DE19518868A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Photoablation anorganischer, nicht metallischer Korrosionskrusten und Ablagerungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Photoablation anorganischer, nicht metallischer Korrosionskrusten und Ablagerungen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Über die Bearbeitung metallischer Materialien wie z. B. Schneiden von Blechen, Schweißen, Bohren von Löchern und im allgemeinen dem Abtragen von metallischem Material mit Hilfe von Laserstrahlung ist in den vergangenen zwei Dekaden viel berich­ tet und patentiert worden. Bei diesen Verfahren und Methoden kommen hauptsäch­ lich leistungsstarke infrarote Laserquellen wie z. B. der CO₂-Laser oder neuerdings der Nd:YAG Festkörperlaser zum Einsatz. Durch eine, im nahen und mittleren infraroten (IR) Spektralbereich nahezu wellenlängenunabhängiger Absorption der metallischen Materialien, ist die Wellenlänge der emittierten Laserstrahlung im Gegensatz zu der Ausgangsleistung des Lasers bzw. des Wirkungsgrades des Lasers, von untergeordneter Bedeutung.

Der im folgenden beschriebene Patentantrag stellt ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Photoablation anorganischer, nicht metallischer Korrosionskrusten und Ab­ lagerungen, die freies Wasser oder Kristallwasser enthalten oder aufnehmen können, insbesondere Carbonat-, Sulfat- oder Phosphatverbindungen, mit Hilfe infraroter La­ serstrahlung dar. Solche Ablagerungen und Korrosionskrusten können unter anderem durch Umwelteinflüsse an exponierten Objekten wie z. B. Sandsteinskulpturen, Fen­ stergläsern usw. entstanden sein und/oder entstehen.

Die zunehmende Luftverschmutzung durch Industrie, Verkehr und Heizungsanla­ gen hat dazu geführt, daß die den Umwelteinflüssen ausgesetzten Objekte zum größten Teil angegriffen sind und mineralische Ablagerungen bzw. Korrosionskrusten aufwei­ sen. In Wasser gelöstes Kohlendioxid führt zur Bildung von Korrosionskrusten, welche Carbonatverbindungen enthalten, und Schwefeldioxid bzw. Schwefelmonoxid kann in Verbindung mit Wasser zur Bildung von Korrosionskrusten führen, welche Sulfatver­ bindungen enthalten.

Die Erhaltung kulturhistorischer Güter, die bedeutender Bestandteil unseres Kul­ turgutes sind, erfordert heutzutage optimale Konservierungs- und Restaurierungsmaß­ nahmen der gefährdeten Objekte. Man ist sich einig darüber, daß die Abnahme von Schmutzschichten, alten Firnisschichten und Verwitterungskrusten unter anderem aus Umwelteinflüssen resultierend, in vielen Fällen aus konservatorischen Gründen, zur Erhaltung der Objekte, zwingend notwendig ist.

Über den Einsatz der Lasertechnik zur Photoablation anorganischer, nicht metalli­ scher Korrosionskrusten und Ablagerungen, die freies Wasser oder Kristallwasser ent­ halten oder aufnehmen können, insbesondere Carbonat-, Sulfat- oder Phosphatverbin­ dungen, ist in der Vergangenheit mehrfach berichtet worden.

In einem kürzlich vorgelegten BMFT Forschungsbericht (N.N.: BMFT-Projekt "Er­ haltung historischer Glasmalereien", ILT Aachen/Fraunhofer Institut für Silikattech­ nik Würzburg - Abschlußbericht 1994) wurden umfangreiche Konzepte zur Photoab­ lation anorganischer Materialien auf historischem Fensterglas beschrieben. Die Pho­ toablation anorganischer Korrosionskrusten und Ablagerungen (hier: Wetterstein) auf historischem Fensterglas erfordert ein Lasersystem, das nicht den Eintrag hoher Tempe­ raturen in die historische Glassubstanz verursacht und das nicht zu einer Oberflächen­ veränderung oder gar Beschädigung der historischen Glassubstanz führt. Desweiteren erfordert ein solches Lasersystem Mittel, die eine Materialunterscheidung, insbeson­ dere die Unterscheidung zwischen Wetterstein und Glas, während der Photoablation ermöglichen. Lösungsvorschläge zur Erfüllung dieser Randbedingungen wurden im obengenannten Forschungsbericht im Rahmen einer systematischen und orientierenden Feasibility-Studie vorgestellt. Als Lasersysteme wurden Excimer-Laser (KrF-Laser und XeCl-Laser) vorgeschlagen und auf ihre Anwendbarkeit zur Photoablation von Wet­ terstein in Versuchsreihen überprüft. Als infrarote Lasersysteme wurden der Nd:YAG- sowie der CO₂-Laser vorgeschlagen, jedoch nicht auf ihre Anwendbarkeit hin überprüft. Als erfolgversprechende Ansätze für eine automatische Überwachung und Steuerung des Abtrageprozesses (d. h. Materialunterscheidung während des Abtrageprozesses) wur­ den als Meßmethoden, entsprechend dem heutigen technischen Stand, die Analyse des verdampften Materials mittels PES (Photo-Emission-Spectroscopy) bzw. die Messung der Lichtdurchlässigkeit im Wirkungsbereich der Laserstrahlung als Lösungsmöglich­ keiten vorgeschlagen.

Excimer-Laser können zum Abtrag anorganischer, nicht metallischer Korrosions­ krusten und Ablagerungen eingesetzt werden. Diese Laser emittieren Strahlung im ultravioletten Spektralbereich. Damit ist die Energie eines Lichtquants, d. h. eines Photons in der Größenordnung der Bindungsenergie der chemischen Bindungen (zwi­ schen 3 und 7 eV). Der Abtrageprozeß läßt sich somit durch eine Materialentfernung aufgrund der Aufspaltung chemischer Bindungen erklären. Dieser Prozeß wird in der Literatur im allgemeinen als nicht-thermischer bzw. kalter Abtrag bezeichnet. Hierbei können Abtrageraten (Abtragetiefe pro Puls) von unter einem 1 µm erreicht werden.

