Optisches Kontaktverkleben für Präzisionsglaskomponenten

Das optische Kontaktkleben ist für präzise optische Baugruppen konzipiert, bei denen Klebeschichten, Ausgasung, Brechungsindex-Fehlanpassungen oder Wellenfrontverzerrungen nicht akzeptabel sind. Durch den direkten Kontakt zweier hochglanzpolierter optischer Oberflächen können die Teile eine transparente und formstabile Verbindung ohne Zement, Klebstoff oder Wärme eingehen.

Dieses Verfahren eignet sich für hochwertige optische Komponenten, die saubere Grenzflächen und stabile Strahlengänge erfordern, insbesondere wenn Oberflächenebenheit, Rauheit und Sauberkeit bereits streng kontrolliert werden.

Zu den gängigen Anwendungsbereichen gehören:

Etalons und Interferometerbauteile – klebstofffreie Abstandshalterbaugruppen, Referenzplatten und Strahlteilerkonstruktionen.
Hochleistungslaseroptik – Resonatorfenster, Ausgangskoppler, Polarisatoren und geklebte Teile aus Quarzglas.
Raumfahrt- und Vakuumoptik – geklebte Baugruppen, bei denen eine Ausgasung des Klebstoffs oder thermische Instabilität ein Risiko darstellen können.
Präzisionsbaugruppen aus Kristall und Glas – optische Isolatoren, Phasenverzögerer und Mehrfachstrukturen, die eine zementfreie Schnittstelle erfordern.

Wir bieten Unterstützung beim optischen Kontaktkleben für Komponenten aus Quarzglas, Borosilikatglas, Saphir, Silizium, Glaskeramik und optischem Glas. Bei jedem Projekt müssen folgende wichtige Details geklärt werden: Materialpaarung, Oberflächenebenheit, Oberflächenrauheit, Anforderungen an Kratzer und Vertiefungen, Klebefläche, Anforderungen an die durchgelassene Wellenfront, Baugröße und endgültige Betriebsumgebung.

Was ist optisches Kontaktbonden?

Das optische Kontaktkleben ist ein klebstofffreies Fügevorgehen, bei dem zwei präzisionspolierte optische Oberflächen in engen Kontakt gebracht und durch van-der-Waals-Kräfte zusammengehalten werden – ganz ohne Zement, Klebstoff oder Wärmezufuhr. Sind beide Oberflächen ausreichend eben (typischerweise λ/10 oder besser) und frei von Verunreinigungen, ist die intermolekulare Anziehungskraft an der Grenzfläche stark genug, um eine dauerhafte oder semipermanente Verbindung herzustellen. Die so entstehende Verbindung ist optisch transparent, verursacht keine zusätzlichen Brechungsindexsprünge über das Glas selbst hinaus und weist eine außergewöhnliche Dimensionsstabilität auf. Das optische Kontaktkleben wird häufig bei der Herstellung von Etalons, Strahlteilern, Prismenbaugruppen und Komponenten für Laserresonatoren eingesetzt, bei denen durch Klebstoffe verursachte Wellenfrontverzerrungen oder Ausgasungen nicht toleriert werden können.

Prozessfähigkeiten

Anforderung an die Oberflächenebenheit: λ/10 oder besser (pro Klebefläche)
Oberflächenrauheit (Ra): ≤ 0,5 nm (hochglanzpolierte Oberfläche)
Haftfestigkeit: ≥ 1 MPa (van-der-Waals-Kontakt); bis zu 10+ MPa (Hydroxid-katalysierte Bindung)
Fehler der übertragenen Wellenfront: λ/10 – λ/20 über die Apertur
Parallelität bei der Klebeverbindung: ≤ 2 Bogensekunden
Maximale Substratgröße: Durchmesser bis zu 200 mm
Betriebstemperaturbereich: –40 °C bis +300 °C (materialabhängig)

Kompatible Materialien

1	Quarzglas	Corning 7980 / Tosoh ES-2000
2	Quarzglas	SCHOTT Lithosil Q / Heraeus Suprasil 1
3	Borosilikatglas	PYREX 7740 / BOROFLOAT 33
4	Saphir	C-Ebene / A-Ebene
5	Silizium	Float-Zone / Czochralski
6	Glaskeramik	ZERODUR / PYROCERAM 9606
7	Optisches Glas	BK7 / N-BK7
8	CaF₂	UV-beständig / IR-beständig
9	MgF₂	UV-beständig
10	ZnSe	CVD-Qualität
11	Germanium	Einkristall / Polykristall

Normen für Oberflächenbeschaffenheit

Ebenheit: λ/10 pro Oberfläche (mindestens λ/4 bei Kontaktverklebung)
Oberflächenrauheit: Ra ≤ 0,5 nm (für eine zuverlässige Verbindung ist eine Superpolitur erforderlich)
Scratch-Dig: 10-5 (Laserqualität, gemäß MIL-PRF-13830)
Sauberkeit: Klebeumgebung in einem Reinraum der ISO-Klasse 5
Prüfung der Klebeverbindung: Newtonsche Ringe / Interferometrische Streifenprüfung vor und nach dem Verkleben
Ebenheit nach dem Verkleben: Montage: TWE ≤ λ/10 garantiert

Typische Anwendungsbereiche

Fabry-Pérot-Etalons: Äußerst stabile Abstandhalterbaugruppen ohne Klebeschicht
Laseroptik: Resonatorfenster, Ausgangskoppler und Polarisatoren für Hochleistungslaser
Interferometrie-Komponenten: Referenzplatten und Strahlteilerwürfel für messtechnische Geräte
Gravitationswellendetektoren: Hydroxid-katalysierte Spiegel-Suspensionen (LIGO-Typ)
Weltraumoptik: Klebstofffreie Baugruppen für Vakuum- und Strahlungsumgebungen
Optische Isolatoren und Verzögerer: Kristall- und Glasbaugruppen ohne Zementierung

Kundenspezifische Spezifikationen

Wir unterstützen sowohl die Standard-Van-der-Waals-Kontaktverklebung als auch die hydroxidkatalysierte (Silikat-)Verklebung für Anwendungen, die eine höhere Haftfestigkeit oder erhöhte Temperaturstabilität erfordern. Kundenspezifische Baugruppen können Materialpaare unterschiedlicher Art (z. B. Quarzglas und Saphir), Mehrfachstapel sowie geklebte Baugruppen mit aufgebrachten AR- oder HR-Beschichtungen auf den Außenflächen umfassen. Alle Klebevorgänge werden in einer kontrollierten Reinraumumgebung durchgeführt, wobei in jeder Phase eine vollständige interferometrische Prüfung stattfindet. Die Dokumentation umfasst Oberflächenabbildungen, Aufzeichnungen der Streifenmuster sowie Maßprotokolle für jede geklebte Baugruppe.