High-Power braucht moderne Beschichtungsverfahren

D81-001

High-Power braucht moderne Beschichtungsverfahren

Als vor knapp 60 Jahren die ersten Laser entwickelt wurden, kamen ihre Leistungen gerade einmal an die Milliwattgrenze. Heute benutzt die Industrie kontinuierliche Strahlen mit mehreren Kilowatt und in Forschungszentren sind bereits riesige Impulslaser-Anlagen mit einigen hundert Terawatt im Einsatz. Entgegen dem allgemeinen Trend zur Miniaturisierung werden die Laseroptiken mit wachsender Leistung immer größer. Für Optikhersteller wie LASER COMPONENTS bedeutet das: In großen Präzisionsoptiken mit hohen Zerstörschwellen liegt ein großes Potenzial.

Hohe Laserleistungen verlangen geringe Absorptionen der Laseroptik
Die Industrie verwendet cw - Laser (continuous wave) zum Schweißen oder Schneiden. Die Herstellung der dafür benötigten Optiken ist ein komplexer Vorgang, denn wegen der hohen Laserleistung müssen die Bauteile besonders widerstandsfähig sein.

Im Vergleich zu anderen Anwendungsbereichen können bei high-power Lasern schon Absorptionen im ppm-Bereich schwerwiegende Folgen haben: Das absorbierte Licht erzeugt Wärme in Substrat und Beschichtung. Da optische Bauteile keine guten Wärmeleiter sind, können Beschädigungen entstehen. Die Temperaturänderung kann weiterhin dazu führen, dass der Brennpunkt „wandert“ und nicht mehr in der Bearbeitungsebene liegt. Man spricht dabei von einer thermischen Linse.

Wie sich die Absorption auf den Laserstrahl auswirkt, lässt sich über eine kalorimetrische Messung der Oberflächentemperatur ermitteln oder anhand eines Referenzstrahls. Eine weitere Möglichkeit, die Strahlgeometrie im laufenden Betrieb zu überwachen, bietet das BWA-MON unseres Partners Haas Laser Technologies.

Was aber kann man dann tun, um das Problem der Absorption selbst in den Griff zu bekommen? Mit OH - armen Substraten und einer optimalen Wahl der Beschichtung lassen sich Optiken mit sehr niedrigen Absorptionswerten herstellen.
Relativ neu ist der Einsatz von sogenannten TLC-Optiken™. Dabei wird ein Verfahren, das seit Jahrzehnten erfolgreich bei Infrarot-Optiken im Einsatz ist, auf Laserlicht übertragen.

Optiken für die größten Laser der Welt
Ob Kernfusion oder Krebsforschung – Hochenergielaser mit Leistungen im Mega- und Petawatt-Bereich sollen der Wissenschaft zum Durchbruch verhelfen. Weltweit sind eine Handvoll dieser gigantischen Anlagen im Einsatz. Die bekannteste in Europa ist wahrscheinlich der Laser Mégajoule in der Nähe von Bordeaux, wo 2014 die erste von 22 Beamlines in Betrieb ging. Bis 2025 soll jährlich eine weitere hinzukommen. Die Laser, die dort verwendet werden, sprengen alle Dimensionen, die wir in unserer Branche gewohnt sind. Das zeigen allein die Maße des Gebäudes: Jede der vier Laserhallen ist 100 m lang und 30 m breit. Immens ist auch die Anzahl der eingesetzten Komponenten: Für die komplexe Strahlführung werden beispielsweise 10.000 Optiken in verschiedenen Größen benötigt [1].

LASER COMPONENTS produziert für diese wissenschaftlichen Einrichtungen Optiken mit Durchmessern bis zu 390 mm. Damit das gelingt, ist zunächst einmal die Auswahl des richtigen Substrats- und Beschichtungsmaterials nötig.
Nicht jedes Substrat ist absorptionsarm, für die gewünschten Größen geeignet und gleichzeitig glatt genug. Die Oberflächenrauigkeit darf höchstens einige Ångström betragen und die Formtreue muss sich im Bereich von λ/10 bewegen.

Weiterhin ist eine Beschichtungsanlage nötig, die große Substrate aufnehmen kann und die Beschichtungen mit einer hohen Homogenität auch auf großen Durchmessern gewährleistet. Das kontrollieren wir mit regelmäßigen Verteilungsmessungen in der Anlage.

Auch unter Druck gut in Form
Bei plasmagestützten Verfahren ist die Packungsdichte des aufgedampften Coatings besonders hoch. Abhängig vom Durchmesser-Dicke Verhältnis der Substrate, kann es dadurch zu geringen Verformungen des Substrats kommen. Diesen Effekt kann man mit den richtigen Korrekturmaßnahmen ausgleichen: Entweder kommt ein entsprechend vorgekrümmtes Substrat zum Einsatz oder auf der Rückseite wird eine weitere Beschichtung aufgebracht, die den Effekt wieder aufhebt. Hier ist ein erfahrenes Produktionsteam entscheidend, denn nur die Praxis zeigt, wann sich welcher Weg anbietet.

Erfahrung und Forscherdrang
Mit unseren hochwertigen Laseroptiken liefern wir praxisorientierte Lösungen für die Herausforderungen der Gegenwart. Aber LASER COMPONENTS hat auch die Zukunft stets im Blick: Gemeinsam mit Industriepartnern und namhaften Forschungsinstituten arbeiten wir in bundesweiten Projekten an den Technologien und Verfahren von morgen.
Diese Kombination aus Entwicklung und Produktion, Erfahrung und Forscherdrang ist das Erfolgsgeheimnis von LASER COMPONENTS. Sie erlaubt uns, auch den komplexesten technischen Anforderungen gerecht zu werden. Und sie gibt uns die Sicherheit, jede neue Herausforderung bewältigen zu können: Unsere Vertriebsingenieure und Entwickler erarbeiten in enger Zusammenarbeit mit den Kunden innovative Lösungen für die Anwendungen der Zukunft.

[1] http://www-lmj.cea.fr/fr/installation/index.htm

Datenblatt:

Weitere Produktinformationen:
Beschichtete Laseroptik

Hersteller:
LASER COMPONENTS Germany / Laseroptik

Kontakt:

Ansprechpartner:	Rainer Franke
Firma:	Laser Components Germany GmbH
Adresse:	Werner-von-Siemens-Str. 15
PLZ / Ort:	82140 Olching
Telefon:	+49 (0) 8142 2864-39
Fax:	+49 (0) 8142 2864-11
E-Mail:	rainer.franke@lasercomponents.com