18/12/2018
Door Ad Spijkers
Het Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) in Aken ontwikkelt een technologie die met refractieve en diffractieve optische elementen laserstralen een vorm geeft, die optimaal is aangepast op de betreffende taak.
Met de displays voor smartphones kwam de vraag hoe ronde contouren in gehard glas snel en eenvoudig konden worden gescheiden. Deze vraag heeft de ontwikkeling van lasersystemen voor ultrakorte pulsen (UKP) aanzienlijk versneld. Want met deze pulsen kan glas zodanig worden gemodificeerd dat het langs een willekeurige contour praktisch zonder weerstand kan worden gebroken. De laserpulsen genereren in het glasvolume kleine mechanische spanningen die bij het scheiden een zuivere kant geven. Daarvoor is een speciale verdeling van de intensiteit in de laserstraal nodig.
Klantspecifieke laserstralen
Met de buigingsstructuur van moderne diffractieve optische elementen (DOE's) kan de laserstraal nauwkeurig worden ingesteld. Zo worden speciale straalprofielen of complexe monsters uit één afzonderlijke straal gegenereerd. Of het DOE verdeelt de energie van een straal over een hele reeks van gelijksoortige deelstralen.
De ontwikkeling van DOE's begint op de computer. Daar worden de minuscule glasmonsters berekend die de gewenste straalverdeling genereren. Met behulp van een programmeerbare Spatial Light Modulator worden de berekende structuren door op pixel gebaseerde faseaanpassingen getest en de opgewekte straal met de microscoop geanalyseerd.
Na enkele iteraties worden de optimale structuren van de DOE lithografisch in glas vastgelegd. Als zuivere glasoptica kunnen DOE's ook met meer dan 100 W sterke UKP-lasers worden gebruikt. Behalve op buiging gebaseerde DOE's worden ook refractieve optische elementen (ROEs) toegepast voor de straalvorming door breking bij meet dan 100 W.
Toepassingen in automobielbranche
Met hun hoge belastbaarheid brengen DOE's en ROE's grote voordelen voor de toegenomen productiviteit van UKP lasersystemen met zich mee. Zo hebben wetenschappers aan het Fraunhofer-ILT DOE-optica ontwikkeld die uit een krachtige UKP laserstraal een array tot 196 gelijksoortige stralen vormen. Maar ook bij de bewerking met afzonderlijke stralen bieden deze optische elementen veel mogelijkheden. Speciaal gevormde UKP laserstralen kunnen oppervlakken structureren, spanningen in een glasvolume inbrengen of lokaal de brekingsindex veranderen.
Samen met partners onderzoeken de wetenschappers de mogelijkheden van straalvorming van UKP lasers. Zo houden onder meer Trumpf en 4Jet Technologies zich met deze R&D-activiteiten bezig. De partners werken bijvoorbeeld aan de bewerking van glas voor head-up displays voor de automobielbranche.
Daarvoor creëren de experts in het project Femto DPP micrometers grote storingen in het glas. Deze reflecteren LED-licht onder een bepaalde hoek, net als dat voor head-up displays wordt gebruikt. Met de bij deze bewerking gebruikte lasers kunnen ook breukvlakken worden gegenereerd die gecontroleerd kunnen worden ingebracht voor het snel snijden van glas in een later stadium. In de toekomst moet de bewerking ook met willekeurig gekromd glas werken.
(foto's: Fraunhofer ILT, Aken)