Springer Fachmedien Wiesbaden
Zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF) in Freiburg und dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) in Aachen haben die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik (ILT) eine neue Laseroptik mit Diamantlinsen entwickelt. Am IAF wurde dabei die Herstellung von monokristallinen Diamanten optimiert. Das IPT befasste sich mit der Ultrapräzisionsbearbeitung der Diamant-Oberflächen. Inzwischen lassen sich so Diamantsubstrate mit bis zu 10 mm Durchmesser herstellen. Ein am ILT entwickelter Laser-Schneidkopf ist 90% leichter als konventionelle Vergleichsbauteile mit Glasoptiken. Eine erste Reihe von Anwendungsversuchen mit der Diamantoptik und einem 1 kW Faserlaser wurde 2017 erfolgreich abgeschlossen. 1,5 mm Edelstahl konnte damit problemlos geschnitten werden. Jetzt wird ein Upgrade zu höheren Leistungen (in Richtung 4 kW) vorbereitet.
Diamanten zeigen einige verblüffende Eigenschaften: Zum Beispiel liegt ihre Brechzahl bei 2,4. Das ist extrem hoch und ermöglicht sehr dünne Optiken. Die Wärmeleitfähigkeit beträgt 2000 Watt pro Meter und Kelvin und ist damit mehr als 1400-mal höher als bei normalem Glas. Zusammen mit der hohen Zerstörschwelle machen diese Eigenschaften Diamanten hochinteressant für Optiken im Hochleistungsbereich. Bislang werden polykristalline Diamantsubstrate als Fenster bei CO2-Lasern verwendet. Aufgrund von Unreinheiten und Störstellen absorbieren und streuen sie Laserstrahlung bei Emissionswellenlängen um 1 µm, was sie für Faserlaser ungeeignet macht. Einkristalline Diamanten haben dieses Problem nicht, sind aber schwerer herzustellen. Die am IAF entwickelten CVD-Reaktoren mit stabilen Plasmabedingungen machen jetzt Substrate von mehreren Millimetern.