Planarer wassergekühlter reflektierender Kupferspiegel

Planarer wassergekühlter reflektierender Kupferspiegel

Der planare, wassergekühlte, reflektierende Kupferspiegel ist ein optisches Element, das nach dem Prinzip der Lichtreflexion arbeitet. Er lenkt den einfallenden Laserstrahl in verschiedene Richtungen um und ermöglicht so die Strahlführung und -fokussierung. Die integrierte Wasserkühlung erlaubt den Betrieb mit hoher Leistung, verlängert die Lebensdauer des Spiegels, reduziert die Austauschhäufigkeit und senkt die Wartungskosten. Dadurch eignet er sich für Laseranwendungen im Kilowattbereich und darüber hinaus.

Material & Prozess

Der Spiegel besteht aus einem Kupfersubstrat mit einer Wärmeleitfähigkeit von über 400 W/(m·K), das die durch die Laserbestrahlung erzeugte Wärme schnell abführt. Zusammen mit dem Wasserkühlsystem gewährleistet dies einen thermischen Ausgleich und verhindert Oberflächenverformungen oder Beschädigungen der Beschichtung. Einige Ausführungen verwenden ein Substrat aus einer Nickel-Kupfer-Legierung (NiCu), um die mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.

Die optische Oberfläche wird durch Diamantdrehen oder Präzisionsläppen bearbeitet, wodurch eine Oberflächenrauheit von λ/4 PV (bei 633 nm) und eine Oberflächenqualität von 20/10 (Kratz-/Grabenrauheit) erreicht wird. Dies gewährleistet die Phasenstabilität des reflektierten Strahls und die Kompatibilität mit den Anforderungen an die Strahlsteuerung sowohl für Faser- als auch für Festkörperlaser. Auf das polierte Substrat wird eine Hartgoldbeschichtung (typischerweise 0,1–1 μm dick) aufgebracht, die eine Reflektivität von Ravg >99,5 % (bei 10,6 μm) und eine verbesserte Kratzfestigkeit bietet.

Verbesserte metallische Reflexionsbeschichtung, Reflexionsgrad >99,5 % bei 10,6 μm

(Hinweis: Die X-Achse stellt die Wellenlänge in Mikrometern dar, die Y-Achse den Reflexionsgrad in Prozent.)

Wasserkühlungsdesign

Im Spiegelkörper sind Kühlkanäle integriert. Zirkulierendes Wasser oder ein spezielles Kühlmittel führt die Wärme ab und erhöht die Laserleistungskapazität auf 20–40 kW. Ausgewählte Modelle verfügen über separate Kühlkreisläufe für die Spiegelfläche und die Montagebasis, was das Wärmemanagement weiter verbessert und den Dauerbetrieb auf Hunderte von Stunden und mehr verlängert.

Anwendungen

Dieser Spiegel eignet sich für Faserlaser (1–40 kW) und CO₂-Laser, die im Wellenlängenbereich von 10,6 μm und im nahen Infrarot arbeiten, und erfüllt die Anforderungen für die effiziente und stabile Bearbeitung von Edelstahl, Aluminiumlegierungen und anderen Werkstoffen. Er findet breite Anwendung beim Laserschweißen, der additiven Fertigung, der Oberflächenmodifizierung durch Laserhärten, dem Laserkantenveredeln, der Lasererwärmung und verwandten Verfahren.

Parameter