Abtragprozesse und Prozesskette zur laserbasierten Fertigung optischer Elemente aus Quarzglas

Durch Asphären und Freiformoptiken können verglichen mit Sphären kleinere Abbildungsfehler erzielt werden. Die Fertigung von Glasoptiken mit nichtsphärischer Oberflächenform ist jedoch aufwendig, weshalb im Rahmen der vorliegenden Arbeit Grundlagen zu einer laserbasierten Prozesskette zur Fertigung optischer Elemente entwickelt werden. Durch die Verwendung von Laserstrahlung und die dadurch erfolgende Entkopplung von Werkzeug- und Werkstückgeometrie können nahezu beliebige Oberflächenformen in nahezu identischer Fertigungszeit bearbeitet werden, wodurch diese Prozesskette besonders zur Fertigung von Optiken mit nichtsphärischer Oberfläche geeignet ist. Um sowohl die Anforderungen hinsichtlich Rauheit und Formgenauigkeit als auch eine kurze Fertigungszeit zu erreichen, wird der laserbasierte Fertigungsprozess in einzelne Prozessschritte mit jeweils eigenen Zielsetzungen aufgeteilt. Mittels Grobabtrag soll die Oberflächenform durch Materialabtrag generiert werden. Ein anschließender Laserpolierprozess wird zur Verkleinerung der Rauheit der generierten Oberfläche verwendet. Durch den Feinstabtrag wird ein selektiver Materialabtrag zur Vergrößerung der Formgenauigkeit durchgeführt. Diese drei Prozessschritte werden in der laserbasierten Prozesskette zur Optikfertigung kombiniert. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die beiden Prozessschritte Grobabtrag sowie Feinstabtrag zunächst isoliert betrachtet und Verfahrensgrundlagen in Abhängigkeit der an die Prozessschritte gestellten Anforderungen ermittelt. Die Untersuchungen werden sowohl mit CO2- als auch mit UKP-Laserstrahlung durchgeführt. Anschließend wird die vollständige Prozesskette zunächst auf ebenen Oberflächen und im Anschluss zur Fertigung eines Demonstratorbauteils mit asphärischer Oberfläche verwendet.