Vorteilhaft in der Materialbearbeitung durch Excimer-Laserstrahlung sind insbe­ sondere die geringe thermische Belastung des verbleibenden Materials und die hohe Präzision, die durch den kleinen Materialabtrag erreicht werden kann. Der kleine Ma­ terialabtrag bedingt aber auch eine lange Bearbeitungsdauer um den erwünschten Ma­ trialabtrag zu erreichen. Bei Verfahren unter Anwendung von Excimer-Laserstrahlung erweist es sich außerdem als nachteilig, daß in Excimer-Lasern toxische Füllgase verwen­ det werden, die nach nur einer kurzen Betriebszeit ausgetauscht werden müssen, um den effektiven Betrieb des Lasers zu gewährleisten. Diese Füllgase sind teuer und das wie­ derholte Befüllen stellt einen nicht unerheblichen Arbeitsaufwand dar. Die Inbetrieb­ nahme und die Aufrechterhaltung des sicheren Betriebs eines solchen Systems erfordert eine geschulte Fachkraft. Damit sind die Wartungskosten eines Excimer-Lasersystems insgesamt hoch. Leistungsstarke Excimer-Laser sind aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts keine Geräte, die unproblematisch transportiert werden können. Damit ist der Einsatz dieser Geräte an häufig wechselnden Einsatzorten z. B. wie bei einer Re­ stauration vor Ort gefordert, nur bedingt möglich.

Bei den Verfahren unter Anwendung von Excimer-Laserstrahlung erweist sich als besonders nachteilig, daß durch den Abtrageprozeß (Aufspaltung der chemischen Bin­ dungen) freie Radikale und freie Elektronen im Gasraum oberhalb des Ablationsge­ bietes entstehen. Freie Radikale und freie Elektronen können schon bei kleinen In­ tensitäten der Laserlichtpulse zur Bildung eines Plasmas führen. Solch ein Plasma ist durch sehr hohe Temperaturen ausgezeichnet. Die Rekristallisation der Ablati­ onsprodukte in Form einer Plasmasublimation führt zu einer Belagsbildung auf der Materialoberfläche. Nach dem Abschlußbericht des Fraunhofer Instituts für Silikat­ technik (N.N.: BMFT-Projekt "Erhaltung historischer Glasmalereien", ILT Aachen/ Fraunhofer Institut für Silikattechnik Würzburg - Abschlußbericht 1994) zeigen z. B. historische Kirchenfenster in Aufnahmen mit dem Raster- Elektronenmikroskop (REM) in, direkt dem Ablationsgebiet benachbarten Oberflächen, im Gegensatz zu nicht be­ handelten Flächen, einen Belag, welcher kleine Kügelchen aufweist, und aus, von mit dem Laser abgetragenen Substanzen, aufgebaut ist, die wieder auf der Glasoberfläche abgelagert wurden. Insbesondere aus konservatorischer Sicht (z. B. in Bezug auf eine möglicherweise nachfolgende erforderliche Versiegelung) ist eine erneute Ablagerung von fest haftenden Belägen zu vermeiden.

Es ist weiterhin allgemein bekannt, daß man mit gepulsten Lasersystemen beim Überschreiten einer materialspezifischen kritischen Energiedichte anorganisches Mate­ rial abtragen kann, ohne, daß die Randzonen der Bearbeitungsstelle eine nennenswerte Temperaturerhöhung erfahren. Allerdings werden dabei extrem kurze Lichtpulse im Nanosekundenbereich benötigt, um das, für den Abtrageprozeß benötigte Plasma, zu erzeugen. Die Abtragerate d. h. die abgetragene Schichtdicke pro Laserlichtpuls ist im allgemeinen kleiner als 10 µm. Um bei derartig geringen Schichtdicken je einzelnem Lichtpuls zu einem nennenswerten Abtrag zu gelangen, ist es notwendig, die Repetiti­ onsrate der Laserpulse zu erhöhen. Da aber anorganische Materialien nur ein endliches Wärmeleitvermögen haben, führt eine Erhöhung der Repetitionsrate zu einem Wärme­ stau in der Umgebung der Abtragungsstelle und damit sehr schnell zu einer thermischen Schädigung der Randzone der Bearbeitungsstelle. Bei den Verfahren unter Anwendung einer Ablation durch Plasmabildung erweist es sich als besonders nachteilig, daß durch die nach Ende des Laserpulses einsetzende Abkühlung des Plasmas und der damit einhergehenden Rekristallisation der Ablationsprodukte in Form einer Plasmasublima­ tion, eine erneute Belagsbildung auf der Materialoberfläche mit den oben genannten nachteiligen Folgen stattfindet.

Ebenfalls, in einem kürzlich veröffentlichten Übersichtsartikel (C. Olaineck, F. Bach­ mann, K. Dickmann, R. Börger: Innovation: Reinigung von Glasoberflächen an kul­ turhistorischen Gütern mit Excimer-Laserstrahlung; Laser Magazin Nr. 6 2.11.1994; Seite 10-14) werden Excimer-Laser und der Nd:YAG-Laser als Lasersysteme zur Pho­ toablation mineralischer Korrosionskrusten genannt.

Wie allgemein bekannt, hat der Nd:YAG Festkörperlaser (z. B. kommerzialisiert durch BM industries) Einsatzgebiete in der Industrie erobert. In einigen Bereichen der Restaurierungs- und Konservierungstechnik konnte dieses Lasersystem ebenfalls erfolg­ reich eingesetzt werden. So wird z. B. ein in Frankreich entwickeltes und patentiertes Verfahren unter Verwendung eines Nd:YAG Lasers im Pulsbetrieb in Kombination mit der Strahlführung über Lichtwellenleiter (N.N.: Oberflächenbearbeitung mit dem Nd:YAG-Laser, Soliton Journal 9 (1994), 5.2 und N.N.: Photonic Particle Removal, Informationsschrift der Fa. Societe de Nettoyage de Faccades par Laser, 92563 Rueil Malmaison, Frankreich.) zur Reinigung von umweltgeschädigten Fassaden und Skulp­ turen aus Naturstein (Sandstein, Marmor, Kalkstein) eingesetzt.

Bei der Verwendung von infraroter Laserstrahlung zur Photoablation anorganischer, nicht metallischer Korrosionskrusten und Ablagerungen, die freies Wasser oder Kri­ stallwasser enthalten oder aufnehmen können, insbesondere Carbonat-, Sulfat- oder Phosphatverbindungen, kommen bisher nur der Festkörperlaser Nd:YAG (Emissions­ wellenlänge von 1,06 µm) und der CO₂-Gaslaser (Emissionswellenlänge von 10.6 µm) zum Einsatz. Im Vergleich zu einem Excimer-Laser System ist ein Festkörperlaser­ system um mehr als den Faktor 10 kostengünstiger in der Anschaffung und benötigt im allgemeinen keine Wartung. Für die Inbetriebnahme und den Betriebsablauf ist kein Fachpersonal notwendig. Die kostenintensiven Befüllungen der Excimer-Laser Sy­ steme mit toxischen Gasen sind bei einem Festkörperlasersystem nicht nötig. Die mit der Befüllung einhergehende Umweltgefährdung tritt damit nicht auf.

