Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF

Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF

Fügetechologien

Zwischenschichtfreies Fügen optischer Komponenten

Hochstabile Verbindungen für optische Präzisionsbauteile

 

An Fügeverbindungen in Hochleistungsoptiken werden extreme Anforderungen gestellt. Die Bauteilverbindungen sollen die optischen Eigenschaften nicht beeinflussen, eine langzeitstabile Verbindung bereitstellen und nicht selten in anspruchsvollen Temperaturregimes Materialien unterschiedlicher thermischer Eigenschaften fest verbinden. Gleichzeitig ist eine hohe geometrische Präzision zur Bereitstellung der optischen Funktion von wesentlicher Bedeutung.

 

Ihr Partner für Fügetechnologien

 

Unser Team erforscht hochpräzise Fügeverfahren, z.B. Silikatisches Fügen, Plasma-aktiviertes Fügen, für optische Materialien und Komponenten. Wir entwickeln Prozesse, die den hohen Anforderungen bei der Herstellung von Hochleistungsoptiken gerecht werden und gehen dabei auf kundenspezifische Anforderungen ein. Das Silikatische Fügen ermöglicht eine hohe mechanische Festigkeit der Verbindung und das Plasma-aktivierte Fügen ohne Zwischenschicht die gewünschte optische Transparenz und mechanische Festigkeit.

Leistungsschwerpunkte und Kompetenzen

 

Wir bieten Ihnen maßgeschneiderte Lösungen ihrer Fügeaufgabe an. Evaluieren die Machbarkeit ihrer Aufgabe und entwickeln einen effizienten Lösungsweg. Wir charakterisieren Bauteile und bewerten die Eignung für unsere langzeitstabile Fügeverfahren. Bei Bedarf führen wir eine Nachbearbeitung der Fügeoberflächen durch. Dabei greifen wir auf ein breites Spektrum von Korrekturverfahren zurück. Wir führen grundlegenden Untersuchungen zum Fügeverhalten neuartiger Materialpaarungen durch. Abschließend charakterisieren wir die gefügte Verbindung hinsichtlich verschiedener Parameter:

  • Mechanische Festigkeit
  • Optisches Transmissionsverhalten, visuelle Defekterkennung
  • Geometrischer Bezug zu Referenzen oder Anlagestrukturen (Ausrichtung der Bauteile)

Bond-Technologien

Fügetechnologien für Glas und Glaskeramik ermöglichen das Verbinden optischer Komponenten zwischenschichtfrei, mechanisch stabil und optisch transparent (»Plasma-aktiviertes Fügen«) oder auf Basis wässriger silikatischer Lösungen »Silikatisches Fügen« eine langzeitstabilen mechanische Verbindung.. Vorteile liegen in der Langzeitstabilität und in spaltfreien Verbindungen.

Glas-Technologien

Wir bearbeiten ihre Bauteile und gewährleisten Oberflächen mit höchster Güte. Wir bringen folgende Verfahren für optische Materialien zur Anwendung:

  • Schleifen
  • Läppen
  • Polieren
  • Kitten
  • Trennen
  • Ultraschallfräsen
  • Fügen

Anwendungsbeispiele für gefügte optische Bauteile

 

  • abbildender 4-Kanal-Strahlteiler für die Erforschung von Gammablitzen
  • GRISM (Gitter + Prisma) und PGP (Prisma + Gitter + Prisma) aus Fused Silca für Spektrometer im Weltraum
  • Faraday-Isolator für Hochleistungslaser
  • Optische Kristallverbünde für die Frequenzvervielfachung von Laserstrahlung
Köstersprisma, Strahlteiler für vier optische Kanäle
© Fraunhofer IOF
Köstersprisma, Strahlteiler für vier optische Kanäle
PGP (Prisma + Gitter + Prisma) aus Fused Silca für Spektrometer im Weltraum
© Fraunhofer IOF
PGP (Prisma + Gitter + Prisma) aus Fused Silca für Spektrometer im Weltraum
Faraday-Isolator für Hochleistungslaser
© Fraunhofer IOF
Faraday-Isolator für Hochleistungslaser

Ihre Vorteile der Zusammenarbeit mit uns

 

Wir entwickeln Lösungen für ihre anspruchsvolle Fügeaufgaben, von der Evaluierung möglicher Fügetechnologien über die hochpräzise Fertigung ihres (Sub-)Systems bis zur Validierung entsprechend der jeweiligen Fragestellung. Dabei greifen wir auf unser umfangreiches Know-How zum Fügen und zur Bearbeitung optischer Materialien zurück.

Technische Ausstattung für Fügen optischer Bauteile

Bearbeitung optischer Werkstoffe

  • NC gesteuerte Poliermaschine, Tischpoliermaschinen für Planflächen
  • Polierroboter
  • Planschleifmaschine, 5-Achs Schleifmaschine
  • Läppmaschine
  • Wafersägen, CNC gesteuerte Trennschleifmaschine
  • 3-Achs-und 5-Achs Ultraschallschleifmaschine
  • UV Pikosekundenlasersystem (15W) zur Beschriftung und Ablation
  • Messtechnik: Lichtmikroskopie, Interferometer, Goniometer, Messtaster

Plasma-aktiviertes Fügen

  • Materialien: Gläser (z.B. Kieselglas, B33, ULE), einkristalline optische Materialien (z.B. Saphir, Terbium-Gallium-Granat, Beta-Barium-Borat, Silizium)
  • Durchmesser bis 200 mm
  • Strukturierte Oberflächen (z.B. Gitter)
  • Dielektrische Beschichtungen
  • Fügen gleicher Materialien oder Materialverbünde
  • Zwischenschichtfreie Verbindung
  • Rauheit < 1 nm rms (10x10 µm² Messfeldgröße)
  • Eigenschaften: stabile Verbindung, kein Ausgasen, direkter optischer Übergang

Silikatisches Fügen

  • Materialien: Gläser (z.B. Kieselglas, ULE, BK7), Glaskeramiken (z.B. Zerodur, Cordierit)
  • Durchmesser: bis 200 mm
  • Fügen gleicher Materialien oder Materialverbünde
  • Dicke der Zwischenschicht ~ 1 µm
  • Rauheit < 3 nm rms (0,1x0,1 mm² Messfeldgröße)
  • Eigenschaften: stabile Verbindung, kein Ausgasen

Unsere Forschungsstärke

Das zwischenschichtfreie Fügen bietet wesentliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Fügetechnologien. Es ermöglicht das Verbinden optischer Komponenten, ohne den Brechungsindex zu verändern. Die minimierte Absorption in der Übergangszone führt zu Baugruppen für optische Hochleistungsanwendungen mit reduzierter thermischer Linsenbildung und geringer thermischer Belastung der optischen Materialien. Das Fraunhofer IOF entwickelt hochpräzise Verbindungen von verschiedenen Materialien für optische Systeme, z.B. Kieselglas, Saphir und optische Kristalle sowie beschichtete Komponenten.

 

Publikationen

Polymerfrei-gefügte Prisma-Gitter-Prisma-Komponente.
© Fraunhofer IOF
Monolithische PGP- (Prisma-Gitter-Prisma, GRISM) Komponente erlaubt die Korrektur von Abbildungsfehlern in hochdispersiven abbildenden Spektrometern.

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