Polieren asphärischer Linsensysteme mit dem Laser

Das LZH benutzt eine Kombination von CO2-Laser- und Hochfrequenzstrahlung um die Oberfläche von asphärische Linsen zu polieren. Mögliche Anwendungsfelder der laserpolierten, hochpräzisen asphärischen Linsensysteme sind beispielsweise für die Hochleistungsmikroskopie oder Hochleistungskameraobjektive.

Polieren mit dem Laserstrahl, wie soll das gehen?
Im Rahmen eines vom BMBF geförderten Forschungsprojektes wird derzeit am LZH ein Verfahren zum Polieren von optischen Glasoberflächen mit Einsatz des Lasers entwickelt.
Normalerweise wird eine Linsenfläche durch Schleifen erzeugt, dann feingeschliffen und schließlich, in mechanischer Fortsetzung des Feinschleifens, poliert, d.h. geglättet. Dabei darf die Sollkontur nicht verlassen werden. Vor allem bei asphärischer Linsen – Hoffnungsträger der modernen Optik – ist die Endbearbeitung der Oberfläche äußerst anspruchsvoll. Derzeit verwendete mechanische Polierverfahren können nur Lösungen mit langen Prozesszeiten bieten.
Die Grundidee des in der Entwicklung stehenden Laserverfahrens zum Polieren der Glasoberfläche besteht in der Kombination von CO2-Laser- und Hochfrequenzstrahlung. Der CO2-Laserstrahlung kommt die Aufgabe zu, die Oberfläche in dünner Schicht aufzuschmelzen, so dass sich das Material entlang der zuvor durch Schleifen erzeugten Sollkontur glättet. Der alleinige Einsatz eines CO2-Lasers zur thermischen Politur von Glasoberflächen ist jedoch nicht oder nur bedingt möglich, da die Materialspannungen nach der oberflächlichen Erwärmung so hoch sind, dass das Werkstück durch Zerstörung oder veränderte optische Eigenschaften unbrauchbar wird.
Deshalb setzt das LZH zusätzlich zum thermischen „Polierwerkzeug“ CO2-Laser die Hochfrequenzenergiequelle ein, die eine gleichmäßige Werkstückerwärmung erlaubt. Dadurch werden die Spannungsgradienten beim Laserpolieren der Oberfläche möglichst gering gehalten und ein Zerstören und Verändern des Werkstoffes beim Abkühlen vermieden.
In diesem Forschungsprojekt verfolgt das LZH derzeit der Ansatz, eine möglichst „kalte“ Auslegung des Bearbeitungsraumes zu erreichen. Durch eine Leistungsregelung der Hochfrequenzstrahlung zur Einkopplung in das Glasmaterial wird eine konstante Glasbearbeitungstemperatur eingestellt. Auf diesem Niveau wird dann die Glasoberfläche mittels CO2-Laserstrahlung geglättet, wobei der Hochfrequenzgenerator die Glastemperatur konstant hält. Hierdurch wird die spannungsarme Materialbearbeitung gewährleistet. Die gute Regelbarkeit des Hochfrequenzstrahlers ermöglicht die Abkühlung daraufhin wohldosiert im Schongang.
Mögliche Anwendungsfelder der laserpolierten, hochpräzisen asphärischen Linsensysteme sind beispielsweise für die Hochleistungsmikroskopie oder Hochleistungskameraobjektive.
Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ist eine durch Mittel des niedersächsischen Ministeriums für Wirtschaft, Technologie und Verkehr unterstützte Forschungs- und Entwicklungseinrichtung auf dem Gebiet der Lasertechnik.

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