Die Nachteile der heute in der Anwendung befindlichen infraroten Lasersysteme ist die geringe Absorption der verwendeten Laserstrahlung in dem zu bearbeitenden Mate­ rial und die damit verbundene großvolumige Erwärmung und der damit einhergehenden thermischen Schädigung des Materials.

Durch eine, im nahen und mittleren infraroten Spektralbereich nahezu wellenlänge­ nunabhängige Absorption metallischer Materialien, ist die Wellenlänge der emittierten Laserstrahlung bei der Ablation von Metallen von untergeordneter Bedeutung. Infra­ rote Lasersysteme zur Photoablation anorganischer, nicht metallischer Korrosionskru­ sten und Ablagerungen, die freies Wasser oder Kristallwasser enthalten oder aufnehmen können, insbesondere Carbonat-, Sulfat- oder Phosphatverbindungen, wurden bisher ohne Kenntnisse der Material-Laser Wechselwirkung, und nur hinsichtlich ihrer Licht­ leistung bzw. ihres Wirkungsgrades für orientierende Studien ausgesucht und nach dem Prinzip - try and error - hinsichtlich der Eignung für die Photoablation anorga­ nischer, nicht metallischer Korrosionskrusten und Ablagerungen getestet. Dies hatte bisher zur Folge, daß die verwendeten Laser für das jeweilige abzutragende Material denkbar ungeeignet Wellenlängen emittierten. Systematische Untersuchungen hin­ sichtlich der Material-Laser Wechselwirkung bzw. des Abtrageprozesses (Ablation) in Bezug auf die applizierte Wellenlänge der emittierten Laserstrahlung wurden un­ seres Wissens nach nicht durchgeführt. Basierend auf der wellenlängenabhängigen Absorption anorganischer Korrosionskrusten und Ablagerungen haben systematische Untersuchungen der Erfinder gezeigt, daß durch eine richtige Wahl der Wellenlänge des emittierten Laserlichtes eine große Ablationseffizienz erreicht werden kann, und die oben genannten Nachteile der infraroten Laserstrahlung für den Abtrag von anorgani­ schen Korrosionskrusten und Ablagerungen, insbesondere die thermische Schädigung des Materials reduziert und in vielen Fällen vermieden werden kann (M. Ostertag, R. Walker, A. Nübel: Reinigung von Glasoberflächen an kulturhistorischen Gütern mit infraroter Laserstrahlung (YAG Festkörperlaser 2,94 µm); Zwischenbericht; April 95). Durch den zweiten Sachverhalt werden wesentliche Einschränkungen der Photoabla­ tion in den oben genannten Materialien wie z. B. die Bildung von thermisch bedingten Rissen im benachbarten und verbleibenden Material, wobei es sich nicht zwingend um eines der obengenannten Materialien handeln muß, wie das Beispiel von Wetterstein auf historischem Fensterglas verdeutlicht, vermieden.

Insbesondere führt die thermisch bedingte Rißbildung zu einer Versprödung des Materials. Die Rißbildung kann aber auch in feuchten Umgebungen zu einer Besiede­ lung durch Bakterien und zu einem Eindringen von Wasser in das Material führen, das unter anderem bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt zu einer Zerstörung führt. Jedoch bereits auch bei Temperaturen oberhalb des Gefrierpunktes kann eine Abla­ gerungen von Fremdsubstanzen (erneute Auskristallisation von Mineralien) und der damit einhergehenden Zerstörung des Materials beobachten werden. Aus konservato­ rischer Sicht muß eine Materialablagerung an den Bruchstellen des kulturhistorischen Gutes für eine vollständige Restaurierung tunlichst vermieden werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, anorganische Korrosionskrusten und Ablagerungen, die freies Wasser oder Kristallwasser enthalten oder aufnehmen können, insbesondere Carbonat-, Sulfat- oder Phosphatverbindungen, mit Hilfe von infraroter Laserstrahlung effektiv und mit möglichst geringer bzw. keiner einhergehen­ den Schädigung des Materials und/oder der Trägersubstanz, abzutragen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gelöst, indem ein infraroter Laserstrahl im Wellenbereich zwischen 2,6 und 3,3 µm oder zwischen 6,0 und 10,0 µm verwendet wird, der Laserlichtpuls eine zeitliche Dauer von weniger als 1 ms besitzt und daß eine Intensität auf der Materialoberfläche gewählt wird, die kleiner der Intensität ist, die den Ablationsprozeß durch eine Plasmabildung über dem bestrahlten Ablationsgebiet startet.

Nach systematischen Untersuchungen der Erfinder ist die Photoablation anorgani­ scher, nicht metallischer Korrosionskrusten und Ablagerungen, die freies Wasser oder Kristallwasser enthalten oder aufnehmen können, insbesondere Carbonat-, Sulfat- oder Phosphatverbindungen, am effektivsten, wenn ein infraroter Laserstrahl im Wellenbe­ reich zwischen 2,6 und 3,3 µm oder zwischen 6,0 und 10,0 µm verwendet wird. Diese Wellenlängen bieten entscheidende Vorteile, weil erstens, die höchste Ablationseffizi­ enz erreicht wird und zweitens, die mit dem Materialabtrag einhergehende thermische Schädigung minimiert wird, wie im folgenden eingehend erläutert.

Durch die Anwendung gepulster Laserstrahlung wird eine unnötige thermische Er­ wärmung und damit einhergehende mögliche thermische Schädigung des Materials ver­ mieden. Werden zur Materialablation Pulsdauern von 1 ms und länger eingesetzt, so führt der Transport von Wärme in das umliegende Material zu einer Erwärmung eines Materialvolumens, das wesentlich größer ist als das Volumen, das ohne Wärmetrans­ port d. h. nur durch das Absorptionsverhalten des abzutragenden Materials und dem Lambertschen Gesetz bestimmt wird.

