Neue Methode zur Bestimmung von Tiefenschäden in optischen Oberflächen

Aus (A) gemessener Oberflächentopographie und (B) theoretischer Topographie nach einem Ätzabtrag von 27 µm, resultiert die (C) IF-Verteilung, welche die sichtbare Aufweitung durch PJE mit lokalem IF ≈ 1,8 zeigt.

Rekonstruktion der Schädigung nach Vickers-Indentation, basierend auf den xyz-Koordinaten der gemessenen 3D-Topographien aller PJE-Schritte für die gilt IF>1,5.

Die Leistungsfähigkeit optischer Systeme kann durch unter der Oberfläche liegende Beschädigungen, sogenannte Subsurface Damage (SSD), beeinträchtigt werden. Diese entstehen häufig infolge mechanischer Bearbeitungsschritte. Im Rahmen des IGF-Projektes „tigeR - Multiskalige Risscharakterisierung in der Optikfertigung“ untersuchten Forschende des Forschungsbereiches Ultra-Präzisionsoberflächen / Ionenstrahl- und plasmajetgestützte Ultrapräzisionsformgebung die SSD-Tiefe in Quarzglasoberflächen mithilfe des atmosphärischen Plasmastrahlätzens (PJE).

Im Mittelpunkt der aktuellen Veröffentlichung „Modeling and experimental comparison of the plasma jet induced etch front for subsurface damage determination“ steht ein vereinfachtes mathematisches Modell, das die Entwicklung der Ätzfront unter der Annahme isotropen Ätzens beschreibt. Nach jedem Ätzschritt wird die simulierte Oberfläche mit der experimentell ermittelten Topographie verglichen. Der daraus abgeleitete Isotropiefaktor (IF) macht Abweichungen vom isotropen Abtrag sichtbar. Bereiche mit einem IF größer als 1 weisen auf anisotropes Ätzverhalten hin und können damit auf das Vorhandensein von SSD hindeuten.

Die Forschenden konnten zeigen, dass das tiefenabhängige Maximum des IF mit der experimentell bestimmten SSD-Tiefe korreliert. Validiert wurde die Methode anhand definierter Vickers-Eindrücke, Kratzer sowie konventionell gefertigter Proben.

Der entwickelte Ansatz ermöglicht nicht nur die quantitative Bestimmung der SSD-Tiefe, sondern auch die dreidimensionale Rekonstruktion der Rissmorphologie. Die Kombination aus computergestützter Modellierung und experimenteller Untersuchung bietet damit eine robuste Methode zur Charakterisierung der Qualität optischer Komponenten.

Das IGF-Vorhaben Nr. 01IF22724N der F.O.M. wird im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Weitere Informationen zur Veröffentlichung:

Modeling and experimental comparison of the plasma jet induced etch front for subsurface damage determination
H. Müller, T. Arnold
J. Eur. Opt. Society-Rapid Publ. Volume 22, Number 1, 2026
https://doi.org/10.1051/jeos/2026047

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