Vorsprung durch Forschung
Gewinnbringende Zusammenarbeit von Wissenschaft und Wirtschaft
Beyond Borders
Verbundforschungsprojekte, an denen Forschungseinrichtungen und Wirtschaftsunternehmen beteiligt sind, bieten allen Partnern wertvolle Erkenntnisse. Oft können die Ergebnisse direkt in den Produktionsalltag übernommen werden.
OEM-Aufträge machen einen Großteil der Arbeit unserer Entwicklungs- abteilung aus. Als innovationsorientiertes Unternehmen unterstützt
LASER COMPONENTS jedoch auch praxisorientierte Forschungspro-jekte und arbeitet dabei eng mit Universitäten und Forschungsinstituten zusammen. Wo die Wissenschaftler neue Erkenntnisse über die Zusam-menhänge der Natur gewinnen, eröffnen sich für produzierende Unter-nehmen wie uns neue technologische Perspektiven. Viele Mitglieder des Teams profitieren noch heute von dem Know-How, das sie während Ihrer Tätigkeit an namhaften Forschungseinrichtungen erworben haben und un-terhalten weiterhin rege Beziehungen zum akademischen Betrieb. Durch den fachlichen Austausch auf Tagungen und Konferenzen bauen sie nicht nur ihr persönliches wissenschaftliches Netzwerk aus. Sie gewinnen auch neue Impulse für die Forschung, die sich letztendlich auch in unseren Produkten niederschlagen.
Ein gutes Beispiel für die enge Zusammenarbeit von Wissenschaft und Industrie ist das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt PluTO+, an dem unter anderem die Ruhr-Universität Bochum, das Laserzentrum Hannover und das Leibniz-Institut für Plasma-forschung und Technologie in Greifswald beteiligt waren.
Plasma-gestützte Herstellung von optischen Interferenz- Schichtsystemen
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Die Herstellung von optischen Schichten und funktionalen Oberflächen gilt als wesentliche Schlüsseltechnologie für die Entwicklung hochintegrier-ter optischer Komponenten. Um hochwertige und präzise Beschichtungen zu erlangen, setzt die Branche unter anderem auf plasmagestützte Ver-fahren wie PIAD (Plasma-Ion-Assisted Deposition; plasmaionengestütztes Elektronenstrahlverfahren), das zum Beispiel bei der Herstellung optischer Interferenzschichten eingesetzt wird. Dabei werden abwechselnd hoch- und niedrigbrechende Metalloxide auf die Optiken aufgebracht.
Einige dieser Schichten können nur wenige Nanometer dick sein; die Gesamtdicke erreicht je nach Komplexität des Schichtdesigns bis zu
5 µm. Die dielektrischen Beschichtungsmaterialien werden im Hoch- vakuum mit einem Elektronenstrahl verdampft und kondensieren auf den Substraten. In einer PIAD-Anlage verleiht eine Plasmaquelle den Mole-külen zusätzliche kinetische Energie, sodass dichtere Schichten möglich werden. Auf diese Weise lässt sich eine poröse Schichtstruktur verhin-dern, in der sich Wasser anlagern könnte. Das gilt als Hauptursache für den unerwünschten spektralen Shift.
„Die mechanischen und optischen Eigenschaften einer im PIAD-Verfahren erzeugten dielektrischen Schicht hängen stark vom Energieeintrag des Plasmas ab“, erklärt Dr. Sina Malobabic, die im interdisziplinären Ent-wicklungsteam die Projekte für optische Technologien leitet. „Driften und Fluktuationen in der Plasmaquelle wirken sich negativ auf die Reprodu-zierbarkeit der Schichteigenschaften aus.“
Ziel von PluTO+ war es, diese Schwankungen zu erkennen, die Stabilität der Beschichtungsprozesse zu erhöhen und so langfristig die Ausbeu-
te und Qualität des PIAD-Verfahrens zu steigern. Wissenschaftler der Ruhr-Universität Bochum entwickelten dafür eine Multipol-Resonanzsonde (MRP), mit der die Elektronendichte im Plasma überwacht werden kann. So lassen sich Abweichung vom Sollwert diagnostisch erfassen und im Rahmen einer in-situ-Regelung in Echtzeit korrigieren.
Diagnostik an der Schnittstelle zwischen Plasma und schichtbildenden Prozessen
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Die Tauglichkeit der Sonde im industriellen Umfeld wurde an der PIAD- Anlage von LASER COMPONENTS in Olching geprüft. Als Projektverant-wortliche vor Ort führte Dr. Malobabic alle Tests und die erforderlichen Messungen selbst durch. „Auch wenn die Tests unter Produktionsbedin-gungen stattfinden, bedeutet das nicht, dass die Ergebnisse von selbst anfallen“, erklärt sie. „Um auch kleinste Abweichungen schnell spektral sichtbar zu machen, haben wir ein besonders komplexes Schichtdesign gewählt, das im Tagesgeschäft eher selten gefragt ist. Für die Messungen mussten also zusätzliche Beschichtungsläufe eingeplant werden, ohne die Produktionspläne für die Kundenaufträge zu stören. Da kann es schon-mal vorkommen, dass man das eine oder andere Wochenende opfern muss.“ Dazu kommt die Abstimmung mit zahlreichen Projektpartnern, die über die ganze Republik verstreut sind.
Alles in allem hat sich dieser Einsatz aber gelohnt: Zunächst konnten die Mitarbeiter des Lehrstuhls für Theoretische Elektrotechnik in Bochum zufrie-den feststellen, dass ihre Sonde langfristig den anspruchsvollen Bedingun-gen in einer plasmagestützten Hochvakuumanlage standhält und über die gesamte Projektdauer zuverlässige Daten lieferte. Im Rahmen der Mes-sungen konnte Dr. Malobabic belegen, dass auch bei sonst identischen Betriebsparametern erhebliche Unterschiede in den Plasmaeigenschaften auftreten können.
Inzwischen untersucht das Team von LASER COMPONENTS, welchen Einfluss die Stabilisierung des Plasmas auf die mechanischen Eigenschaf-ten der Schichtsysteme hat - zum Beispiel auf die Laser-Zerstörschwelle einer Optik. „Solche Kooperationen von Forschung und Industrie bringen immer Vorteile für alle Beteiligten“, folgert Dr. Lars Mechold, Technischer Leiter bei LASER COMPONENTS. „Kaum eine PIAD-Anlage ist heute mit einer Plasmasonde ausgestattet. Für uns ist das eine wichtige Gelegen-heit, die Qualität unserer maßgefertigten Laseroptiken weiter zu steigern. Einen entscheidenden praktischen Vorteil haben wir bereits erkannt: Mit den von der MRP gelieferten Werten können wir bei dieser Anlage die Reinigungsintervalle besser planen. In Zahlen bedeutet das eine Effizienz-steigerung um rund 10 %.“
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