Bei der Ablation anorganischer, nicht metallischer Korrosionskrusten und Ablager­ ungen wurde bisher die Laserlichtleistung und nicht die Wellenlänge der emittierten Laserstrahlung als wichtig erachtet. Diese, bisherige Vorgehensweise hat zur Folge, daß die bisher verwendeten Laserwellenlängen für das jeweilige abzutragende Material in Bezug auf Ablationseffizienz d. h. das pro eingesetzter Laserpulsenergie abgetragene Vo­ lumen und der Ablation einhergehenden Schädigung des Materials denkbar ungeeignete Wellenlängen emittierten. So haben von den Erfindern durchgeführte Ablationsexperi­ mente in einer Phosphatverbindung gezeigt, daß die größte Ablationseffizienz und die damit einhergehende kleinste thermische Schädigung des Materials bei verwendeten Wellenlängen in Bereichen zwischen 2,6 und 3,3 µm oder zwischen 9,0 und 10,0 µm erzielt werden kann. Als Beispiel für die wellenlängenabhängige Ablationseffizienz ist in Abb. 1 das experimentell bestimmte Ablationsvolumen im Wellenlängenbereich von 9,5 bis 11,5 µm dargestellt (Versuchsparameter: Laserpulsdauer 5 µs; Laserpulsrepeti­ tionsrate 1 Hz; bestrahlte Fläche 0,3 mm²; Energie pro Laserpuls 18 mJ). Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, erhält man bei der Verwendung einer Wellenlänge im Bereich zwischen 9,0 und 10,0 µm eine um den Faktor 2 bis 4 größere Ablationseffizienz als bei der Verwendung einer Wellenlänge im Bereich zwischen 10,5 und 11,5 µm. Bei der Ab­ lation in einer Carbonatverbindung konnte gezeigt werden, daß mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 2,6 und 3,3 µm oder 8,0 und 9,5 µm die größte Ablationseffizienz erzielt wird.

Durch die Anwendung gepulster Laserstrahlung, der obengenannten Wellenlängen­ bereiche, wird eine hohe Ablationseffizienz verbunden mit einer, aufgrund der geringen Eindringtiefe der Laserstrahlung, minimal einhergehenden thermischen Veränderung des Materials erreicht.

Durch die Wahl einer Intensität auf der Materialoberfläche, die kleiner der Intensität ist, die den Ablationsprozeß durch eine Plasmabildung über dem bestrahlten Ablati­ onsgebiet startet, wird eine unerwünschte Belagsbildung durch die Rekristallisation der Ablationsprodukte in Form einer Plasmasublimation weitgehenst vermieden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 an­ gegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 2 ermöglicht durch eine Glättung des Intensität-Zeit-Verhaltens der Laserstrahlung eine Übertragung möglichst großer Pulsenergien durch optische Wellenleiter, ohne die Wellenleiter insbesondere die Ein­ trittsfläche des Wellenleiters zu beschädigen. Die Funktionsweise eines Wellenleiters wird durch die Beschädigung der Eintrittsfläche des Wellenleiters (d. h. Aufrauhen der Oberfläche bzw. Rißbildung an der Oberfläche) nachteilig verändert. Die minimale Energie, die zu einer Beschädigung der Eintrittsflächen führt, die Zerstörschwelle des optischen Wellenleiters, ist von der zeitlichen Laserlichtpulsstruktur abhängig. Inten­ sitätsspitzen in den Laserlichtpulsen führen zu einer Erniedrigung der Zerstörschwelle des optischen Wellenleiters. Intensitätsspitzen in Laserlichtpulsen sind z. B. von freilau­ fenden Festkörperlasern als sogenannte spikes bekannt. Der zeitliche Intensitätsverlauf eines Laserpulses (freilaufenden Festkörperlasers) ist in Abb. 2 und ein, durch ein im folgenden beschriebenes Verfahren, erhaltenen geglätteten Laserpuls ist in Abb. 3 dar­ gestellt. Eine Glättung des zeitlichen Intensitätsverhaltens des Laserpulses ermöglicht damit möglichst große Laserpulsenergien mit Hilfe optischer Wellenleiter zu übertragen, ohne die Wellenleiter zu beschädigen. Intensitätsspitzen in den Laserpulsen können bei­ spielsweise durch einen nicht linearen Kristall im Strahlengang des Laserresonators und Resonatorspiegel, die für die im nichtlinearen Kristall erzeugte höherfrequente Strah­ lung möglichst transparent sind, unterdrückt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 3 an­ gegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 3 ermöglicht durch das Einbringen von Aerosol-Tröpfchen in die Wirkungszone der Laserstrahlung ein Befeuchten des abzutragenden Materials. Eine mögliche, schematische Realisation ist in Abb. 4 dar­ gestellt. Durch ein Zweileitungssystem werden zwei unterschiedliche Medien, ein Fluid (vorzugsweise Wasser) und ein Gas (vorzugsweise Luft), durch Zusammenführen beider Medienleitungen im Kopfteil des Handstückes, applikatorseitig in Form eines Aerosols in die Wirkungszone der Laserstrahlung eingebracht. Systematische Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, daß der Ablationsprozeß in den, in Patentanspruch 1, genannten Wellenlängenbereichen auf dem explosionsartigen Verdampfen von, im ab­ zutragenden Material vorhandenem, freiem Wasser oder Kristallwasser und der damit einhergehenden Zerkleinerung des Materials im bestrahlten Gebiet basiert - d. h. me­ chanische Zerkleinerung des Materials durch Mikroexplosionen. Eine Austrocknung des abzutragenden Materials würde also zu einer Verringerung der Ablationseffizienz führen. Das Einbringen von Aerosol-Tröpfchen gewährleistet, daß die Ablationseffi­ zienz auch während einer Abfolge von, am selben Ort, applizierten Laserlichtpulsen nicht abnimmt. So haben Messungen der Erfinder in einer wasserhaltigen Sulfatver­ bindung gezeigt, daß bei Anfeuchtung des abzutragenden Materials eine 5-fach höhere Ablationseffizienz erzielt werden kann (Versuchsparameter: Wellenlänge 2,9 µm; Laser­ pulsdauer 250 µs; Laserpulsrepetitionsrate 1 Hz; bestrahlte Fläche 1 mm²; Energie pro Laserpuls 92 mJ) und im Gegensatz zum unbefeuchteten Material keine thermischen Schäden beobachtet wurden.

Eine nicht unerwünschte Begleiterscheinung ist die Kühlung des Materials durch Verdampfen von Aerosoltröpfchen in der Wirkungszone des Lasers, d. h. dem Material wird die zum Phasenübergang Flüssigkeit/Gas benötigte latente Energie entzogen.

Die vom Laser emittierte Laserstrahlung muß durch ein entsprechendes Strahl­ führungssystem auf die Materialoberfläche geführt werden. Die Möglichkeiten einer starren sowie einer flexiblen Strahlführung sind denkbar. Beide Möglichkeiten sind in Abb. 5 schematisch dargestellt. Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 4 ermöglicht die Realisierung eines anwenderfreundlichen Handstücks mit Hilfe einer flexiblen Strahlführung (siehe Abb. 6). Dabei ist der Lichtwellenleiter 1, gebildet durch eine Faser oder Multifaseranordnung 2, in einen torsionssteifen Hüll­ schlauch 3 eingebettet und laser- bzw. applikatorseitig mit einer variablen Verbindung 4 bzw. 5 versehen, die das Einbringen von Torsionskräften auf den flexiblen Teil des Lichtwellenleiters verhindert.

