DE102009047471A1

DE102009047471A1 - Process for producing monolithic composite components

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Publication number: DE102009047471A1
Application number: DE102009047471A
Authority: DE
Inventors: Daniel Rytz; Klaus Schoder; Sophie Vernay; Volker Wesemann
Original assignee: EDELSTEINE/EDELMETALLE GmbH; EDELSTEINE EDELMETALLE GmbH; Forschungsinstitut fur Mineralische und Metallische Werkstoffe Edelsteine/edelmetalle GmbH
Current assignee: EDELSTEINE/EDELMETALLE GmbH; EDELSTEINE EDELMETALLE GmbH; Forschungsinstitut fur Mineralische und Metallische Werkstoffe Edelsteine/edelmetalle GmbH
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2011-06-09

Abstract

The method involves providing an element i.e. intermediate plate (3), with an even contact area (6) and wringing another element with another even contact area (7) to the even contact area of the former element to form a sandwich structure. A composite component is cut with two parallel front surfaces (4, 5) from the sandwich structure. An angle is provided between plane passing parallel to the front surfaces and another plane passing parallel to the contact area of the former element, where the angle lies between 0 to 90 degrees. The elements are made of glass, ceramics, plastic and crystal.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung monolithischer Kompositbauteile, durch Ansprengen einer im Wesentlichen ebenen Kontaktfläche eines ersten Elementes aus einem ersten Material an eine im Wesentlichen ebene Kontaktfläche eines zweiten Elementes aus einem zweiten Material, so dass eine Sandwichstruktur entsteht.The present invention relates to a method for producing monolithic composite components, by wringing a substantially planar contact surface of a first element made of a first material to a substantially planar contact surface of a second element made of a second material, so that a sandwich structure is formed.

Ein aus mehreren Elementen zusammengesetztes monolithisches Bauteil wird auch als monolithisches Kompositbauteil bezeichnet.A composite of several elements monolithic component is also referred to as a monolithic composite component.

Zur Herstellung von monolithischen optischen Kompositbauteilen ist es bekannt, mehrere optische Elemente mit Hilfe von optischen Klebstoffen oder durch optisches Ansprengen zusammenzufügen. Dabei werden unter optischen Elementen oder optischen Klebstoffen Materialien verstanden, durch die elektromagnetische Wellen, vorzugsweise mit einer Wellenlänge zwischen 380 nm und 3000 nm, zumindest teilweise transmittieren können.For the production of monolithic composite optical components, it is known to combine a plurality of optical elements by means of optical adhesives or by optical wringing. In this case, optical elements or optical adhesives are understood to be materials through which electromagnetic waves, preferably with a wavelength between 380 nm and 3000 nm, can at least partially transmit.

Ein bekanntes Kompositbauteil besteht beispielsweise aus zwei Prismen und einer planparallelen Zwischenplatte, die durch Kleben oder optisches Ansprengen zusammengefügt wurden. Als Material für die Prismen und die Zwischenplatte kann entsprechend den gewünschten optischen Eigenschaften des Kompositbauteils Material mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften, z. B. unterschiedlichen Brechungsindizes, wie u. a. Glas, Kunststoff oder Kristall, eingesetzt werden.A known composite component consists for example of two prisms and a plane-parallel intermediate plate, which have been joined together by gluing or optical wringing. As a material for the prisms and the intermediate plate can according to the desired optical properties of the composite component material with different optical properties, eg. B. different refractive indices, such as u. a. Glass, plastic or crystal, are used.

Die derart hergestellte Sandwichstruktur weist dann zwei nahezu parallele Stirnflächen auf, wobei die Parallelität der Stirnflächen des Kompositbauteils durch das Zusammenfügen der Elemente maßgeblich beeinflusst wird.The sandwich structure produced in this way then has two nearly parallel end faces, wherein the parallelism of the end faces of the composite component is significantly influenced by the joining of the elements.

Werden die optischen Elemente beispielsweise mit Hilfe von optischem Klebstoff zusammengefügt, kann dies die optischen Eigenschaften des Kompositbauteils nachteilig beeinflussen. So kann zum einen durch ungleichmäßiges Auftragen des Klebstoffes und durch gegeneinander Verschieben der optischen Elemente beim Klebevorgang eine Klebstoffschicht unregelmäßiger Dicke entstehen, was wiederum nachteilige Auswirkungen auf die Parallelität der Stirnflächen des Kompositbauteils hat. Zum Anderen weisen Klebstoffe im Allgemeinen eine nicht zu vernachlässigende, häufig stark wellenlängenabhängige Lichtabsorption auf, welche die Funktionsweise des Bauteils beeinträchtigen kann oder aufgrund der notwendigen höheren Lichtintensitäten zu Beschädigungen des Kompositbauteils oder nachfolgenden Komponenten führen kann.If the optical elements are joined together, for example by means of optical adhesive, this can adversely affect the optical properties of the composite component. Thus, on the one hand uneven application of the adhesive and by shifting the optical elements during the bonding process, an adhesive layer of irregular thickness arise, which in turn has adverse effects on the parallelism of the end faces of the composite component. On the other hand, adhesives generally have a non-negligible, often strongly wavelength-dependent light absorption, which can impair the functioning of the component or, due to the necessary higher light intensities, can damage the composite component or subsequent components.

Werden die optischen Elemente durch optisches Ansprengen zusammengefügt entfallen die Nachteile, die auf den Einsatz von Klebstoffen zurückzuführen sind. Beim optischen Ansprengen werden zwei Elemente stoffschlüssig miteinander verbunden. Die Flächen sind im ”optischen Kontakt” wenn zwischen den Kontaktflächen kein Material, wie beispielsweise Luft, Staub oder Fett, verbleibt. Die Elemente sind dann dauerhaft miteinander verbunden und können nur schwer, beispielsweise durch Erwärmung, voneinander getrennt werden. Der Verbund aus mindestens zwei optisch angesprengten Elementen wird im Rahmen dieser Anmeldung im folgenden auch als Sandwichstruktur bezeichnet.If the optical elements are assembled by optical wringing eliminates the disadvantages that are due to the use of adhesives. In the optical Aufengen two elements are firmly bonded together. The surfaces are in "optical contact" if no material such as air, dust or grease remains between the contact surfaces. The elements are then permanently connected to each other and are difficult to separate, for example by heating, from each other. The composite of at least two optically initiated elements is referred to in the context of this application in the following as a sandwich structure.

Eine Voraussetzung für das optische Ansprengen ist, dass die anzusprengenden Flächen in hohem Maße eben sind. Kleinere Unebenheiten oder Staub auf der Oberfläche der anzusprengenden Flächen kann ein Ansprengen verhindern.A prerequisite for optical wringing is that the areas to be marked are highly level. Smaller bumps or dust on the surface of the surfaces to be sprung can prevent wringing.

Bei der eingangs beschriebenen Ausführungsform mit zwei auf einer Zwischenplatte angebrachten Prismen werden die Prismen derart angeordnet, dass das Kompositbauteil zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Stirnflächen aufweist, die bei der Verwendung des Bauteils als optisches Bauteil die Ein- und Austrittsflächen für einen Lichtstrahl bilden. Die Grenzfläche zwischen den beiden Elementen bzw. die Zwischenplatte verläuft dann nicht parallel zu den Stirnflächen, sondern ist gegenüber diesen verkippt.In the embodiment described above with two prisms mounted on an intermediate plate, the prisms are arranged in such a way that the composite component has two essentially mutually parallel end surfaces which form the entry and exit surfaces for a light beam when the component is used as an optical component. The interface between the two elements or the intermediate plate then does not run parallel to the end faces, but is tilted relative to these.

Der Winkel, den die Seitenflächen der Prismen zueinander bilden, lässt sich herstellungsbedingt nur mit einer bestimmten Genauigkeit einstellen. Beim Ansprengen von zwei Prismen auf gegenüberliegenden Seiten der Zwischenplatte können sich die Ungenauigkeiten sogar addieren, so dass die Stirnflächen von der gewünschten Parallelität zueinander erheblich abweichen können. Diese Abweichung wird auch als Winkelfehler bezeichnet. Im Gegensatz dazu lassen sich Platten, wie z. B. die genannte Zwischenplatte, mit vergleichsweise geringem Aufwand planparallel herstellen.The angle that form the side surfaces of the prisms to each other can be due to the production set only with a certain accuracy. When wringing two prisms on opposite sides of the intermediate plate, the inaccuracies may even add up, so that the end faces of the desired parallelism can differ significantly. This deviation is also referred to as an angle error. In contrast, plates, such. B. said intermediate plate, produce plane-parallel with comparatively little effort.

