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So einfach wie ein Spiegel, so wirksam wie ein optisches System
Wir nehmen einen hochwertigen Laserspiegel und mikrostrukturieren ihn: Die Reflexion formt den Strahl. Diese Reflexion gibt es in Ihrem Strahlengang schon, das System bekommt also nichts Neues dazu — ein Spiegel raus, ein Spiegel rein.
Ein Spiegel mit mikrostrukturierter Oberfläche
Er sitzt im kollimierten Abschnitt Ihres Strahlengangs, vor der Fokussieroptik. In den meisten Systemen nimmt er den Platz eines Umlenkspiegels ein, der ohnehin schon da ist.
Durch die Mikrostrukturierung können wir die Phase des Laserlichts mit hoher Präzision modulieren. Die Phase ist der entscheidende Punkt. Eine Apertur oder eine Amplitudenmaske formt einen Strahl, indem sie ausblendet, was Sie nicht haben wollen — und die verlorenen Photonen bezahlen Sie. Ein Phasenelement nimmt kein Licht weg, es lenkt es um. Die Struktur verändert die Wellenfront, und im Fokus der folgenden Linse interferiert das Licht zur Zielform. Nichts wird ausgeblendet, also landet der Großteil der Energie auf dem Werkstück und nicht in einem Beam Dump. Wie groß dieser Anteil genau ist, hängt vom Design ab; siehe „Effizienz in das Zielprofil“ weiter unten.
Er wandelt den einfallenden Strahl in das Profil, das der Prozess braucht: einen Flat-Top, einen Ring, eine Anordnung von Spots oder ein Profil, das über die Tiefe stabil bleibt. Nichts bewegt sich. Es gibt nichts zu versorgen und nichts zu regeln. Und weil die Formung bei der Reflexion passiert, tritt der Strahl nie in ein Volumenmaterial ein: kein Absorptionsweg, keine thermische Linse, die beherrscht werden muss.
Für die Optik-Fachleute: Es ist ein kontinuierliches diffraktives optisches Element, das in Reflexion arbeitet.
Kontinuierlich statt in diskrete Phasenstufen zerlegt, und reflektiv statt transmissiv. Beides folgt daraus, wie es hergestellt wird — das ist der nächste Abschnitt.
Zwei Zahlen, die wir bewusst auseinanderhalten. Die Beschichtung gibt bei den Standard-Wellenlängen im NIR, im Grünen und im UV >99,9 % des Lichts zurück. Die Effizienz in die Zielform ist eine andere Größe, und die geben wir pro Design an. Was „kontinuierlich“ Ihnen bringt, steckt in der zweiten: Eine gestufte Oberfläche nähert die Zielphase nur an, und der Näherungsfehler geht in höhere Ordnungen. Ohne Stufen gibt es diesen Fehler nicht.
Wie wir ihn herstellen
Strukturiertes Licht + hochreflektives Substrat = reflektiver Beam Shaper
Ein vollständig beschichteter Laserspiegel
Quarzglas, dielektrische hochreflektive Beschichtung.
- Beschichtungen aus Europa, von Lieferanten, die für Hochleistungs-Laseroptik qualifiziert sind
- Hohe Zerstörschwellen, die aus der vollständigen dielektrischen Beschichtung kommen und aus nichts, was wir ihr hinzufügen
Einzigartiges direktes Laserschreiben
Die Mikro-Delamination schreibt die Struktur direkt in den Spiegel. Keine Maske, keine Lithografie, kein Ätzen, keine zusätzliche Schicht.
- Keine Maske, kein Werkzeug: Jede Optik wird für Ihr Zielprofil und Ihren Strahlengang gerechnet. Nichts kommt aus dem Katalog
- Ein Tag Fertigung für einen einzigen Prozessschritt, statt Monate Vorlauf für eine Maske oder einen zweiten Beschichtungslauf
- Das Design ist eine Datei: Es gibt keine Mindestmenge, und für die nächste Charge entsteht dieselbe Oberfläche unverändert wieder
Ein vollreflektiver Beam Shaper
Modulationstiefe etwa halbe Arbeitswellenlänge, transversale Strukturen wenige Mikrometer breit. Der Spiegel trägt jetzt Ihr eigenes Strahlprofil.