Die Besonderheit des Abtrageprozesses in den, in Patentanspruch 1 genannten Ma­ terialien unter Anwendung der in Patentanspruch 1 genannten Wellenlängen, können Bearbeitungsmethoden erfordern, deren Notwendigkeit nicht ohne weiteres ersichtlich ist. Eine Bearbeitungsmethode ist in der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung im Patentanspruch 5 angegeben. Wie oben erläutert, würde eine Austrocknung des abzutragenden Materials zu einer Verringerung der Ablationseffizienz führen. Werden Laserlichtpulse mit einer Repetitionsrate von größer 10 Hz im selben (Ablations-) Ge­ biet appliziert, so kann es aufgrund der endlichen Diffusionsgeschwindigkeit des, im abzutragenden Material vorhandenen freien Wassers oder der aufgebrachten Flüssig­ keit nach Patentanspruch 3, zu einer Austrocknung des Materials in der Wirkungszone des Lasers kommen. Infolge mehrerer Lichtpulse nimmt damit die Ablationseffizienz ab und damit steigt die Gefahr im Material Schäden zu verursachen.

Die Weiterbildung nach Patentanspruch 5 sieht Mittel vor, mit deren Hilfe der Ort oder Wirkungszone der Laserstrahlung nach einer festgelegten Anzahl von n Laserlicht­ pulsen verändert und ein neuer Ort der Wechselwirkungszone bestimmt wird. Dabei wird sichergestellt, daß der neue Ort der Wechselwirkungszone einer Abfolge von n La­ serpulsen länger als 0,1 Sekunden nicht Ort einer früheren Wechselwirkungszone war und damit die Zeit ausreichend lang ist, das Material in der Wirkungszone ausreichend zu durchfeuchten. Wird die Anzahl der Laserlichtpulse beispielsweise n = 1 gewählt, so wird nach einem applizierten Laserlichtpuls eine neue Wechselwirkungszone der La­ serstrahlung bestimmt.

In Abb. 7 ist diese Vorgehensweise in Form einer Rastermethode schematisch dar­ gestellt. Die möglichen Wechselwirkungszonen auf der Materialoberfläche sind mit den Buchstaben a bis p gekennzeichnet. Die nacheinanderfolgenden Laserpulse werden in Sequenzen von 16 Laserlichtpulsen gefaßt und die Laserlichtpulse einer Sequenz werden der Reihe nach, auf folgenden Sektoren a,c,i,k,f,h,n,p,b,d,j,l,e,g,m,o der Mate­ rialoberfläche appliziert. Dabei sind wie in Abb. 8 zu sehen, prinzipiell zwei technische Realisierungen des Wechsels der Bearbeitungsstellen innerhalb einer Sequenz möglich. Bei einer solchen Vorgehensweise und einer Repetitionsrate von kleiner 15 Hz wird sichergestellt, daß ein Ort der Wechselwirkungszone nicht innerhalb einer Sekunde er­ neut als Ort der Wechselwirkungszone gewählt wird. Der Einfluß aufeinanderfolgender Laserlichtpulse auf den Austrocknungsgrad bzw. die thermische Schädigung des Ma­ terials ist somit auf den Einfluß eines Lichtpulses begrenzt. Bei Anwendung anderer Rastermethoden kann erreicht werden, daß die Repetitionsrate der Laserlichtpulse kein limitierendes Element mehr darstellt. Die Repetitionsrate kann dadurch, um pro Zeit möglichst viel Material abzutragen, entsprechend den Möglichkeiten des Lasersystems, hoch gewählt werden.

Aufgrund des endlichen Wärmeleitvermögens des abzutragenden Materials kann es bei zu hohen Repetititonsraten der Laserlichtpulse und gleichbleibender Wirkungszone des Lasers zu einem Wärmestau in der Umgebung der Abtragungsstelle kommen und damit zu einer thermische Schädigung des Materials. Wie aus der Literatur allgemein bekannt, nimmt somit mit der Laserlichtpulsrepetitionsrate die mit der Ablation einher­ gehende thermische Schädigung des Materials zu. Wie ebenfalls aus der Literatur be­ kannt ist, werden durch den oben genannten Prozeß bedingte thermische Schädigungen des Materials durch eine Erniedrigung der Repetitionsrate vermieden. Die Vermeidung einer zu hohen Erwärmung des Materials ist eine nicht unerwünschte Begleiterschei­ nung der Weiterbildung nach Patentanspruch 5. Im oben genannten Beispiel ist die Erwärmung des Materials somit näherungsweise auf den Einfluß eines Laserlichtpulses begrenzt.

Insgesamt vermeidet die Weiterbildung nach Patentanspruch 5 mögliche thermische Schädigungen des Materials, entstanden durch die Aufsummierung der nach den Laser­ lichtpulsen im Material verbleibenden Wärmeenergien und durch die Verringerung der Ablationseffizienz aufgrund einer Austrocknung des Materials. Desweiteren gewährlei­ stet die Weiterbildung nach Patentanspruch 5 eine gleichmäßig hohe Ablationseffizienz.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 6 an­ gegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 6 ermöglicht dem Anwender des Verfahrens bzw. der Vorrichtung die zeit abhängige Wechselwirkungszone jederzeit und ohne zusätzliche Hilfsmittel visuell festzustellen. Wie im Patentanspruch l ausgeführt, wird zur Ablation der Materialien infrarote, d. h. für das menschliche Auge ohne zusätz­ liche Hilfsmittel nicht sichtbare Laserstrahlung eingesetzt. Ein zweiter, sichtbarer Laserstrahl, welcher koaxial zum nicht-sichtbaren infraroten Laserstrahl eingekoppelt wird, erhöht die Anwenderfreundlichkeit des Verfahrens bzw. der Vorrichtung und die Sicherheit des Anwenders wesentlich. In Abb. 9 wird schematisch eine Materialbear­ beitungseinrichtung dargestellt. In dieser beispielhaften Ausführung wird ein starres Strahlführungssystem für die infrarote Laserstrahlung verwendet. Der abtragende La­ serstrahl wird mit Hilfe des Elements 6 auf die zu bearbeitende Materialoberfläche umgelenkt. Der sichtbare Ziellaserstrahl 7 wird durch das Element 6, koaxial zum abtragenden Laserstrahl eingekoppelt. Vorzugsweise wird das Element 6 durch einen dichroitischen Spiegel ausgebildet, welcher für die abtragende infrarote Laserstrahlung reflektiv und für den Ziellaserstrahl 7 möglichst transparent ist.

