Locally and temporally resolved image-based determination of the refractive index distribution during additive manufacturing of optical components - Orts- und zeitaufgelöste bildbasierte Bestimmung der Brechungsindexverteilung bei der additiven Fertigung optischer Komponenten

The refractive index represents an essential property of an optical component. It is often desirable to measure this material- and process-dependent parameter 2-dimensionally with the highest possible spatial resolution. This also applies to the case of additively manufactured optics. Such components can be realized, for example, with the aid of photopolymerization. In this process, UV radiation is used to cure a liquid polymer. It is important to note that the degree of curing and the associated refractive index depend on the irradiation properties. Thus, in addition to the material-dependent refractive index, there is also a process-dependent dependence of the refractive index. Conversely, a measurement of the 2-dimensional refractive index distribution can be used to infer the degree of curing of a sample and subsequently to define process parameters. In this paper, a possibility of spatially and temporally resolved measurement of the refractive index during and after UV cuing of polymers will be presented and discussed. The basis for this is a measurement approach based on total internal reflection. Images are obtained with the measurement setup, which contain the information of the locally present refractive index. These can be evaluated either analytically or with the help of a neural network.

Der Brechungsindex stellt eine wesentliche Eigenschaft einer optischen Komponente dar. Dabei ist es oft wünschenswert diesen material- und prozessabhängigen Parameter 2dimensional mit einer möglichst hohen Ortsauflösung zu erfassen. Dies trifft auch für den Fall additiv gefertigter Optiken zu. Solche Komponenten können z.B. mit Hilfe der Photopolymerisation realisiert werden. Dabei wird mit UV Strahlung die Aushärtung eines flüssigen Polymer ermöglicht. Wesentlich ist dabei, dass der Aushärtegrad und der damit in Zusammenhang stehende Brechungsindex von den Bestrahlungseigenschaften abhängt. Somit ergibt sich neben dem materialabhängigen Brechungsindex auch eine prozessbedingte Abhängigkeit des Brechungsindexes. Im Umkehrschluss können damit über eine Messung der 2dimensionalen Brechungsindexverteilung auf den Aushärtegrad einer Probe geschlossen und Prozessparameter definiert werden. In diesem Beitrag soll eine Möglichkeit der orts- und zeitaufgel östen Vermessung des Brechungsindexes während und nach der UV Aushärtung von Polymeren vorgestellt und diskutiert werden. Die Grundlage dafür bildet ein Messansatz basierend auf Totalreflexion. Gewonnen werden mit dem Messaufbau Bilder, welche die Information des lokal vorliegenden Brechungsindex  enthalten. Diese können entweder analytisch, oder mit Hilfe eines neuronalen Netzes ausgewertet werden.