FreDomLUS

FreDomLUS

Frequency Domain Laser Ultrasound System

Bei unserem FreDomLUS-System handelt es sich um ein optisches Laser-Ultraschall System basierend auf einem Amplituden-modulierten CW-Laser zur Anregung einer Probe und einem Laser-Vibrometer zur Detektion der angeregten Probe. Dadurch können materialeigene Parameter und elastische Phänomene in unterschiedlichen Materialien und Dünnschichten berührungslos und zerstörungsfrei messtechnisch erfasst werden. Dabei ist das faserbasierte Messsystem durch die geringe optische Peak-Leistung besonders für die zerstörungsfreie Prüfung von sehr empfindlichen Proben (z.B. sehr dünne oder kleine Proben) geeignet. Schmalbandige Messungen wie die Bestimmung akustischer Resonanzen können so mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.

Funktionsprinzip:

Standard Laser-Ultraschall-System RECENDT FreDomLUS-System
Laser-Ultraschall im Zeitbereich Laser-Ultraschall im Frequenzbereich
Gepulste Anregung Harmonische Anregung (Amplituden-moduliert)
Auswertung von Echo-Laufzeiten Auswertung von Resonanzfrequenzen
Hohe Peak-Leistung (bis 1 MW) Geringe Peak-Leistung (< 25 W)
Frequenzbereich: 0.1 - 100 MHz Frequenzbereich: 0.1 - 8000 MHz
Einordnung FreDomLUS

Technische Merkmale

Faserbasiertes, optisches Laser-Ultraschallsystem bestehend aus:

Berührungslose Probenanregung
Anregungslaser Amplituden-modulierter CW-Laser
Zentralwellenlänge* Option 1: 1550 nm
Option 2: 1064 nm
Modulations-Frequenzbereich* 100 kHz - 8 GHz
Fokuspunktgröße 1 - 3 µm (FWHM)
Maximale optische Leistung 25 W
Interlock  
Berührungslose Probendetektion
Detektionslaser* CW-Laser
Wellenlänge* 532 nm
Interferometer* Option 1: Michelson, stabilisiert
Option 2: Sagnac
* Standard-Ausführung, Abweichungen und Weiterentwicklungen auf Anfrage möglich

 

Frequency Domain Laser Ultrasound System

Anwendung: Akustische spektrale Bildgebung

Im Vergleich zu aktuellen Standardmethoden wie der akustischen Mikroskopie (C-SAM) können mit dem FreDomLUS-System zusätzlich materialeigene Parameter und elastische Phänomene in unterschiedlichen Materialien und Dünnschichten bis in hohe Frequenzbereiche (< 8 GHz) berührungslos und zerstörungsfrei messtechnisch erfasst werden. Dabei liefert die hier angewandte lokale akustische Spektroskopie eine ortsaufgelöste Bildgebung unterschiedlichster Parameter, die eine Wellenausbreitung im Material beeinflussen, wie z.B. dimensionale, elastische oder piezoelektrische Eigenschaften.

Ortsaufgelöste Charakterisierung elastischer Eigenschaften (A)

Durch die direkte Messung von Plattenresonanzen können mit dem FreDomLUS-System sowohl die Poisson-Zahl (zusammen mit E- und G-Modul) als auch die akustische Dämpfung (longitudinale und transversale Dämpfungskoeffizienten) von Plattengeometrien bestimmt werden.

Ortsaufgelöste Charakterisierung in Ein- und Mehrschichtsystemen (B)

Durch Abscannen der Probe wird mit Hilfe des FreDomLUS eine ortsaufgelöste Bestimmung unterschiedlicher Parameter von Ein- und Mehrschichtsystemen ermöglicht, wie z.B. die Variation in der Schichtdicke im Nanometerbereich. Somit können auch Defekte und Delaminationen in unterschiedlichen Schichten detektiert und lokalisiert werden.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten:

  • Detektion von Delaminationen bei Wafer, etc.
  • Charakterisierung von Filtermaterialien für z.B. RF-Filter (wie BAW- oder FBAR-Filter)
  • Charakterisierung von dünnen Schichten und Schichtsystemen (µm bis nm)
  • Charakterisierung von Mikroelektromechanische Systeme (MEMS)
  • Untersuchung von piezoelektrischen Materialien
Veröffentlichungen

