messsystem wurde an den Freie- 

Elektronen-Lasern FLASH (Hamburg) und 

LCLS (Stanford) zur Strahl-Charakterisierung 

und Justage optischer Elemente 

eingesetzt. An der FLASH Beamline BL2 

( = 13 nm) konnte so z.B. der rms-Wert der 

Wellenfront um mehr als einen Faktor 3 von 

9,2 nm auf 2,6 nm reduziert werden. 

Da der Sensor gleichzeitig Intensität und 

Phase misst, lassen sich durch numerische 

Propagation (Fresnel-Kirchhoff) Intensitätsverteilungen 

für beliebige Positionen im 

Strahlverlauf vorhersagen. Vergleichende 

Messungen mit einer EUV-Kamera in der 

Fokalebene von BL2 (Kaustik-Scan) 

ergeben eine gute Übereinstimmung mit 

den aus der Hartmann-Messung bestimmten 

Strahlparametern. 

LLG Hartmann Wellenfrontsensor 

LLG Hartmann wavefront sensor 

Wavefront Analysis of Free-Electron 

Lasers (FEL) 

In cooperation with DESY / HASYLAB 

(Hamburg) a compact Hartmann wavefront 

sensor for soft X-ray radiation was 

developed that is adapted to the specialized 

needs of free-electron lasers (intensity, 

coherence, spectral range). The sensor 

uses a pinhole array in front of a coated 

CCD chip for the monitoring of intensity and 

phase distribution. Wavefront reconstruction 

and real-time Zernike analysis is accomplished 

with the in-house software MrBeam. 

This facilitates fine-tuning of the beam 

steering optics by minimization of individual 

aberration terms; thus, the focusability of an 

FEL can be optimized. 

The measurement system was employed at 

the free-electron lasers FLASH (Hamburg) 

and LCLS (Stanford) for beam characterization 

and adjustment of optical elements. 

In this way, at FLASH beamline BL2 

( = 13 nm) the rms value of the wavefront 

could be reduced by more than a factor of 

3 from 9.2 nm to 2.6 nm. 

Since the sensor records both intensity and 

phase, it allows also the prediction of 

intensity distributions for any position in the 

beam course by numerical propagation 

(Fresnel-Kirchhoff). Comparative measurements 

with an EUV camera in the focal 

plane of BL2 (caustic scan) revealed a good 

agreement with the beam parameters 

evaluated from the Hartmann measurement 

data. 

Wellenfronten der FLASH-Beamline BL2 vor (links) und 

nach (rechts) Justage mit der Optik 

Measured wavefronts at FLASH beamline BL2 before (left) 

and after (right) alignment of the focusing optic 

25



KOMET – Effizienter Materialabtrag mit 

radial polarisiertem Licht 

Im InnoNet Verbundvorhaben KOMET 

sollen innovative Konzepte zur Erzeugung 

von radial polarisiertem Licht mit Festkörperlasern 

entwickelt und getestet 

werden. Verglichen mit linear oder zirkular 

polarisierter Laserstrahlung werden Reflexionsverluste 

bei der Einkopplung in das 

Material minimiert, was Effizienzvorteile von 

30 % sowohl beim Bohren kleinster Löcher 

als auch beim Laser-Schneiden mit hoher 

Präzisionsanforderung zur Folge hat. 

In diesem Zusammenhang wurden Module 

zur externen Polarisationskonversion mit 

Hilfe von segmentierten λ/2-Platten aufgebaut 

und charakterisiert, wobei sich bei der 

Wellenlänge von 1064 nm Konversionseffizienzen 

von 80 % ergaben. Ferner 

wurde mit dem Aufbau eines Laserresonators 

zur internen Erzeugung radialer 

Polarisation begonnen, der mit Hilfe eines 

speziell geformten konischen Nd:YAG 

Kristalls Polarisationsselektion, Rückkopplung 

und Verstärkung in einer Komponente 

vereinigt. Simulationen und erste Voruntersuchungen 

lassen einen differentiellen 

Wirkungsgrad von 30 – 40 % erwarten. 

Vergleich der Einkopplung von linear und radial 

polarisierter Laserstrahlung in Materie. Bei 

wachsender Neigung der Oberflächennormalen 

gegen die Strahlrichtung koppelt gemäß Fresnel die 

p-Komponente besser in das Material ein. Insgesamt 

folgt eine wesentlich höhere Abtragseffizienz für 

radial polarisiertes Licht 

Comparison of coupling efficiency of linearly and 

radially polarized laser light into matter: according to 

Fresnel’s equations, increasing incidence angles 

lead to a reduced reflexion loss for p-polarized light. 

Therefore, radially polarized light has a much higher 

absorption coefficient than linearly polarized light, 

leading to better material removal 

26 

KOMET – Higher Laser Cutting Efficiency 

with Radially Polarized Light 

In response to the rapid growth in the 

photovoltaics market, the aim of the project 

is to develop a laser that emits radially 

polarized light for material processing, and 

to evaluate the performance of this laser in 

industrial applications. 

Up to now, fine cutting of brittle-hard 

materials such as silicon has made use of 

circularly polarized lasers. In contrast to 

linearly polarized radiation, the quality of the 

cut does not depend on the cutting 

direction, resulting in state-of-the art 

industrial cutting quality. 

However, for a radially polarized laser beam 

the absorption in the material is up to 30 % 

higher than for circular polarization, thereby 

reducing coupling losses. This allows 

significantly higher cutting speeds, or, 

alternatively, cutting the same material at 

lower laser powers. 

Current work is related to the external 

conversion of the polarisation state of 

linearly polarized lasers with segmented 

half-wave plates, as well as intra-cavity 

generation of polarized light by conically 

shaped laser rods.



EUV/XUV Quelle 

Für die Erzeugung kurzwelliger 

Strahlung im EUV/ 

XUV-Bereich werden am 

LLG Strahlungsquellen auf 

Basis laserproduzierter Plasmen 

entwickelt. Dabei 

werden als Targets gepulste 

Gas-Jets, Flüssig-Jets und 

auch Festkörper eingesetzt. 

Neben messtechnischen 

Anwendungen (Reflektivitäts- 

messung an EUV-Optiken, 

NEXAFS) wird die Wechselwirkung 

zwischen EUV- 

Strahlung und Materie untersucht. 

Hierfür wurde zur 

Erzeugung hoher Energiedichten 

bei 13,5 nm ein EUV- 

Schwarzschild- Objektiv auf 

Basis von Mo/Si-Multilayerspiegeln entwickelt. 

Bei Einsatz eines Gold-Festkörpertargets 

und geeigneter Strahlformung des 

Lasers werden so EUV-Energiedichten von 

bis zu 7 J/cm² (1,2 J/cm² gefiltert mit 

Zirkonium) im Fokus des Objektives (ca. 

4 µm x 2 µm) erreicht. Mit diesem Aufbau 

wurde z.B. die Farbzentrenerzeugung in LiF- 

Kristallen und die direkte Strukturierung von 

Festkörpern untersucht. Bei Polymeren zeigt 

sich ein extrem glattes Ablationsprofil, 

ebenso wie beim Abtrag von Quarzglas. 

Gegenwärtig werden Zerstörschwellentests 

an EUV-Optiken (Gold-Schichten, Mo/Si- 

Spiegel, Silizium-Wafer) durchgeführt. 

Aufbau zu Erzeugung hoher Energiedichten 

bei 13,5 nm Wellenlänge 

Setup for the generation of high 

fluences at 13.5 nm wavelength 

[Barkusky, Optics Express] 

EUV/XUV Source 

For the generation of shortwavelength 

radiation within the 

EUV/XUV spectral range 

various sources based on 

laser-produced plasmas are 

being developed. At this, 

depending on the application, 

gas jets, liquid jets or solid 

materials are employed as 

laser targets. Besides metrology 

(reflecitivity measurement 

on EUV optics, NEXAFS) 

interaction mechanisms between 

soft x-ray radi-ation and 

matter are investigated. For 

the generation of high energy 

densities at 13.5 nm, a EUV- 

Schwarzschild objective based 

on Mo/Si multilayer mirrors 

was developed. Using a solid state gold 

laser target in combination with appropriate 

laser beam shaping, fluences up to 7 J/cm² 

(1.2 J/cm² filtered by Zirconium) could be 

generated in the focus of the objective on 

an area of 4 µm x 2 µm. With this setup, 

the generation of colour centres in LiF 

crystals and the direct structuring of 

various materials were examined. The 

structuring of polymers shows an extremely 

smooth ablation morphology. This holds 

also for the EUV ablation of fused silica. 

Currently damage threshold measurements 

are performed on EUV optics (Gold 

coatings, Mo/Si multilayer mirrors, silicon). 

Wechselwirkung zwischen EUV-Strahlung und Materie (von links nach rechts): Farbzentrenerzeugung in LiF; 

Bestrahlung von Quarzglas und Calcium-Fluorid; Strukturierung von PMMA (1µm Spot) 

Examples for material modification with focused EUV radiation (left to right): Colour centre formation in LiF; high 

fluence irradiation of fused silica and calcium fluoride; structuring of PMMA (1µm spot). 

27



XUV-Absorptionsspektroskopie 

(NEXAFS) 

Auf Basis der Laborquelle für kurzwellige 

Strahlung wurde ein kompaktes Messsystem 

zur Absorptionsspektroskopie im 

Wellenlängenbereich des sog. „Wasserfensters“ 

(λ = 2,2 nm … 4,4 nm) aufgebaut. 

Als Quelle wird ein in diesem Bereich 

breitbandig emittierendes laser-induziertes 

Krypton-Plasma genutzt. Mit dem 

nachfolgenden XUV-Spektrometer lässt 

sich an dünnen Transmissions-Proben die 

Lage der Röntgen-Absorptionskanten 

verschiedener Elemente (u.a. C, N, O, Ca, 

K, Ti) genau vermessen. Deren Feinstruktur 

(NEXAFS = Near Edge X-ray Absorption 

Fine Structure) gestattet Aussagen über die 

Molekülorbitale, den Oxidationszustand und 

die Koordination des absorbierenden 

Elements, kann also zur chemischen 

Analytik eingesetzt werden. Die NEXAFS- 

Spektren verschiedener organischer 

Proben (u.a. Polymere, Lipide, Huminstoffe) 

zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit 

vergleichbaren Synchrotron-Daten (Kooperationen 

mit Univ. Göttingen und MPI f. Bio- 

Phys. Chemie im SFB 755). 

28 

[Peth, J. Phys. Conference Series] 

XUV Absorption Spectroscopy (NEXAFS) 

A table-top plasma source combined with an 

XUV spectrometer is being used for analysis 

of the near-edge x-ray absorption fine 

structure (= NEXAFS) of thin samples within 

the water window, ranging from 

λ = 2.2 nm ... 4.4 nm. The fine structure of 

the absorption edges yields information on 

molecular orbitals, oxidation states and the 

coordination of an absorbing element, and 

can therefore be applied for chemical 

analysis. Due to the high absorption 

coefficient of the radiation the technique is 

extremely surface sensitive. Single pulse 

NEXAFS spectra are obtained from a broadband 

Krypton plasma transmitted through a 

sample, divided by a reference spectrum 

without sample. Data acquired for various 

organic samples (polymers, lipids, humic 

acids etc.) indicate excellent agreement with 

synchrotron measurements (Cooperations 

with Univ. Göttingen, MPI f. Bio-Phys. 

Chemie, SFB 755). 

280 285 290 295 300 305 310 315 

Links: CAD-Modell des Experiments, rechts: NEXFAS-Spektren zweier Huminstoffe (Modell) 

Left: CAD model of the experimental setup, right: NEXAFS spectra of two humic acids (see molecular model) 

Optische Dichte 

Optische Dichte 

1,2 

1,0 

0,8 

0,6 

0,4 

0,2 

0,0 

0,8 

0,7 

0,6 

0,5 

0,4 

0,3 

0,2 

0,1 

0,0 

Fulvosäure K L 

III 

K L 

II 

* C=C 

* C=C 

* C=O 

* C=O 

Parabraunerde 

* C-O 

Photonenenergie [eV] 

K L III 

K L II 

Ca L III 

Ca L II 

280 290 300 345 350 355 

Photonenenergie [eV]



Unser Mitarbeiter / Our Team: 

Dr. Klaus Mann 

Frank Barkusky 

Dr. Armin Bayer 

Jens-Oliver Dette 

Stefan Döring 

Bernhard Flöter 

Jonas Gloger 

Peter Großmann 

Dr. Uwe Leinhos 


Maik Lübbecke 

Mark Olschewski 

Dr. Christian Peth 

Michael Reese 

Thierry Rousseau 

Dr. Bernd Schäfer 

Matthias Schöneck 

Ghazaleh Vakili 

Projekt L-TXM, Hochauflösendes Mikroskop für den EUV- und XUV-Spektralbereich 

Gefördert vom BMWi 

Projekt BLU, Blaue Laser für die Ultrapräzisions-Triangulation 

Gefördert vom BMBF 

Projekt XUV-Nano, Nanomesstechnik‚ Oberflächenanalytik mit extrem ultravioletter Strahlung 


Projekt SOL, Simulation und Optimierung innovativer Lasersysteme 


Projekt SFB 755 „Nanoscale Photonic Imaging“, Teilprojekt C4 Waveguides and multilayer 

mirrors for laboratory-scale soft X-ray sources 

Gefördert von der DFG 

Projekt PoliLas, Polieren optischer Präzisionsoberflächen mit Laserstrahlung 


Projekt ROSE, GPS-basiertes Leitsystem für Mobilität mit öffentlichen Verkehrsmitteln und 

Anwendungen bei der Identifikation von Points of Interest (POI‟s) und im Sicherheitsbereich 

zum Aufbau eines Routing Services 


Projekt KOMET, Kompakter Festkörperlaser für effizienten Materialabtrag mit radial 

polarisiertem Licht 


29

Nanostrukturen 

Nanostructures 

Die Materialbearbeitung durch 

UV-Laserablation ermöglicht die 

flexible Herstellung von Mikro- 

und Nanostrukturen, z.B. für 

mikrofluidische oder optische 

Anwendungen. Mittels Maskenprojektion 

oder Interferenzverfahren 

wird bei geeigneter 

Laserwellenlänge und Pulsdauer 

sub-µm-Präzision erreicht. Struk- 

turdetails mit Abmessungen im 

Bereich von 50 nm sind 

realisierbar. 

Ein Schwerpunkt der Arbeiten 

liegt auf der Laserbearbeitung 

optischer Schichten. Sowohl die 

Strukturierung durch Ablation als 

auch die Modifikation oder 

chemische Umwandlung der 

Schichten mittels Laserbestrahlung 

werden untersucht. Die im 

LLG entwickelten Prozesse 

ermöglichen die Herstellung 

präziser Strukturen für Anwendungen 

in Optik und Photonik, 

wie Phasenmasken, diffraktive 

Elemente oder Wellenleiter. 

Nanostrukturierung durch Lasertechnologie, 

Foto: Bierstedt 

Nano structuring with laser technology 

30 

Material processing by UV laser 

ablation enables the flexible 

fabrication of micro- and nanostructures, 

e.g. for fluidic or 

optical applications. Beam 

delivery concepts like mask 

projection and interference 

methods allow sub-µm precision 

if laser wavelength and pulse 

duration are well selected. 

