Beiträge von Raphael im Thema „Frage wegen Spiegelcoating“

Raphael · 22. Januar 2007

Hallo Frank,

also: Nochmal zum Mitschreiben:

Man KANN eine Chromlamelle auftragen um die Haftung der Schicht zu erhöhen. Man muss nicht.
Wer Lustig ist, kann prinzipiell jede dünne Schicht als Lamelle bezeichnen denke ich. Wie das die Leute bei Optikavod halten weiss ich nicht - habe mir deren Seite auch noch nicht durchgelesen. Aber ich hab oben geschrieben, dass Haftschichten aus Chrom bestehen (können).

Du zitiertest folgendes:
The mirrors for telescopes are mostly coated with Al and protective dielectric layers, which can in their right combination increase the reflection in ordered wide band. The SiO or SiO2 increase the reflection of Al layer till 92%, the simply dielectric lamella on 94%, double lamella on 96 % ,but the high reflection band is narrower.

Ich übersetze Dir das mal einigermassen frei:
Spiegel für Teleskope sind meistens mit Aluminium und einer dielektrischen Schutzschicht beschichtet - diese kann (in richtiger Anwendung) die Reflektion in einem weiten Spektralbereich erhöhen. Das SiO oder SiO2 erhöht die Reflektion der Aluminiumschicht auf 92%, eine einfache dielektrische Schicht auf 94%, eine Doppelte auf 96%. In diesem Fall ist aber der hochreflektierende Spektralbereich enger.

So, und wo steht da jetzt was von Haftschicht? Wo was von dielektrischen Spiegelschichten und worin unterscheidet sich das Ganze zu meinem oben geschriebenen?

Anmerkung:
Diese Angeben auf der Seite sind rein theoretische Werte und werden in der Praxis sicher nicht erreicht.
Bevor es Fragen gibt: Aluminium pur hat optimaler Weise 88% Reflektion. SiO2 hat an der einen Seite ca. 3,8% (Näherungsweise 4%). Dadurch ergibt sich 88%+4%=92%. Etwas schwieriger wird es, wenn man sich das mit zwei Schutzschichten vorstellt. Aber auch in dem Fall kommt man genau auf die 96%. Das ist genau die Schicht die ich unter Aluminiumspiegel 2) beschrieben habe. Der Aufbau ist dann, wie dort schon geschrieben: Glas --> Al --> SiO2 --> TiO3 --> Luft
Alles Klar? *Frank anschau*

Ob man nun die maximal theoretisch möglichen 92% oder einen etwas geringeren Wert angibt ist Einstellungs- und bedingt auch eine Sicherheitsfrage. Ich würde mich dazu entscheiden, dem Kunden 88% zu garantieren. Genau das ist es auch, was Befort, Tafelmeier, POG und wie sie alle heissen machen. Denn diese Firmen beschichten für die Industrie. Und wenn da nur bei einem Teil eine Spezifikation nicht eingehalten wird geht der komplette Auftrag zurück - auch wenn erst nach Wochen nachgemessen wird. Hobbyisten scheinen sich da leicht von Zahlen ablenken zu lassen. Also, bei einer Standard-Al-Schicht ist alles zwischen 88% und 92% mittlere Reflektion im VIS drinnen. Wenn ich so drüber nachdenke wird mir schon klar, weshalb es im Astro-Hobby-Bereich riesige Planspiegel mit >99% Reflex für 150 Euro oder so gibt *bissi in mich rein lach*

Aber nun nochmal zurück zu Dir, Frank
Vielleicht kannst Du mit folgendem Beispiel was anfangen:
Es geht diesmal um Menschen.
Es gibt Männlein und Weiblein. (Aluspiegel und dielektrische Spiegel)
Beide leben auf dieser Welt und haben es sich zur Aufgabe gemacht sich fortzupflanzen (Beide befinden sich auf Glasträgern und sollen Licht reflektieren)
Dann gibt es noch weitere Unterschiede, ausser Männlein und Weiblein - z.B. die einen sind schwerer, die anderen sind leichter und haben deshalb eine verschieden starke Bodenhaftung (Die eine Schicht haftet besser, die andere weniger stark)
Wie leistungsfähig ein einzelner Mensch nun ist, hängt von vielen Faktoren ab - z.B. von seinen Anlagen, die er von seinen Eltern geerbt hat (Wie hoch die Reflektion ist hängt von den Möglichkeiten und Fähigkeiten des Beschichters ab)
Ferner kommt es drauf an wie gut man ernährt wird (Wie gut der Spiegel poliert ist, wie sauber er vor dem beschichten war usw)

Ich könnte mir noch vieles einfallen lassen. Aber ehrlich: Ich hab keine Lust mehr.
Alle hier besprochenen Schichten sind für den astronomischen Einsatz mehr oder weniger wichtig. Man könnte auch noch Goldspiegel und Rhodiumspiegel behandeln. Ebenso Chrom und Platin. Aber das wird dann schon sehr exotisch. Trotzdem sind das alles Spiegel die in der Astronomie verwendet werden. Also es sind prinzipiell ALLE Spiegelschichten oben von Interesse. Wenn Du Deine Bildung gerne auf Al ohne Schutzschicht beschränkst kann ich Dir nicht helfen. Und ob eine Schicht erstrebenswert ist oder nicht würde ich doch gerne dem Anwender überlassen.