Die Weiterbildung nach Patentanspruch 7 in Verbindung mit Patentanspruch 6 gewährleistet durch die Wahl der Ausgangsleistung, kleiner 10 mW, des koaxial zum infraroten Laserstrahls eingekoppelten sichtbaren Laserstrahls, daß die Wirkungszone des infraroten Laserstrahls nur vernachlässigbar aufgrund der Absorption des sicht­ baren und im allgemeinen cw Laserstrahls erwärmt bzw. ausgetrocknet wird. Eine zusätzliche Erwärmung bzw. Austrocknung des Materials in der Wirkungszone des in­ fraroten Laserstrahls führt zu den oben ausführlich diskutierten und nicht erwünschten Begleiterscheinungen.

Die Weiterbildungen nach den Patentansprüchen 8, 9, 10 und 11 stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele dar. Mit den, nach den Patentansprüchen 8 und 9 beschriebenen Maßnahmen, macht man sich das überraschende Ergebnis zunutze, daß sich das Ab­ sorptionsmaximum von Wasser in einer Carbonat-, Sulfat- oder Phosphatverbindung zu kürzeren Wellenlängen verschiebt. In dem, dem Ausführungsbeispiel zugrundelie­ genden Anwendungsfeld verschiebt sich das Absorptionsmaximum von 3,0 µm (reines Wasser) zu 2,8 µm (CaSO₄·n·H₂O) d. h. bei Benutzung der angegebenen Ausführungs­ formen wird eine optimale Laserwellenlänge gewählt, so daß die Eindringtiefe des La­ serstrahls möglichst klein ist und damit die Ablationseffizienz maximal und die der Ablation einhergehenden thermischen Schädigung möglichst minimal ist. Mit den, nach den Patentansprüchen 10 und 11 beschriebenen Maßnahmen kann Laserstrah­ lung in dem Wellenlängenbereich von 6 µm bis 10 µm erzeugt werden. Damit lassen sich schichtweise wechselnde Materialien, durch eine Veränderung der Laserwellenlänge, entsprechend den Anfordernissen optimal abtragen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 12 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 12 ermöglicht aufgrund der Be­ stimmung der Ablationseffizienz, wie im folgenden ausführlich dargestellt, zusätzlich zu den oben genannten Verfahren, thermisch bedingte Schäden im abzutragenden Material bzw. auf der Trägersubstanz zu vermeiden und ebenfalls eine Materialunterscheidung in der Wirkungszone des infraroten Lasers - nach jedem Puls - durchzuführen. Wie oben eingehend erläutert, basiert der Ablationsprozeß in den, in Patentanspruch 1, ge­ nannten Wellenlängenbereichen in dem explosionsartigen Verdampfen von, im abzutra­ genden Material vorhandenem, freiem Wasser und/oder Kristallwasser und der damit einhergehenden Zerkleinerung des Materials im bestrahlten Gebiet. Ein abnehmender Wassergehalt des Materials in der Wirkungszone des infraroten Lasers führt zu einer Verringerung der Ablationseffizienz. Der Wassergehalt des Materials kann abnehmen, wenn das abzutragende Material austrocknet oder das Material in der Wirkungszone ab initio weniger Wasser beinhaltet.

Als Ausführungsbeispiel für Patentanspruch 12 wird die Ablation von Wetterstein auf Glas ausführlicher dargestellt. Wetterstein ist ein anorganisches Material, das Was­ ser oder Kristallwasser enthält oder aufnehmen kann. Produktionstechnisch bedingt enthält die Trägersubstanz des Wettersteins, d. h. das darunterliegende historische Fensterglas, in der Regel wesentlich weniger Wasser (mindestens Faktor 10) als der angefeuchtete Wetterstein 8. In Abb. 10 ist schematisch der abzutragende Wetterstein und die darunterliegende historische Glasschicht 9 - die Trägersubstanz - dargestellt.

Bei entsprechend gewählter Intensität des infraroten Laserlichtpulses kann im Wetter­ stein eine Ablation erreicht werden in der Trägersubstanz Glas dagegen nicht. Eine Ablationseffizienz, die abgenommen hat, dabei werden unveränderte Laserparameter vorausgesetzt, bedeutet, daß der Wassergehalt des Materials in der Wirkungszone des infraroten Lasers abgenommen hat, d. h., daß Glas in der Wirkungszone 11 freigelegt wurde oder, daß trotz aller bisherigen Vorkehrungen der Wetterstein ausgetrocknet ist und damit die Gefahr der Verursachung thermisch bedingter Schäden besteht.

In einer vorteilhaften Ausführung nach Patentanspruch 12 wird, nach dem Unter­ schreiten einer festgelegten Schwelle der Ablationseffizienz, ein neuer Ort der Wechsel­ wirkungszone des Lasers bestimmt. Ein unnötiges Erwärmen des verbleibenden Mate­ rials und die damit bedingten thermischen Schäden werden durch diese Vorgehensweise verhindert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in dem Patentanspruch 13 angegeben. Die Weiterbildung des Patentanspruches 12 nach Patentanspruch 13 er­ möglicht eine, für den Fachmann nicht bekannte und apparatetechnisch einfache Be­ stimmung der Ablationseffizienz, wie im folgenden eingehend erläutert. Die Abtragung von Material ist begleitet von einer Überführung des Wassers, in der Wirkungszone des infraroten Lasers, von der flüssigen in die gasförmige Phase und damit von einer Volu­ menexpansion d. h. von einer Druckwellenentstehung oberhalb der Wirkungszone des Lasers. Ein höherer Abtrag resultiert in einer stärkeren Volumenexpansion pro Zeit und damit in einer Änderung der entstehenden Druckwelle.

In Abb. 11 sind zwei zeitabhängige und geglättete Druckwellensignale dargestellt. Beide Drucksignale wurden unter gleichen Parametern des Lasers aber unterschiedli­ chem Feuchtigkeitsgehalt des abzutragenden Materials (eine Sulfatverbindung), auf­ genommen. Im zeitlichen Verlauf des Drucksignals ist eine Kompression gefolgt von einer Dekompression zu erkennen. Das kleinere Drucksignal 13 wurde im Vergleich zum größeren Drucksignal 12 bei einem kleineren Feuchtigkeitsgehalt des abzutragen­ den Materials d. h. einer kleineren resultierenden Ablationseffizienz aufgenommen.