Gerade bei optischen Bauteilen ist jedoch der Winkelfehler eines der wichtigsten Qualitätsmerkmale. Der Winkelfehler beträgt bei herkömmlichen monolithischen Kompositbauteilen typischerweise mindestens drei Bogenminuten. In typischen Konfigurationen führt ein solcher Parallelitätsfehler zu einer Ablenkung des einfallenden Strahls von ungefähr einem Milliradian. Für Anwendungen, die hochpräzise optische Elemente benötigen, können diese Kompositbauteile nicht verwendet werden.Especially with optical components, however, the angular error is one of the most important quality features. The angular error is typically at least three minutes of arc in conventional monolithic composite components. In typical configurations, such a parallelism error results in a deflection of the incident beam of approximately one milliradian. For applications that require high-precision optical elements, these composite components can not be used.

Zwar kann man versuchen, die Prismen mit höherer Genauigkeit herzustellen, dies ist jedoch nur mit erheblichem Aufwand möglich, was die Kosten für das Kompositbauteil deutlich erhöht.Although one can try to make the prisms with higher accuracy, this is only With considerable effort possible, which significantly increases the cost of the composite component.

Vor dem Hintergrund des beschriebenen Standes der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum kostengünstigen Herstellen von monolithischen Kompositbauteilen mit sehr kleinem Parallelitätsfehler bereitzustellen.Against the background of the described prior art, it is therefore an object of the present invention to provide a method for the cost-effective production of monolithic composite components with very small parallelism error.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Herausschneiden eines Kompositbauteils mit zwei im Wesentlichen parallelen Stirnflächen aus der Sandwichstruktur, wobei eine gedachte, parallel zu einer Stirnfläche verlaufende Ebene mit einer gedachten, parallel zu einer Kontaktfläche verlaufenden Ebene einen Winkel α > 0° einschließt.According to the invention, this object is achieved by cutting out a composite component with two essentially parallel end faces made of the sandwich structure, wherein an imaginary plane extending parallel to an end face enclosing an imaginary plane extending parallel to a contact surface forms an angle α> 0 °.

Durch das Herausschneiden des Kompositbauteils kann die Sandwichstruktur aus vergleichsweise einfach präzise herstellbaren planparallelen Platten aufgebaut werden. Zwar sind beim Ansprengen zweier Platten die Plattenoberflächen und die Grenzfläche zunächst parallel zueinander ausgebildet, durch das Herausschneiden kann jedoch im Grunde genommen jeder beliebige Winkel zwischen Grenzfläche und Stirnflächen eingestellt werden. Dazu wird zunächst ein Kompositelement, z. B. in Form eines schiefen Zylinders oder eines Parallelepipeds, aus der Sandwichstruktur herausgeschnitten, so dass die Stirnflächen des Kompositelementes von den Seitenflächen der beiden Elemente gebildet werden. In einem weiteren Schritt können dann die stirnseitigen Abschnitte des Kompositelementes derart abgeschnitten werden, dass die neu entstehenden Stirnflächen jeweils in einer Ebene liegen, die mit der Grenzfläche einen Winkel α > 0° einschließen.By cutting out the composite component, the sandwich structure can be made up of plane-parallel plates which can be produced comparatively easily. Although the disk surfaces and the interface are initially formed parallel to each other when wringing two plates, but by cutting can be basically any angle between the interface and faces are set. For this purpose, first a composite element, for. B. in the form of an oblique cylinder or a parallelepiped, cut out of the sandwich structure, so that the end faces of the composite element are formed by the side surfaces of the two elements. In a further step, the end-side sections of the composite element can then be cut off such that the newly emerging end faces each lie in a plane which encloses an angle α> 0 ° with the boundary surface.

Die Stirnflächen sind dadurch weiterhin parallel zueinander, lediglich der Winkel α hat sich verändert. In einer Ausführungsform sind die Seitenflächen des Kompositbauteils rechtwinklig zu den Stirnflächen des Kompositbauteils ausgerichtet.The end faces are characterized continue to be parallel to each other, only the angle α has changed. In one embodiment, the side surfaces of the composite component are aligned at right angles to the end faces of the composite component.

Es versteht sich, dass das Kompositbauteil durch vielfältige Weise aus der Sandwichstruktur herausgeschnitten werden kann. Neben Fräsen oder Sägen kann beispielsweise das monolithische Kompositbauteil auch aus der Sandwichstruktur herausgebohrt werden. Dies kann beispielsweise mit einem Ultraschallbohrer geschehen. Das Kompositbauteil wird dann durch den Bohrkern gebildet.It is understood that the composite component can be cut out of the sandwich structure in a variety of ways. In addition to milling or sawing, for example, the monolithic composite component can also be drilled out of the sandwich structure. This can be done for example with an ultrasonic drill. The composite component is then formed by the core.

Es ist in einer Ausführungsform zweckmäßig, dass die eine im Wesentlichen ebene Kontaktfläche des ersten Elementes beschichtet ist. Dabei kann die Beschichtung andere optische Eigenschaften, wie z. B. einen anderen Brechungsindex, als die Materialien der beiden Elemente aufweisen.It is expedient in one embodiment that the one essentially flat contact surface of the first element is coated. The coating may have other optical properties, such. B. have a different refractive index, as the materials of the two elements.

Die Beschichtung bildet somit eine dünne Schicht, die von zwei Grenzübergängen in die benachbarten Elemente begrenzt wird. An einem solchen Grenzübergang kann eine auftreffende elektromagnetische Welle reflektiert, gebrochen oder transmittiert werden. Wie oben bereits beschrieben wurde, kann die Orientierung der Grenzflächen in Bezug auf die Stirnflächen des Kompositbauteils durch die Wahl des Schnittwinkels bestimmt werden.The coating thus forms a thin layer bounded by two boundary junctions in the adjacent elements. At such a border crossing an incident electromagnetic wave can be reflected, refracted or transmitted. As already described above, the orientation of the boundary surfaces with respect to the end faces of the composite component can be determined by the choice of the cutting angle.

In einer weiteren Ausführungsform ist das erste Element eine Zwischenplatte mit zwei im Wesentlichen ebenen gegenüberliegenden Kontaktflächen und das Verfahren weist weiterhin den Schritt auf: Ansprengen eines dritten Elementes, aus einem dritten Material mit einer im Wesentlichen ebenen Kontaktfläche an die dem zweiten Element gegenüberliegende Kontaktfläche der ersten Zwischenplatte. Mit anderen Worten wird statt der vorher beschriebenen Beschichtung eine Zwischenplatte verwendet.In a further embodiment, the first element is an intermediate plate having two substantially planar opposing contact surfaces, and the method further comprises the step of: wringing a third element of a third material having a substantially planar contact surface against the contact surface of the first opposite the second element intermediate plate. In other words, an intermediate plate is used instead of the previously described coating.

Wie bereits beschrieben, ist das Kompositbauteil dafür ausgelegt, dass eine elektromagnetische Welle, z. B. ein Lichtstrahl, das Kompositbauteil durch die erste Stirnfläche betritt, die durch die Beschichtung oder die Zwischenplatte bereitgestellten Grenzflächen durchläuft und schließlich über die zweite Stirnfläche, die parallel zur ersten Stirnfläche ausgerichtet ist, das Kompositbauteil wieder verlässt. Der Weg der elektromagnetischen Welle durch ein Kompositbauteil wird im folgenden auch als optischer Weg bezeichnet.As already described, the composite component is designed so that an electromagnetic wave, for. B. a light beam, the composite component enters through the first end face, passes through the provided by the coating or the intermediate plate interfaces and finally on the second end face, which is aligned parallel to the first end face, the composite component leaves again. The path of the electromagnetic wave through a composite component is also referred to below as the optical path.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Element eine Zwischenplatte mit zwei im Wesentlichen ebenen gegenüberliegenden Kontaktflächen und wenigstens einer Durchgangsbohrung, die sich von einer Kontaktfläche zur anderen Kontaktfläche erstreckt, ist. Wird die Durchgangsbohrung so angeordnet, dass sie Teil des optischen Weges ist, so wird die Zwischenschicht nicht durch die Zwischenplatte sondern durch das in der Durchgangsbohrung befindliche Material, in der Regel Luft, es kann jedoch auch Vakuum oder ein beliebiges Schutzgas oder eine Flüssigkeit verwendet werden, gebildet.In a preferred embodiment, it is provided that the first element is an intermediate plate with two substantially planar opposing contact surfaces and at least one through-bore extending from one contact surface to the other contact surface. If the through-hole is arranged so that it is part of the optical path, the intermediate layer is not through the intermediate plate but through the material in the through hole, usually air, but it can also be vacuum or any inert gas or a liquid can be used , educated.

