Diamantové šošovky Fraunhofer Institutes IAF, ILT a IPT pre ultraľahkú laserovú optiku; Optoelektronika;
17. októbra 2017, 10:56 | Nicole Woerner
Diamantová optika sa vyznačuje výrazne väčším vedením tepla a vyšším indexom lomu s vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami. (Fraunhofer ILT, Aachen/Volker Lannert.)
Vďaka neobvykle vysokému indexu lomu a vynikajúcemu vedeniu tepla je možné pomocou umelých diamantov vyrábať desaťkrát ľahšiu laserovú optiku. Vláknové lasery v rozsahu kW by tak mohli pôsobiť oveľa pružnejšie.
Tri ústavy Fraunhofer optimalizovali v posledných rokoch výrobu a spracovanie diamantových šošoviek. Prvá rezná optika s týmito šošovkami sa teraz testuje.
Diamanty majú niektoré úžasné vlastnosti: ...
. Napríklad ich index lomu je 2,4. Tá je extrémne vysoká a umožňuje oveľa tenšiu optiku. Tepelná vodivosť je 2 000 W/m * K, čo je viac ako 1400-krát vyššia hodnota ako u bežného skla. Spolu s vysokým prahom poškodenia spôsobujú tieto vlastnosti, že diamanty sú pre vysokovýkonnú optiku mimoriadne zaujímavé.
Skúška rezania: V porovnaní s bežnými rezacími hlavami umožňuje diamantová optika zníženie hmotnosti o viac ako 90%. (Foto Fraunhofer ILT, Aachen)
Zatiaľ polykryštalické diamantové substráty ...
. používa sa ako okno v CO2 laseroch. Avšak kvôli nečistotám a nedokonalostiam absorbujú a rozptyľujú laserové žiarenie pri emisných vlnových dĺžkach okolo 1 µm, čo ich robí nevhodnými pre vláknové lasery. Monokrystalické diamanty tento problém nemajú, ale je ťažšie ich vyrobiť.
Na Fraunhoferovom inštitúte pre aplikovanú fyziku pevných látok IAF ...
. vo Freiburgu sa už roky vykonáva výskum výroby monokryštalických diamantov. CVD reaktory vyvinuté na IAF so stabilnými plazmatickými podmienkami umožňujú substráty hrubé až niekoľko milimetrov. Vyrába sa súčasne maximálne 60 diamantov. Pri rýchlosti budovania až 30 µm za hodinu je možné vyrobiť optiku s otvorom približne 10 mm.
90% úspora hmotnosti
Šošovky vyrobené zo syntetických monokryštálových diamantov z Freiburgu vykazujú nízku absorpciu a tiež nízku dvojlomnosť. Teraz boli niektoré vzorky opatrené antireflexnými vrstvami a zabudované do reznej hlavy pre vláknové lasery. Martin Traub z Fraunhoferovho inštitútu pre laserové technológie ILT v Aachene hovorí: „Prvýkrát sme optimalizovali kompletnú laserovú optiku pre diamantové šošovky. Vďaka tomu je rezná hlava ľahšia o viac ako 90 percent. ““
Šošovky s priemerom 7 mm ...
. predtým bez problémov absolvoval testy s výkonom 2 kW lasera. Teraz bol nastavený systém na rezacie testy s 1 kW vláknovým laserom. Vodné chladenie a prívod ochranného plynu sú integrované v žacej hlave. Monitorovanie procesu sa v súčasnosti neplánuje. Počiatočné testy sa v súčasnosti vykonávajú s kompaktnou reznou hlavou. Nová optika by mala výrazne zvýšiť flexibilitu pri rezaní laserom. Malá veľkosť umožňuje obrábanie aj na ťažko dostupných miestach. Nízka hmotnosť zase umožňuje vysoko dynamické pohyby počas 3D spracovania.