Spiegelmaterialien

Spiegelmaterialien sind die Materialien, aus denen optische Spiegel hergestellt werden. Sie lassen sich grob in metallische Spiegel und dielektrische Spiegel unterteilen. Die Auswahl hängt von der angestrebten Wellenlänge, der Leistungsdichte, der Umwelt und der Stabilität der Optik ab.

Metallische Spiegel verwenden häufig ein Substrat wie Glas, Quarz oder Silizium, das mit einer reflektierenden Metallschicht beschichtet wird. Übliche Metalle sind Aluminium, Silber und Gold. Aluminium bietet breite Reflexion im ultravioletten bis nahen Infrarot; Silber weist hohe Reflexivität im sichtbaren Spektrum auf, neigt jedoch zur Anlaufung. Gold reflektiert überwiegend im mittleren bis infraroten Bereich. Metallspiegel sind robust und einfach herzustellen, erreichen aber oft niedrigere Reflexivität und größere Verluste als dielektrische Spiegel und benötigen Schutzschichten gegen Oxidation.

Dielektrische Spiegel bestehen aus mehreren Schichten abwechselnder hoch- und niederbrechender Materialien, typischerweise Schichtpaare aus SiO2 (niedrigbrechend) und Ta2O5 oder TiO2 (hochbrechend). Durch Interferenz ergeben sie hohe Reflexivität für eine spezifische Wellenlänge oder ein Band. Reflexionsgrade von 99,9% bis über 99,999% sind üblich. Vorteile sind geringe Absorption, hohe Stabilität und geringe Streuung; Nachteile sind Wellenlängenabhängigkeit und aufwändige Herstellung. Die Substrate sind oft Glas, fused silica, BK7 oder Keramiken wie Zerodur oder ULE.

Wichtige Eigenschaften von Spiegelmaterialien sind Oberflächenrauheit, Formgenauigkeit, Wellenfrontfehler, Temperaturstabilität, mechanische Festigkeit und Umweltverträglichkeit. Die Beschichtungsprozesse umfassen Verdampfen, Sputtern oder Ionensputtern, oft in Vakuumkammern mit präziser Dickensteuerung; die Coatings können zusätzlich gegen Umwelteinflüsse geschützt werden.

Anwendungsbereiche umfassen astronomische Teleskope, Lasersysteme, interferometrische Mess- und Sensorik sowie Präzisionsoptiken in Forschung und Industrie. In der Hochleistungslasertechnik werden Dielektrikspiegel wegen ihres hohen Reflektionsgrades bevorzugt; Gravitationswellen-Detektoren verwenden speziell beschichtete Spiegel mit extrem niedrigem Verlust.