Wie schaffen wir einen vollreflektiven Beam Shaper so schnell? Die meisten vermuten, wir nehmen etwas vom Spiegel weg oder setzen etwas darauf. In beiden Fällen ist die Beschichtung danach keine fertige Spiegelbeschichtung mehr: Wer sie ätzt oder abträgt, verliert Reflektivität und Leistungsverträglichkeit genau dort, wo der Strahl auftrifft. Wer sie abdeckt, macht ein zweites Material zur optischen Oberfläche. Wir tun keines von beidem: Wir strukturieren das Volumen zwischen Substrat und Beschichtung im Nanometerbereich und lassen die Beschichtung genau so, wie sie ist. Die optische Qualität, die Sie von einem hochreflektiven Laserspiegel erwarten, bleibt erhalten.
Die Mikro-Delamination ist unser eigenes Direktschreibverfahren. Verfahren und die daraus entstehende Optik sind patentiert, erteilt in allen großen Lasermärkten in Europa, Nordamerika und Asien.
Mit welchen Lasern es funktioniert
| Parameter | Arbeitsbereich |
|---|---|
| Pulsregime | Von Dauerstrich bis Ultrakurzpuls, bis herunter zu 200 fs |
| Leistung | Von geringer Leistung bis in den Multi-Kilowatt-Bereich |
| Strahlqualität | Ihre Wahl. M² = 1,0 bis hoch multimodig, M² > 50 |
Substrat, Beschichtung, Format, Apertur
| Parameter | Spezifikation |
|---|---|
| Substrat | Quarzglas |
| Oberfläche | Mikrostrukturierte dielektrische hochreflektive Beschichtung |
| Reflektivität | >99,9 % bei 1064/1032, 532/515 und 355/343 nm · >99,8 % bei 266 nm |
| Standardformate | Ø25 mm (1″) und Ø50 mm (2″), rund. Andere Durchmesser und Geometrien auf Anfrage. |
| Eingangsstrahldurchmesser, Ø25 mm (1") | Bis 9 mm (1/e²) bei 45° Einfallswinkel. Auf Ihren Strahl abgestimmt, ±5 %. |
| Eingangsstrahldurchmesser, Ø50 mm (2") | Bis 18 mm (1/e²) bei 45° Einfallswinkel. Auf Ihren Strahl abgestimmt, ±5 %. Größere Strahlen auf Anfrage. |
| Freie Apertur | Optimal ist ≥ 2× Strahldurchmesser (1/e²). Wir können das Design auch auf eine kleinere Apertur hin anpassen und optimieren. |
| Einfallswinkel | Auf einen nominalen Einfallswinkel (AOI) ausgelegt, typisch 45°. Toleranz ±1°. |
| Effizienz in das Zielprofil | Designabhängig. Bei Flat-Top-Designs >90 % bei 1,5× des Gauß-Spots und >95 % bei 2–10×. Wird pro Design angegeben. |
Zerstörschwellen
Unsere Optiken halten sehr hohe Leistungen aus. Die Zerstörschwellen unten haben wir mit externen Partnern gemessen und verifiziert, jeweils unter den angegebenen Bedingungen.
| Regime | Schwelle und Bedingungen |
|---|---|
|
CW-Betrieb IPG YLS6000-U Faserlaser |
CW bei 1 µm: Bis 30 MW/cm², gemessen als T(30sec)-on-1 nach ISO 21254-2 von Lidaris, einem unabhängigen Prüflabor für LIDT |
|
Ultrakurzpuls-Betrieb Light Conversion Pharos SP |
180 fs bei 343 nm: Bis 235 mJ/cm², gemessen als S(1000)-on-1 nach ISO 21254-2 von Lidaris, einem unabhängigen Prüflabor für LIDT |
|
Kurzpuls-Betrieb Trumpf TruMicro 8340 |
Im Betrieb gezeigt bei 400 W UV, 343 nm, 18 ns, 40 mJ, in Zusammenarbeit mit der Universität Duisburg-Essen, Gruppe Prof. Barcikowski. |
Was es von Ihrem System braucht, und was es nicht kann
Das meiste ist zu prüfen, nicht zu befürchten; wo ein Punkt wirklich ausschließt, sagen wir es im ersten Gespräch. Alles davon ist jetzt günstiger zu klären als dann, wenn das erste Teil auf Ihrem Tisch liegt.
