Spezifikation von Substraten

Material

Die erste Entscheidung betrifft die Wahl des Substratmaterials. Es sollte für alle Wellenlängen mit hohem Transmissionsgrad frei von Absorption sein. Tritt keine Transmission auf, kann ein kostengünstiges Material, z.B. Borofloat^® (SCHOTT AG), für metallische Spiegel verwendet werden. Im Hinblick auf die Formtoleranz der Oberfläche ist eine geringe thermische Ausdehnung von Vorteil.

Form

Die Form muss für beide Seiten getrennt angegeben werden. Alle Kombinationen von ebenen, konvexen und konkaven Flächen sind möglich. Dies gilt auch für Keile, z. B. 30 arcmin, die auf jede Art von Oberfläche, sowohl eben als auch konvex oder konkav, angewendet werden können. Für gekrümmte Substrate gibt es unterschiedliche Konventionen für das Vorzeichen des Krümmungsradius. Manchmal steht "+" für konvex und "-" für konkav. Andere Benutzer beziehen sich auf die Richtung der Lichtausbreitung. In diesem Fall bedeutet "+" "Krümmung in Ausbreitungsrichtung" und "-" bedeutet "Krümmung entgegen der Ausbreitungsrichtung". Bitte geben Sie konkav (CC) oder konvex (CX) in Worten oder unter Verwendung der Akronyme CC oder CX an, um Verwechslungen zu vermeiden.

Größe

Die wichtigste Entscheidung sollte die Größe des Substrats betreffen, d.h. Kantenlänge oder Durchmesser. Kleine Durchmesser sind für die Produktion günstiger. Die Sagitta-Höhen werden geringer, sodass es einfacher ist, eine gute Formtoleranz zu erreichen. Obwohl in optischen Entwürfen oft anders angegeben, gibt LAYERTEC die Dicke als maximale Dicke des Substrats an, d.h. die Mittendicke für plan-konvexe Substrate und die Randdicke für plan-konkave Substrate. Folglich wird die Dicke einer gekeilten Platte an der dickeren Seite gemessen.

Um eine gute Formtoleranz zu erreichen, sollte das Verhältnis von Durchmesser und Dicke berücksichtigt werden. Als Faustregel gilt, dass die Dicke mindestens ein Fünftel des Durchmessers betragen sollte. Natürlich sind auch andere Verhältnisse möglich, aber dann steigen auch die Produktionskosten und damit die Preise.

Toleranzen

Neben Größe und Material sind die Toleranzen am wichtigsten für die Herstellungskosten und damit für den Preis. Natürlich muss die Optik in die Fassung passen, daher sollte der Durchmesser nicht größer als angegeben sein. Die häufigste Angabe ist daher Ø = X mm (+0 mm/-0,1 mm). Dagegen ist die Dicke in der Regel in beiden Richtungen frei. LAYERTEC gibt sie üblicherweise mit einer Toleranz von ±0,1 mm an. Es herrscht viel Verwirrung über die Angabe von Keil, Parallelität und Zentrierung. Bitte beachten Sie, dass Keil und Parallelität den Winkel zwischen den optischen Flächen beschreiben, während die Zentrierung den Winkel zwischen den optischen Flächen und den Seitenflächen beschreibt. LAYERTEC Standardsubstrate haben eine Parallelität von besser als 5 arcmin. Speziell angefertigte Parallelen können eine Parallelität von weniger als 10 arcsec aufweisen. Standard-Keilsubstrate haben Keile von 0,5° oder 1°. Größere Keilwinkel sind je nach Substratgröße möglich. Im Allgemeinen hat der 90°-Winkel zwischen Optik und Seitenfläche eine Genauigkeit von 20 Bogenminuten. Die Zentrierung ist ein zusätzlicher optischer Bearbeitungsschritt, der diese Genauigkeit auf einige Bogenminuten verbessert.

Gekrümmte Substrate können mit der gleichen Nomenklatur beschrieben werden. Es sollte zwischen Spiegeln und Linsen unterschieden werden. Die Seitenflächen von Spiegelsubstraten sind parallel. Die Richtung der optischen Achse kann jedoch in Bezug auf die Seitenflächen geneigt sein. Nach der Zentrierung sind die Seitenflächen parallel zur optischen Achse.

