Präzise Bearbeitung von optischen Gläsern durch laserinduziertes reaktives Plasmaätzen an Atmosphärendruck

• Antragsteller: Dr. Martin Ehrhardt; Dr.-Ing. Klaus Zimmer
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554597436

Ultrapräzisionsbearbeitungsprozesse mit Strahlwerkzeugen wie Ionenstrahl oder Plasmajet erlagen zunehmend an Bedeutung für optische aber auch elektronische Anwendungen. Viele dieser Anwendungen sind für Laserablationprozesse nicht zugänglich, da die Genauigkeit dieses physikalisch dominierten Prozesses in Bezug auf Tiefenauflösung, die Rauheit und die Materialveränderungen im oberflächennahen Bereich nicht ausreicht. Das Ätzen mit laserinduzierten Plasmen bietet allerdings hervorragende Randbedingungen zur Ultrapräzisions-Oberflächenbearbeitungsprozesse, da Abtragsraten von kleiner 10 pm pro Laserpulse, Rauheiten im Bereich von 1 nm rms und Schädigungstiefen im Bereich von 1 nm nachgewiesen werden konnten. Diese Merkmale der Ultrapräzisions-Oberflächenbearbeitung sollen in diesem Vorhaben nun auf das laserinduzierte Plasmaätzprozesse für optische Gläser übertragen werden, die eine deutlich komplexere chemische Zusammensetzung haben können. Diese komplizierte Zusammensetzung der Gläser kann zu Änderungen im Mechanismus des Ätzprozesses und möglicherweise damit auch der erreichbaren Oberflächenqualität führen. Weiterhin ist für den lasergestützten Ätzprozess nun auch die Nutzung von hochrepetierende Ultrakurzpulslaser geplant, wodurch einerseits eine Erhöhung der Abtrags-/Bearbeitungsgeschwindigkeit bewirkt werden soll und andererseits eine signifikante Veränderung der Mechanismen, laserinduziertes Plasma und dessen Ätzangriff, zu erwarten ist. Diese hierbei gewonnen wissenschaftliche Erkenntnisse sollen zur Demonstration eines lasergestützten Ultrapräzisionsbearbeitungsprozesses von anwendungsrelevanten Glasoberflächen mit komplexer Zusammensetzung, beispielsweise BK7 und Zerodur, genutzt werden. Die Demonstration umfasst, den Abtrag von Flächen durch Bewegung des Laserfokus, den ortsvariablen Abtrag über die Steuerung der Laserspot-Geschwindigkeit und die Anwendung der Methodik zur Generierung einer funktionalen Oberfläche in den genannten Gläsern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr.-Ing. Angelika Beyertt