Selbstverständlich kann ein derart hergestelltes Bauteil seinerseits als eines der oben genannten Elemente zur Herstellung eines Kompositbauteils verwendet werden. Vorteilhaft ist dabei, dass die Eigenschaften, der einfach und kostengünstig hergestellten Kompositbauteile, in einem komplexen Kompositbauteil integriert werden können, dessen Herstellung nach dem Stand der Technik sehr aufwendig und kostenintensiv ist.Of course, such a manufactured component in turn can be used as one of the above-mentioned elements for the production of a composite component. It is advantageous that the properties of the simple and inexpensive composite components produced, can be integrated in a complex composite component, the production of which is very expensive and expensive according to the prior art.

Zur Verbesserung der Haltbarkeit und zum Schutz vor Umgebungseinflüssen während der Verarbeitung und der Verwendung des Kompositbauteils ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die an die Kontaktflächen der Elemente angrenzenden Flächen, beispielsweise mittels Tieftemperaturkleber, Wachs oder aufgeklebten mechanischen Schutzmaterialien versiegelt werden können.To improve durability and protect against environmental influences during processing and use of the composite component is provided in a preferred embodiment, that the surfaces adjacent to the contact surfaces of the elements, for example by means of low-temperature adhesive, wax or glued mechanical protective materials can be sealed.

In einer weiteren Ausführungsform werden die Stirnflächen des Kompositbauteils poliert und/oder beschichtet. Vorteilhaft ist dabei, dass beim Nachbearbeiten des Kompositbauteils kleine Abweichungen korrigiert werden können. Durch die Beschichtung der Stirnflächen und/oder Seitenflächen eröffnen sich weitere Anwendungsgebiete, für die die optischen Eigenschaften des Kompositbauteils schnell und kostengünstig modifiziert werden können.In a further embodiment, the end faces of the composite component are polished and / or coated. It is advantageous that small deviations can be corrected during reworking of the composite component. The coating of the end faces and / or side faces opens up further application areas for which the optical properties of the composite component can be modified quickly and inexpensively.

Die Abweichung von der Parallelität der Stirnflächen des monolithischen Kompositbauteils ist in einer Ausführungsform geringer als 30 Bogensekunden. Solch ein Kompositbauteil ist besonders für Anwendungsgebiete geeignet, in denen die elektromagnetische Welle mit einer hohen Ortsgenauigkeit auf ein Objekt treffen soll, wie z. B. in der Photolithographie.The deviation from the parallelism of the end faces of the composite monolithic component is less than 30 arc seconds in one embodiment. Such a composite component is particularly suitable for applications in which the electromagnetic wave with a high spatial accuracy should strike an object, such. In photolithography.

Die Elemente können aus den unterschiedlichsten Materialien, wie beispielsweise Gläser, Kunststoffe, Keramiken oder Kristalle, gefertigt sein. Durch eine geeignete Anpassung der verwendeten Materialien an die Anforderungen des Einsatzbereiches ist es möglich, auf höherwertige und damit oftmals teurere Materialien zu verzichten.The elements can be made of a wide variety of materials, such as glasses, plastics, ceramics or crystals. By suitably adapting the materials used to the requirements of the application, it is possible to dispense with higher quality and therefore often more expensive materials.

Elektromagnetische Wellen werden beim Übergang von einem Medium in ein anderes Medium durch die Änderung der Brechungsindizes beeinflusst, u. a. ist der Reflexions- und Transmissionswinkel an einer Grenzschicht von dem Verhältnis der Brechzahlen der grenzschichtbildenden Medien abhängig. In vielen optischen Anwendungen wird die Dispersion, d. h. die Abhängigkeit der Phasen- bzw. Ausbreitungsgeschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle in einem Medium von der Wellenlänge bzw. der Frequenz, ausgenutzt. U. a. lässt sich die Brechung einer elektromagnetischen Welle an einem Grenzübergang zwischen zwei Medien mit dem Verhältnis der zwei unterschiedlichen Brechungsindizes und der Dispersion erklären. Daher ist es in einer Ausführungsform vorteilhaft, dass die verwendeten Materialien für die Elemente so gewählt werden, dass sich deren Brechungsindizes für einen vorbestimmten elektromagnetischen Wellenlängenbereich hinreichend unterscheiden.Electromagnetic waves are influenced by the change of the refractive indices during the transition from one medium to another medium. a. the reflection and transmission angle at a boundary layer is dependent on the ratio of the refractive indices of the boundary layer-forming media. In many optical applications, the dispersion, i. H. the dependence of the phase or propagation speed of an electromagnetic wave in a medium of the wavelength or the frequency, exploited. U. a. For example, the refraction of an electromagnetic wave at a boundary between two media can be explained by the ratio of the two different indices of refraction and the dispersion. Therefore, it is advantageous in one embodiment that the materials used for the elements are chosen such that their refractive indices for a predetermined electromagnetic wavelength range sufficiently differ.

In der nicht-linearen Optik sind Brechung, Reflexion und Absorption von der Lichtintensität, der Frequenz und dem Medium, durch das die elektromagnetische Welle wenigstens teilweise transmittiert, abhängig. Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, dass die eingangsgenannten Elemente aus nichtlinearen Materialien, insbesondere aus nichtlinearen Kristallen, hergestellt sind, um den nichtlinearen Zusammenhang zwischen der elektrischen Feldstärke und der Polarisation der elektromagnetischen Welle auszunutzen.In nonlinear optics, refraction, reflection and absorption are dependent on the light intensity, the frequency and the medium through which the electromagnetic wave at least partially transmits. According to the invention it is advantageous that the aforementioned elements are made of non-linear materials, in particular of nonlinear crystals, to exploit the non-linear relationship between the electric field strength and the polarization of the electromagnetic wave.

In einer Ausführungsform sind die Stirnflächen gegenüber der wenigstens einen Kontaktfläche so angeordnet, dass eine gedachte, parallel zu den Stirnflächen verlaufende, Ebene und eine gedachte, parallel zu der wenigstens einen Kontaktfläche verlaufende, Ebene den sog. Brewsterwinkel einschließen, so dass eine einfallende unpolarisierte elektromagnetische Welle einer vorgegebenen Wellenlänge an der Grenzschicht (Kontaktfläche) in eine reflektierte und eine transmittierte elektromagnetische Welle aufgespaltet wird, wobei deren Richtungsvektoren für die Phasengeschwindigkeit senkrecht zueinander sind und die reflektierte elektromagnetische Welle senkrecht zu der Einfallsebene polarisiert ist, während die transmittierte elektromagnetische Welle senkrecht zu der reflektierten elektromagnetischen Welle polarisiert ist.In one embodiment, the end faces are arranged opposite to the at least one contact surface such that an imaginary plane running parallel to the end faces and an imaginary plane extending parallel to the at least one contact surface include the so-called Brewster angle such that an incident unpolarized electromagnetic Wave of a predetermined wavelength at the boundary layer (contact surface) is split into a reflected and a transmitted electromagnetic wave, wherein the directional vectors for the phase velocity are perpendicular to each other and the reflected electromagnetic wave is polarized perpendicular to the plane of incidence, while the transmitted electromagnetic wave perpendicular to the reflected electromagnetic wave is polarized.

Zur Aufspaltung von unpolarisiertem Licht mit Hilfe eines Polarisators ist es zweckmäßig, dass in einer Ausführungsform des Kompositbauteils, der Winkel zwischen einer gedachten, parallel zu der wenigstens einen Kontaktfläche verlaufenden Ebene und einer gedachten, parallel zu der Stirnseite des Kompositbauteils verlaufenden Ebene, sowie die Materialien der Elemente der Sandwichstruktur so gewählt werden, dass eine vorbestimmte unpolarisierte elektromagnetische Welle durch die Wechselwirkungen mit dem Kompositbauteil in ihre unterschiedlich polarisierten Komponenten aufgeteilt wird.For the splitting of unpolarized light with the aid of a polarizer, it is expedient that, in one embodiment of the composite component, the angle between an imaginary plane extending parallel to the at least one contact surface and an imaginary plane extending parallel to the end side of the composite component and the materials the elements of the sandwich structure are chosen so that a predetermined unpolarized electromagnetic wave is divided by the interactions with the composite component in their differently polarized components.

