Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines Spektralphotometers, spezifisch für die Qualifizierung komplexer optischer Beschichtungen -

Spectrophotometer for Optical Coatings

Der heutigen Komplexität vieler optischer Beschichtungen für industrielle Anwendungen werden verfügbare Qualitätskontrollen nicht mehr ausreichend gerecht, z. B. bei der Absolutgenauigkeit, der spektralen Auflösung und den Messzeiten. Heutige Produktionsanlagen für optische Komponenten erreichen eine hohe Präzision und Wiederholbarkeit, allerdings können komplexe Spezifikationen bestimmter Komponentenklassen infolge der unzureichenden Absolutgenauigkeit und zu geringer Reproduzierbarkeit messtechnisch nicht nachgewiesen werden. Daher sind Optimierungen und Entwicklungen im Bereich optischer Komponenten mit höchsten Ansprüchen oftmals nur über große Umwege möglich.

Das Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung von mehreren Spektralphotometer-Demonstratoren für den UV/VIS/NIR-Spektralbereich, die spezialisiert sind auf aktuelle aber auch künftige Bedürfnisse der Photonikindustrie. Anhand dieser Demonstratoren soll die Machbarkeit industrieller Umsetzungen von verbesserter Messtechnik geprüft werden. Schwerpunkte der Arbeiten sind die Absolutgenauigkeit, das spektrale Auflösungsvermögen, sowie der Probendurchsatz. Die PA-Mitglieder bilden die Vielfalt der deutschen Dünnschichtindustrie ab, um die jeweiligen Spezialisierungen der einzelnen Anwendungsfelder in einem Gesamtkonzept erfassen zu können.

Nach erfolgter Umsetzung der Forschungsergebnisse profitieren vor allem KMUs der Dünnschichtindustrie unmittelbar von der Verfügbarkeit verbesserter Messtechnik. Es sind vor allem verkürzte Entwicklungszeiten für die Wirtschaftszweige u. a. aus der Telekommunikationsbranche und der Laserindustrie zu erwarten. Es ist damit zu rechnen, dass sich sehr kurzfristig eine deutliche Steigerung von Produktivität und Innovationskraft und somit auch die internationale Konkurrenzfähigkeit innerhalb dieser Branche einstellen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes SpOC wurden die Grundlagen für ein Spektrometer, spezifisch zur Charakterisierung optischer Komponenten geschaffen.

Es konnte ein Demonstrator realisiert werden, der Messungen der Transmission und Reflexion im Spektralbereich 200 nm bis 750 nm ermöglicht. Des Weiteren konnten verschiedene alternative Strahlungsquellen für den Einsatz spektralphotometrischer Messungen evaluiert werden. Insbesondere die Verwendung einer lasergepumpten Plasmalichtquelle zeigte durch ihre außerordentlich hohe Ausgangsleistung vielversprechende Ergebnisse und ermöglicht somit eine erhöhte Flexibilität beim Einsatz von Konzepten und Komponenten, die eine Reduktion der Strahlungsleistung auf dem Detektor verursachen, und daher bisher vermieden werden. Ebenso wurden Diffusoren zur Homogenisierung des Messstrahls getestet und eine Nachführung für den Probendetektor realisiert. Zur Steigerung des Probendurchsatzes wurde eine spezielle Probenaktorik entwickelt. Die Tests dieser Aktorik konnten in der Projektlaufzeit jedoch nicht mehr erbracht werden und sind daher Teil einer anschließenden Weiterentwicklung.

Zusätzlich wurden im Projektverlauf weitere Herausforderungen bei der Konzeptionierung und Umsetzung eines solchen Spektrometers aufgezeigt. Insbesondere der Doppelmonochromator, das Herzstück des Spektralphotometers, verursachte ein Strahlwandern, welches neue Limitierungen für die Leistungsfähigkeit des Gerätes birgt. Eine genauere Evaluation der Monochromator-Bauart ist daher für an das Projekt anschließende Entwicklungen unerlässlich.