Laserbasierte InProzess-Messung von Rauheit und Tiefenbeschädigungen für die Fertigung optischer Werkstücke

Referentin:

Dominique Filipec, OST – Ostschweizer Fachhochschule

Abstract:

Optische Komponenten werden heutzutage für eine Vielzahl von Anwendungen in der Technik, der Medizin und der Forschung eingesetzt. Häufig werden diese Komponenten aus harten, spröden Materialien mit langer Lebensdauer, wie z.B. Fused Silica hergestellt. Die Herstellungsprozesse umfassen in der Regel sehr präzise, abrasive Fertigungsverfahren wie Schleifen und Polieren. Durch den spröden Abtrag beim Schleifen entstehen unter der Oberfläche kleine Mikrorisse, die auch als Tiefenbeschädigung oder Sub Surface Damage (SSD) bezeichnet werden. Diese sind ein limitierender Faktor bei den verschiedenen Anwendungen.

Tiefenbeschädigungen können die Langlebigkeit und die optische Leistung von Komponenten stark beeinträchtigen. Heutzutage können diese Tiefenbeschädigungen nur mit komplexen Verfahren nach dem Schleif- oder Polierprozess gemessen werden. Viele dieser Verfahren führen zur Zerstörung der Probe. In der Masterarbeit «Anwendbarkeit der Messung der internen Reflexion zur Erkennung von Schäden unter der Oberfläche in optischen Materialien» wird eine Methode zur Messung der Tiefenbeschädigung vorgestellt, die während des Poliervorganges zum Einsatz kommen soll. Dazu werden Glasproben mit unterschiedlichen Tiefenbeschädigungen analysiert, die zuvor mittels OCT auf die Tiefe der Beschädigung untersucht wurden. Für die Messung wird der Strahl eines intensitätsstabilisierten Helium-Neon-Lasers, durch die Unterseite einer Glasprobe geführt und an der Substratoberfläche intern reflektiert. Die Intensität des intern reflektierten Strahls wird anschliessend mit einem Photodetektor gemessen. Es wird untersucht, wie sich verschiedene Tiefenbeschädigungen auf das reflektierte Lasersignal auswirken. Zusätzlich werden verschieden Parameter, wie zum Beispiel der Einfallswinkel des Laserlichts und deren Einfluss auf das Messsignal getestet.

Neben den Tiefenbeschädigungen soll mit Hilfe dieser Messmethode eine Aussage über die Oberflächenrauheit der Glasproben gemacht werden. Dafür werden verschiedene Proben mit bekannter Tiefenbeschädigung aber variierender Rauheit mit dem gleichen Verfahren gemessen und die Auswirkung der Oberflächenrauheit auf das Signal untersucht.

Abschliessend wird eine Aussage, bezüglich der Eignung der Methode für beide Anwendungen, Rauheitsmessung und Messung von Tiefenbeschädigung, getroffen.