Optische Strahlteiler, d. h. Bauelemente die beispielsweise eine einzelne elektromagnetische Welle in zwei elektromagnetische Wellen gleicher Intensität aufteilen, sind in einer weiteren Ausführungsform realisiert, in der der Winkel zwischen einer gedachten, parallel zu der wenigstens einen Kontaktfläche verlaufenden Ebene und einer gedachten, parallel zu den Stirnseiten des Kompositbauteils verlaufenden Ebene, sowie die Materialien der Elemente der Sandwichstruktur so gewählt werden, dass eine das Kompositbauteil durchdringende vorbestimmte elektromagnetische Welle in wenigstens zwei elektromagnetische Wellen aufgeteilt wird, oder dass wenigstens zwei vorbestimmte elektromagnetische Wellen beim Durchdringen des Kompositbauteils in eine einzelne elektromagnetische Welle zusammengeführt werden.Optical beam splitters, d. H. Components which divide, for example, a single electromagnetic wave into two electromagnetic waves of equal intensity are realized in a further embodiment, in which the angle between an imaginary, parallel to the at least one contact surface extending plane and an imaginary, parallel to the end faces of the composite component extending plane and in that the materials of the elements of the sandwich structure are chosen such that a predetermined electromagnetic wave penetrating the composite component is divided into at least two electromagnetic waves, or at least two predetermined electromagnetic waves are merged into a single electromagnetic wave as the composite component passes through.

In der nichtlinearen Optik werden Elektronen, besonders bevorzugt Valenzelektronen, einer Atomstruktur durch die Feldstärke der einfallenden elektromagnetischen Welle zu Schwingungen angeregt. Werden infolgedessen höhere harmonische Schwingungen erzeugt, so kann die aus dem Material austretende elektromagnetische Welle eine höhere Frequenz haben als die einfallende elektromagnetische Welle. Im Allgemeinen hängt die Erzeugung der höheren harmonischen Schwingungen von der Anordnung der Valenzelektronen und somit von beispielsweise der Kristallstruktur des verwendeten Materials sowie deren Ausrichtung zur elektromagnetischen Welle ab. Die nichtlineare Frequenzumwandlung (sog. Frequenzkonversion) ist von der Intensität der einfallenden elektromagnetischen Welle abhängig und wird daher besonders in Verbindung mit Laserquellen eingesetzt. Daher ist es zweckmäßig, dass, in einer Ausführungsform, der wenigstens eine Winkel zwischen einer gedachten, parallel zu der wenigstens einen Kontaktfläche verlaufenden, Ebene und einer gedachten, parallel zu den Stirnseiten des Kompositbauteils verlaufenden, Ebene, sowie die Materialien der Elemente der Sandwichstruktur so gewählt werden, dass das Kompositbauteil zur Frequenzkonversion von Laserlicht genutzt werden kann.In nonlinear optics, electrons, particularly valence electrons, of an atomic structure are excited to vibrate by the field strength of the incident electromagnetic wave. As a result, if higher harmonic vibrations are generated, the electromagnetic wave emerging from the material may have a higher frequency than the incident electromagnetic wave. In general, the generation of the higher harmonic oscillations depends on the arrangement of the valence electrons and thus, for example, on the crystal structure of the material used and its orientation relative to the electromagnetic wave. The non-linear frequency conversion (so-called frequency conversion) is dependent on the intensity of the incident electromagnetic wave and is therefore used particularly in conjunction with laser sources. Therefore, it is expedient that, in one embodiment, the at least one angle between an imaginary, parallel to the at least one contact surface extending plane and an imaginary, parallel to the end faces of the composite component extending plane, and the materials of the elements of the sandwich structure so be chosen that the composite component for frequency conversion of laser light can be used.

Ist der Winkelfehler der Stirnflächen eines Kompositbauteils sehr klein, so können mehrere Kompositbauteile mit sehr kleinem Winkelfehler hintereinander oder aneinander angeordnet werden, ohne dass der Parallelitätsfehler zwischen der ersten Stirnfläche des ersten Kompositbauteils und der zweiten Stirnfläche des letzten Kompositbauteils zu groß wird.If the angular error of the end faces of a composite component is very small, then a plurality of composite components with a very small angular error can be arranged behind one another or against one another without the parallelism error between the first end face of the first composite component and the second end face of the last composite component becoming too great.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, sowie der dazugehörigen Figuren.Further advantages, features and applications of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, and the accompanying figures.

Es zeigen:Show it:

1 ein dreidimensionales Linienmodell eines Kompositbauteils aus dem Stand der Technik, 1 a three-dimensional line model of a composite component of the prior art,

2 einen schematischen Aufbau einer Brewsterplatte in einer Schnittansicht. 2 a schematic structure of a Brewster plate in a sectional view.

3a–c eine dreidimensionale Darstellung der einzelnen Herstellungsschritte einer Brewsterplatte nach dem beanspruchten Verfahren, 3a C is a three-dimensional representation of the individual production steps of a Brewster plate according to the claimed method,

4 einen schematischen Aufbau eines Strahlteilers mit zwei Prismen in einer Schnittansicht, wobei eine Kontaktfläche mit einem Dielektrikum beschichtet ist, 4 1 shows a schematic structure of a beam splitter with two prisms in a sectional view, wherein a contact surface is coated with a dielectric,

5a–c eine dreidimensionale Darstellung der einzelnen Herstellungsschritte für einen Strahlteiler nach dem beanspruchten Verfahren, 5a C is a three-dimensional representation of the individual production steps for a beam splitter according to the claimed method,

6 einen schematischen Aufbau eines monolithischen Kompositbauteils als Glan-Foucault-Polarisator in einer Schnittansicht, 6 a schematic structure of a monolithic composite component as Glan Foucault polarizer in a sectional view,

7 einen schematischen Aufbau eines monolithischen Kompositbauteils als Frequenzverdopplerelement in einer Schnittansicht, 7 a schematic structure of a monolithic composite component as Frequenzverdopplerelement in a sectional view,

8 einen schematischen Aufbau einer Reihenschaltung von monolithischen Kompositbauteilen in einer Schnittansicht. 8th a schematic structure of a series circuit of monolithic composite components in a sectional view.

In 1 ist ein dreidimensionales Linienmodell eines Kompositbauteils, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, dargestellt. Die abgebildete Ausführungsform weist zwei Prismen 1 und 2 und eine dazwischen angeordnete planparallele Zwischenplatte 3 auf, wobei die jeweils zwei gegenübereinanderliegenden Flächen der planparallelen Zwischenplatte 3, die mit dem jeweiligen Prisma 1 und 2 in Kontakt treten als Kontaktflächen 6, 7 bezeichnet werden. Unterscheiden sich die optischen Eigenschaften, wie beispielsweise der Brechungsindex, der planparallelen Zwischenplatte 3 von den optischen Eigenschaften der Prismen 1, 2 werden elektromagnetische Wellen beim Übergang von einem Material in ein anderes Material, beispielsweise durch Reflexion, Beugung und/oder Brechung, beeinflusst. Durch die Stirnflächen 4 und 5 der Prismen 1, 2 tritt der Nutzanteil der verwendeten elektromagnetischen Welle entlang des optischen Weges in das Kompositbauteil ein und aus.In 1 Fig. 3 is a three-dimensional line model of a composite component, as known from the prior art. The illustrated embodiment has two prisms 1 and 2 and a plane-parallel intermediate plate arranged therebetween 3 on, wherein the two opposite surfaces of the plane-parallel intermediate plate 3 that with the respective prism 1 and 2 come into contact as contact surfaces 6 . 7 be designated. The optical properties, such as the refractive index, of the plane-parallel intermediate plate are different 3 of the optical properties of the prisms 1 . 2 Electromagnetic waves are influenced in the transition from one material to another material, for example by reflection, diffraction and / or refraction. Through the faces 4 and 5 the prisms 1 . 2 occurs the useful portion of the electromagnetic wave used along the optical path in the composite component on and off.

Solche Kompositbauteile werden in verschiedenen Ausführungen entsprechend ihren Eigenschaften, beispielsweise als Polarisator, Strahlteiler, Brewsterplatte und Frequenzverdoppler, eingesetzt.Such composite components are used in various embodiments according to their properties, for example as a polarizer, beam splitter, Brewster plate and frequency doubler.

Die Herstellung solcher Kompositbauteile wird im Stand der Technik mit Hilfe von Verkleben oder optischem Ansprengen der Kontaktflächen 6, 7 zwischen zwei Prismen 1, 2 und einer planparallelen Zwischenplatte 3 beschrieben. Nachteilig ist bei dieser Vorgehensweise, dass durch Auftragen eines geeigneten Klebemittels weiteres Material in den Strahlengang eingebracht wird. Weist das verwendete Klebemittel abweichende optische Eigenschaften im Vergleich zu den optischen Eigenschaften der vorhandenen Baukomponenten, wie beispielsweise die Prismen 1, 2 und die planparallele Zwischenplatte 3, auf, so kann dies den optischen Weg und die Eigenschaften der elektromagnetischen Welle durch das Klebemittel in nicht gewünschter Weise beeinflussen.The preparation of such composite components is in the prior art by means of gluing or optical wringing of the contact surfaces 6 . 7 between two prisms 1 . 2 and a plane-parallel intermediate plate 3 described. The disadvantage of this approach is that further material is introduced into the beam path by applying a suitable adhesive. Does the adhesive used differing optical properties compared to the optical properties of the existing building components, such as the prisms 1 . 2 and the plane-parallel intermediate plate 3 , this may undesirably affect the optical path and the electromagnetic wave characteristics of the adhesive.

