Thermisches Glätten optischer Glasoberflächen mittels CO2-Laserstrahlung und Mikrowellenstrahlung

Autor*in: Peer-Olrik Wiechell

ISBN: 978-3-939026-25-9

Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2006

Herausgeber*in der Reihe: Andreas Ostendorf

Band-Nr.: LZH 03/2006

Umfang: 140 Seiten, 63 Abbildungen

Schlagworte: asphärische Optiken, thermische Politur, CO2-Laserstrahlung

Kurzfassung:  Für die Herstellung hochpräziser Objektive für die optische Industrie wird die Auslegung der Strahlengänge und damit das Abbildungsvermögen solcher Linsensysteme immer wichtiger. Zur Reduzierung der Anzahl optischer Grenzflächen in Objektiven und zur Erhöhung der Lichtstärke eines Objektivs werden zunehmend asphärisch gekrümmte Flächen in einen optischen Strahlengang implementiert. Diese Optiken weisen eine Reduktion optischer Abbildungsfehler bei verbesserten optischen Eigenschaften auf. Aufgrund der Form dieser Oberflächen stellt die Politur fertigungstechnisch die größte Herausforderung dar. Es können nur punktuell wirkende Polierwerkzeuge zum Einsatz kommen, was bei berührenden Glättungsverfahren sehr lang andauernde Prozesszeiten zur Folge hat. Die Verwendung von optisch einsetzbaren Kunststoffen für Hochpräzisionsoptiken ist dagegen limitiert durch die herstellbare Größe und die zur Verfügung stehenden Brechungsindizes. Diese Arbeit zeigt anhand grundlegender Untersuchungen ein thermisches Polierverfahren mittels CO2-Laserstrahlung zur Bearbeitung feingeschliffener optischer Glasoberflächen. Optische Glaswerkstoffe weisen im Allgemeinen eine hohe Thermoschockempfindlichkeit auf. Für die Untersuchungen zur Glättung der Glasoberflächen wird daher der Glaswerkstoff auf eine Temperatur erwärmt, die einen spannungsarmen Werkstoffzustand herbeiführt. Dies erfolgt im Wesentlichen mit einem Mikrowellensystem, wobei über eine Hybriderwärmung das Glas produktionstechnisch schnell und effizient erwärmt werden kann. Die Bearbeitung der Oberfläche erfolgt durch zwei wesentliche Strategien. Die erste zeigt eine lineare, zeilenförmige Bearbeitung zur Glättung von Rechtecken bei konstanten Laserleistungen und Verfahrgeschwindigkeiten. Die zweite ist durch das Verfahren einer Spirale über die Glasoberfläche gekennzeichnet, wobei hier eine temperaturgeführte Laserleistungsregelung zur Gewährleistung einer hohen Reproduzierbarkeit zu Hilfe genommen wird. Eine Prozessoptimierung erfolgt bei diesen Untersuchungen im Hinblick auf den Versatz der Laserstrahlung zur vorhergehenden Bearbeitung und die Zerstörneigung des Glaswerkstoffes. Die thermisch geglätteten Glasoberflächen werden über die Rauheit und Wellentiefe orthogonal zur Bearbeitungsrichtung konfokal und taktil vermessen. Hierüber wird eine Vergleichbarkeit der Prozessparameter mit der resultierenden Oberflächengüte geschaffen. In einem abschließenden Vergleich werden die beiden Verfahrstrategien miteinander verglichen und anschließend daran mit bestehenden Poliertechnologien. Ein Ausblick gibt einen Überblick über die kombinierte Nutzung der Mikrowellenenergie mit Laserstrahlung für weitergehende produktionstechnische Applikationen.