Wie in Versuchen der Erfinder gezeigt wurde, korreliert die Ablationseffizienz nähe­ rungsweise linear mit der maximalen Amplitude der Kompression der Druckwelle. Zur Veranschaulichung sind in Abb. 12 die Signalamplituden der Drucksignale im Wel­ lenlängenbereich zwischen 9,5 und 11,5 µm, gemessen während der Photoablation in einer Phosphatverbindung, dargestellt (Versuchsbedingungen: Siehe Abb. 1). Wie aus den Abb. 1 und 12 ersichtlich wird, resultiert ein größerer Abtrag in einer höheren Amplitude des Drucksignals. Eine zeitabhängige Messung der Druckwelle mit anschließender Auswertung in Bezug auf die maximale Amplitude des zeitabhängigen Drucksignals ermöglicht somit bei entsprechender Kalibrierung, die Bestimmung der Ablationseffizienz.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 14 und 15 angegeben. Die Weiterbildungen des Patentanspruches 13 nach den Paten­ tansprüchen 14 und 15 ermöglichen eine apparatetechnisch einfache Bestimmung des zeit abhängigen Drucksignals der Druckwelle 14. Nach Patentanspruch 14 wird die von der Wechselwirkungszone 11 des Lasers ausgehende Druckwelle 14 mit einem Mikro­ phon großer Bandbreite 15 zeit aufgelöst gemessen. Diese Vorrichtung ist schematisch in Abb. 13 dargestellt. Abb. 14 zeigt eine schematische Darstellung der Weiterbildung nach Patentanspruch 15. In dieser Weiterbildung wird die Ablenkung eines Probe­ laserstrahls 18 aufgrund der, durch die Druckwelle 14 entstehende Dichteschwankung der Luft, gemessen. Ist oberhalb der Wirkungszone 11 des Lasers keine Dichteschwan­ kung/Druckwelle vorhanden, so wird der Laserstrahl 18 nicht abgelenkt und vor dem Lichtdetektor 17 ausgeblendet - wie durch den Absorber 16 dargestellt. Eine Dichte­ schwankung/Druckwelle oberhalb der Wirkungszone 11 des Lasers resultiert in einer Ablenkung des Probelaserstrahls 18. Der abgelenkte Probelaserstrahl 19 wird nicht mehr ausgeblendet und wird von dem Lichtdetektor 17 registriert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in dem Patentanspruch 15 angegeben. Die Weiterbildung des Patentanspruches 12 nach Patentanspruch 15 er­ möglicht ebenfalls eine apparatetechnisch einfache Bestimmung der Ablationseffizienz, wie im folgenden erläutert. Wie bereits oben beschrieben, basiert der Ablationspro­ zeß in den, in Patentanspruch 1, genannten Wellenlängenbereichen in dem explosi­ onsartigen Verdampfen von, im abzutragenden Material vorhandenem, freiem Wasser und/oder Kristallwasser, und der damit einhergehenden Zerkleinerung des Materials im bestrahlten Gebiet. Durch das explosionsartige Verdampfen von Wasser werden kleine Partikel (von den Erfindern durchgeführte Messungen haben gezeigt, daß die Partikel eine Ausdehnung von 1 bis 10 µm aufweisen) des abzutragenden Materials von der Wirkungszone des Lasers in den Luftraum oberhalb der Wirkungszone be­ schleunigt. Dieser Sachverhalt ist schematisch in Abb. 15 dargestellt. Im Gegensatz dazu werden bei der Ablation mit Hilfe von Excimer-Lasern chemische Bindungen auf­ gebrochen bzw. werden bei der Ablation von Metallen mit Hilfe von infraroten Lasern Metallatome von der Oberfläche abgedampft. Bei beiden Ablationsmechanismen ent­ stehen also keine Partikel mit einer Ausdehnung von 1 bis 10 µm. Durch die, im Patentanspruch 1 beschriebenen Wellenlängenbereiche erhält man in Materialien, die freies Wasser oder Kristallwasser beinhalten oder aufnehmen können, einen anderen als die oben genannten Ablationsprozesse und damit eine nicht zu erwartende Par­ tikelgröße des abzutragenden Materials. Aufgrund der Partikelgröße können damit auch Verfahren zur Lasersteuerung zum Einsatz kommen, welche bisher nicht ange­ wandt wurden. Bekannte Verfahren wurden beispielsweise in dem Abschlußbericht des Fraunhofer-Institut für Silikatforschung vorgestellt.

Eine größere Ablationseffizienz erhöht die Anzahl der abgetragenen Partikel im Luftvolumen oberhalb der Wirkungszone des Lasers das vom Probelaserstrahl durch­ strahlt wird und damit die Intensität des an den Ablationspartikeln gestreuten Lichts. Eine beispielhafte Ausführung der Vorrichtung ist in Abb. 15 dargestellt. Ein Probe­ laserstrahl 18 wird an den Ablationspartikeln 20 gestreut und das gestreute Licht 21 wird von einem Lichtdetektor 17 registriert. Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin­ dung nach Patentanspruch 15 ermöglicht somit durch die Messung der Intensität des gestreuten Lichts eine Bestimmung der Ablationseffizienz.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Patentanspruch 16 angegeben. Die Weiterbildung des Patentanspruches 15 nach Patentanspruch 16 er­ möglicht eine Unterdrückung von gemessenem Licht, welches ursprünglich nicht vom Probelaserstrahl erzeugt wurde. Damit wird das Verfahren bzw. die Vorrichtung un­ empfindlich bezüglich Hintergrundlicht, was insbesondere bei dem Einsatz des Verfah­ rens vor Ort, von Wichtigkeit ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 17 an­ gegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 17 ermöglicht durch eine Erhöhung der Temperatur des abzutragenden Materials eine Erhöhung der Ablationseffizienz bei einer Verringerung der Gefahr, das abzutragende Material oder die Trägersubstanz thermisch zu schädigen - wie im folgenden erläutert. Die zum explosionsartigen Ver­ dampfen von im abzutragenden Material vorhandenem Wasser benötigte Temperatur ist abhängig vom Umgebungsdruck (Luftdruck) und näherungsweise unabhängig von der Umgebungstemperatur (Temperatur des Materials vor Lasereinstrahlung). Durch eine Erhöhung der Temperatur des zu bearbeitenden Materials wird die Temperatur­ differenz zwischen Umgebung und Wirkungszone des Lasers verringert. Da Schäden, verursacht durch eine lokale Ausdehnung eines erhitzten Volumens unter anderem mit dieser Temperaturdifferenz zunehmen, kann durch oben genanntes Verfahren die Ge­ fahr einer thermischen Materialschädigung verhindert werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 18 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 18 ermöglicht eine technisch ein­ fache Realisierung der Materialdiskriminierung im Ablationsgebiet. Dieses Verfahren und diese Vorrichtung wird im folgenden anhand des Beispiels Wetterstein auf histori­ schem Glas eingehend erläutert. Wetterstein besitzt aufgrund seiner Entstehung eine rauhe Oberfläche und die Farbe des Wettersteins ist aufgrund seiner Zusammenset­ zung (hauptsächlich Sulfat- und Carbonatverbindungen) im allgemeinen grau/weiß. Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, daß Wetterstein mehr als 20% des Lichts einer Halbleiterlaserdiode der Wellenlänge 780 nm diffus streut. Eine gereinigte Glas­ oberfläche reflektiert bei einem senkrechten Einfall der Laserstrahlung auf die Material­ oberfläche im allgemeinen weniger als 5% der Lichtintensität. Die Besonderheit des Materialübergangs Wetterstein/Glas ermöglicht somit ein unübliches Verfahren zur Materialdiskriminierung während der Photoablation. So haben die Erfinder gezeigt, daß während der Photoablation mit einer Repetitionsrate von 10 Hz die Reflektivität im Ablationsgebiet gemessen und das dabei erhaltene Signal zur Materialdiskriminie­ rung eingesetzt und damit zur Steuerung des Lasers verwendet werden kann.