Leicht angesäuerte Grüße,
Raphael

Raphael · 21. Januar 2007

Frank,

NEIN[}:)]

.oO(Weshalb schreib ich mir oben eigentlich die Finger wund? - Vielleicht habe ich zu wenige ! benutzt um alle Deine ? zu kompensieren)

Raphael · 21. Januar 2007

Hallo zusammen,

hier möchte ich meinen verlohren gegangenen Beitrag rekonstruieren und dabei gleich versuchen das Ganze noch etwas übersichtlicher aufzubauen.

Also, im Folgenden eine kleine Auflistung der verschiedenen Verspiegelungsarten. Es besteht natürlich kein Anspruch auf Vollständigkeit.

<ul><li>Silberspiegel
1) Chemisch versilbern:
Mögliche Handelsbezeichnungen:
Keine bekannt
Möglicher Schichtaufbau:
Glas --> mehrere 1/100 mm Ag --> Luft
Nötiges Arbeitsgerät:
Chemikalien und ein paar Wannen oder Schüsseln
Bezugsquelle:
Kann selbst hergestellt werden
Reflektionsvermögen:
ca. 95% bei neuen Schichten, dann absinkend auf ca. 70% nach mehreren Monaten oder Jahren - je nach Pflege und Lagerbedingungen. Geeignet für VIS bis FIR
Resistenz:
Resistent gegen Wasser, Ethanol, Aceton, Isopropanol; Bedingt resistent gegen Laugen und Säuren; Kratzempfindlich
Neuverspiegelung:
Mehrfaches Ablösen kein Problem. Neuverspiegelung nach ca. 1/2 - 1 Jahr nötig
Preis:
Sehr preiswert durch eigene Herstellung; Beliebt bei Amateur-Teleskopspiegeln, vor Allem zur Prüfung der Optik am Stern bevor eine haltbarere Schicht aufgebracht wird. Heute weniger genutzt - vor wenigen Jahrzehnten Standard im ATM-Bereich. Anwendung bei Innen-Verspiegelung von Hohlkörpern wie z.B. Weihnachtskugeln.
Sonstiges:
Das Aufbringen einer Schutzschicht mit optischer Qualität ist nicht möglich

2) Bedampfen:
Anmerkung: Aufgedampfte Silberspiegel ohne Schutzschicht haben im Wesentlichen die selben Eigenschaften wie unter 1) beschrieben, weisen aber eine höhere Gleichmäßigkeit und eine etwas höhere Haftfestigkeit auf. Einsatz finden solche Spiegel nur im Sondergerätebau für ganz bestimmte Wellenlängenbereiche wie sehr tiefes UV und IR.

Mögliche Handelsbezeichnungen:
Vorderflächen-Silberspiegel; Geschützter Silberspiegel o.Ä.
Möglicher Schichtaufbau:
Glas --> Ag --> SiO2 --> Luft
Glas --> Ag --> SiO2 --> MgF2 --> Luft
Glas --> Ag --> SiO2 --> TiO3 --> Luft
Nötiges Arbeitsgerät:
Hochvakuumanlage mit thermischem Verdampfer - möglichst mit Elektronenstrahl-Verdampfer
Bezugsquelle:
Spezielle Beschichtungsfirmen (Dünnschichttechnik)
Reflektionsvermögen:
ca. 98% Geeignet für VIS (Je nach Schutzschicht auch für andere Wellenlängenbereiche)
Resistenz:
Resistent gegen Wasser, Ethanol, Aceton, Isopropanol; bedingt resistent gegen Laugen und Säuren; Abriebfest; weitestgehend resistent gegen Wechselklima
Neuverspiegelung:
Ablösen möglich, aber schwierig. Haltbarkeit: Mehrere Jahre
Preis:
Preiswert, aber deutlich empfindlicher als Al-Spiegel. Ca. 30-50% teurer als Standard-Aluminium Spiegel. Gut geeignet für geschlossene Geräte wie z.B. Showlaseranlagen und in der Beleuchtungstechnik. Bedingt geeignet für Umlenkspiegel.
Sonstiges:
Sehr gute Spiegel wenn die Abriebfestigkeit zweitrangig und ein hoher Reflektionsgrad gefordert ist. Wenig Polarisationsabhänging
</li>

<li>Aluminumspiegel
Anmerkung: Al-Spiegel ohne Schutzschicht werden hier nicht behandelt weil meiner Meinung nach für Amateurspiegel witzlos. Diese Spiegel sind zu empfindlich und werden selbst in der Industrie praktisch nicht eingesetzt.

