Promotion Schindler

Autor

Christian Schindler

Betreuende Hochschulen
Technische Universität Ilmenau, Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Jean Pierre Bergmann
Ruhr Universität Bochum, Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Ostendorf
Ernst-Abbe-Hochschule Jena, Prof. Dr.-Ing. Jens Bliedtner

 

Zusammenfassung

Im Rahmen der Arbeit wurden Abtragsverfahren zur Formgebung optischer Komponenten aus mineralischem Glas mittels ultrakurz gepulster Laserstrahlung untersucht. Für diese Untersuchungen wurden ein experimenteller ps- und ein fs-Aufbau konzipiert, umgesetzt, optimiert und charakterisiert sowie Analysemethoden zur Probenbewertung entwickelt. Aus den Untersuchungen zu den ausgewählten Gläsern ergibt sich, dass mit Verwendung ultrakurzer Laserpulse prinzipiell das gesamte Materialspektrum bearbeitbar ist, wenngleich sich die Bearbeitungsergebnisse unterscheiden.

Für einen schichtweisen Abtrag wurden plausible Parameterräume definiert, in denen der Ablationsprozess stabil in Bezug auf ausgewählte Zielgrößen beschrieben werden kann. Experimentell zeigten sich der glasspezifischen Bandlücke sowie der applizierten Wellenlänge nach steigende Grenzwerte für die zur Ablation notwendigen Fluenz. Beim Vergleich der Pulsdauerregime zeigte sich, dass für einen einsetzenden ps-Abtrag höhere Fluenzwerte als für einen fs-Abtrag appliziert werden müssen. Die Untersuchungen haben veranschaulicht, dass sich, in Relation zu einem spezifischen Vorbearbeitungszustand von Quarzglas, mit zunehmendem Abtrag, also mehreren Überfahrten, und unter Zuhilfenahme einer gezielten Partikelabfuhr ein Gleichgewicht der Rauheit auf der Oberfläche einstellte und man von einer Sättigungsrauheit sprechen kann. Für dieses Abtragsverhalten an Glas wurde ein Modell für den 2,5D-Formabtrag mit ausgewählten Parametern aufgestellt und Aussagen zum notwendigen Konditionierabtrag getroffen. Gleichzeitig ergab sich nach Erreichen des Sättigungswertes ein konstantes Ablationsregime, welches einen linearen Abtrag pro Überfahrt ermöglichte. Für eine an den Zielgrößen (Rauheit, induzierte optische Gangunterschiede, Abtragstiefe sowie Abtragsraten) ausgerichtete Auswahl von Bearbeitungsparametern sind Schädigungstiefen bestimmt worden. Es zeigte sich, dass die ermittelten Werte z.T. geringer sind als typische Schädigungen durch das Fein- und Feinstschleifen (< 15 µm) und somit dazu beitragen den folgenden Polierprozess zu verkürzen. Ein schichtweiser Abtrag mit ultrakurzen Pulsen kann als Substitutionstechnologie für den formgebenden Schleifprozess angesehen werden. Die ermittelten Zeitspanvolumina lagen im applizierten Laserparameterfeld mit < 14 mm³/min deutlich über den Werten des Fein- und Feinstschleifens mit ≈ 2 mm³/min.
In weiteren Untersuchungen zum Laserabtrag mit Scanprofilen konnten funktionelle Zusammenhänge beschrieben und nachgewiesen werden, die einen ortsvariablen Glasabtrag ermöglichen.