Oberflächen-Qualität

Hohe Spezifikationen wie Oberflächenpasse L/10 und extreme Sauberkeiten der Politur wie z.B. 5/4 x 0.025 (Ø 1") sind seit Jahren Stand der Technik bei Substraten für Laseroptik. Die dabei erzielten Mikrorauhigkeiten (rms) bei planen oder sphärischen Bauteilen, die moderne Polierprozesse mit sich bringen, liegen im Bereich 1 nm oder 0,5 nm im Idealfall. Von großer Bedeutung ist die Mikrorauhigkeit optischer Flächen in der Lasertechnik, denn sie ist maßgeblich für die Streuverluste verantwortlich. Werden solche Oberflächen dielektrisch beschichtet, z.B. mit AR-Schichten, verstärkt sich der Streueffekt. Zum einen streuen die Schichten im Inneren und an der Oberfläche selbst, zum anderen tritt durch die Beschichtung nicht etwa ein Ausgleichen der mikroskopischen "Gebirge und Täler" ein, sondern eine Verstärkung, die Rauigkeit steigt also mit jeder Schicht. Im Extremfall kann ein Rmax-Schichtsystem mit über 30 Schichten die Streuverluste, bezogen auf das blanke Substrat, zigfach erhöhen. Solche Verluste, da immer noch im o/oo-Bereich, stören häufig nicht. Bei der Anwendung in Laserresonatoren dezimieren die Streuverluste jedoch die Verstärkungsfähigkeit, die Ausgangsleistung wird gemindert. In besonderen Anwendungen, wie es z.B. der Parabolspiegel zum Pumpen eines Scheibenlasers darstellt, können auch resonatorexterne Anwendungen spürbare Einbußen mit sich bringen. Prinzipbedingt wird der 808 oder 940 nm Pumpdiodenstrahl vielfach über die Fläche des parabolischen Fokussierspiegels gelenkt, sodass bis zu 32 Reflexionen auf der Oberfläche zustande kommen. Durch die hohe Anzahl an Reflexionen summieren sich die Einzelverluste zusammen mit den deutlich dramatischeren Transmissionsverlusten zu mehreren Prozent auf, die Pumpeffizienz wird vermindert.

Die Poliertechnik von Asphären ist heute so weit entwickelt, dass die bei Sphären und Planflächen schon länger erzielten Mikrorauhigkeiten auch bei den genannten Parabolspiegeln erreicht werden (Standard rms = 0.5 nm). Von der Uni Stuttgart, IFSW Abt. Dr. Giesen, erreichten uns Testergebnisse, die besagen, dass mit neuestem Verfahren polierte und mit streuarmen Schichten versehene Parabolspiegel von LASER COMPONENTS gegenüber vorher gelieferten, traditionellen Kupferparabolspiegeln mit sehr ähnlicher Beschichtung eine Effizienzerhöhung von 10 – 20 % je nach Betriebsart am Laserausgang bewirkten. Die etwas bessere Reflexion sowie die bessere Formtreue der Glasparabolspiegel leisten hierzu natürlich auch ihren Beitrag. Die Fertigung von Glasparabolspiegeln ist mit den Spezifikationen 1 L Formtreue und Sauberkeit 4 x 0.1 (Ø 50) bis zu Durchmessern von etwa 200 mm möglich, so dass auch große Yb:YAG-Scheibenlaser im Kilowattbereich vom neuesten Entwicklungsstand profitieren. Für Zukunftsprojekte sind Leistungen von vielen Kilowatt pro Verstärkerstufe geplant, der Einsatz von Glasparabolspiegeln neuester Evolution ist dafür essentiell.

Wir bedanken uns auf diesem Weg beim IFSW und allen anderen am Projekt beteiligten Partnern für die Zurverfügungstellung der technischen Daten.