Ein Beispiel für eine Brewsterplatte, gemäß dem bekannten Stand der Technik, ist in 2, als schematische Schnittansicht, visualisiert. Eine solche Brewsterplatte weist ein erstes Prisma 1 und ein zweites Prisma 2 sowie eine planparallele Zwischenplatte 3 auf, wobei die planparallele Zwischenplatte 3 so angeordnet ist, dass der Winkel zwischen einer gedachten, parallel zu den Kontaktflächen 6, 7 der planparallelen Zwischenplatte 3 verlaufenden Ebene und einer gedachten, parallel zu den Stirnflächen 4, 5 der Prismen 1, 2 verlaufenden Ebene unter Berücksichtigung der verwendeten Materialien dem Brewsterwinkel entspricht, und wobei die Prismen 1, 2 aus einem optisch dünneren Material (beispielsweise Brechungsindex n₁ < 1,6) und die planparallele Zwischenplatte 3 aus einem optisch dichteren Material (beispielsweise Brechungsindex n₂ > 1,7) gefertigt sind. Die unpolarisierte elektromagnetische Welle tritt über die Stirnfläche 4 in das Material des Prisma 1 ein und trifft entlang des optischen Weges unter dem Brewsterwinkel auf die Kontaktfläche 6, an der die ankommende elektromagnetische Welle durch Brechung und Reflektion polarisiert wird, der gebrochene polarisierte Anteil der elektromagnetischen Welle tritt durch die planparallele Zwischenplatte 3 und nach nochmaliger Brechung an der Kontaktfläche 7 und Zurücklegen einer Wegstrecke durch die Stirnfläche 5 des Prisma 2 aus.An example of a Brewster plate, according to the known state of the art, is in 2 , as a schematic sectional view, visualized. Such a Brewster plate has a first prism 1 and a second prism 2 and a plane-parallel intermediate plate 3 on, with the plane-parallel intermediate plate 3 is arranged so that the angle between an imaginary, parallel to the contact surfaces 6 . 7 the plane-parallel intermediate plate 3 extending plane and an imaginary, parallel to the faces 4 . 5 the prisms 1 . 2 extending plane, taking into account the materials used corresponds to the Brewster angle, and where the prisms 1 . 2 of an optically thinner material (for example refractive index n ₁ <1.6) and the plane-parallel intermediate plate 3 made of a more dense material (for example, refractive index n ₂ > 1.7) are made. The unpolarized electromagnetic wave passes over the face 4 in the material of the prism 1 and hits along the optical path at the Brewster angle on the contact surface 6 at which the incoming electromagnetic wave is polarized by refraction and reflection, the refracted polarized portion of the electromagnetic wave passes through the plane-parallel intermediate plate 3 and after refraction at the contact surface 7 and covering a distance through the end face 5 of the prism 2 out.

Die Verfahrensschritte zum vereinfachten, kostengünstigen und präzisen Herstellen beispielsweise eines als Brewsterplatte verwendbaren Kompositbauteils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in den 3a bis 3c in einer dreidimensionalen Ansicht dargestellt. Der besseren Anschaulichkeit wegen ist ein Koordinatensystem in den Abbildungen eingezeichnet. Die Ausrichtung der Koordinatenachsen ist willkürlich gewählt und dient nur der Veranschaulichung der Erfindung.The method steps for the simplified, cost-effective and precise production of, for example, a composite component which can be used as a Brewster plate according to an embodiment of the present invention are described in FIGS 3a to 3c shown in a three-dimensional view. For better clarity, a coordinate system is shown in the figures. The orientation of the coordinate axes is arbitrary and is only illustrative of the invention.

Als erstes wird, wie in 3a gezeigt ist, ein erstes Element, das eine planparallele Zwischenplatte 3 aus einem optisch dichterem, d. h. hochbrechendem, Material (Brechungsindex: z. B. n₂ > 1,7) ist, bereitgestellt und eine zweite und dritte planparallele Platte 8a, 9a, die aus einem optisch dünneren Material (Brechungsindex: z. B. n₁ < 1,6) bestehen, auf beiden Seiten der Zwischenplatte 3 angesprengt, so dass eine Sandwichstruktur mit der Brechzahlfolge n₁ – n₂ – n₁ entsteht. Die an die Kontaktflächen der Elemente angrenzenden Flächen können, beispielsweise mittels Tieftemperaturkleber, Wachs oder geklebten mechanischen Schutzmaterialien, versiegelt werden.First, as in 3a is shown, a first element having a plane-parallel intermediate plate 3 of an optically denser, ie high refractive index, material (refractive index: eg n ₂ > 1.7) is provided, and a second and third plane-parallel plate 8a . 9a , which consist of a optically thinner material (refractive index: eg n ₁ <1.6), on both sides of the intermediate plate 3 blasted, so that a sandwich structure with the refractive index sequence n ₁ - n ₂ - n ₁ is formed. The surfaces adjacent the contact surfaces of the elements may be sealed, for example by means of cryogenic adhesive, wax or bonded mechanical protective materials.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Kontaktflächen parallel zu der x-y-Ebene ausgerichtet.In the illustrated embodiment, the contact surfaces are aligned parallel to the x-y plane.

Als nächstes wird ein Zwischenprodukt aus der Sandwichstruktur herausgeschnitten, indem entlang einem ersten und zweiten Paar Führungslinien 11, 11a in eine erste und zweite Führungsrichtung 12, 12a geschnitten wird. Das erste Paar Führungslinien 11 und die erste Führungsrichtung 12 spannt ein erstes Paar Schnittebenen auf, die parallel zu der y-z-Ebene verlaufen. Dabei definiert das erste Paar Schnittebenen ein erstes gegenüberliegendes Paar von Seitenflächen, die folglich auch parallel zu der y-z-Ebene sind.Next, an intermediate product is cut out of the sandwich structure by guiding along a first and second pair of guide lines 11 . 11a in a first and second guide direction 12 . 12a is cut. The first pair of guides 11 and the first direction of leadership 12 Clamps a first pair of cut planes that are parallel to the yz plane. In this case, the first pair of cutting planes define a first opposing pair of side surfaces, which are consequently also parallel to the yz plane.

Das zweite Paar Führungslinien 11a und die zweite Führungsrichtung 12a spannt ein zweites Paar Schnittebenen auf, die ein zweites Paar gegenüberliegende Seitenflächen definieren. Dabei ist das zweite Paar Schnittebenen gegenüber der x-z-Ebene um einen Schnittwinkel 10 geneigt.The second pair of guides 11a and the second guide direction 12a Clamps a second pair of cutting planes that define a second pair of opposing side surfaces. The second pair of cutting planes is an intersection angle with respect to the xz plane 10 inclined.

Das erste und das zweite Paar Schnittebenen schließen in der gezeigten Ausführungsform einen rechten Winkel ein. Die Brechzahlfolge bleibt von der Wahl der Schnittwinkel unbeeinflusst.The first and second pairs of cutting planes in the embodiment shown enclose a right angle. The refractive index sequence remains unaffected by the choice of cutting angles.

Die herausgelöste Sandwichstruktur, deren an die Kontaktflächen der Elemente angrenzenden Flächen versiegelt werden können, ist in 3b gezeigt und weist zwei planparallele Platten 8a, 9a und eine planparallele Zwischenplatte 3 auf. Die Kontaktflächen der planparallelen Zwischenplatte sind parallel zu der x-y-Ebene ausgerichtet.The detached sandwich structure, whose surfaces adjacent to the contact surfaces of the elements can be sealed, is in 3b shown and has two plane-parallel plates 8a . 9a and a plane-parallel intermediate plate 3 on. The contact surfaces of the plane-parallel intermediate plate are aligned parallel to the xy plane.

In einem weiteren Schritt wird entlang eines dritten Paar Führungslinien 13 in eine dritte Führungsrichtung 14 geschnitten, wodurch die Stirnflächen relativ zu den Kontaktflächen der planparallelen Zwischenplatte 3 ausgerichtet werden. Zweckmäßigerweise spannt das dritte Paar Führungslinien 13 und die dritte Führungsrichtung 14 eine drittes Paar Schnittebenen auf, die einen Schnittwinkel 15 mit der zweiten Schnittebene einschließen. Durch diese Maßnahme werden die gegenüberliegenden Stirnflächen des herausgelösten Kompositbauteils festgelegt.In a further step is along a third pair of guide lines 13 in a third direction 14 cut, whereby the end faces relative to the contact surfaces of the plane-parallel intermediate plate 3 be aligned. Conveniently, the third pair spans guide lines 13 and the third direction of leadership 14 a third pair of cutting planes, the one intersecting angle 15 with the second cutting plane. By this measure, the opposite end faces of the dissolved composite component are defined.