Structure details of the order of 

50 nm are possible. 

A main focus of the work is 

placed on the laser processing 

of optical layers. Patterning of 

these films by ablation as well as 

physical or chemical modification 

is studied. The developed 

processes enable the fabrication 

of precise structures for 

applications in optics and 

photonics, for example phase 

masks, diffractive elements or 

wave guide structures. 

Dr. Jürgen Ihlemann 


� +49(0)551/5035-44 

� +49(0)551/5035-99 

Juergen.Ihlemann@llg-ev.de



Optische Kohärenztomographie zur 

Prozesskontrolle in der Lasermikromaterialbearbeitung 

Eine Herausforderung bei der hochaufgelösten 

Laserstrukturierung ist die sorgfältige 

Justierung des Werkstücks und eine 

Online-Kontrolle von Parametern wie 

Ablationsrate und Fokuslage. Ein Lösungsansatz 

zur in-situ-Kontrolle ist die 

Integration eines optischen Kohärenztomographie(OCT)-Moduls 

in das Laserbearbeitungssystem. 

OCT ist eine Methode zur kontaktlosen, 

zerstörungsfreien und mehrdimensionalen 

Bildgebung und erzeugt hochaufgelöste 

Bilder im µm-Bereich mit hoher Sensitivität 

und großem Dynamikumfang. Insbesondere 

können auch Strukturen mit großem 

Aspektverhältnis vermessen und dargestellt 

werden. Weiterhin ist eine zuverlässige 

Fokus- und Verkippungsdetektion möglich. 

Schematische Darstellung des OCT an dem 

Lasermikromaterialbearbeitungssystem 

Configuration of the OCT at the laser 

processing system 

Optical Coherence Tomography for Laser 

Micro Machining Process Control 

A challenge in high resolution laser 

machining is the precise adjustment of 

samples and online control of parameters 

like ablation rate and focus. A suitable 

approach for an in situ control is the 

integration of an optical coherence 

tomography (OCT) module into the microprocessing 

system. 

OCT is a method for nondestructive, noncontact 

and multi-dimensional visualization; it 

achieves high-resolution imaging on the 

micron level with a high sensitivity and a 

large dynamic range. Structures with high 

aspect ratio can be measured and imaged. 

Furthermore, reliable focusing and tilt 

detection of the sample becomes possible. 

On balance, the OCT has proven to be 

versatile for both surface imaging and 

sample alignment. 

OCT-Bild einer 

Phasenmaske 

mit Pixelgröße 

2,5 x 2,5 µm, 

Stufenhöhe 

125 nm 

OCT image of a 

phase mask 

with pixel size 

2.5 x 2.5 µm, 

step height 125 nm 

OCT Messung eines 20 µm 

Liniengitters auf der Endfläche 

einer 400 µm Mulitmodefaser 

OCT data of a 20 µm line 

grating at the end face of a 

400 µm multimode optical 

fiber 

31



Laserinduzierter Materialtransfer 

Definierte Bereiche dünner Filme können 

durch gepulste Laserbestrahlung von einem 

transparenten Gebersubstrat (z.B. Quarz) 

auf ein Empfängersubstrat (z.B. Kunststoff) 

transferiert werden. Befindet sich das 

Empfängersubstrat in direktem Kontakt mit 

dem zu übertragenden Film, so ist unter 

bestimmten Voraussetzungen eine 

kongruente Übertragung möglich, d.h. die 

Form der ausgeschnittenen Bereiche bleibt 

exakt erhalten (CLIFT, congruent laser 

induced forward transfer). 

Anordnungen wie Punktraster, Gitter und 

komplexe Geometrien können durch 

geeignete Maskenwahl erzeugt werden. 

Durch Ablösung vom Empfängersubstrat 

erhält man z.B. freitragende Gitter. Stapel 

oder Brückenstrukturen werden mittels 

Mehrfachbestrahlung hergestellt. Die 

Verwendung von SiOx als Transferfilm 

ermöglicht eine nachfolgende Umwandlung 

in UV-transparentes SiO2. 

32 

Brückenstrukturen aus SiOx pads 

Bridge pattern of SiOx pads 

Freitragendes Gitter (SiOx) 

Free standing grid (SiOx) 

Transferierte SiOx -pads auf Polymersubstrat 

Transferred SiOx -pads on polymer substrate 

Laser Induced Forward Transfer (LIFT) 

Defined areas of thin films can be transferred 

from a transparent donor substrate 

(e.g. quartz) to a receiver substrate (e.g. 

polymer) by pulsed laser irradiation. 

Direct contact of the film and the receiver 

substrate provides congruent transfer, i.e. 

the contour of the excised pads is exactly 

preserved (CLIFT, congruent laser induced 

forward transfer). 

Various patterns like spot arrays, grids and 

complex geometries are generated by using 

appropriate masks. Free standing grids are 

obtained by delamination of the patterned 

film from the receiver. The fabrication of 

stacks or bridges is possible by multiple 

exposures. Using SiOx as transfer film 

enables the subsequent conversion into 

UV-transparent SiO2. 

Prinzip des CLIFT- Verfahrens 

Principle of the CLIFT method



Herstellung von Phasenmasken durch 

Laserablation 

Phasenmasken in der Form von 

Transmissions-Beugungsgittern werden zur 

Erzeugung periodischer Intensitätsmuster 

eingesetzt. Mit Perioden im sub-µm bis µm- 

Bereich eignen sie sich für Kontakt- oder so 

genannte Proximity-Belichtungen. Mit 

Perioden im Bereich 10 µm bis 100 µm sind 

sie für verkleinerte Abbildungen geeignet. 

Zum Beispiel können sie zur Laserbearbeitung, 

insbesondere zur Herstellung 

periodischer Mikro- und Nanostrukturen 

angewendet werden. 

Zur Herstellung von Oberflächenrelief- 

Phasenmasken aus Quarzglas wurde ein 

dreistufiges Verfahren entwickelt: 

(1) Eine UV-absorbierende Schicht aus 

Silizium-Suboxid (SiOx) wird auf ein 

Quarzglassubstrat aufgebracht. 

(2) Die SiOx-Schicht wird durch Laserablation 

strukturiert. 

(3) Das verbleibende SiOx wird zu UVtransparentem 

SiO2 oxidiert. 

REM-Aufnahme einer linearen Phasenmaske 

SEM-image of a linear phase mask 

Phase Mask Fabrication by Laser 

Ablation 

Phase masks in the form of diffractive 

transmission gratings are used for the 

generation of periodic laser intensity 

patterns. Mask periods in the sub-µm- to 

µm-range are mostly applied for contact- or 

proximity illumination, while periods in the 

range of 10 µm to 100 µm are very useful in 

a downsize projection set-up. For example, 

phase masks can be used in combination 

with suitable imaging optics for high 

precision laser micro machining, especially 

for the generation of periodic micro- and 

nano-structures. 

We developed a method for the fabrication 

of surface relief SiO2 phase masks in three 

steps: 

(1) A UV-absorbing coating of silicon 

suboxide (SiOx) is deposited on a 

fused silica substrate. 

(2) The SiOx-coating is patterned by 

excimer laser ablation to form the 

desired phase structure. 

(3) The SiOx-material is oxidized to UVtransparent 

silicon dioxide (SiO2). 

Konfokalmikroskop-Aufnahme einer 2D- 

Phasenmaske 

2D-phase mask (confocal microscope) 

Mit einer Ring-Phasenmaske hergestelltes 

Oberflächenrelief in Polycarbonat 

Surface pattern in polycarbonate generated with a 

circular phase mask 

33



Herstellung integrierter Faseroptiken mit 

F2-Laserbearbeitung 

Wegen ihrer lichtleitenden Eigenschaften 

sind Fasern wichtige photonische Komponenten. 

Fasern aus Quarzglas können 

effizient mit F2-Lasern (Wellenlänge 

157 nm) bearbeitet werden. Zum Beispiel 

ist die Herstellung von Mikrolinsen auf 

Quarzfaserenden mit Hilfe von Maskenprojektionsverfahren 

möglich. 

Mittels konformer Masken- und Faserbewegung 

ist es möglich, Mikrolinsen auf 

Fasern mit sehr großen Durchmessern zu 

strukturieren. Die Bearbeitung der Faser 

erfolgt in diesem Fall von der Seite. Durch 

axiale Bearbeitung und spezielle Masken 

können überdies diverse weitere Formen an 

den Faserenden hergestellt werden. Beispiele 

sind Gitterstrukturen oder konische 

Formen zum Einstellen von speziellen 

Abstrahlcharakteristika. 

Kreuzgitter auf der Stirnfläche 

einer Quarzglasfaser 

2D-grating on the face of a 

quartz fiber 

34 

Konisches Faserende 

hergestellt durch axiale 

Bearbeitung unter Benutzung 

einer speziellen 

Maskengeometrie 

Conical fiber tip fabricated by 

axial processing using a 

special geometry mask 

Fabrication of Fiber-Integrated Optical 

Elements with F2-Laser Processing 

Because of their unique light guiding ability 

fibers are essential components for many 

applications in photonics. Fused silica fibers 

can be efficiently machined with an F2 laser 

at 157 nm wavelength. For example, the 

fabrication of micro lenses on quartz fiber 

tips is accomplished using a mask 

projection technique. 

Using a conformal mask and fiber 

displacement the machining of micro lenses 

on very large diameter fibers is enabled. In 

addition to this processing of the fiber from 

the side, using axial illumination and special 

geometry masks a variety of shapes can be 

fabricated on the fiber tips, e. g. cones, or 

gratings, which may be useful for various 

applications. 

Mikrolinse auf 400 µm 

Faser hergestellt durch 

Seitenbearbeitung mittels 

konformer Masken- und 

Faserbewegung 

Micro lens on tip of 400 µm 

fiber fabricated by side 

processing using conformal 

mask and fiber 

displacement technique

intensity 



Gitterkoppler für wellenleiterbasierte 

Biosensoren 

Wellenleiter-basierte optische Biosensoren 

ermöglichen eine sehr effiziente und 

selektive Fluoreszenzanregung von 

oberflächennahen Mole- 

külen durch das 

evaneszente Feld der 

im Wellenleiter geführen 

Mode. Unsere 

Entwicklungsarbeiten 

umfassen eine Ver- 

besserung der Ein- 

100 - 200 nm 

300 - 1000 nm 

koppeleffizienz mittels FEM-Simulationen 

sowie die Herstellung entsprechender, 

hochfrequenter Koppelgitter durch direkte 

Laserablation. Z.B. kann bei einer 

geeigneten spektralen Akzeptanz der 

Koppler die Pulsdauer von Ultrakurzpuls - 

Lasern erhalten werden. 

Die optimierten Koppler erlauben eine 

Verwendung der Wellenleiter-Sensoren in 

hochentwickelten Fluoreszenzanalysetechniken 

wie Zwei-Photonen-Anregung oder 

Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie. 

laser 

coupled beam 

1/e²-width 

2.8 nm 

765 770 775 780 785 790 795 

wavelength / nm 

Einkoppeleffizienz in 

Abhängigkeit des 

Strahldurchmessers. 

Links: FEM-Simulation 

(kleines Bild: FEM 

Modell); rechts: exp. 

Ergebnisse 

Coupling efficiency 

versus beam size. 

Left: FEM simulation 

(inset: FEM model); 

right: experimental results 

coupling efficiency / % 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

intensity 

* * 

* * * 

Ta O (n=2.1) 

2 5 

glass (n=1.5) 

Prinzipbild eines wellenleiterbasierten Biosensors 

Principle sketch of a waveguide based biosensor 

grating depth: 

70 nm 50 nm 30 nm 

laser 

coupled beam 

1/e² - width: 

8.3 nm 

765 770 775 780 785 790 795 

wavelength / nm 

0 

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 

beam diameter / m 

Grating Couplers for Waveguide Based 

Biosensors 

Optical biosensors based on waveguide 

surfaces enable a highly efficient and selec- 

tive excitation of fluorescent 

Spektrale Akzeptanz eines lithografischen 

Gitterkopplers mit 18 nm Gittertiefe (links) 

und eines laserstrukturierten Gitterkopplers 

mit 80 nm Gittertiefe (rechts) 

Spectral acceptance of a lithographic 

grating coupler with 18 nm grating depth 

(left) and a laser written grating coupler 

with 80 nm grating depth (right) 

coupling efficiency / % 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

molecules in close 

proximity to the 

surface via the 

evanescent field of 

the guided mode. In 

our design studies we 

use FEM simulations 

to improve the light 

coupling to the waveguides and fabricate 

the corresponding high-frequency gratings 

by direct laser ablation. For example, a 

large spectral acceptance can preserve the 

pulse duration of ultrashort-pulse sources 

inside the waveguide. 

The optimized couplers allow a use of the 

waveguide sensors in advanced fluorescence 

analysis techniques like two-photon 

excitation or fluorescence correlation 

spectroscopy. 

grating depth: 70 nm 

measurement A 

measurement B 

0 

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 

focal beam diameter / m 

35



Fluoreszenzkopplung in planare 

Wellenleiter 

Bei den bisherigen Anwendungen von 

wellenleiterbasierten Biosensoren wird das 

erzeugte Fluoreszenzlicht im Freiraum 

oberhalb oder unterhalb des Sensors 

detektiert und analysiert. Aufgrund der 

Nähe der Moleküle zur Wellenleiteroberfläche 

wird jedoch ein erheblicher Anteil des 

Fluoreszenzlichts in den Wellenleiter zurück 

gekoppelt und dort geführt. Die Koppeleffizienz 

hängt dabei von Position, 

Umgebung und Orientierung der Moleküle 

ab. Die Nutzung dieses rückgekoppelten 

Fluoreszenzlichts als Messsignal kann eine 

deutliche Vereinfachung der Detektionsoptik 

ermöglichen. Durch eine Analyse der 

gemessenen Abstrahlcharakteristik lassen 

sich theoretische Modelle zur Fluoreszenzabstrahlung 

an Grenzflächen überprüfen 

und Aussagen über die Orientierung und 

Anlagerung der Fluoreszenzmoleküle an 

der Oberfläche ableiten. 

