Aufgrund ihrer exakten und vielfältigen Materialbearbeitung haben Laser viele Industriewerkzeuge abgelöst. Der Aufbau eines Lasers für verschiedene Zwecke ist dabei stark spezialisiert. Optische Komponenten, wie Spiegel, sind hier ein wichtiger Faktor.
In der Herstellung dieser Laseroptiken werden Methoden wie metallische Beschichtungen genutzt, um die physikalischen Eigenschaften eines Bauteils zu ändern und die Reflexivität zu beeinflussen. Welche Arten von beschichteten Laseroptiken gibt es und welche Eigenschaften haben sie?
Beschichtete Laseroptiken für Industrielaser
Beschichtete Bauteile für Laser werden in vielen Produktionsprozessen benötigt. Dank der Beschichtung mit verschiedenen Materialien können die Eigenschaften von Flächen beeinflusst werden. So wird die Wirkung des Lasers an einen spezifischen Anwendungszweck angepasst.
Professionelle Hersteller wie www.pleiger-laseroptik.de entwickeln diese Laseroptiken in maßgeschneiderter Fertigung. Dort kann man verschiedenste Materialien beschichten lassen oder vorgefertigte Laseroptiken mit Beschichtung kaufen. Dazu gehören:
| Beschichtungen | Beschichtete Optiken |
| ● Goldbeschichtungen für IR
● Silberbeschichtungen für VIS bis IR ● Aluminiumbeschichtungen für UV bis NIR ● Laserbeschichtungen für CO2/YAG/Faser Laser ● Dielektrische Beschichtungen |
● Laserspiegel für CO2/YAG/Faser Laser
● Goldspiegel für IR ● Silberspiegel für VIS bis IR ● Aluminiumspiegel für UV bis NIR ● Dielektrische Laserspiegel für IR |
Welche Beschichtungen gibt es?
Grundsätzlich kann man Beschichtungen für die Laseroptik in zwei Gruppen einteilen: die metallischen und die dielektrischen Beschichtungen. Sie unterscheiden sich anhand der genutzten Materialien. Die Ergebnisse haben eine unterschiedliche Reflexivität und eignen sich daher für jeweils andere Laseranwendungen.
Metallische Beschichtung
Bei der metallischen Beschichtung werden hochwertige Metalle genutzt, um Flächen zu beschichten. Dazu gehören:
- Gold
- Silber
- Aluminium
- Rhodium
- Platin
- Chrom
- Kupfer
- Nickel
- Sondermetalle
Die Metallbeschichtung hilft dabei, die optimale Reflexion für spezifische Anwendungen und Spektralbereiche zu erzeugen. Auch die Materialeigenschaften können durch Metallschichten verändert werden. Typisch sind:
- Goldschichten für Infrarotanwendungen
- Rhodium & Platin für eine hohe Stabilität bei aggressiven Umgebungsbedingungen
- Nickel als Barriereschicht zwischen zwei Metallschichten
Dielektrische Beschichtung
Dielektrika sind elektrisch schwach oder nicht leitende Materialien. Dabei werden verschiedene Stoffe genutzt, wie:
- Oxide: Titandioxid (TiO2), Hafniumdioxid (HfO2), Tantalpentoxid (Ta2O5), Siliziumdioxid (SiO2), Yttriumoxid (Y2O3)
- Fluoride: Magnesiumfluorid (MgF2), Bariumfluorid (BaF2), YF3
- Sulfide/Selenide: Zinksulfid (ZnS), Zinkselenid (ZnSe)
Dielektrische Materialien können in mehreren Schichten kombiniert werden. Die genaue Auswahl findet anhand ihrer optischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften statt. Auch die Kombination mit Metallschichten ist möglich.
- Da Goldschichten weich sind und leicht zerkratzen, können sie zu ihrem Schutz mit einer dielektrischen Schicht versehen werden.
Die dielektrische Beschichtung eignet sich besonders gut für die Laserproduktion. Durch sie kann eine besonders geringe Absorption und die höchstmögliche Reflexivität erzeugt werden.
