Optiken und Systeme zur Transformation von Laserstahlprofilen

Viele Laseranwendungen nutzen kollimierte gaußförmige Strahlprofile, welche im Hinblick auf die Verteilung ihrer Intensität Schwächen aufweisen. Mit wachsenden technischen Möglichkeiten, wachsen allerdings auch die Anforderungen an das Strahlprofil eines Lasers. Dazu zählen z.B. eine homogene Intensitätsverteilung über den gesamten Strahldurchmesser für eine optimale Ausleuchtung, z.B. in der Biologie oder der Messtechnik. Im Bereich der Materialbearbeitung bedarf es dagegen beispielsweise spezieller Strahlprofile im Fokus, sogenannte Top-Hats, für einen optimalen Wärmeeintrag in das Material, sowie verbesserte Prozessgeschwindigkeiten. Die unkomplizierte Transformation eines kollimierten Gaußschen Laserstrahls mittels Strahlformer in (fokussierte) Top-Hat Profile trägt zur verbesserten Wirtschaftlichkeit in verschiedenen Prozessen bei und erhöht die Effektivität in der jeweiligen Anwendung.

Größter Vorteil von Top-Hat Verteilungen ist die homogene Intensitätsverteilung innerhalb des gesamten Strahldurchmessers. Anwendung finden Top-Hat Strahlformungssysteme deshalb z.B. in der laserbasierten Weitfeld- oder Fluoreszenzmikroskopie. Durch eine gleichmäßige Aufweitung bzw. Formung des Laserstahls ohne Intensitätsverlust an den Rändern, kann eine Mikroskop Probe homogen ausgeleuchtet und darauf befindliche Atome gleichmäßig angeregt werden. Bei fokussierten Top-Hat Profilen wird die gleichmäßige Intensität in einem kleineren Strahldurchmesser ausgenutzt. Anwendung finden diese Foki z.B. in der Lasermaterialbearbeitung. Die generierten fokussierten Top-Hat-Profile erzeugen eine hohe Kantensteilheit des Laserstrahls, wodurch ein gleichmäßiger Wärmeeintrag ins Material ermöglicht wird und letztlich z.B. die Qualität von Schneidkanten optimiert werden kann. Weiteres Anwendungsbiet ist die Medizintechnik.

Der Strahlformer a|TopShape von asphericon ist ein kompaktes afokales Strahlformungssystem, das einen kollimierten Gaußstrahl in einen kollimierten Top-Hat Strahl mit homogener Intensitätsverteilung umwandelt. Zur Erzeugung fokussierter Top-Hat-Profile haben wir ein weiteres Strahlformungssystem entwickelt: den a|AiryShape. Dieser erzeugt aus einem kollimierten Gaußstrahl ein fokussiertes Top-Hat-Profil, basierend auf der Beugungstheorie und der Fourier-Transformation. Basis für die leistungsstarken Strahlformer bilden qualitativ hochwertige Asphären. Sie sorgen für beste Abbildungseigenschaften und reduzieren die bei sphärischen Linsen auftretende sphärische Aberration auf ein Minimum. Der Spektralbereich unserer Strahlformer vreicht von 300 nm bis 1600 nm und ermöglicht viele Anwendungen in den Gebieten der Lasermaterialbearbeitung, der Messtechnik und der Mikroskopie. Die Größe der Eingangs- und Ausgangsstrahlen ist frei skalierbar. Die effektive Nutzung der angepassten Intensitätsverteilung des Laserstrahls wird stetig verbessert, so geht der Trend hin zur dynamischen Anpassung des Laserstrahls an den vorliegenden Prozess, ermöglicht durch flexible Strahlformung.

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Strahlformung
a|TopShape
a|TopShape
a|TopShape x
a|TopShape

Der a|TopShape ist ein innovativer Strahlformer, der kollimierte Gaußstrahlen in kollimierte Top-Hat Strahlen umwandelt.

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a|AiryShape
a|AiryShape
a|AiryShape x
a|AiryShape

Der a|AiryShape ermöglicht in Kombination mit einer Fokussierlinse die Umwandlung von kollimierten Gaußstrahlen in verschiedene fokussierte Strahlprofile (z.B. Top-Hat, Donut).  Dank seiner kompakten Bauweise lässt er sich problemlos in bestehende Set-ups integrieren.

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