Evaneszent angeregte Fluoreszenz auf einem Wellenleiter kann im Freiraum 

oder über einem Auskoppelgitter des Wellenleiters detektiert werden 

Fluorescence excited by the evanescent field of a waveguide can be detected by 

free space optics or via an outcoupling grating of the waveguide 

36 

Fluorescence Coupling into Planar 

Waveguides 

In present applications of waveguide based 

optical biosensors the generated fluorescence 

is detected and analyzed with free 

space optics positioned above or below the 

sensor chip. Due to the vicinity of the 

fluorescent molecules to the interface of the 

waveguide layer, a substantial part of the 

fluorescence light is coupled back into and 

collected by the waveguide. The coupling 

efficiency depends on position, environment 

and orientation of the molecules. The 

utilization of this signal for fluorescence 

detection and analysis can allow a 

significant simplification of the optical 

instrumentation. An analysis of the 

measured power distribution provides a 

validation of a theoretical model on the 

dipole emission near interfaces and yields 

information about molecule orientation and 

position at the waveguide surface. 

free-space 

fluorescence 

* * * * 

position 1 position 2 

CCD 

CCD 

outcoupled 

fluorescence 

Polardiagramm der in den Freiraum abgestrahlten Fluoreszenz 

(Position 1) im Vergleich zur Theorie für zwei unterschiedliche 

Farbstoff-Orientierungen 

Angular dependence of the detected fluorescence in free space (p 

osition 1) in comparison with a theoretical model for two different 

molecule orientations 

Fluoreszenzintensität über dem Auskoppelgitter (Position 2) in 

Abhängigkeit von Koppelwinkel und Polarisation. Die Messung steht in 

Übereinstimmung mit dem aus Fluoreszenzspektrum des Farbstoffs 

und Gitterdispersion berechneten Winkelspektrum 

Collected fluorescence intensity from above the outcoupling grating 

(position 2) in dependence on coupling angle and polarization. The 

measurement is in agreement with the angular spectra as calculated 

from the emission spectrum of the dye and the grating dispersion




Dr. Jürgen Ihlemann 

David Atiawotse 

Dipl.-Phys. Ronja Bäumner 

Dr. Thomas Fricke-Begemann 

B. Sc. Martin Jahn 

Dr. Jörg Meinertz 

Dipl.-Ing Anika Prießner 


B. Sc. Johannes Richter 

Dr. Markus Sailer 

Dr. André Selle 

Dipl.-Ing. Trutz Thelemann 

Dr. Ruth Weichenhain-Schriever 

M. Sc. Markus Wiesner 

Projekt ALADIN – Anwendungen der Laser Direkt Nanostrukturierung 

Gefördert vom BMWi (InnoNet) 

Projekt FCS-Sensor - Parallelisierte Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie mit 

Einzelmolekül-Analyse für pharmazeutische Screening-Verfahren und medizinische Diagnostik 


Projekt Nanooptische Strahlleitsysteme durch laserbasierte Strukturierungsverfahren 

Gefördert vom Land Niedersachsen und der Fraunhofer-Gesellschaft 

Projekt PROKLAMO, Plasma- Reinigung von Oberflächen kombiniert mit Laser-Ablation und 

Modifikation 


37

Photonische Sensorik 

Photonic Sensor Technologies 

Wissenschaftler bezeichnen 

unser Zeitalter als "Das Jahrhundert 

des Photons". 

Dies wird mit den enormen 

Fortschritten im Bereich der 

photonischen Technologien und 

deren Bedeutung für Mensch 

und Gesellschaft begründet. 

Qualtitätskontrolle und spektroskopische 

Erkennung von Krankheiten 

sind Beispiele für ihren 

weit reichenden Einsatz. 

Die Abteilung „Photonische 

Sensorik“ widmet sich der 

Entwicklung neuartiger optischer 

Messverfahren, überwiegend 

basierend auf Raman-Streuung, 

IR-Absorption und Fluoreszenz- 

Emission, häufig in Kombination 

mit chemometrischen Methoden. 

Die Stärken dieser Sensorverfahren 

liegen hierbei in der 

zerstörungsfreien, berührungslosen 

und direkten Messung und 

Analyse von Substanzen, 

Systemen, Prozessen und 

Produkten. 

Dabei geht es vor allem in 

unserer Arbeitsgruppe um die 

Einbindung der photonischen 

Sensorik in Bereiche wie 

Mikrofluidik, Motordiagnostik, 

Bio- und Umweltanalytik sowie 

Sicherheits- und Prozesstechnik. 

38 

Scientists call our age the 

„Century of the Photon”. 

This is caused by the enormous 

progress in the field of photonic 

technologies and its meaning for 

humans and society. 

Quality control and spectroscopic 

diagnosis of diseases are 

examples for its far-reaching 

applications. The department 

“Photonic Sensor Technologies” 

devotes their research on the 

development of novel innovative 

optical measurement procedures 

mainly based on Raman 

scattering, IR absorption and 

fluorescence emission combined 

with chemotric analysis. The 

strengths of these methods are 

non-destructive, contact-free, 

fast and direct measurements of 

processes, systems, products 

and substances. 

The aim of our department is 

mainly the implementation of 

photonic sensor technologies in 

fields like microfluidics, engine 

combustion diagnosis, bio- and 

environmental analytics as well 

as security and process technology. 

Dr. Hainer Wackerbarth 

Stellv. Abteilungsleiter 

� +49(0)551/5035-58 

� +49(0)551/5035-99 

Hainer.Wackerbarth@llg-ev.de



Substrate zur oberflächenverstärkten 

Ramanspektroskopie 

Auf dem Gebiet der Bioanalytik hat sich in 

den letzten Jahren die Ramanspektroskopie 

immer weiter etabliert. Hierbei wird die 

Wechselwirkung monochromatischer Strahlung 

mit Moleküleigenschwingungen ausgenutzt. 

Diese führt zu charakteristischen, 

molekülspezifischen Banden im Streulichtspektrum, 

die einen „fingerprint“ des Moleküls 

darstellen. Somit erlaubt die Ramanspektroskopie 

einen direkten speziesselektiven 

Nachweis und bietet einen hohen 

Informationsgehalt über die jeweilige 

Molekülstruktur. 

Die Detektion einer geringen Anzahl von 

Molekülen stellt allerdings eine große Herausforderung 

dar, da der Ramanstreuprozess 

naturgemäß sehr lichtschwach ist. Aus 

diesem Grund werden nanostrukturierte 

Edelmetalloberflächen eingesetzt, die zu 

einer Verstärkung des Ramanstreulichtes in 

den Größenordnungen von bis zu 10 14 

führen können. 

Derzeit werden am LLG Untersuchungen 

auf dem Gebiet der oberflächenverstärkten 

Ramanspektroskopie durchgeführt und eigens 

dafür ein Verfahren zur Herstellung 

ramanstreulichtverstärkender Substrate 

entwickelt. Diese führen zu einer 10 6 -fachen 

Verstärkung und werden unter anderem in 

Mikrokanäle zum Nachweis von medizinisch 

relevanten Substanzen in wässrigen 

Lösungen integriert. 

Ein anderes Anwendungsgebiet ist die Detektion 

von Sprengstoffen. 

AFM-Aufnahme eines SERS-Substrates, 

gefertigt im LLG 

Atomic force microscope image of a SERSactive 

substrate manufactured in the LLG 

Substrates for Surface-Enhanced Raman 

Spectroscopy 

In the field of bioanalytics, Raman spectroscopy 

becomes more and more popular. The 

interaction between monochromatic light 

and the natural vibrations of molecule 

results in specific Raman bands in the 

scattered light spectrum which represents a 

“finger-print” of the molecule. Therefore 

Raman spectroscopy is suitable for the 

direct and species selective detection of 

molecules and their structures. 

The detection of small amounts of molecules 

is challenging when using Raman 

spectroscopy because of the intrinsic 

“weakness“ of the Raman effect. Therefore 

metallic nanostructured surfaces are used 

to provide huge Raman signal enhancement 

in the order of 10 14 

Currently, there are a lot of investigations 

on the field of surface-enhanced Raman 

spectroscopy (SERS) at the LLG. For this 

purpose a novel fabrication technique for 

SERS-active substrates is developed. 

These substrates provide a signal enhancement 

in the order of 10 6 and offer a 

way to detect micropollutants in aqueous 

solutions by the integration into microfluidic 

components also realized at the LLG. 

Other applications are the detection of 

explosives and the monitoring of biomedical 

substances (e.g. proteins). 

39



Neuartige Analyse- und Prozessüberwachungstechnologie 

mit Querschnittcharakter 

Zur Erkennung und quantitativen Analyse 

der Inhaltsstoffe flüssiger Gemische, zur 

Überwachung chemischer und biologischer 

Produktions- und Reinigungsabläufe sowie 

analytischer Verfahren in der medizinischen 

Diagnostik wird im LLG unter Einsatz der 

Ramanspektroskopie in Kombination mit der 

Frei-Fluss-Elektrophorese (FFE) kontinuierliches 

Online-Analyse- und Überwachungsverfahren 

entwickelt. Aktueller Fokus des 

Forschungsvorhabens ist die Überwachung 

der Proteinproduktion für pharmazeutische 

Anwendungen (Abb. unten). 

In der Ramanspektroskopie wird die inelastische 

Streuung von monochromatisch 

beleuchteten Proben untersucht. Bei der 

Untersuchung komplexer Gemische führt 

das gleichzeitige Vorhandensein zahlreicher 

verschiedener Substanzen zu vielfältigen 

spektralen Überlagerungen und Querempfindlichkeiten. 

Dieser Problematik wird 

mit elektrophoretischen Separations- und 

Anreicherungsverfahren begegnet. Hier 

werden die Gemische mit Hilfe eines 

elektrischen Feldes aufgetrennt (Abb. auf 

der nächsten Seite). 

40 

Novel Analysis and Process Control Technology 

with Cross-Sectional Character 

In the LLG, a continuous online analysis 

method is developed: Raman Spectroscopy 

in combination with free-flow-electrophoresis 

(FFE) is used for the detection and 

quantitative analysis of the substances of 

fluid mixtures as well as the monitoring of 

chemical and biological production and 

cleaning processes. It is as well used for 

medical diagnostics. The research project 

focuses on the monitoring of protein 

fabrication for pharmaceutical applications 

(see fig. below). 

Schematische Darstellung des Forschungsvorhabens - Scheme of the research project 

The Raman Spectroscopy analyses the 

inelastic scattering of monochromatic 

illuminated samples. This simultaneous 

existence of a multitude of various substances 

leads to a spectral overlap and 

interference errors. This set of problems is 

countered by electrophoretic separation and 

accumulation methods in which mixtures are 

separated by an electro-magnetic field (see 

fig. on the next page).



Aufbau des Elektrophorese Chips 

mittels Multilaminationstechnik mit 

Transferklebebändern 

Scheme of the electrophoresis 

chip through a multi lamination 

technology with transfer tape 

Zur Identifizierung und zum hochempfindlichen 

Nachweis der mittels Frei-Fluss- 

Elektrophorese aufgetrennten und angereicherten 

molekularen Spezies soll die 

oberflächenverstärkte Ramanspektroskopie 

(Surface Enhanced Raman Spectroscopy, 

„SERS“) eingesetzt werden. Hierbei wird 

ausgenutzt, dass das inelastische Streulicht 

von Proben in der der unmittelbaren 

Umgebung von geeignet strukturierten 

Metalloberflächen um einige Größenordnungen 

verstärkt werden kann. 

Für die Kopplung von Ramanmessungen 

und Mikrofluidik werden zunächst SERSaktive 

Oberflächen in einfache Mikrokanäle 

integriert und mit Hilfe von Rhodamin 6G 

getestet. Die Abhängigkeit der Adsorption 

von der Konzentration (Abb. unten) wird 

durch eine Langmuirisotherme beschrieben. 

SERS-Spektrum von Rhodamin 6G (1mmol/l) im Mikrokanal 

SERS spectrum of rhodamin 6G (1mmol/l) in the micro 

channel 

Schematische 

Darstellung der 

Trennung einer 

Mischung von 

drei Farbstoffen 

in einer Frei- 

Fluss-Elektrophorese 

Selection scheme 

of a three color 

com-position in a 

free-flow-electrophoresis 

The Surface Enhanced Raman Spectroscopy 

(SERS) is used for the highly sensitive 

detection and the identification of molecular 

species separated and accumulated via freeflow-electrophoresis. 

Here, the fact that the inelastic scattered light 

is enhanced in the direct environments of 

capable structured metal surfaces up to 

several orders of magnitude is used. 

For the coupling of Raman measurement and 

microfluidics, SERS-active surfaces are 

integrated into simple microchannels tested 

by the use of rhodamin 6G as a first step. 

The dependency between adsorption and 

concentration is describes by the Langmuir 

isotherme (see fig. below). 

Konzentrationsreihe von Rhodamin 6G im Mikrokanal 

Concentration line of rhodamin 6G in the micro 

channel 

41



Explosivstoffdetektion mit oberflächenverstärkter 

Ramanstreuung 

Der Nachweis von geringsten Spuren 

explosiven Materials ist eine wichtige Aufgabe 

in der Sicherheitspolitik geworden, wie 

die Attentate von Madrid und London 

beweisen. Der verwendete Sprengstoff, Triacetontriperoxid 

(TATP), lässt sich relativ 

leicht mit haushaltsüblichen Chemikalien 

herstellen. Bis heute gibt es keine verlässliche 

Detektionsmethode für TATP. 

Allgemeine Voraussetzungen für die Entdeckung 

von Sprengstoffen sind schnelles 

Detektieren, Selektivität, hohe Empfindlichkeit 

und robuste Messsysteme. Die SER 

Spektroskopie wird diesen Anforderungen 

gerecht. Trotz der Vorteile hat es bis dato 

kein auf SER-Spektroskopie basierendes 

Detektionsverfahren zur Marktreife 

gebracht. 

Wir haben ein System entwickelt, das aus 

drei Modulen besteht: 1) Anreicherung; 2) 

Analyse; 3) Erkennung. Im ersten Modul 

wird die eingeschlossene Luft durch 

thermische Desorption angereichert. Anschließend 

fließt der Analyt in das Analyse- 

Modul und adsorbiert auf dem gekühlten 

SERS Substrat, um durch SER-Spektroskopie 

detektiert zu werden. Neben dem 

Nachweis von TATP wurde die 

Zusammensetzung von aromatischen Nitroverbindungen 

wegen ihrer Ähnlichkeit zu 

Trinitrotoluol (TNT) studiert, um mögliche 

Fehlalarme der Detektionssysteme zu 

verhindern. 

42 

SERS-Spektrum a.) Moschus Keton, b.) TNT 

SERS-spectra a.) Musk Ketone, b.) TNT 

Explosive Detection by Surface 

Enhanced Raman Scattering 

The detection of trace amounts of explosive 

materials is an important task for National 

Security and Homeland Defence, as 

witnessed by the bombings from Madrid 

and London. The explosive in the bombings 

mentioned above is believed to be 

triacetone triperoxide (TATP), which is 

relatively easy to synthesize from available 

chemicals. Today, there is no accurate 

method available to detect TATP outside 

the laboratory. In general, the requirements 

for the detection of explosives are a fast 

detection, high sensitivity and selectivity as 

well as robust measurement systems. 

The potential of SER spectroscopy for trace 

detection of explosives has been explored 

in the LLG. Despite of the advantages, a 

detection system based on SER spectroscopy 

has not conquered the marked yet. 

We have constructed a modular detection 

system, consisting of three units: 

1) enrichment; 2) analysis; 3) detection. In 

the first module, the gases are enriched by 

thermal desorption. The released analyte 

flows into the analysis unit. There, the 

gaseous analyte resublimates on the 

coated substrate. The adsorbed molecules 

are detected by SER-spectroscopy. 

Besides TATP detection, we have also 

studied musk-like fragrance compounds by 

SERS which can accident-ally initiate false 

alarm due to their molecular similarity to 

trinitro toluene (TNT). 

