Auslegungsmethodik für Kunststoffoptiken in Laseranwendungen

Aufgrund steigendem Kostendruck im Bereich der Lasermaterialbearbeitung gibt es zunehmend Bestrebungen, Glasoptiken durch Kunststoffoptiken zu ersetzen. So bieten Kunststoffoptiken neben erhöhten Designfreiheitsgraden und einer Gewichtsreduktion die Möglichkeit der kostengünstigen Herstellung mittels Spritzguss. Allerdings treten aufgrund größerer Absorption bei Kunststoffoptiken im Vergleich zu Glas größere thermische Effekte auf. Hierdurch sind aktuell die Einsatzmöglichkeiten von Kunststoffoptiken auf geringe Laserleistungen (<1W) beschränkt. Eine gezielte Kompensation der auftretenden thermooptischen Effekte ist mit einer betriebspunktgenauen Auslegung der Optik während des Designprozesses möglich. In diesem Beitrag präsentieren wir einen neuartigen Ansatz zur Optimierung der Form von Kunststoffoptiken. Hierzu findet eine Kopplung zwischen optischem Ray Tracing und Finite-Elemente-Methode (FEM)-Simulationen statt. Eine Validierung des Ansatzes erfolgt am Beispiel einer plankonvexen Sammellinse.