Der Schnittwinkel β (15) wurde hier so gewählt, dass die dritte Schnittebene und die zweite Schnittebene einen 90° Winkel bilden. Mit anderen Worten, die Stirnflächen 4, 5 sind gegenüber den zweiten Paar Seitenflächen rechtwinklig ausgerichtet. Da auch für den ersten Schnittwinkel ein Winkel von 90° gewählt wurde, sind alle aneinandergrenzenden Stirn- und Seitenflächen rechtwinklig zueinander angeordnet.The cutting angle β ( 15 ) was chosen here so that the third cutting plane and the second cutting plane form a 90 ° angle. In other words, the faces 4 . 5 are aligned at right angles to the second pair of side surfaces. Since an angle of 90 ° was also selected for the first cutting angle, all adjoining face and side surfaces are arranged at right angles to each other.

Das resultierende monolithische Kompositbauteil gemäß dieser Ausführungsform ist in 3c gezeigt. Man erkennt, dass die neu entstandenen Stirnflächen 4, 5 jetzt nicht mehr in der x-y-Ebene liegen, sondern mit dieser einen Winkel θ einschließen.The resulting monolithic composite component according to this embodiment is shown in FIG 3c shown. It can be seen that the newly created faces 4 . 5 no longer lie in the xy-plane, but enclose with it an angle θ.

Das entstandene monolithische Kompositbauteil weist somit zwei Prismen 8b, 9b und eine planparallele Zwischenplatte 3 auf, wobei die zwei Prismen 8b, 9b aus den zwei planparallelen Platten 8a, 9a durch die oben genannten Verfahrenschritte entstanden sind.The resulting monolithic composite component thus has two prisms 8b . 9b and a plane-parallel intermediate plate 3 on, with the two prisms 8b . 9b from the two plane-parallel plates 8a . 9a resulting from the above-mentioned process steps.

Soll, wie im vorliegenden Fall, eine entlang der Flächennormale der Stirnflächen 4, 5 verlaufende elektromagnetische Welle unter dem Brewsterwinkel auf die Kontaktfläche der planparallelen Zwischenplatte auftreffen, so bestimmt der Brewsterwinkel die zu verwendenden Schnittwinkel. Should, as in the present case, one along the surface normal of the end faces 4 . 5 extend running electromagnetic wave under the Brewster angle on the contact surface of the plane-parallel intermediate plate, so determines the Brewster angle to be used cutting angle.

Mit anderen Worten müssen die Schnittwinkel so gewählt werden, dass eine gedachte, parallel zu den Stirnflächen 4, 5 verlaufende, Ebene mit einer gedachten, parallel zu den Kontaktflächen der planparallelen Zwischenplatte 3 verlaufenden Ebene den (materialabhängigen) Brewsterwinkel einschließen.In other words, the cutting angles must be chosen so that an imaginary, parallel to the faces 4 . 5 extending, plane with an imaginary, parallel to the contact surfaces of the plane-parallel intermediate plate 3 extending level include the (material-dependent) Brewster angle.

Für den Fall, dass für die planparallelen Platten 8a, 9a ein erstes Material mit einem Brechungsindex von beispielsweise n₁ = 1,45 und ein zweites Material mit einem Brechungsindex n₂ = 1,8 eingesetzt wird, ergibt sich für den Brewsterwinkel arctanθ = n₁/n₂ ≈ 38,85°. Damit die senkrecht auf die Stirnflächen 4, 5 auftreffende elektromagnetische Strahlung unter dem Brewsterwinkel auf die Kontaktfläche 6, 7 auftrifft, muss dementsprechend der erste und dritte Schnittwinkel = 90° und der zweite Schnittwinkel α ≈ 51,15° gewählt werden.In the event that for the plane-parallel plates 8a . 9a a first material is used with a refractive index of, for example, n ₁ = 1.45 and a second material having a refractive index n ₂ = 1.8, the Brewster angle is obtained for arctanθ = n ₁ / n ₂ ≈ 38.85 °. So that the perpendicular to the faces 4 . 5 impinging electromagnetic radiation at the Brewster angle on the contact surface 6 . 7 Accordingly, the first and third cutting angle = 90 ° and the second cutting angle α ≈ 51.15 ° must be selected accordingly.

In 4 ist ein bekannter Strahlteiler dargestellt. Der Strahlteiler weist zwei Prismen 1, 2 auf, wobei die Prismen 1, 2 rechtwinklig ausgestaltet sind und deren Kontaktfläche die Hypotenusenfläche des dreiseitigen Prismas ist, wobei die Kontaktfläche eine dielektrische Beschichtung 16 aufweist. Weiter ist bekannt, die zwei Prismen 1, 2 durch Verkleben aneinander zu befestigen und so mechanisch zu stabilisieren. Die Verwendung eines geeigneten Klebemittels kann die Qualität des Strahlteilers nachteilig beeinflussen. Für einige Verwendungszwecke ist die mit den bekannten Herstellungsverfahren zu erreichende Parallelität der Stirnflächen gar nicht bzw. nur mit entsprechendem großen Aufwand möglich.In 4 a known beam splitter is shown. The beam splitter has two prisms 1 . 2 on, with the prisms 1 . 2 are configured at right angles and whose contact surface is the Hypotenusefläche the three-sided prism, wherein the contact surface is a dielectric coating 16 having. Next is known, the two prisms 1 . 2 To attach by gluing together and thus to stabilize mechanically. The use of a suitable adhesive may adversely affect the quality of the beam splitter. For some uses, the parallelism of the end surfaces to be achieved with the known production methods is not possible at all or only with a corresponding great effort.

Die Herstellung zweier Strahlteiler mit exakt den gleichen optischen Teilungswinkel und der annähernd gleichen Parallelität der Stirnflächen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den 5a bis 5c gezeigt.The production of two beam splitters with exactly the same optical pitch angle and the approximately same parallelism of the end faces according to a further embodiment of the present invention is shown in FIGS 5a to 5c shown.

Im ersten Schritt, der in 5a dargestellt ist, werden zwei planparalleler Platten 8a, 9a bereitgestellt, wobei auf wenigstens eine der beiden zugewandten Flächen der Platten eine dielektrische Beschichtung 16 aufgetragen ist. Als nächstes werden die beiden Platten optisch angesprengt, so dass die dielektrische Beschichtung 16 eine Zwischenschicht bildet.In the first step, in 5a are shown, two plane-parallel plates 8a . 9a provided, wherein on at least one of the two facing surfaces of the plates, a dielectric coating 16 is applied. Next, the two plates are optically blasted so that the dielectric coating 16 forms an intermediate layer.

Für die Realisierung eines Strahlteilers ist es zweckmäßig, wenn die zwei planparallelen Platten 8a, 9a aus einem Material mit einer niedrigen Brechzahl gefertigt sind und die dielektrische Beschichtung 16 eine höhere Brechzahl aufweist. Durch die Wahl der Materialien für die Elemente und damit die Wahl der Brechzahlen und dem optischen Ansprengen entsteht eine Sandwichstruktur mit festgelegter Brechzahlfolge. Die an die Kontaktflächen der Elemente angrenzenden Flächen der Sandwichstruktur können versiegelt werden.For the realization of a beam splitter, it is expedient if the two plane-parallel plates 8a . 9a are made of a material with a low refractive index and the dielectric coating 16 has a higher refractive index. By choosing the materials for the elements and thus the choice of the refractive indices and the optical Aufenggen results in a sandwich structure with a fixed refractive index sequence. The surfaces of the sandwich structure adjacent to the contact surfaces of the elements can be sealed.

Als nächstes werden vier Führungslinien 11 und eine ersten Führungsrichtung 12 ausgewählt, so dass die Führungslinien 11 und die erste Führungsrichtung 12 insgesamt vier senkrecht auf der Grundfläche angeordnete Schnittebenen aufspannen, von denen je zwei Schnittebenen einander gegenüber angeordnet sind und aneinander angrenzende Schnittebenen einen Winkel von 90° einschließen, so dass Schneiden entlang der Schnittebenen einen Quader aus der anfänglich bereitgestellten Sandwichstruktur herauslöst.Next are four guides 11 and a first guiding direction 12 selected, so the guidelines 11 and the first direction of leadership 12 spanning a total of four cutting planes arranged perpendicularly on the base surface, of which two cutting planes are arranged opposite one another and adjacent cutting planes enclose an angle of 90 °, so that cutting along the cutting planes releases a cuboid from the initially provided sandwich structure.