Foto des Sprengstoffdetektors mit H. Wackerbarth 

(l.), H. Keilholz, W. Viöl 

Photo of the modular detection system with H. 

Wackerbarth (l.), H. Keilholz, W. Viöl



Verbrennungsdiagnostik 

In der Abteilung werden derzeit Laser- 

Induzierte-Fluoreszenz (LIF) und Infrarot- 

Absoption im Bereich der Verbrennungsdiagnostik 

eingesetzt. 

Die aktive Forschung ist auf die 

Gemischbildung in Verbrennungsmotoren 

ausgerichtet. Um die Gemischbildung zu 

charakterisieren, werden die physikalischen 

Größen Temperatur, Speziesverteilung und 

Strömungsfelder gemessen. 

Grundlegende Untersuchungen zur Entwicklung 

von Mess-Strategien finden in 

optisch zugänglichen Zellen statt. Dabei 

erfolgen spektrale Analysen unter anderem 

mit einem FTIR-Spektrometer und dem im 

LLG entwickelten Fluorimeter. 

Zündkerzensensor 

Spark-plug sensor 

Die spektralen Eigenschaften der Komponenten 

können somit vom mittleren 

infraroten bis hin zum ultravioletten Wellenlängenbereich 

untersucht werden. An 

Versuchsmotoren kommen faseroptische 

Zündkerzensensoren, wie in der Abbildung 

rechts dargestellt, zum Einsatz. Außerdem 

kann über optische Fenster am Zylinder die 

flächige Kraftstoff/Luft-Verteilung (Abb. 

oben) mittels Laser-Lichtschnitt Verfahren 

ermittelt werden, indem das Fluoreszenzlicht 

von angeregten Kraftstoffmolekülen 

detektiert wird. 

Combustion Diagnostics 

Laser-induced-fluorescence (LIF) and 

infrared absorption are used in the field of 

combustion diagnostics in our department. 

The current research is focused on the 

mixture formation in internal combustion 

engines. To characterize the mixture formation, 

the physical parameters temperature, 

species distribution and flow fields are 

observed. 

Fundamental investigations for developing 

measurement strategies are performed in 

optical cells. Spectral analysis, just to give 

an example, is made by using a FTIRspectrometer 

and a fluorimeter which was 

developed and assembled in the LLG. 

Flächige Kraftstoff-Luft-Verteilung 

Planarfue-air ratio image 

Thus, the spectral properties of the 

components can be analyzed in the range 

from the middle infrared to the ultraviolet 

wavelength range. Fiberoptical spark-plug 

sensors, shown in the figure above, are 

used in research engines for analysis. 

Furthermore, the fuel-air ratio can be 

observed through optical windows (fig. on 

the left) using planar laser light-sheet 

techniques in the combustion chamber by 

detecting fluorescence light from the exited 

fuel molecules. 

43

Vorhergesagte Materialfeuchte in % 

Predicted % by bulk moisture 



Kompensation von Temperatureffekten 

bei der Nahinfrarotspektroskopie in 

diffuser Reflektion 

An Festkörpern in diffuser Reflektion aufgezeichnete 

Nahinfrarotspektren sind temperaturspezifisch 

(Einfluss von van der Waals- 

Kräften, insbesondere Wasserstoffbrückenbindungen, 

Umlagerungen und Besetzungszahlen). 

Die Änderungen in den 

Spektren sind wegen vieler temperaturspezifischer 

Einflussfaktoren komplexer 

Natur. 

Nahinfrarotspektroskopie wird häufig zur 

berührungs- und zerstörungsfreien Bestimmung 

von Analytgehalten, wie z. B. dem 

Wassergehalt oder dem Proteingehalt, verwendet. 

Temperaturveränderungen wirken 

sich hier negativ auf die Güte der Analyse 

aus. Wegen der sehr starken Überlagerung 

von Banden sind für die Kalibration von 

Nahinfrarotmesssystemen oft viele Proben 

notwendig, um mit deren Spektren aufwändige 

Kalibrationsmodelle zu erstellen. 

Solche Kalibrationen sind sehr teuer, so 

dass Transferalgorithmen, die Temperaturveränderungen 

kompensieren können und 

so die Zahl der nötigen Messungen 

verringern, hoch willkommen sind. 

10 

9 

8 

7 

6 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

0 2 4 6 8 10 

44 

Ohne Kalibrationstransfer keine korrekte Vorhersage der 

Materialfeuchte von Kaffeepulver 

No Calibration Transfer leads to incorrect Prediction of 

Bulk Moisture of Coffee Powder 

Kalibration bei 20°C, 

Validierung bei 70°C 

Kalibrier- und 

Validierdatensatz bei 

70°C erstellt 

Calibration at 20°C, 

validation at 70°C 

Dataset vor calibration 

and validation 

made at 70°C 

Materialfeuchte in % nach Referenzanalytik 

% by bulk moisture according to reference analytics 

Compensation of Temperature-Influence 

to Near Infrared Diffuse Reflection Spectroscopy 

Near Infrared Spectra detected on solid 

state powders depends on temperature 

(influence of van der Waals-Forces, especially 

hydrogen bonds, rearrangements and 

the population of energy levels). As a result 

of the various temperature depending 

factors the variation in the spectrum is fairly 

complicated. 

Near infrared spectroscopy is often used for 

non-destructive and non-contact determination 

of analyte contents like moisture or 

protein. Differing temperatures result in 

negative influence to the performance of 

the analysis. Because of the huge overlap 

of the bands, near infrared systems often 

do need huge amounts of samples to 

create complex calibration models with their 

spectra. Such calibrations are very 

expensive, which makes calibration transfer 

algorithms to compensate temperature 

changes highly welcome. 

Vorhergesagte Materialfeuchte in % 

Predicted % by bulk moisture 

10 

9 

8 

7 

6 

5 

4 

3 

2 

1 

Mit Kalibrationstransfer korrekte Vorhersage der 

Materialfeuchte von Kaffeepulver 

Calibration Transfer leads to correct Prediction of 

coffee powder 

Kalibration bei 20°C, 

Validierung bei 70°C 

transferiert auf 20°C 

Kalibrier- und 

Validierdatensatz bei 

70°C erstellt 

Calibration at 20°C, 

validation at 70°C 

transfered to 20°C 

Dataset vor calibration 

and validation 

made at 70°C 

0 

0 2 4 6 8 10 

Materialfeuchte in % nach Referenzanalytik 

% by bulk moisture according to reference analytics




Dr. Volker Beushausen 

Dr. Konstantin Christou 

Dipl.-Ing. Alexander Göhmann 

M. Sc Alexander Grosch 

Dr. Sven Groß 

Dipl.-Ing. Lars Gundrum 

Dipl.-Phys. Wilhelm Hüttner 

Unsere Projekte / Our Projects: 

Julia Kemp 

Dipl.-Phys. Britta Kreilein 

Dr. Christoph Lenth 

Dr. Ralf Müller 

Dipl.-Phys. Dominik Niedenzu 

Dipl.-Chem. Matthias Niederkrüger 

B. Sc. Mark Olschewski 

Dip.l-Phys. Frank Rotter 

Dipl.-Ing. Christian Salb 

Stefan Scholz 

Dr. Hainer Wackerbarth 

Mike Wellhausen 

Projekt Bestimmung der Materialfeuchte von Schüttgütern in Produktionsprozessen durch 

Kombination von direkten und indirekten Messverfahren 


Verbundprojekt FFE „Neuartige Analyse- und Prozessüberwachungstechnologie mit 

Querschnittcharakter" 


Projekt: „Ramanspektroskopisches Nachweissystem für miniaturisierte Frei-Fluss- 

Elektrophorese“ 


Verbundprojekt NanoSens Nanostrukturierte photonische Gassensoren 

Gefördert vom BMWi, InnoNet 

Projekt: Evaluierung der Grenzen und Möglichkeiten der Explosivstoffdetektion mit 

oberflächenverstärkter Ramanstreuung 

Gefördert vom BMWi, InnoNet 

Verbundprojekt Mimodia „Minimal invasive motorische Diagnostik“ 


Projekt: „Entwicklung eines miniaturisierten IR-Sensors zur Gemischbildungsanalyse 


DFG-Schwerpunktprogramm: Bildgebende Messverfahren für die Strömungsanalyse 

(SPP 1147) 

Projekt: Entwicklung und Erprobung eines bildgebenden Messverfahrens zur 

simultanen flächigen Bestimmung von Mischungsverhältnis und 

Geschwindigkeitsfeld bei einphasigen Mischprozessen 

Projekt: Kombinatives 2D-Messverfahren zur simultanen quantitativen 

Bestimmung von Strömungsfeld, Mischungsbruch und Temperatur am Beispiel 

von Mikro-Fluidik-Anwendungen 

45

Laser-Plasma-Hybridtechnologie 

Laser Plasma Hybridtechnology 

Die im Jahr 2009 gegründete 

Arbeitsgruppe Laser-Plasma- 

Hybridtechnologie erforscht, 

entwickelt und erschließt neue 

Anwendungsfelder im Bereich 

der Laser- und Plasmatechnologie. 

Dabei ermöglicht das 

interdisziplinäre Zusammenwirken 

der Plasma- und der 

Lasertechnologie mit der 

Biologie, Medizin, Chemie und 

Physik die Erforschung neuer 

innovativer Verfahren, die zu 

Produkten für die verschiedensten 

Anwendungsgebiete 

weiter entwickelt werden 

können. 

46 

The new department Laser 

Plasma Hybrid Technology 

was founded in 2009. In this 

department, novel application 

fields for laser and plasma 

technologies are investigated 

and developed. 

Due to the interdisciplinary 

cooperation of plasma and 

laser technology in the fields of 

biology, chemistry, medicine 

and physics (especially for 

photonics), many innovative 

processes are explored. They 

can be developed to products 

for various applications in 

science and industry. 

Forschungsschwerpunkte 

Dr. Stephan Wieneke 


� +49(0)551 5035-61 

� +49(0)551 5035-69 

Stephan.Wieneke@llg-ev.de 

Selbstreinigende Oberflächen 

Plasmasterilisation 

Laser-Plasma-Hybrid Materialbearbeitung 

Hydrophobe / hydrophile Oberflächen 

Selbstreinigende Oberflächen 

Biofunktionelle / antimikrobielle Oberflächen 

Scientific Focus 

Self-cleaning surfaces 

Plasma sterilization 

Laser plasma hybrid material Processing 

Hydrophobic / hydrophillic surfaces 

Self-cleaning surfaces 

Biofunctional / antimicrobial surfaces



Niedersächsischer Innovationsverbund 

Plasmatechnik (NIP) 

Der Niedersächsische Innovationsverbund 

Plasmatechnik (NIP) betreibt Forschungs-, 

Wissenschafts- und Technologietransfer mit 

Wirtschaftsbetrieben, insbesondere den 

kleinen und mittelständischen Unternehmen 

in Niedersachsen im Bereich der Plasmaoberflächentechnik. 

Die am Projekt beteiligten Kooperationspartner 

aus der Wirtschaft sind in einer 

Vielzahl unterschiedlicher Wirtschaftszweige 

(Messtechnik, Biotechnologie, 

Verfahrenstechnik, etc.) angesiedelt, was 

sowohl bei der Durchführung von Projekten 

wie auch bei der Beteiligung der 

Unternehmen eine größtmögliche Vielfalt 

gewährleistet. 

Innovation Network for Plasma 

Technology of Lower Saxony (NIP) 

The Innovation Network for Plasma 

Technology of Lower Saxony is a network 

for a transfer of scientific know-how and 

technology of scientific research institutes 

and small and medium sized companies in 

the German Federal State of Lower 

Saxony. The network is specialized to 

Plasma Surface Technology. 

The project partners are from manifold 

branches of economy (process 

engineering, measurement techniques, bio 

technology etc.) to ensure a manifoldness 

which is important for scientific research 

projects and industry cooperation. 

Schematische Darstellung des Niedersächsischen Innovationsverbunds Plasmatechnik und seiner 

Kompetenzvielfalt 

Scheme structure of the Innovation Network for Plasma Technology of Lower Saxony (NIP) 

and its competences 

47



Kaltes Laser- und Plasmasintersystem 

Dieses System stellt ein weltweit einmaliges 

Gerät dar, welches ganz neue Bearbeitungswege 

und -ergebnisse erwarten 

lässt. Das System ermöglicht erstmals 

lösemittelfreie (VOC-freie) und damit 

umweltschonende Direktsinterprozesse mit 

verschiedensten Nanopulvern (Metall, 

Kunststoff, Keramik und Legierungen). 

Aufgrund des "kalten" Atmosphärendruckplasmas 

lassen sich präzise strukturierte 

Schichten hoher Widerstandsfähigkeit, 

Temperaturbeständigkeit und guter Haftung 

auch auf temperaturempfindlichen Oberflächen 

mit hohen Abscheideraten (10 µm 

@ 1 m/min) aufbringen. So können beispielsweise 

Solarzellen metallisiert oder 

flexible Leiterplatten, Dünnschicht-Batterien 

oder Membranen für Brennstoffzellen hergestellt 

werden. 

Unter zusätzlicher Verwendung eines 

Lasersystems während des Plasmabeschichtens 

können durch gezielte 

Laserablation neuartige Phasenelemente 

(z.B. diffraktive Optiken) hergestellt werden. 

Der gezielte Einsatz der Laser-Plasma- 

Kombination kann sich desweiteren positiv 

auf Kristallisationsvorgänge z. B. in 

Halbleitern auswirken. 

48 

Cold Laser Plasma Sinter System 

The cold laser plasma sinter system is a 

novel and unique peace of technology. 

Innovative treatments and solution ways 

can be expected, for the system is the first 

to enable dissolvent-free (VOC-free) and 

therefore environmentally friendly direct 

sinter processes with different nanopowder 

(metal, plastics, ceramics and alloys). Due 

to the “cold” atmospheric pressure plasma, 

precisely structured coats with high 

resistivity, temperature stability and good 

adhesion can be brought to temperature 

sensitive with high deposition rates (10 µm 

@ 1 m/min). To give some examples, solar 

cells can be metalized and it is possible to 

manufacture flexible conductor plates, thin 

film batteries and membranes for fuel cells. 

In combination with a laser system during 

the plasma coating, new phase elements 

can be generated with laser ablation (for 

example diffractive optics). The systematic 

use of the laser plasma combination has a 

very good influence on actions like the 

crystallization in semi conductors. 

Kombinierter Ablations- und Beschichtungsvorgang 

mit einem kalten Laser-Plasmasintersystem 

Combined ablation- and coating process with a cold 

laser-plasmasintersystem



Qualitätssteigerung von OWI-Thermoformholz® 

durch Plasmabehandlung 

Durch eine thermische Modifizierung von 

heimischem Buchenholz wird die Nutzbarkeit 

des ökoeffizienten Materials für den 

Außeneinsatz verbessert, da die Haltbarkeit 

durch reduzierte Wasseraufnahme steigt. 

Durch diese Behandlung werden aber auch 

Tränkbarkeit und Verleimbarkeit des Holzes 

nachteilig beeinflusst. Als Folge benötigen 

die verwendeten Thermo-Buchenfurniere 

sehr lange Tränkzeiten in einem Melamin- 

Bad. Hohe Verleimfestigkeit kann nicht 

gewährleistet werden; diese Probleme 

stehen auch einer Automatisierung der 

Produktion und entgegen. 