Toleranzen der Oberflächenform

Die Oberflächenformtoleranz wird in der Regel mit Interferometern gemessen und in Bezug auf die Bezugswellenlänge (typischerweise λ = 546 nm) angegeben. Um Verwechslungen zu vermeiden, ist es notwendig, klar zwischen Ebenheit, Power und Unregelmäßigkeit zu unterscheiden. Im Folgenden werden Ebenheit und Unregelmäßigkeit für eine ebene Fläche erläutert. Im Allgemeinen ist jede reale Oberfläche mehr oder weniger gekrümmt. Man stelle sich vor, dass die "Gipfel" und "Täler" einer realen Oberfläche von parallelen Ebenen bedeckt sind (siehe Abb. 2). Der Abstand zwischen diesen Ebenen wird als Ebenheit bezeichnet. Diese Ebenheit setzt sich aus zwei Anteilen zusammen. Der erste ist eine sphärische Krümmung der Oberfläche, die durch eine sogenannte "best-fitted-sphere" beschrieben werden kann. In Bezug auf eine ideale Ebene wird die Durchbiegung dieser Krümmung als Potenz bezeichnet. Diese kugelförmige Krümmung hat keinen Einfluss auf die Qualität des reflektierten Strahls. Sie verursacht lediglich eine endliche Brennweite. Der zweite Anteil ist die Abweichung von der "best-fitted-sphere", die als Unregelmäßigkeit bezeichnet wird. Dies ist der wichtigste Wert für die Qualität des Strahls.

Die Norm ISO 10110 bietet eine ausreichende Methode zur Angabe der Oberflächenformtoleranz. Um die beste Vergleichbarkeit mit den Messergebnissen zu haben, werden alle Werte als Anzahl der Interferenzstreifen angegeben, wobei 1 Streifen = λ/2 ist. In technischen Zeichnungen nach ISO 10110 wird die Oberflächenformtoleranz als Positionsnummer vergeben 3/: 3/ Power (Irregularität)

Beispiel: Eine leicht gebogene (λ/4) Optik, die regulär (λ/10) aufweist, würde wie folgt spezifiziert werden:

• 3/ 0.5 (0.2)

Wird die Optik nur in Transmission verwendet (z. B. Laserfenster), spielen Power und Unregelmäßigkeit keine Rolle. Ein durchgelassener Strahl wird nicht beeinträchtigt, wenn die Optik über die gesamte freie Apertur die gleiche Dicke hat. Der Einfluss von Dickenabweichungen auf den durchgelassenen Strahl ist ähnlich definiert wie die Ebenheit. Er wird ebenfalls in Teilen der Bezugswellenlänge gemessen und als "transmittierte Wellenfront" (13/) bezeichnet. Zum Beispiel hat das Fenster in Abb. 2 eine Ebenheit von λ/4, aber eine übertragene Wellenfront von λ/10.

Schichtspannung

Dünne Substrate können der Belastung durch die Beschichtung nicht standhalten. Die Beschichtung verursacht eine kugelförmige Verformung (bei rotationssymmetrischen Beschichtungen). Dies bedeutet, dass eine endliche Durchbiegung auftritt. Bei kreisförmigen Substraten ist die Unregelmäßigkeit von diesem Problem nicht betroffen. Selbst wenn die sphärische Verkrümmung berücksichtigt wird, wird die Qualität eines Strahls bei normalem Einfall nicht beeinträchtigt.

Defekte

ISO 10110 ist eine internationale Norm für die Beschreibung von optischen Bauteilen. Nach ISO 10110 können maximal zulässige Oberflächenfehler unter 5/ in technischen Zeichnungen angegeben werden. Sie erlaubt sowohl die Angabe der Abmessungen als auch der Sichtbarkeit von Oberflächenfehlern, wobei letztere auf der Norm MIL-O-13830 basiert.

Bei der Angabe der Sichtbarkeit muss zwischen Kratzern und Löchern unterschieden werden. Die Kratzernummer bezieht sich auf die Sichtbarkeit des größten Kratzers im Vergleich zu dem entsprechenden Kratzer auf einer Normvorlage. "10" ist der kleinste Kratzer auf dieser Vorlage. Bessere Qualitäten können also nicht sinnvoll angegeben werden. Außerdem gibt die Sichtbarkeitsangabe keine direkt gemessene, sondern eine scheinbare Kratzerbreite an, die in Zehntelmikrometer oder Mikrometer interpretiert werden kann. Im Gegensatz dazu lässt sich die Stufe der Löcher leicht ermitteln. Der Zahlenwert entspricht der maximalen scheinbaren Größe in Hundertstel Millimetern. Pro 20 mm Prüfbereichsdurchmesser ist ein Kratzer maximaler Größe zulässig.

Bei der numerischen Angabe ist die Stufenzahl die Seitenlänge einer quadratischen Fläche in Millimetern, die der gesamten Fehlerfläche entspricht. So beschreibt 1 × 0,025 eine Defektfläche von 625 μm². Zusätzlich werden Kratzer beliebiger Länge mit einem vorangestellten L bezeichnet. Ein Kratzer mit einer Länge von mehr als 2 mm und einer Breite von 4 µm würde mit L 1 × 0,004 angegeben.

Alle diese Erläuterungen sind stark vereinfacht. Für eine detaillierte Spezifikation lesen Sie bitte den vollständigen Text der entsprechenden Norm.

Achtung

Es gibt keine direkte Umrechnung zwischen Sichtbarkeit und Maßangaben. Alle Angaben in diesem Katalog sind Maßangaben. Die angegebenen scratch/dig-Werte sind grobe Näherungswerte.