Spiegel mit Schaft

Einzigartiges Design minimiert bei Montage auftretende Spannungen und Deformationen

Die Halterung von flachen Spiegeln über ihre Kanten in einer kinematischen Halterung bringt Spannung auf die Spiegelfläche. Dies führt zu Deformation und reduzierter Qualität der reflektierten Wellenfront und ist besonders auffällig beim Einsatz von hochqualitativen Spiegeln. Spiegel mit Schaft werden hingegen über einen Schaft mit kleinerem Durchmesser auf der Spiegelrückseite befestigt, was zu signifikant reduzierter Spannung auf der Spiegelfläche, hoher Stabilität und Kostenreduzierung führt. Die Spiegel mit Schaft können so als alternative Lösung zu teureren und komplexeren kinematischen Halterungen und konventionellen Spiegeln eingesetzt werden.

 Was ist schlecht an konventionellen Spiegeln?

Die spezifizierte Ebenheit eines Oberflächenspiegels entspricht eventuell nicht der Ebenheit in der endgültigen Anwendung. Das Einsetzen eines Spiegels in eine Halterung und der Druck bei der Befestigung deformieren die Oberfläche und mindern die Qualität der reflektierten Wellenfront. Dies war der Fall als Ingenieure von Edmund Optics^® einen konventionellen Spiegel mit einer Ebenheit von λ/10 in eine Halterung eingesetzt haben und mit einem Drehmoment von 12 in-oz befestigt haben („handfest“). Die Ebenheit veränderte sich zu λ/5, was einer Verschlechterung um den Faktor 2 entspricht.

 Die Lösung: Spiegel mit Schaft

Spiegel mit Schaft bestehen aus monolithischen Glassubstraten, die in die charakteristische Form gebracht werden. Der gesamte Kontakt zwischen Spiegel mit Schaft und der mechanischen Halterung ist auf den Schaft begrenzt, was den Druck auf die Spiegeloberfläche deutlich verringert (Abbildung 1). Die Spiegel mit Schaft können über eine einfache kinematische Halterung mit einem hohen Grad an Stabilität und ohne erkennbaren Einfluss auf die Leistung montiert werden. Um eine vergleichbare Ebenheit zu erreichen, müssten konventionelle Spiegel in viel komplexeren und teureren kinematischen Halterungen montiert werden. Die Gesamtsumme an Kosten eines Spiegels mit Schaft und einer einfachen kinematischen Halterung ist geringer als die eines konventionellen Spiegels und einer komplexen Halterung, die benötigt wird, um eine ähnliche Ebenheit zu erreichen.

Abbildung 1: Der Spiegelschaft wird in einer kinematischen Halterung befestigt. So werden Stabilität und Ebenheit der Spiegeloberfläche entkoppelt.

Um den Grad der Aberrationen zu bestimmen, die bei einem Schaftspiegel mit λ/10 und einem konventionellen Oberflächenspiegel mit λ/10 auftreten, wurden beide Spiegel in eine identische kinematische Halterung gesetzt und mit einem bestimmten Drehmoment befestigt. Wie in Abbildung 2 erkenntlich, behielt der Spiegel mit Schaft seine Ebenheit von λ/10 bis zu einem Drehmoment von bis zu 12 in-oz („handfest“) bei, während sich die Ebenheit bei dem konventionellen Spiegel beim gleichen Drehmoment auf λ/5 verschlechterte und somit außerhalb der Spezifikationen lag. Abbildung 2 schlüsselt auch die verschiedenen optischen Aberrationen auf und zeigt, dass die Aberration mit dem meisten negativen Einfluss der Astigmatismus war, gefolgt von Power.

Abbildung 2: Spiegel mit Schaft behalten ihre Oberflächenebenheit um den Faktor 2 besser bei als konventionelle Spiegel.