High-End-Finishing: Korrekturverfahren höchster Präzision

Für höchste Präzision und zur Minimierung von Formabweichungen, können Optiken einem finalen Korrekturschritt unterzogen werden, dem so genannten Finishing. Dieses dient der noch genaueren Oberflächenbearbeitung durch...

Teil 1: ION-Finishing

Für höchste Präzision und zur Minimierung von Formabweichungen, können Optiken einem finalen Korrekturschritt unterzogen werden, dem so genannten Finishing. Dieses dient der noch genaueren Oberflächenbearbeitung durch Polieren und ermöglicht zonale Korrekturen auch feinster Abweichungen. asphericon bietet drei verschiedene High-End-Finishing Verfahren zur Verfeinerung der Oberflächenstruktur von Optikkomponenten an:

  • das Ionenstrahlverfahren (ION-Finishing),
  • das magnetorheologische Polieren (Magnetorheological Finishing) und
  • die Ångström-Politur.

Alle drei Verfahren werden in eigenen Beiträgen kurz erklärt und anschließend gegenübergestellt. Zunächst steht das ION-Finishing im Fokus.

ION-Finishing – Was steckt dahinter?

Mit dem Ionenstrahlverfahren (ION-Finishing) können extreme Genauigkeiten in der Polierfehlerkorrektur erzielt werden. Durch die punktuelle Bearbeitung der optischen Oberflächen mittels fokussierten Ionenstrahl, wird eine präzise steuerbare Abtragung mit einer Tiefenauflösung im sub-nanometer Bereich realisiert (vgl. Abb. 1). Die Technologie ermöglicht Formgenauigkeiten bis zu λ/50.

Das Verfahren

Für das ION-Finishing wird ein zu bearbeitendes Element (maximale Fläche 200 x 200 mm², Kantenlänge 100 bzw. 200 mm) in eine spezielle Halterung eingespannt. Die gemeinsame Vermessung des Substrathalters mit dem montierten Element erlaubt eine Eliminierung des Positionsfehlers und bildet damit die Grundlage für höchste Bearbeitungsgenauigkeiten. Unter Kenntnis des statischen Abtragprofils des Ionenstrahls und des vollflächig vermessenen Polierfehlers der Oberfläche des optischen Elements (vgl. Abb. 2 a) wird eine Verweilzeitmatrix des Ionenstrahls berechnet. Das System aus optischem Element und Halterung gelangt vollautomatisch über eine Vakuum-Schleuse in eine Vakuum-Prozesskammer. Der Formfehler kann darin bis auf die gewünschte Sollgeometrie mittels verweilzeitgesteuerter, punktueller Ionenbestrahlung abgetragen werden (vgl. Abb. 2 b). Die Verwendung eines Blenden-Revolvers, mit Blenden unterschiedlichen Durchmessers, ermöglicht die exakte und effiziente Korrektur verschieden langwelliger Fehler (vgl. Abb. 2 c). Es gilt: Je kleiner der Blendendurchmesser ist, desto schmaler der Ionenstrahl, desto feiner die Abtragungsmöglichkeiten. Damit zeichnet sich das ION-Finishing durch höchste Formgenauigkeiten (λ/50) aus. Modernste Fertigungsanlagen garantieren ein effektives und hochpräzises Produkt-Finishing, angepasst auf individuelle Bedürfnisse.

Vorteile des Ionenstrahlverfahrens

Das ION-Finishing ist besonders materialschonend, da es frei von chemischen Einflüssen ist. Es eignet sich daher ebenfalls für die Politur von fragileren Materialien (z.B. Materialien, die nicht mit H2O in Berührung kommen dürfen). Über die vollständige Vermessung des Substrathalters mit dem eingespannten optischen Element kann eine Eliminierung des Positionierfehlers garantiert werden. Dadurch erzielt das ION-Finishing genauste Ergebnisse und überzeugt durch optimal polierte Oberflächen.

Folgende Vorteile lassen sich für das ION-Finishing zusammenfassen:

Bearbeitungsgenauigkeit:Punktueller Abtrag erlaubt höchste Genauigkeiten von besser als λ/50 (peak to valley)
Oberflächenunversehrtheit:Keine mechanische Oberflächenbeschädigung
Formenvielfalt:          Bearbeitung beliebig geformter konkaver und konvexer Flächen (maximale Fläche 200 x 200 mm², Kantenlänge 100 bzw. 200 mm)
Zeitersparnis:          durch alternierend arbeitendes Vakuum-Schleusen-System
Massenproduktion:möglich durch asphericon Prozesstechnologie

Anwendung

Aufgrund der besonders hohen Qualitätsansprüche dominiert das ION-Finishing schon seit Jahren die Fertigung von optischen Hochleistungskomponenten, z.B. für Lithografieoptiken, über Astro- und Röntgenoptiken, hin zu Laseroptiken für optische Messgeräte und viele weitere Bereiche. Hochleistungsoptiken mit einem ION-Finish sind im kurzwelligen sichtbaren und UV-Spektrum einsetzbar, sowie bei optischen Komponenten mit hohen Strahlungsdichten.

Im nächsten Blogbeitrag wird das magnetorheologische Polieren im Fokus stehen.

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