1) Standard:
Anmerkung: Hier gibt es, wie bei allen anderen Schichten auch, geringe Abweichungen zwischen den einzelnen Herstellern was den Schichtaufbau betrifft. Diese geringen Abweichungen können enormen Einfluss auf die Haltbarkeit der Spiegelschicht haben.

Mögliche Handelsbezeichnungen:
Aluminium Standard; 88% Reflektion; Aluminium mit Schutzschicht; Aluminium mit SiO2 Schutzschicht; Aluminium mit Quarz-Schutzschicht
Möglicher Schichtaufbau:
Glas --> Al --> SiO2 ("beliebige" Dicke) --> Luft
Glas --> Al --> SiO2 (Lambda/2) --> Luft
Glas --> Cr --> SiO2 --> Al --> SiO2 --> Luft
Nötiges Arbeitsgerät:
Hochvakuumanlage mit thermischem Verdampfer - möglichst mit Elektronenstrahl-Verdampfer
Bezugsquelle:
Spezielle Beschichtungsfirmen (Dünnschichttechnik)
Reflektionsvermögen:
ca. 88% Geeignet für VIS (Je nach Schutzschicht auch für andere Wellenlängenbereiche)
Resistenz:
Resistent gegen Wasser, Ethanol, Aceton, Isopropanol; bedingt resistent gegen Laugen und Säuren; Abriebfest; resistent gegen Wechselklima
Neuverspiegelung:
mehrfaches Ablösen möglich, rel. einfach. Haltbarkeit: Mehrere Jahre bis Jahrzehnte
Preis:
Preiswert, lange haltbar und leicht zu reinigen. Geeignet auch für offene Systeme. Hauptspiegel, Fangspiegel, Umlenkspiegel
Sonstiges:

2) Reflektionserhöht:
Anmerkung: Hier gibt es, wie bei allen anderen Schichten auch, geringe Abweichungen zwischen den einzelnen Herstellern was den Schichtaufbau betrifft. Diese geringen Abweichungen können enormen Einfluss auf die Haltbarkeit der Spiegelschicht haben.

Mögliche Handelsbezeichnungen:
Premium, Hilux, Enhanced Aluminium, Forciert Aluminium ...
Möglicher Schichtaufbau:
Glas --> Al --> SiO2 --> TiO3 --> Luft
Glas --> Cr --> SiO2 --> Al --> SiO2 --> TiO3 --> Luft
Nötiges Arbeitsgerät:
Hochvakuumanlage mit thermischem Verdampfer und Elektronenstrahl-Verdampfer
Bezugsquelle:
Spezielle Beschichtungsfirmen (Dünnschichttechnik)
Reflektionsvermögen:
90 - 95%, je nach genauem Schichtaufbau und Wellenlängenbereich. Geeignet für VIS (Je nach Schutzschicht auch für andere Wellenlängenbereiche); Meist leicht farbstichig (leichter Abfall um bis zu 5% der Reflektion im violetten und tiefroten Bereich); Reflektionsvermögel leicht Winkelabhänging - kaum Polatisationsabhängig.
Resistenz:
Resistent gegen Wasser, Ethanol, Aceton, Isopropanol; bedingt resistent gegen Laugen und Säuren; Abriebfest; resistent gegen Wechselklima
Neuverspiegelung:
mehrfaches Ablösen möglich, aber nur schwierig. Haltbarkeit: bis zu Jahrzehnten
Preis:
Etwas teurer als 1) (Standardspiegel), lange haltbar und leicht zu reinigen. Geeignet auch für offene Systeme. Bedingt für Hauptspiegel, Fangspiegel, Umlenkspiegel
Sonstiges:
Manchmal werden auch diese Spiegel als dielektrisch bezeichnet. Ich halte das zumindest für nicht ganz richtig, da der wesentliche Anteil der Reflektion doch von der metallischen Al-Schicht kommt.
</li>