Mediale Veröffentlichungen:

  1. Regitnig-Tillian, N. Mit Klangschale zur Kernfusion. Der Standard. May 8, 2024.
    https://www.derstandard.de/story/3000000217553/mit-klangschalen-der-kernfusion-auf-der-spur

  2. Regitnig-Tillian, N. Schwingende Diamant-Klangschalen. Austria Innovativ. 4/2024 ed. August 16, 2024.
    https://www.austriainnovativ.at/singleview/article/fusionsforschung-schwingende-diamant-klangschalen

Wissenschaftliche Veröffentlichungen:

  1. Ryzy, M.; Veres, I.; Berer, T.; Salfinger, M.; Kreuzer, S.; Yan, G.; Scherleitner, E.; Grünsteidl, C. Determining Longitudinal and Transverse Elastic Wave Attenuation from Zero-Group-Velocity Lamb Waves in a Pair of Plates. The Journal of the Acoustical Society of America 2023, 153 (4), 2090–2100.
    https://doi.org/10.1121/10.0017652.

  2. Grünsteidl, C.; Veres, I.; Berer, T.; Kreuzer, S.; Rothemund, R.; Hettich, M.; Scherleitner, E.; Ryzy, M. Measurement of the Attenuation of Elastic Waves at GHz Frequencies Using Resonant Thickness Modes. Appl. Phys. Lett. 2020, 117 (16), 164102.
    https://doi.org/10.1063/5.0026367.

  3. Grünsteidl, C.; Ryzy, M.; Hettich, M.; Berer, T.; Veres, I. Evaluation of Elastic Wave Attenuation in the GHz Range  Using Zero-Group-Velocity Resonances. In Proceedings of  the e-Forum Acusticum; Lyon, 2020; pp 2557–2560.
    https://doi.org/10.48465/fa.2020.0582.

  4. Grünsteidl, C.; Berer, T.; Hettich, M.; Veres, I. Using Zero-Group-Velocity Lamb Waves to Determine Thickness and Bulk Sound Velocities of Isotropic Plates. In AIP Conference Proceedings; 2102; Vermont, USA, 2019; Vol. 38, pp 050016-1-050016–5.
    https://doi.org/10.1063/1.5099782.

  5. Berer, T.; Grunsteidl, C.; Rothemund, R.; Kreuzer, S.; Ryzy, M.; Hettich, M.; Veres, I. A. Determination of Longitudinal and Transversal Attenuation Coefficients in the Frequency Domain Using Zero Group Velocity Lamb Waves. In 2019 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS); IEEE: Glasgow, United Kingdom, 2019; pp 1974–1976.
    https://doi.org/10.1109/ULTSYM.2019.8925923.

  6. Ryzy, M.; Grabec, T.; Österreicher, J. A.; Hettich, M.; Veres, I. A. Measurement of Coherent Surface Acoustic Wave Attenuation in Polycrystalline Aluminum. AIP Advances 2018, 8 (12), 125019.
    https://doi.org/10.1063/1.5074180.

  7. Grünsteidl, C.; Berer, T.; Hettich, M.; Veres, I. Determination of Thickness and Bulk Sound Velocities of Isotropic Plates Using Zero-Group-Velocity Lamb Waves. Appl. Phys. Lett. 2018, 112 (25), 251905.
    https://doi.org/10.1063/1.5034313.

  8. Veres, I. A.; Grünsteidl, C.; Stobbe, D. M.; Murray, T. W. Broad-Angle Negative Reflection and Focusing of Elastic Waves from a Plate Edge. Phys. Rev. B 2016, 93 (17), 174304.
    https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.174304.

  9. Grünsteidl, C.; Veres, I. A.; Roither, J.; Burgholzer, P.; Murray, T. W.; Berer, T. Spatial and Temporal Frequency Domain Laser-Ultrasound Applied in the Direct Measurement of Dispersion Relations of Surface Acoustic Waves. Appl. Phys. Lett 2013, 102 (1), 011103-1-011103–011104.
    https://doi.org/10.1063/1.4773234.

 

Anwendung: Akustische spektrale Bildgebung

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Holzer Robert, Dipl.-Ing. -

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Zerobin Stefan, Dipl.-Ing. Dr. -

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