Glatt im Verbundprojekt „nanoAR“

Synthese optischer Nanopulver mit hoher Ätzresistenz für die Herstellung defektfreier nanostruktureller Entspiegelungsschichten auf monolithischen Großoptiken

Um die aktuell mit großen Schritten voranschreitende Fusionsforschung zukünftig in handhabbare Prozesse und Technologien für die Energiegewinnung überführen zu können, müssen technische Komponenten zur Verfügung zu stellen, die den extremen Belastungen dieser Prozesse auch gerecht werden. Im Hinblick auf die erforderlichen Laserleistungen im Petawatt-Bereich gilt dies insbesondere auch für die Laseroptiken. Zur Steigerung der Systemeffizienz und Reduzierung der thermischen Systembelastung müssen die Streu- bzw. Reflexionsverluste dieser Laseroptiken drastisch reduziert werden. Vielversprechend hierfür ist die Antireflex-Strukturierung der Optikoberfläche. Um die damit verbundenen Strukturanforderungen zu erfüllen, braucht es neue Ansätze für die Oberflächenstrukturierung, die eine extrem präzise und zukünftig zugleich effiziente Bearbeitung ermöglichen.

Einen hoch interessanten Lösungsansatz eröffnet die Maskierung der Oberfläche mit einem gegenüber dem Optikmaterial ätzresistenteren und sehr feindispersen Pulver. Dieses Maskierungspulver muss extrem hohen Anforderungen hinsichtlich Reinheit, Größe, Partikelgrößenverteilung, Sphärizität und Agglomerationsfreiheit gerecht werden. Derzeit verfügbare Pulvermaterialien erfüllen diese Anforderungen nicht.
Vor diesem Hintergrund verfolgt Glatt in diesem Teilvorhaben das Ziel, dafür erstmals geeignete Nanopulver zu erarbeiten, zu synthetisieren und zu funktionalisieren. Dazu sind die zugrunde liegenden Hochtemperaturprozesse auf Basis der Pulversynthese und Wirbelschichttechnologie zu erarbeiten. Im Rahmen des Projektes werden neue Verfahrensansätze zur gezielten Herstellung sphärischer Nanopulver mit hoher Ätzresistenz und deren Funktionalisierung untersucht. Hierbei werden agglomerationshemmende Beschichtungssysteme in einem kombinierten Wirbelschicht-CVD-Prozess bzw. pulsierenden Heißgasstrom zum Einsatz kommen. Die Untersuchungen sollen letztendlich in der Bereitstellung erster Maskierungspulver münden, deren Eignung anhand anforderungsgerecht strukturierter Quarzglas- und CaF₂-Optiken bestätigt werden kann.

Die hier betrachteten Technologieansätze zur Herstellung struktureller Metaoberflächen für Hochleistungsoptiken mit höchstmöglicher Laserzerstörschwelle zielen darauf ab, die technische Basis für zukünftige Fusionskraftwerke vorzubereiten. Die Beständigkeit der optischen Strahlengänge in dafür erforderlichen Lasersystemen stellt dafür eine wichtige Voraussetzung dar, auch wenn die industrielle bzw. breite gesellschaftliche Nutzung der Fusionstechnik heute nur langfristige Perspektiven liefert. Vor diesem Hintergrund ist das Vorhaben vollständig im Bereich der Forschung angesiedelt. Perspektivisch lassen sich für Glatt als Anbieter von Maskierungspulvern und Anlagen für deren Herstellung interessante Applikationen ableiten. Hier gewonnene Erkenntnisse zur Synthese und Funktionalisierung von Glas- bzw. Nanopulvern werden zudem auch anderweitige Anwendungsoptionen erschließen, wie beispielsweise verschiedenste Oberflächenfunktionalisierungen und funktionale Füllstoffe.

Das geplante Teilvorhaben der Glatt Ingenieurtechnik GmbH zielt darauf ab, Prozesse für die Erzeugung hochreiner optischer Nanopulver mit sehr hoher Sphärizität und verbesserter Ätzresistenz zu erarbeiten, welche als Maske beim Ätzen der Linsenoberfläche zum Einsatz kommen können. Mit dieser übergeordneten Zielstellung verbinden sich konkrete Arbeitsziele: die Sphärodisierung nanoskaliger Glaspulver sowie die Synthese und Beschichtung der Glaspulver.