Ziel dieses Projektes ist, durch eine 

Plasmabehandlung unter Atmosphärendruck, 

eine deutliche Reduzierung der 

benötigten Tränkzeiten zu erreichen. 

Hierdurch können Takt- und Prozesszeiten 

erheblich verkürzt werden und es besteht 

die Möglichkeit zur vollständigen Automatisierung 

der Produktion. Dadurch wird die 

Voraussetzung zur industriellen Fertigung 

bei hoher Produktivität und Wirtschaftlichkeit 

geschaffen. 

OWI-Thermoformholz-Produkt mit wasserabweisender 

Oberfläche 

OWI thermo-form wood with hydrophobic surface 

Plasmabehandlung von Holz bei Atmosphärendruck 

für eine effizientere Produktnutzung draußen 

Atmospheric plasma treatment of wood for an 

increased usability of the product outside 

Quality Increase of OWI Thermoform 

Wood® with Plasma Technology 

The thermal modification of domestic grown 

beech wood enables a longer time of wood 

usage outdoors because of a lower 

absorption of water. A huge disadvantage 

of this method is the lower wood treatability 

and gluability emerging after the thermal 

process. This leads to a long treatment time 

of the wood veneer in a melamine bath. A 

better gluability cannot be ensured; this is 

why the production process of the ecoefficient 

product has not been automated 

yet. 

The LLG project aims to reach an explicit 

decrease of the wood treatment time in the 

bath with the atmospheric plasma treatment. 

Cycle time and process duration can be 

considerably reduced this way, so a 

complete automation of the production 

process is possible. With this important 

step, the conditions for a fully automated 

industrial manufacturing with huge 

economic potential are accomplished. 

49



Plasmamedizin 

Die Plasmamedizin ist ein interdisziplinärer 

Zweig der Plasmatechnologie, der sich 

innerhalb der letzten Jahre als ein eigenständiges 

Forschungsgebiet etabliert hat. 

Die plasma-medizinische Entwicklung ist 

ausgerichtet auf dermatologische Anwendungen 

wie z.B. die Autoimmunerkrankung 

Neurodermitis. 

Dabei steht die topische, schmerzfreie 

Behandlung der Haut mit netzunabhängigen 

Plasmaquellen im Fokus. Die wesentlichen 

Wirkmechanismen setzen sich zusammen 

aus einer Applikation von geringem 

elektrischen Stromfluss, geringer Dosis an 

UV-Strahlung (UV-Therapie) sowie der 

Wechselwirkung im Plasma gebildeter 

reaktiver Gasspezies wie O3 und NOx mit der 

Hautoberfläche. Gerade der letztgenannte 

Mechanismus hat eine temporäre Einsäuerung 

der Hautoberfläche zur Folge. Die 

Wechselwirkung der einzelnen Plasmakomponenten 

mit eukaryotischen wie auch 

prokaryotischen Zellen sowie den Bestandteilen 

des Hydro-Lipid-Films oberhalb dieser 

Zelllagen ist noch nicht eindeutig geklärt. 

Deshalb sind zurzeit weltweit Forschungsprojekte 

darauf ausgelegt, zu einem differenzierten 

Gesamtbild der plasmamedizinischen 

Wirkungsmechanismen beizutragen. 

Plasmaentladung auf einem menschlichen Finger 

Plasma discharge on a human finger 

50 

Kaltes Atmosphärendruckplasma in Kombination mit einer UV- 

Strahlungsquelle für Dekontaminationsversuche 

Cold Atmospheric pressure plasma in combination with a UV 

radiation source for decontamination 

Plasma Medicine 

Plasma medicine is an interdisciplinary 

sector of the plasma technology. In the past 

years, it has developed to an independent 

research field. The plasma medical 

research and development focuses on a 

dermatological use of the technology, for 

example in the treatment of immune 

mediated diseases like neurodermatitis. 

The topical, analgize treatment of the 

human skin with mobile plasma sources is 

the main research aspect here. 

The main mechanisms of action are 

composed of an application of low current 

flow, a low dose of UV radiation (UV 

therapy) as well as the interaction of 

gaseous species accumulated in plasma, 

like O3 and NOx, with the human skin 

surface. Mainly this mechanism entails a 

temporary deacidification. A final definition 

for the interaction of the single plasma 

components with eucaryal as well as 

prokaryal cells and the parts of the hydrolipid 

film above these cell layers was not 

found yet, so scientists all over the world 

work in projects in the moment to find a key 

to a more differentiated overall picture for 

the plasma medical mechanisms of action.



Plasmastrahlungsquellen 

Durch die Kombination von zwei etablierten 

Verfahren zur Erzeugung von Strahlung im 

extrem ultravioletten Spektralbereich bis hin 

zur Erzeugung von weicher Röntgenstrahlung 

sollen neuartige, kompakte 

Systeme, sog. „table-top-Systeme“, hoher 

Brillanz geschaffen werden. Hierbei werden 

die Vorteile eines Pinchplasmas in 

Kombination mit einer Laserpulsaufheizung 

ausgenutzt, um eine derartige Strahlungsquelle 

zu erzeugen. 

Voruntersuchungen haben gezeigt, dass es 

möglich ist, Pinchplasmen als Absorptionsmedium 

für kurze Laserpulse zu 

verwenden. Messungen und Simulationen 

zeigen, dass die Auswirkungen auf das 

Plasma stark von dem Zeitpunkt abhängen, 

an dem der Laserpuls in das Plasma eintritt. 

Durch dieses Projekt sollen das 

grundlegende Verständnis zum Absorptionsmechanismus 

von kurzen Laserpulsen 

in Pinchplasmen und der Einfluss der 

Laserpulsdauer bzw. der zeitlichen 

Verzögerung des Laserpulses zum 

Pinchzeitpunkt erweitert werden. 

Plasma Radiation Sources 

With the combination of two wellestablished 

methods for the generation of 

radiation in the extreme UV spectral range 

up to the generation of soft X-rays, novel 

compact systems, so called “table-top 

systems with a huge brilliancy are to be 

built. 

For this purpose, the advantages of a laser 

pulse heated pinch-plasma are used. 

First tests have shown that it is possible to 

use a pinch plasma as an absorption 

medium for short laser pulses. Simulations 

and measurements show that the effect on 

the plasma is strongly dependent of the 

point in time when the laser pulse enters 

the plasma. 

This project aims to increase the 

fundamental basis knowledge of the 

absorption mechanism of short laser pulses 

in pinch plasma and the effect of the laser 

pulse duration and accordingly the time 

delay between the laser pulse to the pinch 

point. 

Zeit- und räumliche Simulation der Elektronentemperatur 

(a-c) und Elektronendichte (d-f) 

eines Laserpuls aufgeheizten Pinchplasmas 

für unterschiedliche Zeitabstände zwischen 

Pinchzeitpunkt und Laserpuls 

Temporally and spatially resolved simulation of 

the electron temperature (a-c) and electron 

density (d-f) of a laser pulse heated pinch 

plasma for different delays between the pinch 

point and the laser pulse 

51




Dr. Stephan Wieneke 

M. Sc. Georg Avramidis 

Dipl.-Ing. Steffen Balshüsemann 

Christoph Bangert 

Dipl.-Ing. Martin Bellmann 

B. Sc. Dennis Bonsendorf 

M. Sc. Stephan Brückner 

Dipl.-Ing. Roland Damm 

Dipl.-Phys. Sabine Förster 

B. Sc. Tibor Giesen 

B. Sc. Vladimir Glas 


M. Sc. Andreas Helmke 

M. Sc. Jan-Hendrik Hluschi 

Dipl.-Ing. Dennis Hoffmeister 

Dipl.-Ing. Christian Holz 

M. Sc. Stefan Klingner 

M. Sc. Nils Mainusch 

B. Sc. Florian Meene 

M. Sc. Nina Mertens 

Dipl.-Ing. Matthias Napp 

M. Sc. Evelyn Notnick 

Projekt Niedersächsischer Innovationsverbund Plasmatechnik (NIP) 

Gefördert von EFRE 

Projekt Plasmagestützte Ionisations-Spektroskopie 


Projekt ns-Plasmaquelle für medizinische Anwendungen 


Projekt Formunabhängige Plasmaaktivierung 


Projekt Plasmaunterstüzte Zellporation 


Projekt Laser-Plasma-Hybrid-Ablation von Substraten 


Projekt Kaltes Laser-Plasmasintersystem 


Andreas Ortmannn 

Björn Piepenschneider 

B. Sc. Philip Plomer 

B. Sc. Anne Radtke 

M. Sc. Christina Schmiedel 

M. Sc. Alexander Schmiedel 

Jan Schütte 

B. Sc. Daniela Tischer 

Dipl.- Ing. Richard Wascher 

Dr. Arndt Wolkenhauer 

Projekt Qualitätssteigerung und Produktionsoptimierung von OWI-Thermoformholz® durch 

Plasmabehandlung unter Atmosphärendruck 


52

Patente 

Patents 

Patente - 

Angemeldet 

B. Borchers, J. Bekesi, P. Simon, J. Ihlemann 

Deutsche Patentanmeldung DE 10 2009 005 972.5 vom 23.1.2009 

J. Ihlemann 


J. Ihlemann, J. Meinertz, M. Schütte 

Deutsche Patentanmeldung PCT/EP2009/057648 vom 19.06.2009 

W. Viöl, N. Mainusch, D. Hoffmeister, W. Maus-Friedrichs, F. Voigts 


W. Viöl, G. Avramidis, R. Wascher 

Deutsche Patentanmeldung DE 10 2009 044 932 vom 24.09.2009 

W. Viöl, S. Wieneke, C. Strauss 


W. Viöl, S. Wieneke, K. Schmidt, K. Pippert 


W. Viöl, Ch. Viöl: 

Europäische Patentanmeldung EP 1 534 099 in Österreich in 2009 

Europäische Patentanmeldung EP 1 534 099 in Frankreich in 2009 

Europäische Patentanmeldung EP 1 534 099 in Italien 31279/BE in 2009 

Europäische Patentanmeldung EP 1 534 099 in Großbritannien in 2009 

Europäische Patentanmeldung EP 1 534 099 in den Niederlanden in 2009 

54

Patente 

Patents 

Patente - 

Erteilt 

J. Klein-Wiele 

„Verfahren zur Nanostrukturierung eines Substrats” 

Deutsche Patentanmeldung DE 10 2006 023 940, erteilt am 10.06.2009 

C. Lenth 

„Optisches System zur berührungslosen Reflexionsmessung und Verfahren zur berührunglosen 

Reflexionsmessung“ Deutsche Patentanmeldung DE 10 2008 009 599 erteilt am 

09.07.2009 

P. Simon, J. Klein-Wiele: 

„Vorrichtung zur Erzeugung eines periodischen Beleuchtungsmusters und Verfahren zu deren 

Betrieb“, Deutsche Patentanmeldung DE 10 2008 038 591 erteilt am 26.11.2009 

P. Simon, J. Meinertz, J. Bekesi, J. Ihlemann 

„Oberflächenmodifikationsverfahren und -vorrichtung” 


P. Simon, T. Nagy: 

„Lichtleiteranordnung, Herstellungsverfahren und Verwendung dafür“ 

Deutsches Patent, DE 10 2007 048 769 erteilt am 29.01.2009 

W. Viöl, Ch. Viöl: 

„Verfahren und Vorrichtung zur Vorbereitung eines Finger- und Fußnagels für eine 

Beschichtung, insbesondere Lackierung“, Europäische Anmeldung 2005 EP 1 534 099, erteilt 

am 14.10.2009 

W. Viöl, A. Kaemling, S. Born 

„Vorrichtung zur Plasmabehandlung unter Atmosphärendruck“ 


55

Publikationen 

Publications 

Publikationen 

Referierte Zeitschriften 

G. Avramidis, E. Hauswald, H. Militz, W. Viöl, A. Wolkenhauer: Plasma treatment of wood and 

wood-based materials to generate hydrophilic or hydrophobic surface characteristics, Wood 

Material Science and Engineering 4 (2009) 52-60 

P Awakowicz., N. Bibinov, M. Born, B. Busse, R. Gesche, A. Helmke, A. Kaemling, V. Kolb- 

Bachofen, R. Kovacs, S. Kuehn, J. Liebmann, N. Mertens, U. Niemann, C. Opländer, H.-E. 

Porteanu, J. Scherer, C. Suschek, W. Viöl, D. Wandke: Biological stimulation of the human skin 

applying health-promoting light and plasma sources, Contributions to Plasma Physics 49 (9) 

(2009) 641-647 

F. Barkusky, A. Bayer, C. Peth, K. Mann: Direct photo-etching of various polymers using high 

fluence radiation from a table-top extreme ultraviolet plasma source, J. Appl. Phys. 105, 1 

(2009) 

F. Barkusky, A. Bayer, C. Peth, K. Mann: P. Malinowski, J. John: Radiation Stability of AlGaN 

Detectors for Applications in the EUV wavelength range, Rev. Sci. Instr. 80(9) (2009), 093102 - 

093102-32009 

S. Brückner, S. Wieneke, W. Viöl: Generation of double pulses in the extreme ultraviolet 

spectral range using a laser combined pinch plasma source, The Open Plasma Physics Journal 

2 (2009) 17-23 

A. Helmke, D. Hoffmeister, N. Mertens, S. Emmert, J. Schütte, W. Viöl: Acidification of lipid film 

surfaces by non-thermal DBD at atmospheric pressure in air, New Journal of Physics 11 (2009) 

115025 

J. Ihlemann, R. Weichenhain-Schriever: Laser Based Rapid Fabrication of SiO2-phase Masks 

for Efficient UV-laser Micromachining, Journal of Laser Micro/Nanoengineering 4, 100 (2009) 

M. Kuchenbecker, N. Bibinov, A. Kaemling, D. Wandke, P. Awakowicz, W. Viöl: 

Characterization of DBD plasma source for biomedical applications, J. Phys. D: Appl. Phys. 42 

(2009) 045212 

J. Kwak, C. Lenth, C. Salb, E. Ko, K. Kim, K. Park; Quantitative analysis of arsenic in mine 

tailing soils using double pulse-laser induced breakdown spectroscopy, Spectrochimica Acta 

Part B Atomic Spectroscopy, 64 (10), 1105-1110 (2009) 

T. Nagy, Peter Simon: Generation of 200-µJ, sub-25-fs deep-UV pulses using a noble-gas-filled 

hollow fiber, Opt. Lett. 34, 2300 (2009) 

T. Nagy, Peter Simon: Single-shot TG FROG for the characterization of ultrashort DUV pulses, 

Opt. Express 17, 8144 (2009) 

C. Peth, F. Barkusky, J. Sedlmair, S.-C. Gleber, E. Novakova, J. Niemeyer, J. Thieme, 

T. Salditt, K. Mann: Near-Edge X-Ray Absorption Fine Structure Measurements Using a Laser 

Plasma XUV Source, Journal of Physics: Conference Series 186 012032 (2009) 

