Zeitaufgelöste Analyse der Brechungsindexentwicklung und Diffraktionseigenschaften bei der Einphotonen-Polymerisation von Photopolymeren

Die Fotopolymerisation ermöglicht die Herstellung mikrooptischer Elemente, wie beispielsweise diffraktiver optischer Elemente oder Gradientenindex-Optiken. Dieses Verfahren nutzt die gezielte räumliche Modulation des Brechungsindex, welche mittels additiver Fertigung realisiert wird. Dabgei ist ein tiefgreifendes Verständnis der dynamischen Prozesse während der Aushärtung essenziell, um die optische Funktion des präzise vorhersagen zu können. Diese Arbeit untersucht die Reaktionskinetik und die daraus resultierenden optischen Eigenschaften eines Photopolymers unter UV-Belichtung mittels eines DLP-Projektionssystems. Der Ansatz kombiniert hierbei zwei Messmethoden: Zum einen wird die absolute Brechungsindexänderung zeitaufgelöst an der Grenzfläche eines Prismas bestimmt. Zum anderen wird die Ausbildung eines Phasengitters im Volumen des Polymers in Echtzeit durch die Analyse der Beugungsordnungen eines kohärenten Abtastlasers erfasst. Die Ergebnisse zeigen einen charakteristischen sigmoidalen Verlauf der Brechungsindexänderung, welcher die Phasen der Polymerisation – Sauerstoffinhibierung, Selbstbeschleunigung und Verglasung – widerspiegelt. Die Analyse der Beugungsmuster offenbart komplexe Intensitätsverläufe und Substrukturen innerhalb der Beugungsordnungen. Diese konnten experimentell sowie durch Simulationen auf die diskrete Pixelstruktur des DLP-Projektors und die vorhandenen Totzonen zwischen den Mikrospiegeln zurückgeführt werden. Weiterhin reproduziert das auf Basis der Fourier-Optik entwickelte Simulationsmodell die experimentellen Beugungsmuster und bestätigt die Hypothese, dass Streulicht und Radikaldiffusion zu einer zeitverzögerten Polymerisation in den theoretisch unbelichteten Bereichen führen. Dies resultiert in einer Reduktion des Brechungsindexkontrasts. 50 ive Fertigung und Materialbearbeitung Tobias Biermann D O N N E R S T A G