<li>Dielektrische Spiegel
Anmerkung: Dielektrische Spiegel bestehen ausschließlich aus nicht leitenden Materialien. Meist handelt es sich um Metalloxiede. Dazu werden abwechselnd Materialien mit hoher und niedriger Brechzahl aufgetragen. Durch Teilreflektion an den Grenzschichten und Interferenzerscheinungen zwischen den teilreflektierten Strahlen kann eine sehr hohe Reflektion für bestimmte Wellenlängen hergestellt werden. Für eine Wellenlänge ist dies relativ einfach und man erreicht schon mit wenigen Schichtpaaren (3-4 Paare --> 6-8 Schichten) einen Reflektionsgrad der metallische Spiegelschichten übertrifft. Aus diesem Grund können diese Spiegel rel. preiswert hergestellt werden. Folglich werden diese Spiegel sehr gerne für Laseranwendungen eingesetzt.
Will man einen hohen Reflektionsgrad für das komplette VIS erreichen, so wird der Schichtaufbau schnell sehr kompliziert und man landet bei mehreren dutzend Schichten. Auch die einzuhaltenden Toleranzen werden schnell enger. Folgerichtig sind rein dielektrische Schichten für den kompletten VIS Bereich sehr teuer. In bestimmten Fällen kann der Einsatz dieser Spiegel aber dennoch sinnvoll sein.

Mögliche Handelsbezeichnungen:
Dielektrische Spiegelschicht; 99% Reflektion
Möglicher Schichtaufbau:
Mehrere Paare mit hoch- und niedrig brechenden Materialien
Nötiges Arbeitsgerät:
Hochvakuumanlage mit Elektronenstrahl-Verdampfer und möglichst mit Ionenquelle
Bezugsquelle:
Spezialisierte Beschichtungsfirmen (Dünnschichttechnik)
Reflektionsvermögen:
ca. 98% bis 99% für VIS (bei gerade noch bezahlbarem Aufwand); für einzelne Wellenlängen auch >99,8%
Resistenz:
Resistent gegen Wasser, Ethanol, Aceton, Isopropanol; bedingt resistent gegen Laugen und Säuren; sehr Abriebfest; resistent gegen Wechselklima
Neuverspiegelung:
Ein Ablösen ist nicht ohne Schäden am Glas möglich, die Haltbarkeit beträgt mehrere Jahrzehnte
Preis / Reflektion:
Sehr teuer. Eine Charge in einer mittleren Anlage (Ca. 30 cm) ca. 5500 Euro
Sonstiges:
Anwendung maximal für Fangspiegel und Umlenkspiegel sinnvoll. Man muss zwischen rechnerischer und praktischer Reflektion unterscheiden, da schon geringste Produktionsfehler den Wirkungsgrad stark herabsetzen. Auch die Art der Politur muss auf die Schicht abgestimmt sein um ein optimales Ergebnis zu erzielen.
</li>

<li>Sonstige</li></ul>

Begrifflichkeiten:
<ul>
<li>Lamelle:
Darunter wird eine dünne Haft- oder Isolationsschicht verstanden. Diese kann, muss aber nicht, nötog sein. Manchmal wird bei Al-Spiegeln eine Chrom-Lamelle auf das Glas aufgebracht um die Haftfähigkeit der Schicht auf dem Substrat zu erhöhen. Da sich der Schichtaufbau damit um mindestens zwei Schichten (Man benötigt noch eine SiO2 Isolationsschicht) erweitert sind solche Schichten meist teurer als ohne Lamelle</li>

<li>Reaktiv Aufdampfen:
Diese Technik kann bei Gas-Verbindungen angewendet werden. Darunter fallen z.B. Oxide und Nitriede. Während z.B. Silizium verdampft wird befindet sich spurenweise Sauerstoff in der Vakuumkammer. Auf dem Weg von der Verdampferquelle zum Substrat reagiert das Si mit dem O und schlägt sich dort als SiO2 nieder. Durch diese Technik kann die Qualität der Schicht gegenüber dem direkten verdampfen des benötigten Materials bei machen Materialien erhöht werden</li>

<li>Glimmen:
Beim Glimmen wird eine Elektrode mit Wechsel- oder Gleichspannung beaufschlagt während in der Vakuumkamer ein Druck von etwa 1E-3 Bar herrscht. Dadurch wird das enthaltene Gas ionisiert und auf das Substrat beschleunigt. Durch diesen Effekt wird das Substrat von anhaftenden Gasresten - v.A. Wasserdampf - befreit. Gleichzeitig wird die Oberfläche minimal aufgerauht und die Haftung der Schicht erhöht. Diese "Aufrauhung" hat aber keinen Einfluss auf die optische Qualität des Spiegels</li></ul>

So, ich hoffe mal für ein wenig Klarheit gesorgt zu haben. Sollte mir noch was einfallen, werde ich das hier einfach ergenzen.

Viele Grüße,
Raphael