56

Publikationen 

Publications 

W. Quevedo, C. Peth, G. Busse, M. Scholz, K. Mann, S. Techert: Time-resolved Soft x-ray 

Diffraction Reveals Transient Structural Distortions of Ternary Liquid Crystals, 

Int. J. Mol. Sci. 10(11), (2009), 4754-4771, special issue on "Liquid Crystals" 

http://www.mdpi.com/journal/ijms/special_issues/liquid-crystals) 

P. Rajasekaran, P. Mertmann, N. Bibinov, D. Wandke, W. Viöl, P. Awakowicz: DBD plasma 

source operated in single filamentary mode for therapeutic use in dermatology, J. Phys. D : 

Appl. Phys. 42 (2009) 225201 

B. Schäfer, J. Gloger, U. Leinhos, K. Mann: Photo-Thermal Measurement of Absorptance 

Losses, Temperature induced Wavefront Deformation and Compaction in DUV-Optics, 

Optics Express 17, No. 25, 23025 (2009) 

http://www.opticsinfobase.org/oe/upcomingissue.cfm 

J. Sedlmair, S-C Gleber, C Peth, K Mann and J Thieme: NEXAFS spectroscopy with a laser 

plasma x-ray source on soil samples, Journal of Physics: Conference Series 186 012034 (2009) 

F. Tintchev, U. Kuhlmann, H. Wackerbarth, S. Töpfl, V. Heinz, D. Knorr, P. Hildebrandt: Redox 

processes in pressurised smoked salmon studied by resonance Raman spectroscopy, Food 

Chemistry, 112 (2), 482-486 (2009) 

H. Wackerbarth, P. Schon, U. Bindrich: Preparation and Characterization of Multilayer Coated 

Microdroplets: Droplet Deformation Simultaneously Probed by Atomic Force Spectroscopy and 

Optical Detection, Langmuir, 25 (5), 2636-2640, (2009) 

H. Wackerbarth, T. Stoll, S. Gebken, C. Pelters, U. Bindrich: Carotenoid-protein interaction as 

an approach for the formulation of functional food emulsions, Food Research International, 42 

(9) 1254-1258 (2009) 

H. Wackerbarth, U. Kuhlmann, F. Tintchev, V. Heinz, P. Hildebrandt: Structural changes of 

myoglobin in pressure-treated pork meat probed by resonance Raman spectroscopy, Food 

Chemistry, 115 (4), 1194-1198 (2009) 

A. Wolkenhauer, G. Avramidis, E. Hauswald, H. Militz, W. Viöl: Sanding versus plasma 

treatment of aged wood: A comparison with respect of surface energy, International Journal of 

Adhesion and Adhesives 29 (2009) 18-22 

A. Wolkenhauer, G. Avramidis, E. Hauswald, S. Loose, H. Militz, W. Viöl: Investigation on the 

drying behavior of adhesives on plasma-treated wood materials, Wood Research 54(1) (2009) 

59-66 

P. Zahariev, N. Mechkarov, G. Danev, J. Ihlemann: Excimer laser induced micro bumps on 

preheated BK7-glass, Applied Physics A 95, 639 (2009) 

Barkusky F., A. Bayer, S. Döring, P. Grossmann, K. Mann: Damage threshold measurements 

on EUV optics using focused radiation from a table-top laser produced plasma source, Optics 

Express, accepted for publication Dec. 2009 

57

Publikationen 

Publications 

Fuchs, B. F. Schlenkrich, S. Seyffarth, A. Meschede, R. Rotzoll, P. Vana, P. Großmann, K. 

Mann, H.-U. Krebs: Hardening of smooth pulsed laser deposited PMMA films by heating, Appl. 

Phys. A, accepted for publication Dec. 2009 

Mann K., A. Bayer, U. Leinhos, M. Schöneck, B. Schäfer: Photo-thermal measurement of 

Absorption and Wavefront Deformations in UV Optics, ICPPP 15 proceedings, J. Phys.: 

Conference Series, accepted for publication Oct. 2009 

Publikationen 

Nicht referierte Zeitschriften: 

B. Borchers, J. Bekesi, P. Simon, J. Ihlemann: Sub micron surface patterning by short pulse UV 

laser ablation with proximity phase mask immersion", Proceedings of LAMP2009 - the 5th 

International Congress on Laser Advanced Materials Processing 

G. Avramidis, A. Wolkenhauer, B. Zhen, H. Militz, W. Viöl: Water repellent coatings on wood 

surfaces generated by dielectric barrier discharge plasma jet at atmospheric pressure, 

Proceedings European Conference on Wood Modification (2009) 

M. Banyay, L. Juschkin, T. Bücker, P. Loosen, A. Bayer, F. Barkusky, S. Döring, C. Peth, K. 

Mann, H. Blaschke, I. Balasa, D. Ristau: XUV metrology: surface analysis with extreme 

ultraviolet radiation, Proceedings of SPIE; 7361, 736113 (2009) 

F. Barkusky, A. Bayer, B. Flöter, C. Peth, K. Mann: Damage and Degradation of Optics and 

Sensors under intense EUV radiation from a table-top laser produced plasma source, Proc. of 

SPIE, 7504, 75041J, (2009) 

F. Barkusky, A. Bayer, C. Peth, K. Mann: Direct structuring of solids by EUV radiation from a 

table-top laser produced plasma source, Proc. of SPIE, 7361, 73610D (2009) 

F. Barkusky, A. Bayer, S. Döring, B. Flöter, P. Großmann, C. Peth, M. Reese, K. Mann: 

Applications of compact laser-driven EUV/XUV plasma sources, Proc. of SPIE, 7361, 736112 


M. Bartholme, G. Avramidis, W. Viöl, A. Kharazipour: Herstellung von organisch gebundenen 

Holzfaser-Dämmplatten aus Buchenholz, Holztechnologie 50 (2009) 23-26 

R. Bäumner, K. Bodensiek, A. Selle, T. Fricke-Begemann, J. Ihlemann, G. Marowsky: Efficiency 

of fluorescence coupling into planar waveguides, Proc. SPIE 7368-26 (2009) 

A. Bayer, F. Barkusky, J.-O Dette, S. Döring, B. Flöter, C. Peth, K. Mann: Material Analysis with 

EUV/XUV Radiation Using a Broadband Laser Plasma Source and Optics System, Proceedings 

of SPIE; 7360, 736004 (2009) 

J. Bekesi, J. Kaakkunen, J. Meinertz, T. Omairi, J. Ihlemann, P. Simon: Rapid Fabrication of 

Functional Surfaces by Parallel Laser Processing Using DOEs, Proceedings of LAMP2009 - the 

5th International Congress on Laser Advanced Materials Processing 

58

Publikationen 

Publications 

V. Beushausen, H. Wackerbarth, K. Christou, A. Göhmann, W. Hüttner: Ramanspektrometer 

maßgeschneidert, Optolines, No.21 (2009) 

M. Born, U. Niemann, P. Awakowicz, N. Bibinov, D.Wandke, C. Suschek, C. Oppländer, 

V. Kolb-Bachofen, J. Liebmann, A. Helmke, N. Mertens, W. Viöl: Interaction of plasmas and 

photons with human skin cells, Proc. of the 19th International Symposium on Plasma Chemistry 


R Dietsch., St. Braun, Th. Holz, M.Kraemer, K. Mann, D.Weissbach: High precision deposition 

and characterization of single and multilayer X-ray optics, Osaka 2009 

T. Fricke-Begemann, R. Bäumner, K. Bodensiek, A. Selle: Coupling efficiency of fluorescent 

molecules to a sensing waveguide, DGaO Proceedings 2009 – http://www.dgao-proceedings.de 

– ISSN: 1614-8436 

C. Gerhard, P. Georges, V. Coudrec, W. Viöl: Doppelt gekoppelt - Eine neue passiv 

modengekoppelte Laserquelle ermöglicht zahlreiche Anwendungen, Physik Journal 8 (2009) Nr. 

8/9 79-81 

N. Mainusch, F. Voigts, L. Beuermann, W. Maus-Friedrichs, W. Viöl: Plasma source and 

process to minimize electrical contact resistance, Proc. of the 19th International Symposium on 

Plasma Chemistry (2009) 

P. Malinowski, J. John, F. Barkusky, J.Y. Duboz, A. Lorenz, K. Cheng, J. Derluyn, M. Germain, 

P. de Moor, K. Minoglou, A. Bayer, K. Mann, J.-F. Hochedez, B. Giordanengo, G. Borghs, R. 

Mertens: Radiation hardness of AlxGa1-xN photodetectors exposed to Extreme UltraViolet (EUV) 

light beam, Proc. Of SPIE, 7361, 73610T (2009) 

K. Mann, A. Bayer, M. Lübbecke, B. Schäfer: Comprehensive laser beam characterization for 

applications in material processing, Proceedings of SPIE, 7202, 72020C, (Feb. 2009) 

M. Napp, P. Rehn, A. Wolkenhauer, G. Avramidis, W. Viöl: Plasma steigert Haftung von HWS- 

Oberflächen - schnellere Trocknung von Leimen, Surface-Magazin (2009) 72-75 

E. Plönjes, K. Tiedtke, B. Flöter, K. Mann: Comparative measurements of FLASH beamline foci 

HASYLAB Annual Report Photon Science (2009) 

P. Rajasekaran, N. Bibinov, D. Wandke, W. Viöl, P. Awakowicz: Characterization of dielectric 

barrier discharge in air for biomedical application, Proc. of the 19th International Symposium on 

Plasma Chemistry (2009) 

B. Schäfer, B. Flöter, K. Mann: Photothermal measurement of absorptance losses, temperatureinduced 

wavefront deformation, and compaction in DUV optics, Proceedings of SPIE, 

7389:73891D (2009) 

B. Schäfer, K. Mann: Wellenfrontsensor misst Absorption aus thermischen Linsen, Laser- 

Magazin 5-6, 26 (2009) 

C. Schmiedel, A. Schmiedel, W. Viöl: Combined plasma laser removal of parylene coatings, 

Proc. of the 19th International Symposium on Plasma Chemistry (2009) 

59

Publikationen 

Publications 

D. Wandke, U. Niemann, P. Awakowicz, N. Bibinov, M. Born, C. Suschek, C. Oppländer, 

V. Kolb-Bachofen, J. Liebmann, A. Helmke, N. Mertens, W. Viöl: Interaction of plasma with 

human skin cells and reduction of germs by using dbd, Proc. of the 19 th International 

Symposium on Plasma Chemistry (2009) 

J. Zinn, M. Schütte, J. Meinertz, J. Ihlemann: F2-laser fabrication of fiber-integrated optical 

elements, Proceedings LAMP 2009 

Publikationen 

Bücher: 

Series: Environmental Research Advances, Nova Publishers 2009 

Biological and Environmental Applications of Gas Discharge Plasmas, 

Nina Mertens, Wolfgang Viöl: Dielectric Barrier Discharge: A Versatile Tool for Biological 

Applications 

Series: Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design (NNFM), Volume 106, 

Imaging Measurement Methods for Flow Analysis, Results of the DFG Priority Programme 1147 

"Imaging Measurement Methods for Flow Analysis" 2003-2009: 

1. Beitrag 

V. Beushausen, K. Roetmann, W. Schmunk, M Wellhausen, C. Garbe, B. Jähne: "2D- 

Measurement Technique for Simultaneous Quantitative Determination of Mixing Ratio and 

Velocity Field in Microfluidic Applications", pp. 155-164, 

2. Beitrag 

F. Rotter, J. Scholz, J. Müller, T. Wiersbinski, M. Röhl, P. Ruhnau, D. Kondermann, 

C. Garbe, V. Beushausen: "Simultaneous, Planar Determination of Fuel/Air Ratio and 

Velocity Field in Single Phase Mixture Formation Processes", pp.165-174, Wolfgang Nitsche, 

Christoph Dobriloff (Eds.) Springer Berlin/Heidelberg 2009 

Vorträge 

Poster 

R. Bäumner, K. Bodensiek, A. Selle, T. Fricke-Begemann, J. Ihlemann, G. Marowsky: 

“Efficiency of fluorescence coupling into planar waveguides”, European Conference on 

Biomedical Optics (ECBO), München, 15.-19.6.2009 

J. Ihlemann, R. Weichenhain-Schriever: “Laser induced congruent forward transfer of SiOxlayers”, 

10th International Conference on Laser Ablation (COLA), Singapur, 22.-27.11.2009 

M. Jahn, J. Richter, R. Weichenhain-Schriever, J. Meinertz, J. Ihlemann: “Ablation of Silicon 

Suboxide Thin Layers”, 0th International Conference on Laser Ablation (COLA), Singapur, 22.- 


60

Vorträge 

Presentations 

Hainer Wackerbarth, Christian Salb, Matthias Niederkrüger, Konstantin Christou, Volker 

Beushausen: “"Construction of a Device for the Detection of Explosives and Hazardous Gases 

Based on Surface Enhanced Raman Spectroscopy", Konferenz: "Safety & Security Systems in 

Europe", Potsdam 05.07.2009 

E. Plönjes, P. Juranic, B. Keitel, M. Kuhlmann, K. Tiedtke, S. Kapitzki, G. Dovillaire, B. Flöter, 

K. Mann, B. Schäfer: „Beam Characterization and Wave Front Measurement at FLASH“ 

Hasylab User Meeting, DESY, Hamburg 23.01.-24.01.2009 

B. Flöter, K. Mann, B. Schäfer, B. Keitel, K. Tiedtke, E. Plönjes, P. Juranic, J. Chalupsky, 

V. Hajkova, L. Juha: „Wave Front Measurements at FLASH and LCLS“ SFB755 Winter School, 

Schwarzenberg (A), 08.02-12.02.2009 

M. Reese, A. Kalinin, C. Peth, F. Barkusky, J.-O. Dette, A. Bayer and K. Mann: “Progress 

Report on the Laboratory X-Ray Microscope”, SFB755 Winter School, Schwarzenberg (A) 

08.02-12.02.2009 

F. Barkusky, A. Bayer, S. Döring, B. Flöter, P. Großmann, C. Peth, M. Reese, K. Mann: 

“Applications of compact laser-driven EUV/XUV plasma sources”, SPIE Optics & 

Optoelectronics, Prague (CZ), 20.04-23.04.2009 

M. Banyay, L. Juschkin, T. Bücker, P. Loosen, A. Bayer, F. Barkusky, S. Döring, C. Peth, K. 

Mann, H. Blaschke, I. Balasa, D. Ristau: “XUV metrology: surface analysis with extreme 

ultraviolet radiation”, SPIE Optics & Optoelectronics, Prague (CZ), 20.04-23.04.2009 

C. Peth, F. Barkusky, A. Bayer, S. Döring, P. Großmann, M. Reese, K. Mann: “Near-Edge X- 

Ray Absorption Fine Structure Measurements Using a Laser Plasma XUV Source” PEARL 