Es braucht einen kollimierten Abschnitt
Er gehört dorthin, wo der Strahl parallel läuft und einen definierten Durchmesser hat, vor der Fokussieroptik. Fehlt dieser Abschnitt, wird es ein Konstruktionsgespräch und kein Bauteiltausch.
Lateral ausrichten ist Pflicht
Montiert wird er wie ein Spiegel, ausgerichtet wie eine Optik. Zu jedem Element gehört die Anleitung, und bei Ihrer ersten Integration bleiben wir eng dabei.
Ein Design ist ein Arbeitspunkt
Eine Wellenlänge, ein Eingangsdurchmesser, ein Zielprofil, eine Orientierung; zwei Wellenlängen in einem Strahlengang heißen zwei Optiken. Ändert sich einer davon, ist es ein neues Bauteil, keine Einstellung.
Das Profil ist fest
Eine passive Optik: kein Aktor, kein Regelkreis. Muss Ihr Prozess das Profil im Lauf umschalten, ist das die falsche Technologie — und das sagen wir Ihnen früh.
Der Ablenkwinkel hat eine Obergrenze
Das Direktschreiben begrenzt, wie fein die Struktur lateral wird, und damit den größten Ablenkwinkel. Soll ein Zielprofil sehr viel größer als der natürliche Fokus werden oder liegen Teilspots weit auseinander, reichen geätzte DOE weiter.
Nicht alles Licht landet in der Form
Die Effizienz ins Zielprofil geben wir pro Design an. Der Rest wird nicht ausgeblendet und nicht vernichtet: er bleibt im Strahl, als niedriger Untergrund um die Form.
Was wir für einen Fit-Check brauchen
Vier Angaben genügen für ein Ja oder Nein. Alles Weitere hilft, ist für den Start aber nicht nötig.
- Der Laser: Wellenlänge, CW oder gepulst, mittlere Leistung, bei gepulstem Betrieb Pulsenergie und Pulsdauer
- Der Strahl: kollimierter Durchmesser und wie er definiert ist (1/e², FWHM), dazu M² oder BPP
- Der optische Aufbau: Eine Skizze reicht. Was zwischen Quelle und Werkstück sitzt, Brennweite, Arbeitsabstand, Einfallswinkel
- Das gewünschte Profil: Form, Größe und über welche Arbeitsebene oder welchen Tiefenbereich es halten muss
Wo diese Technologie heute ausgeliefert wird
3D Top-Hat
Hält einen gleichmäßigen Flat-Top über die gesamte Schärfentiefe, nicht nur in der Fokusebene.
Ansehen → EDOF · Fokusverlängerung3D Gaussian
Verlängert die Schärfentiefe um bis zu 5×, damit der Prozess nicht länger von einem haargenau sitzenden Fokus abhängt.
Ansehen → EDOF · Ringprofil3D Ring-Core
Ein Ring um einen Kern, stabil über die gesamte Schärfentiefe: ruhigeres Keyhole, weniger Spritzer.
Ansehen →Arbeiten Sie heute an einem Schweiß- oder Schneidprozess? Was dort schon läuft, steht unter Schweißen & Schneiden →.
Häufige Fragen
Worin unterscheidet sich das von einem üblichen geätzten DOE?
Funktioniert es mit meiner Wellenlänge und meinem Lasertyp?
Wie integriere ich es in eine bestehende Maschine?
Senkt das Strukturieren die Zerstörschwelle?
Skaliert das auf einige hundert Stück pro Jahr?
Wollen Sie wissen, ob das zu Ihrem Prozess passt?
Senden Sie uns Ihren Laser und das gewünschte Strahlprofil. Wir prüfen die Machbarkeit und bestätigen den Fit für genau Ihre Konfiguration.
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