Anwendungsbereiche für Laseroptiken mit verschiedenen Materialbeschichtungen
Dank der unterschiedlichen Materialeigenschaften eignen sich diverse Beschichtungen für unterschiedliche Zwecke:
● Gold
Gold ist das bevorzugte Material für Lasersysteme bei Infrarotanwendungen. Es ist langzeitstabil, da es nicht anläuft. Deshalb kann man Gold auch ohne eine weitere Schutzschicht benutzen. Da es sehr weich ist, kann es aber leicht zerkratzen.
Anwendungsbereiche für Goldbeschichtungen sind:
- Infrarotspiegel & 3D-Scanner in der Messtechnik
- Laserspiegel für Low Power Lasermarkierungen
- Als Schutzschicht bei Korrosionsgefahr, z. B. für Kupferspiegel
● Silber
Unter den metallischen Beschichtungen haben Silberschichten die höchste Reflexion im sichtbaren und Infrarotbereich des Spektrums. Silber oxidiert allerdings. Auch mit einer Schutzschicht lässt sich nicht ganz verhindern, dass das Metall anläuft. Sie können diesen Vorgang aber verlangsamen.
Anwendungsbereiche für Silberbeschichtungen sind:
- VIS & IR Spiegel & 3D-Scanner in der Messtechnik
- VIS & IR Primär- und Sekundärspiegel in der Astronomie
- Laserspiegel für Low Power Lasermarkierungen
● Aluminium
Aufgrund der gleichmäßig hohen Reflexion im sichtbaren Spektrum werden Aluminiumschichten häufig für optische Spiegelschichten genutzt. Auch hier sinkt die Reflexivität mit der Zeit aufgrund von Oxidation.
Anwendungsbereiche für Aluminiumbeschichtungen sind:
- VIS Spiegel in der Messtechnik & Astronomie
- UV Spiegel
● Rhodium, Platin & Chrom
Rhodium, Platin und Chrom haben eine niedrigere Reflexivität als die anderen Metalle. Sie besitzen aber eine sehr hohe Härte und chemische Stabilität. Deshalb sind sie die bevorzugten Materialien für Laseranwendungen in aggressiven Umgebungen.
- Rhodium wird etwa für Beschichtungen in der Zahnmedizin benutzt.
● Kupfer, Nickel & Sondermetalle
Kupfer, Nickel und andere Sondermetalle werden selten als einzelne Schicht genutzt. Diese Metalle werden aufgrund ihrer Materialeigenschaften mit anderen Beschichtungen kombiniert.
- Nickelschichten werden beispielsweise nicht als optische Schicht genutzt. Stattdessen dient sie als Barriere zwischen zwei anderen Schichten, um eine Diffusion zu verhindern.
● Dielektrische Beschichtungen
Dielektrische Schichten haben eine hohe Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse und können dabei in extrem dünnen Schichten aufgebracht werden. Aufgrund ihrer geringen Absorption können sie Spiegel mit Reflexionen über 99 % erzeugen.
Anwendungsbereiche für dielektrische Beschichtungen:
- Antireflexbeschichtungen auf Gläsern, Silizium oder Germanium
- Filterbeschichtung für den Infrarotbereich
- Hochreflektierende Spiegel
- Schutzschichten für Metalle und andere Materialien
Fazit
Beschichtete Laseroptiken werden in vielen Industriezweigen genutzt. Bei Anwendungen mit Lasern können so Spiegel erzeugt werden, die spezifische Eigenschaften besitzen. Die Schichten beeinflussen Faktoren wie ihre Langlebigkeit und den Grad der Reflexion.
Typische Beschichtungen bestehen aus Edelmetallen wie Gold oder Silber oder dielektrischen Stoffen. Professionelle Hersteller in der Laseroptik ermöglichen vielfältige dieser Beschichtungen auch in einer maßgeschneiderten Fertigung mit Sondermetallen und vielen Schichtkombinationen.