2009, Workshop, Dublin (IRL), 05.05-10.05.2009 

K. Mann, A. Bayer, F. Barkusky, U. Leinhos, B. Schäfer: “Characterization of CaF2 Optics for 

193 nm Microlithography”, SPIE Laser Damage, Boulder (CO USA), 21.09-23.09.2009 

M. Reese, F. Barkusky, J.-O. Dette und K. Mann: “Waveguides and multilayer mirrors for 

labratory-scale x-ray sources”, SFB755 Herbstschule, Drübeck, 15.10-16.10.2009 

N. Mainusch, F. Voigts, L. Beuermann, W. Maus-Friedrichs, W. Viöl: “Plasma process to 

minimize electrical contact resistance of metal surfaces and compounds”, 19 th International 

Symposium on Plasma Chemistry, Bochum, 26.07. - 31.07.2009 

C. Schmiedel, A. Schmiedel, J. Ihlemann, W. Viöl: “Laser plasma hybrid removal of parylene 

coatings”, 19th International Symposium on Plasma Chemistry, Bochum, 26.07. - 31.07.2009 

P. Rajasekaran, N. Bibinov, D. Wandke, W. Viöl, P. Awakowicz: “Characterization of dielectric 

barrier discharge in air for biomedical application”, 19 th International Symposium on Plasma 

Chemistry, Bochum, 26.07. - 31.07.2009 

61

Vorträge 

Presentations 

Vorträge 

W. Viöl: „Plasmaoberflächenveredlung von Holz und Holzwerkstoffen“, Seminar Holzbiologie 

und Holztechnologie der Universität Göttingen, Göttingen, 08.01.2009- invited 

W. Viöl: „Gezähmte Gewitterblitze – Plasmatechnologie“, IHK Hannover, Göttingen, 14.01.2009 

- invited 

K. Mann: “Comprehensive laser beam characterization for applications in material processing”, 

tSPIE Photonics West, San José, CA US, 24.01.2009 – invited 

P. Raisekaran, N. Bibinov, D. Wandke, W. Viöl, P. Awakowicz: “Characterization of DBD plasma 

source for biomedical applications”, 2nd International Workshop on Plasma- Tissue Interaction, 

Greifswald, 02.02. – 04.02.2009 

N. Mertens, A. Helmke, A. Goppold, S. Emmert, W. Viöl: „Dielectric barrier discharge plasma - 

an upcoming approach in skin treatment”, 2nd International Workshop on Plasma-Tissue 

Interaction, Greifswald, 02.02. – 04.02.2009, - invited 

W. Viöl: „Gezähmte Gewitterblitze - Plasmatechnologie verbessert trennende und fügende 

Fertigungsverfahren“, Seminar der Fakultät Maschinenbau der Universität Kassel, Kassel, 16. 

02.2009 - invited 

K. Mann: “Applications of EUV/XUV TableTop Sources”, DCU, Dublin, 04.03 2009 - invited 

K. Mann: “Beam Characterization of Free Electron Lasers”, Euro FEL Meeting, Triest, 09.03 - 

13.03.2009 - invited 

N. Mertens, A. Helmke, A. Goppold, S. Emmert, W. Viöl: “Low temperature plasma treatment of 

human tissue, 2nd International Conference on Plasma Medicine”, San Antonio, Texas USA, 

16.03. - 20.03.2009 

P. Raisekaran, N. Bibinov, D. Wandke, W. Viöl, P. Awakowicz: “Characterization of DBD in air 

for biomedical applications”, DPG-Frühjahrstagung, Greifswald, 30.03. - 03.04.2009 

S. Wieneke, S. Brückner, W. Viöl: „Laserunterstütztes Aufheizen von elektrisch erzeugten Z – 

Pinchplasmen“, DPG-Frühjahrstagung, Greifswald, 30.03. - 03.04.2009 

C. Peth: „Lasergetriebene Röntgenquellen – Lichtquellen für die Nanotechnologie“, DPG- 

Frühjahrstagung, Greifswald, 31.03.2009 – invited 

B.Schäfer: „Strahl und Optikcharakterisierung für Anwendungen in der Materialbearbeitung“, 

DPG-Frühjahrstagung, Greifswald, 31.03.2009 

B. Flöter: „Strahlcharakterisierung des Freie Elektronen Lasers FLASH“, DPG Frühjahrstagung 

Greifswald, 02.04.2009 

W. Viöl: „Eine Region, die Wissen schafft – Plasmatechnologie“, Wirtschaftsförderung Landkreis 

Northeim, Northeim, 03.04.2009 - invited 

62

Vorträge 

Presentations 

P. Raisekaran, N. Bibinov, D. Wandke, W. Viöl, P. Awakowicz: “Characterization of DBD plasma 

source for biomedical applications”, 8th Workshop on Frontiers in Low Temperature Plasma 

Diagnostics, 2009, Blasko, Tschechien, 19.04 - 23.04 2009 

F. Barkusky: “Direct structuring of solids by EUV radiation from a laser produced plasma 

source”, SPIE Optics & Optoelectronics, Prag, Tschechien, 20.04.2009 - invited 

A. Bayer: “Material Analysis with EUV/XUV Radiation Using a Broadband Laser Plasma Source 

and Optics System”, SPIE Optics & Optoelectronics, Prag, Tschechien, 20.04.2009 

G. Avramidis, A. Wolkenhauer, B. Zhen, H. Militz, W. Viöl: “Water repellent coatings on wood 

surfaces generated by dielectric barrier discharge plasma jet at atmospheric pressure” 

European Conference on Wood Modification, Stockholm, Schweden, 27. 04. - 29.04.2009 

W. Viöl: „Technologietransfer - Best Practice Beispiele, Forum für Ideen, WRG, Göttingen, 


W. Viöl: „Ein Beispiel aus der Region, die Wissen schafft: Gezähmte Gewitterblitze - 

Plasmatechnologie“ Sparkassenverband Niedersachsen, Goslar, 15.05.2009 - invited 

T. Nagy, P. Simon: “Generation of High-Energy Sub-20-fs DUV Pulses in Noble-Gas-Filled 

Hollow Fiber”, Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) / The International Quantum 

Electronics Conference (IQEC) Baltimore, USA, 31.05.2009 

T. Fricke-Begemann, R. Bäumner, K. Bodensiek, A. Selle: “Coupling efficiency of fluorescent 

molecules to a sensing waveguide”, Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für angewandte 

Optik, Brescia, Italien, 02.06--05.06.2009 

W. Viöl: „Plasmaklang“, Fachtagung Keine Angst vor Wissenschaft!, Göttingen, 12.06- 


C. Gerhard, W. Viöl: “Improved regenerative energy sources by laser material processing,” 

Canada-France-Germany Young Photonic Researcher Workshop, München, 13.06. - 


A. Bayer: “Structural and Chemical Surface Analysis with EUV/XUV Radiation Using a 

Broadband Laser Plasma Source and Optics System”, Conference on Laser and Electro-Optics 

(CLEO), München, 14.06. – 19.06.2009 

J. Meinertz, J. Richter, R. Weichenhain-Schriever, J. Ihlemann: „Phase mask fabrication by 

laser ablation“, EOS Conference on Manufacturing of Optical Compnents, München. 15.- 


P. Zahariev, N. Mechkarov, G. Danev, J. Ihlemann: “Micro bump formation on preheated BK7glass 

by excimer laser irradiation”, CLEO/Europe-EQEC 2009, München, 15.-19.06.2009 

B. Schäfer: “Photo-Thermal Measurement of Absorptance Losses, Temperature induced 

Wavefront Deformation and Compaction in DUV-Optics”, SPIE Europe Optical Metrology, 

München, 17.06.2009 

63

Vorträge 

Presentations 

T. Nagy: "Generation and characterization of energetic sub-25 fs DUV pulses", Seminar, 

Physics Department, University of Illinois at Chicago (UIC), Chicago, IL, USA, 22.06 -29.06. 

2009- invited 

W. Viöl: „Laser und Laserstrahlcharakterisierung“, Seminar Technische Optik in der Praxis, 

Göttingen, 29.06 - 30.06.2009 

J. Zinn, M. Schütte, J. Meinertz, J. Ihlemann: “F2-laser fabrication of fiber-integrated optical 

elements”, 5 th International Congress on Advanced Materials Processing. (LAMP), Kobe, Japan, 

29.06.-02.07.2009 

J. Bekesi, J. Kaakkunen, J. Meinertz, T. Omairi, J. Ihlemann, P. Simon: "Rapid Fabrication of 

Functional Surfaces by Parallel Laser Processing Using DOEs", LAMP 2009 - the 5th 

International Congress on Laser Advanced Materials Processing, Kobe, Japan, 29.06.- 


B. Borchers, J. Bekesi, P. Simon, J. Ihlemann: "Sub micron surface patterning by short pulse 

UV laser ablation with proximity phase mask immersion", LAMP 2009 - the 5th International 

Congress on Laser Advanced Materials Processing, Kobe, Japan, 29.06.-02.07.2009 

B. Schäfer: “Partially Coherent Laser Beams: Propagation, Measurement and Representation”, 

IRUVX-PP/EUROFEL, Wavefront Propagation Workshop, Daresbury, England, 01.07.2009 - 

invited 

J.-H. Klein-Wiele, P. Simon: "Generation of periodic nano-structures by laser ablation", 

Workshop on ZnO and TiO2 nanostructures, Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short- 

Pulse Spectroscopy (MBI), Berlin, 09.07.2009 - invited 

T. Nagy, P. Simon: "Generation and characterization of energetic sub-20-fs DUV Pulses", 2009 

Conference on Lasers and Electro-Optics Europe & the European Quantum Electronics 

Conference (CLEO/Europe - EQEC 2009), München, 14.07.–19.07.2009 

M. Born, U. Niemann, P..Awakowicz, N. Bibinov, D.Wandke, C. Suschek, C. Oppländer, 

V. Kolb-Bachofen, J. Liebmann, A. Helmke, N. Mertens, W. Viöl: “Interaction of plasmas and 

photons with human skin cells”, 19th International Symposium on Plasma Chemistry, Bochum, 

26.07. - 31.07.2009 

V. Kolb-Bachofen, J. Liebmann, A. Helmke, N. Mertens, W. Viöl: “Interaction of plasma with 

human skin cells and reduction of germs by using dbd”, 19 th International Symposium on 

Plasma Chemistry, Bochum, 26.07. - 31.07.2009 

64

Vorträge 

Presentations 

W. Viöl: „Neue Ideen für jeden Tag,“ IdeenExpo, Hannover, 05.09 - 13.09.2009 

J. Bekesi: "High power short pulse laser systems in the UV”, Infotech Seminar, University of 

Oulu, Oulu, Finland, 12.09-19.09.2009 - invited 

W. Viöl: „Unser Universum“, Kauf Park, Göttingen, 14.09.2009 

F. Barkusky: “Damage and Degradation of Optics and Sensors under intense EUV radiation 

from a table-top laser produced plasma source”, SPIE Laser Damage, Boulder, CO USA, 


P. Simon: "Ultrashort DUV Pulses - Present Status and Future Prospects", CIAE China Insitute 

of Atomic Energy, Seminar, Beijing, China, 23.09-28.09.2009 - invited 

W. Viöl: „Gezähmte Gewitterblitze - Plasmatechnologie“ Auftaktveranstaltung des MINT- 

Kolloquiums, Witzenhausen, 25.09.2009 – invited 

J. Kaakkunen, J. Bekesi, J. Ihlemann, P. Simon: “Ablation of microstructures applying diffractive 

elements and UV femtosecond laser pulses”, 10th International Conference on Laser Ablation 

(COLA), Singapur, 30.09.2009 

H. Wackerbarth: “Surface Enhanced Raman Spectroscopy for the Detection of Explosives and 

Pyrolytic Products”, Konferenz, Nanoeurope, Berlin, 29.09.2010 

A. Bayer: “Optical Elements for the EUV/XUV spectral range – Overview and Applications”, 

17. Arbeitstreffen des AK DUV/VUV-Optik, Jena, 08.10.2009 

T. Nagy, P. Simon: "Ultrashort DUV Pulses - Present Status and Future Prospects", MPQ Max 

Planck Insitute of Quantum Optics, Seminar, Garching, 19.10.2009 - invited 

M. Thomas, I. Dani, U. Lommatzsch, B. Grünler, V. Schulz-von der Gathen, W. Viöl, K.-D. 

Weltmann, C.-P. Klages: „Recent and future applications of atmospheric pressure plasma 

technology in Germany“, Industrie symposium in Nagoya, Japan, 18.11.2009 

W. Viöl: „Vorstellung des Laser-Laboratoriums Göttingen“, Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut, 

Goslar, 24.11.2009 – invited 

K. Christou, W. Hüttner: „Labelfreie Proteindiagnostik mit ober flächenverstärkter 

Ramanspektroskopie in Labs-on-a-Chip“, Arbeitskreis Prozessanalytik, 5. Kolloquium, Sartorius 

College, Göttingen, 01.12.2009 

W. Viöl: „Vernetzt Forschen“, HAWK, Hildesheim, 04. 12.2009 – invited 

65

Abschlussarbeiten 

Final Theses 


Christoph Bangert: Neue Einsatzgebiete der Laserstrahlbeschriftung 

Bachelorarbeit, HAWK Göttingen (2009) 

Frank Berge: Behandlung von organischen Materialien mit einer kombinierten UV- und 

Plasmaquelle bei Atmosphärendruck 

Diplomarbeit, HAWK Göttingen (2009) 

Bastian Borchers: Untersuchung der Strukturbildung auf Oberflächen durch Laserbestrahlung 

mir Interferenztechniken 

Diplomarbeit, Georg-August-Universität Göttingen (2009) 

Konstantin Christou: Markierungsfreie Proteinanalytik mit oberflächenverstärkter 

Ramanspektroskopie 

Dissertation, Georg-August-Universität (2009) 

Sven Groß: Multivariate Korrektur des Temperatureinflusses in der NIR-spektroskopischen 

Materialfeuchtebestimmung 


Peter Großmann: Absorptionsspektroskopische Messungen mit piezo-gesteuerter XUV- 

Laserplasmaquelle 

Masterarbeit, FH Göttingen (2009) 

Evelyn Hauswald: Untersuchungen zur Plasmabehandlung von Holz und Holzwerkstoffen 

mittels dielektrisch behinderter Entladung 

Masterarbeit, HAWK Göttingen (2009) 

Johanna Hirschberg: Untersuchungen zur Eignung von Schichtkompositen als Kathoden in 

Lithium-Ionen-Zellen 


Martin Jahn: Untersuchung der Laserablation dünner Metall- und Oxidschichten in 

unterschiedlichen Umgebungsmedien 

Bachelorarbeit, TU Ilmenau (2009) 

Maxim Krasnensky: Optimierung der elektrischen Leitfähigkeit von Alumniumfolie durch 

Leitrussdeposition mittels plasmagestützter Behandlung für Anwendung in Lithium-Ionen-Zellen 


Martin Kuchenbecker: Characterization of DBD plasma source for biomedical applications, 


66


Final Theses 

Nils Mainusch: Optimierung des Verbundes von Elektrode und Stromkollektor für Lithium- 

Akkumulatoren: Behandlung mittels atmosphärischer Plasmaentladung unter Zusatz von 

Kohlenstoff 


Ralf Müller: Spektroskopische Erfassung der Gastemperatur im Brennraum von Ottomotoren 


