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Januar 2015
Marcel Werner
Grundlegende Untersuchung des inversen Glasbohrens zur Herstellung einer photonischen Faser
Photonische Fasern werden zum jetzigen Zeitpunkt mit dem Stack-and-Draw-Verfahren hergestellt. Dieses Verfahren ist jedoch bezüglich der Gestaltungsfreiheit beschränkt. Aus diesem Grund wird das Verfahren des inversen Laserbohrens mit der Zielsetzung, eine photonische Faser herzustellen, untersucht. Für diese Untersuchung wird eine Bearbeitungsanlage mit einer Strahlquelle mit einer Wellenlänge von 532 nm und einer Pulsdauer von ca. 15 ns konzipiert und aufgebaut. Als Gläser für die Untersuchungen werden BK7 und F300 verwendet. Zur Herstellung von Bohrungen wird das zu entfernende Glasmaterial in aufeinanderfolgenden Schichten abgetragen. Jede Schicht wird mit einem fokussierten Laserstrahl abgerastert. Der Abtrag erfolgt von der Rückseite der Preform. Der Laserstrahl durchstrahlt dabei das unbearbeitete Volumen.
Abhängig von der Kantenlänge des Bohrkanals kommt es zu Staubablagerungen, die den Bohrkanal im Verlauf des Bohrprozesses verschließen. Durch die Untersuchung der Auswirkung der Prozessparameter auf die Bohrtiefe kann ein Parametersatz angegeben werden, mit dem sich ein Maximum von ca. 80 mm für die erreichte Bohrtiefe für Bohrkanäle mit einer Kantenlänge von ca. 800 µm ergibt.
Kanäle, die eine kleinere oder größere Kantenlänge haben, können nur mit einer geringeren Bohrtiefe hergestellt werden. Aufgrund des Ziehprozesses von Faserpreformen können die Abmessungen der Struktur der Preform frei skaliert werden. Die hergestellte Preform besteht aus einer hexagonalen Anordnung von insgesamt 60 Bohrkanälen ohne Kernloch, in der alle Bohrungen den gleichen Abstand von 1,6 mm zueinander haben. Die gezogene Faser hat einen Außendurchmesser von 200 µm und der durchschnittliche Bohrungsdurchmesser beträgt 1,8 µm.
Abhängig von der Kantenlänge des Bohrkanals kommt es zu Staubablagerungen, die den Bohrkanal im Verlauf des Bohrprozesses verschließen. Durch die Untersuchung der Auswirkung der Prozessparameter auf die Bohrtiefe kann ein Parametersatz angegeben werden, mit dem sich ein Maximum von ca. 80 mm für die erreichte Bohrtiefe für Bohrkanäle mit einer Kantenlänge von ca. 800 µm ergibt.
Kanäle, die eine kleinere oder größere Kantenlänge haben, können nur mit einer geringeren Bohrtiefe hergestellt werden. Aufgrund des Ziehprozesses von Faserpreformen können die Abmessungen der Struktur der Preform frei skaliert werden. Die hergestellte Preform besteht aus einer hexagonalen Anordnung von insgesamt 60 Bohrkanälen ohne Kernloch, in der alle Bohrungen den gleichen Abstand von 1,6 mm zueinander haben. Die gezogene Faser hat einen Außendurchmesser von 200 µm und der durchschnittliche Bohrungsdurchmesser beträgt 1,8 µm.
Schlagwörter: Lasertechnik; Materialbearbeitung; Faser; Preform; Glas; Bohren
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