Laserstrahlaufweitung
Linsensysteme zur Aufweitung und Verkleinerung von Laserstahlen
Über das optisch basierte Verfahren der Strahlaufweitung ist es möglich, den Durchmesser eines Laser- oder Lichtstrahls zu verkleinern oder zu vergrößern. Die Basis für die optimale Anpassung eines Strahlquerschnittes bilden qualitativ hochwertige Optiken, wie z.B. asphärische Linsenoberflächen. Die resultierende Effektivitäts- und Nutzungssteigerung des vorliegenden optischen Aufbaus wird hauptsächlich zur Erhöhung der Leistungsdichte im Fokuspunkt und zur Strahlführung über lange optische Wegstrecken genutzt. Final erzeugt ein Licht- oder Laserstrahl durch Strahlaufweitung somit die bessere Ausleuchtung einer optisch wirksamen Fläche. Vor allem in Bereichen der Forschung und Entwicklung, im Labor oder der (Laser-) Materialbearbeitung kommen optische Systeme zur Strahlaufweitung zum Einsatz.
Funktionsprinzip klassischer Beam Expander
Klassische Strahlaufweitungsysteme, wie z.B. Beam Expander, nutzen zwei sphärische Linsen zur Aufweitung des Strahlquerschnitts. Diese konventionellen Systeme sind für eine feste Vergrößerung ausgelegt und zudem durch sphärische Aberrationen gekennzeichnet. Eine Erhöhung der Vergrößerungsflexibilität kann durch den Einsatz eines weiteren optischen Elements erzielt werden. Im einfachsten Fall besteht das neue System aus drei Einzellinsen (Sammellinse-Zerstreuungslinse-Sammellinse). Zur Veränderung der Strahlaufweitung müssen zwei Linsen in ihrer Position variiert werden, bei zeitgleich fest positionierter dritter Linse. Eine verbesserte Wellenfrontqualität ist durch den Einsatz asphärischer Linsen oder chromatischer Doublets realisierbar. Die sphärischen Aberrationen werden auf ein Minimum reduziert und die Qualität der Wellenfront deutlich verbessert.
Monolithische Strahlaufweitungssysteme
Eine zweite Lösungsmöglichkeit bilden monolithische Strahlaufweitungssysteme. Ein Monolith ist ein einziges optisches Element, bestehend aus einer Meniskuslinse. Die Meniskuslinse arbeitet i.d.R. mit zwei sphärischen Flächen, die einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt aufweisen. Durch die Asphärisierung einer dieser optisch wirksamen Flächen, wie beispielsweise in asphericon’s Beam Expander, entsteht ein afokales System, mit dem sich große Eingangsstrahldurchmesser realisieren und Öffnungsfehler korrigieren lassen. Als Einzelelement betrachtet ist die Vergrößerung des monolithischen Systems relativ gering. Durch den Charakter des afokalen Systems ist es jedoch möglich, mehrere monolithische Einzelelemente „in Reihe zu schalten“, wodurch sich -in Folge der jeweiligen Vergrößerungen der einzelnen Systeme - eine hohe Variation der resultierenden Gesamtvergrößerung des Strahldurchmessers ergibt. Die hohe Anzahl der Vergrößerungsvariationen wird weiterhin durch den beliebigen Austausch der einzelnen Monolithen miteinander begünstigt. Der Vorteil: Im Vergleich zu den konventionellen Systemen wird die Baulänge bei einer monolithischen Reihenschaltung deutlich reduziert. Weiterer besonderer Vorteil: Die resultierenden Strahlen sind durch hohe Strahlstabilität und Beugungsbegrenzung gekennzeichnet, d.h., dass der Licht- oder Laserstrahl nur durch die Beugung des Lichtes begrenzt wird. Somit werden Strahlaufweiter-Systeme hohen Präzisionsanforderungen gerecht, für eine effektive und überzeugende Performance in Ihrem optischen Aufbau.
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