Mark Olschewski: Konzeption, Herstellung und Charakterisierung eines mikrofluidischen 

Mischsystems 


Tarek Omairi: Erzeugung periodischer Mikrostrukturen auf Oberflächen durch ultrakurze UV- 

Laserpulse 

Bachelorarbeit, Fachhochschule Emden – Leer, Emden (2009) 

Sebastian Plach: Untersuchungen von Holzkörpern und Instrumenten auf akustische 

Veränderungen nach einer Plasmabehandlung 


Phillip Plomer: A New Measurement Method for Determining the Heat Distribution in Plasma 

Jets, 


David Sylla: Untersuchung des Einflusses einer Plasmabehandlung auf die Oberflächenenergie 

von wasser-, cyclohexan- und ethanolextrahiertem Kiefernholz 

Masterarbeit, HAWK Göttingen (2009), 

Daniela Tischer: Plasmagestützter Chemosensor zur Detektion von aromatischen 

Verbindungen 


Mike Wellhausen: Optische Charakterisierung der mikrofluidischen Gemischbildung 

Diplomarbeit, Georg-August-Universität (2009) 

Arndt Wolkenhauer: Plasma Treatment of Wood and Woodbased Materials by Dielectric Barrier 

Discharge at Atmospheric Pressure Dissertation 

Georg-August-Universität Göttingen (2009) 

67

Preise, Messen und Veranstaltungen 

Awards, Exhibitions and Events 

Ehrungen und Preise 

Stadt der jungen Forscher : Preis für das Projekt Plasmaklang des Laser-Laboratoriums 

Göttingen und des Otto-Hahn-Gymnasiums Göttingen 

68 

Quelle: Göttinger Tageblatt



Ganzseitiger Bericht über unsere Aktivitäten in Laser Focus World, October 2009, p. 15, John 

Wallace: Ultrafast deep-UV pulses have 10x higher energy 

Reprinted with permission, PennWell / Laser Focus World, Copyright 2010, All rights reserved 

69



Ehrungen und Preise 

Student Award: Bastian Borchers, LAMP 2009 the 5th International Congress on Laser 

Advanced Materials processing, Kobe, Japan 

Georg-Simon-Ohm Preis für Herrn Viöls Diplomand Christoph Gerhard 

Mr. Innovationsnetzwerk 2009 – Prof. Dr. Wolfang Viöl 

Messen und Veranstaltungen 

Laser World of Photonics Messe 

München 15.-18.06.2009 

Die größte Messe auf dem Gebiet der 

Photonik zog wie in jedem Jahr 

tausende Besucher an. 

Die Messe gilt als weltweiter Treffpunkt 

für Wissenschaftler und Experten aus 

Betrieben und Instituten der Laser- und 

Optik-Branche – in 4 Hallen wurden die 

neuesten Produkte und Ideen aus 

vielen Bereichen der Biophotonik, 

Laserfertigung und den Life-Sciences 

(wie z.B. Medizin) vorgestellt. 

Laser World of Photonics exhibition, 

June 15 to June 18, 2009, in Munich, 

Germany 

Beratungsgespräch von Dr. Ihlemann (r.) 

Counseling interview by Dr. Ihlemann (r.) 

70 

Messestand des LLG – The LLG booth 

The exhibition is one of the biggest events in photonics; it 

attracts more than 1000 visitors every year. The 

exhibition is considered as a meeting point for scientists 

and experts from institutes and enterprises with a special 

focus on optics and photonics from all over the world. In 

4 gigant exhibition halls, the newest products and ideas 

in field like biophotonics, laser manufacturing and life 

sciences (such as medicine) were presented.



Messen und Veranstaltungen 

IdeenExpo 

IdeenExpo 

in Hannover 05 – 13.09.2009 

MuT-Kongres (Foto: Sliwonik/PZH) 

Das Laser-Laboratorium Göttingen e.V. ist auf der IdeenExpo in Hannover vom 5. bis zum 13. 

September vertreten. Dort können die an Wissenschaft interessierten Jugendlichen etwas über 

Laserstrahlbeschriftungen, Überprüfung der Wasserqualität durch Laser und Plasmabehandlung 

von Nagellack erfahren. 

The Laser-Laboratory in Göttingen was an exhibitor at this year‟s “IdeenExpo”, an exhibition 

designed for young people to get in touch with science and scientific vocational fields. The 

exhibition takes place from September 5 to September 13, 2209, in the German town Hannover. 

The LLG shows actual scientific work concerning laser engraving technology, plasma treatment 

of nail polish and environmental water analysis. 

Mädchen-und-Technik-Kongress 

Hannover, 11.11.2009, 

Innovationen brauchen MuT – Mädchen und Technik!“ So lautet der Titel des Mädchen-und- 

Technik–Kongresses in Hannover, der das Ziel hat, Mädchen und jungen Frauen für Themen 

aus Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik (kurz MINT) zu begeistern. Prof. 

Viöl leitete das Projekt „Fingernägel unter Hochspannung“ auf dem Kongress, bei dem die 

Mädchen den Einfluss von Plasmatechnologie auf ihren Nagellack ausprobieren konnten und 

herausfanden, wie sie so das verhasste Abblättern des Lackes verhindern können. 

„Innovationen brauchen MuT – Mädchen und Technik!“ This slogan of the Congress for Girls 

and Technology in Hannover, Germany, is intentionally playing with the German word for 

courage, “Mut”, in combining the capital Letters of Mädchen und Technik. Innovation needs 

courage, girls and technology, does it say. Prof. Viöl was the project leader of “High-tension 

Fingernails” where the girls worked out how to avoid their pet peeve, peeling nail polish, with a 

novel plasma technology. 

71



Die LLG GmbH wurde Ende 

2002 als Verwertungsgesellschaft 

des LLG e.V. gegründet. 

Ihr Ziel ist es, neue Geschäftsfelder 

im Bereich der optischen 

Technologien zu erschließen 

und den Transfer von 

Technologie und Fachwissen 

zwischen Wissenschaft und 

Wirtschaft in diesem Bereich 

voranzutreiben. 

Die Geschäftsgrundlage bilden 

drei Teilbereiche Dienstleistungen 

auf dem Gebiet der 

Photonik, Kommerzialisierung 

von Ergebnissen des LLG e.V. 

und Vermietung von Labor- 

und Büroräumen im Technologiezentrum. 

Mit dem Jahr 2009 schloss die 

LLG GmbH ihr sechstes volles 

Geschäftsjahr erfolgreich ab 

und konnte zudem einen 

zweiten Geschäftsführer, Herrn 

Prof. Dr. Wolfgang Viöl, 

begrüßen. 

72 

In 2002, the Laser-Laboratorium 

Göttingen GmbH (LLG GmbH in 

short form) was founded as a 

collecting society of the LLG e.V. 

The company is focused on the 

development of new business 

areas in optical technologies and 

on the advance-ment of 

exchanges of expert knowledge 

and technology between science 

and economy in this area. 

The company offers three major 

services: services in the fields of 

photonics, commercialization of 

research results compiled in the 

LLG e. V. and renting of bureau 

rooms and laboratories in the 

Technology Center. 

In 2009, the LLG GmbH has 

successfully finished its sixth 

business year and had as well 

the pleasure to welcome a 

second CEO, Prof. Dr. Wolfgang 

Viöl. 

Geschäftsführung: 

CEO: 


� +49-(0)551-5035-30 

� +49(0)551-30724-139 

gmarows@gwdg.de 

Prof. Dr. Wolfgang Viöl 

� +49-(0)551-5035-50 

� +49(0)551-30724-139 

vioel@llg-gmbh.de

LLG GmbH 

LLG GmbH 

Unsere Produkte 

Die LLG GmbH bemüht sich um eine stetige 

Erweiterung der Produktpalette um Geräte 

und Dienstleistungen, die zukunftsorientierten 

Ansprüchen gerecht werden. 

Zusätzlich zu den bestehenden Produkten 

und Dienstleistungen wie z. B. Table-Top 

EUV-Quellen und UV-fs Lasersystemen sind 

wir nun in der Lage, durch die Anschaffung 

eines TruMark-Gravurlasers detailgenaue, 

farbige Gravuren individuell nach Kundenwunsch 

selbst auf kleinster Fläche zu 

realisieren – zahlreiche Materialien können 

so bearbeitet werden. 

Durch die neue LLG-Abteilung Laser-Plasma- 

Hybridtechnologie sind wir seit Beginn des 

Jahres in der Lage, Geräte und Serviceleistungen 

in Bezug auf diese innovativen 

Methoden anzubieten. Ein Beispiel hierfür ist 

die Plasma-Behandlung von Holz und 

Holzwerkstoffen, eine industriell bewährte 

Technologie, die in der Regel ohne großen 

Aufwand in bestehende Produktionslinien 

integriert werden kann und z.B. die Haltbarkeit 

der Produkte deutlich erhöht. 

Die enge Kooperation der LLG GmbH mit 

dem LLG e. V. ermöglichte in 2009 unter 

anderem die Fertigstellung eines UV-fs-KrF- 

Verstärker-Systems mit spezifischen Anpassungen 

für mehrere internationale 

Kunden sowie Folgeaufträge für dieses 

Produkt. 

Weitere Aufträge von Forschungsinstituten 

der Region, Deutschland und weltweit 

ansässigen Industriepartnern sicherten den 

Fortbestand der LLG GmbH. 

Our Products 

The LLG GmbH focuses on a constant 

enhancement and advancement of its 

product range to ensure future oriented 

gadgets and services. 

Accordingly to the current range of 

products, implying for example table-top 

EUV sources and UV-fs laser systems, the 

new TruMark engraving laser enables us to 

generate customized deep, detailed colored 

engravings even on small surfaces of many 

different materials. 

The new LLG department Laser Plasma 

Hybrid Technology brings new possibilities 

for gadgets and services which are offered 

in our company since spring 2009. 

A good example is the plasma treatment of 

wood and derived timber products, a 

technique which did already prove its worth 

in the industrial production. It can easily be 

integrated in existing production lines and 

can be used, just to give an example, to 

considerably increase the product durability. 

The close cooperation between the LLG 

GmbH and the LLG e. V. enabled us to 

successfully finish a UV-fs-KrF amplifier 

system with specialized changes for 

international customers. 

Other orders from local companies, German 

research institutes and industrial partners 

all over the world assured the continuance 

of the LLG GmbH. 

Lasergravuren auf 

Metalloberflächen 

Laser engraving on a 

metal surface 

Plasmabeschichtung von Holz 

Plasma coating of wood 

73

LLG GmbH 

LLG GmbH 

Das Technologiezentrum 

Folgende Mieter belegten zum 31.12.2009 

das Technologiezentrum und trugen zu 

dessen unverändert 100%gen Vermietung 

bei: 

HAWK 


MBM Science Bridge GmbH 

Microliquids GmbH 

ProOpto GmbH 

XTREME technologies GmbH 

Als neuen Mieter konnten wir mit Beginn 

des Jahres die HAWK begrüßen, die sich in 

den gemieteten Labor- und Büroräumen 

unter der Leitung des neuen, zweiten 

Geschäftsführers Prof. Dr. W. Viöl mit der 

Laser-Plasma-Forschung beschäftigt. 

Unser Personal 

Die LLG GmbH beschäftigte zum Ende des 

Jahres 6 Mitarbeiter, davon 4 Mitarbeiter in 

Teilzeit. 

Zusammenfassung und Ausblick 

Durch eine konstante Einnahmesteigerung 

im abgelaufenen Jahr konnte die LLG 

GmbH eine Sondertilgung für das Darlehen 

zum Bau des Technologiezentrums leisten. 

Trotz der Schwierigkeiten, die durch die 

internationale Wirtschaftskrise entstanden 

sind, konnte die Laser-Laboratorium Göttingen 

GmbH in 2009 das erfolgreichste 

Geschäftsjahr seit ihrem Bestehen 

verzeichnen. 

74 

Technology Centre 

In 2009, all rooms in the Technology Centre 

were rented by our tenants: 

HAWK 


MBM Science Bridge GmbH 

Microliquids GmbH 

ProOpto GmbH 

XTREME technologies GmbH 

With the HAWK, the University for Applied 

Sciences and Arts, a new tenant and 

partner appeared. The HAWK team is 

concentrated in the laser plasma research 

under the direction of the new, second CEO 

of the LLG GmbH Prof. Dr. W. Viöl, 

Our Team: 

In December 2009, the LLG GmbH team 

consisted of 6 employees, four of them 

were working in part-time. 

Abstract and Future Prospects 

Due to a constant increase of our income, 

the LLG GmbH was able to afford a special 

amount of repayment for the credit taken to 

built the Technology Centre. 

Even though the LLG GmbH had to handle 

the difficulties caused by the economical 

crisis, the year 2009 has been the most 

successful business year since the GmbH 

founding in 2002.

LLG GmbH 

LLG GmbH 

Kanadisch-französisch-deutscher Young 

Photonic Researcher Workshop in 

München, 13-16 Juni 2009 

Am Vortag der Lasermesse World of 

Photonics 2009 in München fand ein 

außergewöhnlicher Workshop unter der 

Leitung der LLG GmbH statt: Junge 

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler 

aus Kanada, Frankreich und Deutschland 

mit innovativen Spezialgebieten wie Lasertechnologie, 

optische Kommunikation oder 

Biophotonik hatten die Gelegenheit, 

einander ihre aktuellen Arbeiten vorzustellen, 

neue Kontakte zu knüpfen und 

gemeinsame Projekte zu planen. 

Neue Kooperationen forschungsstarker 

Länder sollten somit gefördert werden. Der 

Workshop wurde von vielen Wissenschaftlerinnen 

und Wissenschaftlern mit 

großem Interesse bemerkt und besucht. 

Auch das Bundesministerium für Bildung 

und Forschung (BMBF) zeigte sich von der 

Idee angetan. Als „Projekt für Internationale 

Zusammenarbeit in Bildung und Forschung“ 

wurde der Workshop finanziell unterstützt. 

Canadian-French-German 

Young Photonic Researcher Workshop 

in Munich, Germany, June 13 to 16, 2009 

The day before the laser exhibition World of 

Photonics 2009 in Munich started, a multinational 

workshop for young scientists from 

innovative research fields (such as laser 

technology, optical communication and biophotonics) 

organized by the Laser- 

Laboratorium Göttingen (LLG) with partners 

from well-known scientific research institutes 

from Canada and France, took place. 

The workshop had the aim to built new 

networks, exchange experiences across 

borders and to find new cooperation 

partners. 

The workshop was noticed by many 

scientist with great interest. The German 

Federal Ministry of Education and Research 

(BMBF) decided to support the project 

financially, for it is an “activity for international 

cooperation for education and 

research”. 

Die Teilnehmer des Workshops, darunter die Organisatoren H. Mostaghaci, G. Marowsky (LLG), G. 

Marre, R. Corriveau, R. Grünke (LLG) 

Workshop participants with the organization team (H. Mostaghaci / Canadian embassy, G. Marowsky / 

LLG, G. Marre / France, R. Corriveau / CIPI, Canada and R. Grünke / LLG) among them 

75

Jahresbericht 2009 - Laser-Laboratorium Göttingen e.V.

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