Der herausgelöste Quader ist selbst wieder eine Sandwichstruktur mit identischer Brechzahlfolge wie die anfängliche Sandwichstruktur. Es versteht sich, dass das Zwischenprodukt nicht unbedingt quaderförmig sein muss.The liberated cuboid is itself a sandwich structure with the same refractive index sequence as the initial sandwich structure. It is understood that the intermediate product does not necessarily have to be cuboidal.

5b zeigt die herausgelöste Sandwichstruktur, die zwei planparallele Platten 8a, 9a und eine dielektrische Kontaktebene 16 aufweist, welche von der dielektrischen Beschichtung gebildet wird. 5b shows the detached sandwich structure, the two plane-parallel plates 8a . 9a and a dielectric contact plane 16 which is formed by the dielectric coating.

Als nächstes wird entlang dreier Schnittebenen, die durch drei Führungslinien 11 und eine Führungsrichtung 12 aufgespannt wird, geschnitten. Dabei schließt die Schnittebene einen Schnittwinkel 10 mit einer gedachten, parallel zu der dielektrischen Beschichtung verlaufenden Ebene ein.Next, along three cutting planes, through three guide lines 11 and a direction of leadership 12 is stretched, cut. The cutting plane closes a cutting angle 10 with an imaginary plane parallel to the dielectric coating.

Durch nochmaliges Schneiden entlang weiteren vier Führungslinien 13 in eine Führungsrichtung 14 werden zwei identische monolithische Kompositbauteile herausgeschnitten, wobei jede dieser Führungslinien 13 zusammen mit der Führungsrichtung 14 eine Schnittebene aufspannt, die den Winkel zwischen einer gedachten, parallel zu zwei gegenüberliegenden Seitenflächen verlaufenden, Ebene einschließt und so den Winkel der Stirnflächen zu den Seitenflächen festlegt.By cutting again along four further guide lines 13 in a direction of leadership 14 Two identical monolithic composite components are cut out, with each of these guidelines 13 along with the direction of leadership 14 spans a section plane which encloses the angle between an imaginary plane running parallel to two opposite side surfaces and thus defines the angle of the end surfaces to the side surfaces.

In der abgebildeten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Stirnflächen und die Seitenflächen rechtwinklig zueinander angeordnet sind.In the illustrated embodiment, it is provided that the end faces and the side surfaces are arranged at right angles to each other.

In 5c sind die zwei herausgelösten monolithischen Kompositbauteile, die als Strahlteiler fungieren, dargestellt. Die beiden Strahlteiler weisen exakt den gleichen Winkel zwischen einer gedachten, parallel zu den Stirnflächen 4, 5 verlaufenden Ebene und einer gedachten, parallel zu der dielektrischen Beschichtung 16 verlaufenden, Ebene und identische geometrische Abmessungen auf. Dabei können die Stirnflächen 4, 5 poliert sein.In 5c are the two detached monolithic composite components that act as a beam splitter shown. The two beam splitters have exactly the same angle between an imaginary, parallel to the end faces 4 . 5 extending plane and an imaginary, parallel to the dielectric coating 16 running, level and identical geometric dimensions. This can be the faces 4 . 5 be polished.

Die ursprünglich planparallelen Platten 8a, 9a weisen nach der Bearbeitung die Geometrie von Prismen 8b, 9b auf.The originally plane-parallel plates 8a . 9a have the geometry of prisms after machining 8b . 9b on.

In 6 ist eine schematische Schnittansicht durch ein Glan-Foucault-Polarisator dargestellt. Ein solcher Polarisator weist zwei Prismen 1, 2 aus einem doppelbrechenden Material, wie beispielsweise CaCO₃, YVO₄ oder TiO₂, und eine planparallele Zwischenplatte 3, z. B. aus Quarzglas, oder einen Luftspalt auf. Eine gedachte, parallel zu der Kontaktfläche verlaufende, Ebene und eine gedachte, parallel zu der Stirnfläche verlaufende Ebene schließen einen Winkel 21 ein, der so ausgestaltet ist, dass eine senkrecht auf die Stirnfläche treffende unpolarisierte elektromagnetische Welle 17 an der Kontaktfläche in Abhängigkeit der Polarisationsrichtung reflektiert (als ordentlich polarisierter Strahl 18) oder transmittiert (als außerordentlich polarisierter Strahl 19) wird. Die Kristallstruktur der Prismen 1, 2 ist so orientiert, dass deren optische Achse c 20, d. h. die Achse, entlang derer jede Polarisationskomponente die gleiche Brechzahl hat, in der Ebene der Stirnfläche und in der Ebene der Kontaktfläche 6, 7 der planparallelen Zwischenplatte 3 liegt.In 6 is a schematic sectional view through a Glan Foucault polarizer shown. Such a polarizer has two prisms 1 . 2 of a birefringent material, such as CaCO ₃ , YVO ₄ or TiO ₂ , and a plane-parallel intermediate plate 3 , z. B. of quartz glass, or an air gap. An imaginary plane running parallel to the contact surface and an imaginary plane running parallel to the end face form an angle 21 a, which is designed so that a perpendicular to the face of unpolarized electromagnetic wave 17 reflected at the contact surface depending on the direction of polarization (as a properly polarized beam 18 ) or transmitted (as an extraordinarily polarized beam 19 ) becomes. The crystal structure of the prisms 1 . 2 is oriented so that its optical axis c 20 ie the axis along which each polarization component has the same refractive index, in the plane of the face and in the plane of the contact face 6 . 7 the plane-parallel intermediate plate 3 lies.

Die Herstellung eines solchen Glan-Foucault-Polarisators kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgen, indem zwei planparallele Platten 8a, 9a aus einem geeigneten Material mit den gewünschten optischen Eigenschaften für die Prismen 1, 2 und eine planparallele Zwischenplatte 3 aus einem geeigneten Material mit den gewünschten Eigenschaften ganzflächig optisch angesprengt werden. Dabei kann das erste Element eine Zwischenplatte 3 mit zwei im Wesentlichen ebenen gegenüberliegenden Kontaktflächen sein und kann eine Durchgangsbohrung aufweisen, die sich von einer Kontaktfläche 6 zur anderen Kontaktfläche 7 erstreckt. Die zwei planparallelen Platten 8a, 9a (siehe 5) werden an die zwei gegenüberliegenden Kontaktflächen 6, 7 der Zwischenplatte 3 optisch angesprengt, so dass die wenigstens eine Durchgangsbohrung von beiden Seiten von zwei planparallelen Platten überdeckt wird. Die an die Kontaktflächen der Elemente angrenzenden Flächen der Sandwichstruktur können versiegelt werden. Aus der optisch angesprengten Sandwichstruktur kann das monolithische Kompositbauteil durch Schneiden herausgelöst werden, wobei der Schnittwinkel den Winkel 21 zwischen einer gedachten, parallel zu den Stirnflächen verlaufenden, Ebene und einer gedachten, parallel zu den Kontaktflächen verlaufenden Ebene definiert. Zusätzlich können die Stirnflächen geschliffen, poliert und/oder beschichtet werden, so dass der Parallelitätsfehler der Stirnflächen der Prismen 1, 2 kleiner als 10 Bogensekunden sein kann.The preparation of such a Glan-Foucault polarizer can be carried out according to an embodiment of the present invention by two plane-parallel plates 8a . 9a made of a suitable material with the desired optical properties for the prisms 1 . 2 and a plane-parallel intermediate plate 3 made of a suitable material with the desired properties over the entire surface optically sprinkled. The first element may be an intermediate plate 3 with two substantially planar opposite contact surfaces and may have a through hole extending from a contact surface 6 to the other contact surface 7 extends. The two plane-parallel plates 8a . 9a (please refer 5 ) are to the two opposite contact surfaces 6 . 7 the intermediate plate 3 optically sprinkled, so that the at least one through-hole is covered on both sides by two plane-parallel plates. The surfaces of the sandwich structure adjacent to the contact surfaces of the elements can be sealed. From the optically sprung sandwich structure, the monolithic composite component can be removed by cutting, the angle of intersection of the angle 21 defined between an imaginary, parallel to the faces extending plane and an imaginary, parallel to the contact surfaces extending plane. In addition, the end faces can be ground, polished and / or coated, so that the parallelism error of the end faces of the prisms 1 . 2 less than 10 arc seconds can be.