Claims (18)

1. Verfahren und Vorrichtung zur Photoablation anorganischer, nicht metallischer Korrosionskrusten und Ablagerungen, die freies Wasser oder Kristallwasser enthalten oder aufnehmen können, insbesondere Carbonat-, Sulfat- oder Phosphatverbindungen, mit Hilfe infraroter Laserstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß zum Materialab­ trag ein gepulster Laserstrahl mit einer Pulsdauer kleiner 1 ms und mit einer Wel­ lenlänge der Laserstrahlung im Wellenlängenbereich zwischen 2,6 und 3,3 µm oder zwischen 6,0 und 10,0 µm verwendet wird und, daß eine Intensität auf der Material­ oberfläche gewählt wird, die kleiner der Intensität ist, die den Ablationsprozeß durch eine Plasmabildung über dem bestrahlten Ablationsgebiet startet.

2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die eine Glättung des Intensitätszeitverhaltens der Laserstrahlung bewirken, derart, daß eine Übertragung durch optische Wellenleiter ermöglicht wird.

3. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe Aerosol-Tröpfchen in die Wirkungszone der Laserstrahlung eingebracht werden können und, daß weitere Mittel vorhanden sind, mit deren Hilfe die Luft-Fluid-Relation und die Fluidmenge in Abhängigkeit von der Laserpulsenergie und/oder der Pulswiederholrate gesteuert werden können.

4. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gepulste Laserstrahlung durch einen optischen Lichtwellen­ leiter in Form einer Faser oder einer Multifaseranordnung übertragen wird, der Lichtwel­ lenleiter in einen torsionssteifen Hüllschlauch eingebettet ist und der Lichtwellenleiter laser- und/oder applikatorseitig mit einer variablen Verbindung derart versehen wird, daß das Einbringen von Torsionskräften auf den flexiblen Teil des Lichtwellenleiters vermieden wird.

5. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe der Ort der Wirkungs­ zone der Laserstrahlung nach einer festgelegten Anzahl von Laserpulsen verändert und ein neuer Ort der Wechselwirkungszone bestimmt werden kann derart, daß dieser neue Ort länger als 1/10 Sekunde nicht Ort einer früheren Wechselwirkungszone war.

6. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zum nicht-sichtbaren IR-Laserstrahl ein zweiter, sicht­ barer Laserstrahl in das Strahlführungssystem des IR-Lasers eingekoppelt wird.

7. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiterlaserdiode oder ein HeNe-Laser mit einer Ausgangsleistung kleiner 10 mW verwendet wird.

8. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laser mit einem dotierten Yttrium-Aluminium-Granat Kri­ stall oder einem Yttrium-Scandium-Gadolinium-Granat-Kristall verwendet wird.

9. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Laser ein bei Wellenlänge von 2,69 µm arbeitender CTE:YAG-Laser oder ein bei 2,94 µm arbeitender Er:YAG-Laser oder ein bei 2,79 µm arbeitender ErCr:YSGG-Laser verwendet wird.

10. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Laser ein Freier Elektronen-Laser (FEL) verwendet wird.

11. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Laser ein optisch parametrischer Oszillator (OPO) verwendet wird.

12. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die die schnelle Ermittlung eines elek­ trischen Signals ermöglichen, welches, nach Kalibrierung, die Bestimmung der Ablati­ onseffizienz oder der Ablationstiefe pro Puls ermöglichen.

13. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die, durch die Ablation oberhalb des Ablationsgebiets entstehende Druckwelle gemessen wird, und daß das damit erhaltene Signal verwendet wird um die Ablationseffizienz oder die Ablationstiefe pro Puls zu bestimmen.

14. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwelle durch ein Mikrophon oder durch die Bestimmung der Ablenkung eines Probelaserstrahls oberhalb des Ablationsgebietes, gemessen wird.

15. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Probelaserstrahl ein Luftvolumen oberhalb des Ablationsgebietes durch­ strahlt wird, in dem sich während des Laserpulses und kurz nach Ende des Laserpulses Ablationsprodukte befinden, und das an den Ablationspartikeln gestreute Licht des Probelaserstrahls gemessen wird, und daß das damit erhaltene Signal verwendet wird um die Ablationseffizienz oder die Ablationstiefe pro Puls zu bestimmen.

16. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß oder Probelaserstrahl eine periodische Intensitätsmodulation aufweist, und das durch die Messung des, an den Ablationspartikeln gestreuten Lichts, erhaltene elektrische Signal mit einem Signal elektronisch multipliziert wird, das dieselbe Periode wie das intensitätsmodulierte Laserlicht aufweist, und daß das damit erhaltene Signal zur Be­ stimmung der Ablationseffizienz verwendet wird.

17. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu bearbeitende Material sich während der Bearbeitungs­ dauer in einer Bearbeitungskammer befindet und eine Temperatur innerhalb der Bear­ beitungskammer gewählt wird die größer als 50°C ist.

18. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Materialunterscheidung durch das unterschiedliche diffuse Streuvermögen der Materialoberflächen erfolgen kann.