In 7 ist eine schematische Schnittansicht eines monolithischen Kompositbauteiles als Frequenzverdopplerelement dargestellt. Das abgebildete Frequenzverdopplerelement kann beispielsweise zur Frequenzkonversion von einfallendem Laserlicht verwendet werden und weist zwei Prismen 1, 2 und eine planparallele Zwischenplatte 3 auf, wobei der Winkel zwischen einer gedachten, parallel zu den Stirnflächen verlaufenden Ebene und einer gedachten, parallel zu der Kontaktfläche der planparallelen Zwischenplatte 3 verlaufenden Ebene derart ausgestaltet ist, dass ein senkrecht auf die Stirnfläche auftreffender Laserstrahl in der planparallelen Zwischenplatte 3 die der Wellenlänge des Laserstrahls 22 entsprechende Phasenanpassungsbedingung erfüllt, und so der Phasenanpassungswinkel 24 zwischen dem einfallenden Strahl und der optischen Achse 20 entsprechend bestimmt ist. Folglich weisen der Laserstrahl mit der Grundfrequenz und der konvertierte Laserstrahl mit der veränderten Frequenz im zweiten Prisma 2 eine unterschiedliche Propagationsrichtung auf.In 7 is a schematic sectional view of a monolithic composite component shown as Frequenzverdopplerelement. The illustrated frequency doubler element can be used, for example, for the frequency conversion of incident laser light and has two prisms 1 . 2 and a plane-parallel intermediate plate 3 on, wherein the angle between an imaginary, parallel to the end faces extending plane and an imaginary, parallel to the contact surface of the plane-parallel intermediate plate 3 extending plane is configured such that a perpendicular to the end face incident laser beam in the plane-parallel intermediate plate 3 that of the wavelength of the laser beam 22 corresponding phase matching condition, and so the phase matching angle 24 between the incident beam and the optical axis 20 is determined accordingly. Consequently, the laser beam at the fundamental frequency and the converted laser beam at the changed frequency in the second prism 2 a different propagation direction.

Die Herstellung eines solchen dargestellten Frequenzverdopplerelementes kann erfindungsgemäß mit einem sehr kleinen Winkelfehler erfolgen. Wobei der Winkel zwischen einer gedachten, parallel zu den Stirnflächen verlaufenden Ebene und einer gedachten, parallel zu den Kontaktflächen der planparallelen Zwischenplatte 3 verlaufenden Ebene exakt eingestellt werden kann.The production of such a frequency doubler element shown can be carried out according to the invention with a very small angle error. Wherein the angle between an imaginary, parallel to the faces extending plane and an imaginary, parallel to the contact surfaces of the plane-parallel intermediate plate 3 extending level can be set exactly.

8 zeigt einen schematischen Aufbau einer Reihenschaltung von monolithischen Kompositbauteilen in einer Schnittansicht, wobei die einzelnen monolithischen Kompositbauteile 25 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, so dass deren Stirnflächen einen nur einen sehr kleinen Winkelfehler aufweisen. Diese Kompositbauteile 25 werden nun ihrerseits an ein Kristallelement 26 optisch angesprengt. 8th shows a schematic structure of a series connection of monolithic composite components in a sectional view, wherein the individual monolithic composite components 25 according to an embodiment of the present invention, so that their end faces have only a very small angular error. These composite components 25 become in turn to a crystal element 26 optically sprinkled.

Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen und die Betonung der Unabhängigkeit der einzelnen Merkmale voneinander wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.For purposes of the original disclosure, it is to be understood that all such features as will become apparent to those skilled in the art from the present description, drawings and dependent claims, even though they have been specifically described only in connection with certain further features, both individually and can be combined in any combination with other features or feature groups disclosed herein, unless this has been expressly excluded or technical conditions make such combinations impossible or pointless. On the comprehensive, explicit representation of all conceivable combinations of features and the emphasis on the independence of the individual characteristics of each other is omitted here only for the sake of brevity and readability of the description.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Prismaprism
22: Prismaprism
33: planparallele Zwischenplatteplane parallel intermediate plate
44: Stirnflächeface
55: Stirnflächeface
66: Kontaktflächecontact area
77: Kontaktflächecontact area
8a8a: planparallele Platteplane parallel plate
8b8b: Prismaprism
9a9a: planparallele Platteplane parallel plate
9b9b: Prismaprism
1010: Schnittwinkelcutting angle
1111: Führungslinieleader
11a11a: Führungslinieleader
1212: Führungsrichtungguide direction
12a12a: Führungsrichtungguide direction
1313: Führungslinieleader
1414: Führungsrichtungguide direction
1515: Schnittwinkel βCutting angle β
1616: Dielektrische BeschichtungDielectric coating
1717: unpolarisierter einfallender Strahlunpolarized incident beam
1818: ordentlich polarisierter Strahlneatly polarized beam
1919: außerordentlich polarisierter Strahlextraordinarily polarized beam
2020: optische Achse (c-Achse)optical axis (c-axis)
2121: Winkel γAngle γ
2222: einfallender Laserstrahlincident laser beam
2323: ausfallender Laserstrahlfailing laser beam
2424: Phasenanpassungswinkel δPhase matching angle δ
2525: Polarisatorpolarizer
2626: Kristallelementcrystal element

Claims

A method for producing monolithic composite components, comprising the steps of: providing a first element ( 8a ) of a first material having a substantially planar contact surface ( 6 ); Wringing a second element ( 9a ) of a second material having a substantially planar contact surface ( 7 ) to the flat contact surface ( 6 ) of the first element to form a sandwich structure; characterized by, cutting out a composite component having two substantially parallel end faces ( 4 . 5 ) of the sandwich structure, wherein an imaginary, parallel to an end face ( 4 . 5 ) plane, with an imaginary, parallel to the contact surface ( 6 ) extending plane includes an angle α, where 0 ° <α <90 ° applies.

Method according to claim 1, characterized in that the one substantially flat contact surface ( 6 ) of the first element is coated.

Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that the first element is an intermediate plate ( 3 ) with two substantially flat opposite contact surfaces ( 6 . 7 ) and the method further comprises the step of wringing a third element ( 8a ) of a third material having a substantially planar contact surface ( 6 ) to the second element opposite contact surface ( 7 ) of the first intermediate plate ( 3 ).

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first element is an intermediate plate ( 3 ) with two substantially flat opposite contact surfaces ( 6 . 7 ) and has at least one through hole extending from a contact surface ( 6 ) to the other contact surface ( 7 ) and wringing a third element ( 8a ) of a third material having a substantially planar contact surface ( 6 ) to the second element ( 9a ) opposite contact surface ( 7 ) of the intermediate plate ( 3 ), so that the through-hole from both sides of the first and second elements ( 8a . 9a ) is covered.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that as at least one of the elements ( 8a . 9a . 3 ) a composite component produced according to one of claims 1 to 4 is used.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the contact surfaces ( 6 . 7 ) of the elements adjacent surfaces, preferably by means of low temperature adhesive, wax or glued mechanical protective materials.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the end faces ( 4 . 5 ) of the composite component are polished and / or ground and / or coated.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the parallelism error of the end faces ( 4 . 5 ) of the composite component is lower than 30 seconds of arc.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the elements are made of glass, ceramic, plastic or a crystal.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that for the first element, a material having a first refractive index and for the second element, a material having a second refractive index is selected, wherein the first and the second refractive index differ.

Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the elements of Crystals are made with non-linear optical properties.

Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the angle between the imaginary, parallel to the at least one contact surface extending plane and an imaginary, parallel to the end faces of the composite component extending plane and the materials of the elements of the sandwich structure are chosen so in that an incident unpolarized electromagnetic wave at the contact surface is split into a reflecting and a transmitting electromagnetic wave, the phase velocity direction vectors of which are perpendicular to each other, the reflected electromagnetic wave is polarized perpendicular to the plane of incidence, and the transmitted electromagnetic wave is perpendicular to the reflected electromagnetic wave Wave is polarized.

Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the angle between the imaginary, parallel to the at least one contact surface extending plane and an imaginary, parallel to the end faces of the composite component extending plane and the materials of the elements of the sandwich structure are chosen so that a predetermined unpolarized electromagnetic wave is divided by the interactions with the composite component in their differently polarized components.

Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the angle between the imaginary, parallel to the at least one contact surface ( 6 . 7 ) plane and an imaginary, parallel to the end faces ( 4 . 5 ) of the composite component, and the materials of the elements of the sandwich structure are selected so that a composite component penetrating predetermined electromagnetic wave is divided into at least two electromagnetic waves.

Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that the angle between the at least one contact surface ( 6 . 7 ) and the front sides ( 4 . 5 ) of the composite component, as well as the materials of the elements of the sandwich structure is selected so that the composite component for frequency conversion of laser sources can be used.