Beam Shaping
Laserstrahlformung mit Asphären
Mit dem a|TopShape, a|AiryShape und a|SqAiryShape aus dem Laser Beam Shaping Sortiment bietet asphericon effiziente Top Hat Beam Shaper für maximale Ergebnisse in allen Laseranwendungen. Auf asphärischen Optiken basierend, ermöglichen die modularen Komponenten die unkomplizierte Transformation Gaußscher Laserstrahlen in verschiedene runde und quadratische Top-Hat Profile. Dank präzisester Fertigungstechnik überzeugen die Laserstrahlformer mit einer Strahlqualität auf höchstem Level und sind vielfältig einsetzbar.
Eingangs- und Ausgangsstrahl der Beam Shaper sind frei skalierbar. Ihr großer Spektralbereich (300 nm bis 2500 nm) ermöglicht Anwendungen in den Bereichen Messtechnik, Mikroskopie oder Materialbearbeitung. Sowohl a|TopShape (für Strahlprofile bis 300 mm, als LongDistance (LD)-Variante für bis zu 1,5 m sowie als LDX-Variante für 1,5 m und verschiebbar auf größere Arbeitsabstände) als auch a|AiryShape und a|SqAiryShape können nicht nur mit einem kollimierten Laserstrahl, sondern auch mit einer fasergekoppelten Quelle eingesetzt werden. Bei kompakten Abmessungen bieten die Beam Shaper eine herausragende optische Qualität. Dank ihres modularen Aufbaus und asphericons Montagekonzept, mit leicht zu verschraubenden Gewinden und einer großen Auswahl an Adaptern, sind die Laserstrahlformer unkompliziert und ohne weitere Justierung zu verbinden. Hinzu kommen eine einfache Handhabung sowie die leichte Integrierbarkeit in bestehende Set-ups bzw. die Kombination mit zusätzlichen Strahlaufweitungskomponenten. Die hochgenaue Montage der optischen Elemente in ihrer Fassung ermöglicht die perfekte Ausrichtung der Strahlformer innerhalb des Strahlengangs.
a|TopShape
Der a|TopShape ist ein innovativer Strahlformer, der kollimierte Gaußstrahlen in leicht vergrößerte (M ≈ 1,5) kollimierte Top-Hat Strahlen mit gleichmäßiger Intensitätsverteilung umwandelt. Er überzeugt mit seiner kompakten Bauweise und einer herausragenden optischen Qualität (Beam Uniformity < 0.1). Der Laserstrahlformer deckt einen großen Spektralbereich (320 nm - 2500 nm) ab, akzeptiert unterschiedliche Eingangsstrahldurchmesser bis zu ±10% und erzeugt ein stabiles Strahlprofil für mindestens 300 mm. Mit Hilfe der LongDistance Variante, a|TopShape LD, können sogar homogene Strahlprofile in einem Arbeitsabstand von bis zu 1,5 m erreicht werden. Mit dem neuen a|TopShape LDX, kann das Strahlprofil durch Anpassung des Eingangsstrahldurchmessers auf große Arbeitsabstände von bis zu 3 m verschoben werden.. Da der effektive Arbeitsabstand bei einer nachfolgenden Reduzierung der Strahlgröße abnimmt, eignen sich a|TopShape LD und LDX besonders für Anwendungen, die kleinere Strahldurchmesser erfordern. Für Anwendungen mit geringeren Homogenitäts-Anforderungen an das Strahlprofil, sind noch größere Arbeitsabstände realisierbar (siehe dazu Abschnitt Flexibilität).
- Ausgezeichnete optische Qualität (Beam Uniformity bis zu 0,05) ohne Leistungsverluste
- Großer Spektralbereich (320 nm bis 2500 nm) und geeignet für Multi-Wellenlängen-Anwendungen
- Propagationsläge/Propagation depth (bei Beam Uniformity < 0,1):
- a|TopShape mindestens 300 mm
- a|TopShape LD bis zu 1,5 m
- a|TopShape LDX mindestens 1,5 m, verschiebbar auf größere Arbeitsabstände bis mind. 3 m
- Eingangsstrahldurchmesser:
- @ 1/e2 = 10 mm (± 10%) für a|TopShape & a|TopShape LD
- @ 1/e2 = 10,0 - 10,4 mm für a|TopShape LDX
- Ausgangsstrahldurchmesser @ FWHM = zwischen 15,2 mm und 15,7 mm
- Laserzerstörschwelle: 12 J/cm², 100 Hz, 6 ns, 532 nm, 532 nm
Für Anwendungen mit höheren Laserleistungen fragen Sie bitte nach einer V-Beschichtung. Kontaktieren Sie uns für ein individuelles Angebot
Die folgenden Abbildungen zeigen die gemessene Wellenfront nach dem Passieren von 14 Oberflächen, darunter sieben Asphären (links) und das Strahlprofil nach dem Passieren von 12 Oberflächen, darunter sechs Asphären, in einem Arbeitsabstand von 100 mm (rechts). Der daraus resultierende RMS-Wellenfrontfehler von 0,05 λ, der einem Strehl-Wert von 0,9 entspricht, belegt die sehr hohe optische Qualität. Die daraus resultierende Beam Uniformity von 0,1 und die ISO Edge Steepness von 0,4 unterstreichen dies.
Ein besonderes Feature des Beam Shapers a|TopShape LD ist die lange und stabile Ausbreitungsdistanz. Die Abbildung rechts zeigt die Intensitätsverteilung bei einem Arbeitsabstand von 1500 mm. Sie zeichnet sich durch eine ISO-Strahlhomogenität (Beam Uniformity) von 0,1 aus.
Das besondere Merkmal von TopShape LD und LDX ist ihre lange und stabile Ausbreitungsdistanz. Die folgende Abbildung zeigt die Intensitätsverteilung bei einem Arbeitsabstand von 100 mm, 800 mm, 1500 mm und 3200 mm. Sie ist durch eine Beam Uniformity von 0,05 bis zu 1500 mm für beide Strahlformer gekennzeichnet. Durch Variation des Eingangsstrahldurchmessers, kann für den TopShape LDX eine Strahlhomogenität (Beam Uniformity) von 0,06 sogar bis zu 3200 mm gewährleistet werden.
Der a|VariColl ist aufgrund seines flexiblen Ausgangsdurchmessers der ideale Kollimator zur Verschiebung des Arbeitsbereichs des a|TopShape LDX. Weitere Informationen dazu finden Sie unter Faserkollimation & Faserkopplung.
Abgedeckter Wellenlängenbereich des Laserstrahlformers a|TopShape für die Designwellenlängen [nm] 355, 632 und 1064 sowie a|TopShape LD und LDX für die Designwellenlängen [nm] 355, 405, 532, 632, 780 und 1064.
Strahlformung spielt, z.B. bei Anwendungen in der Lasermaterialbearbeitung und Mikroskopie, eine wichtige Rolle. Meist werden in Laseranwendungen gaußförmige Strahlprofile genutzt. Diese weisen im Hinblick auf die Verteilung ihrer Intensität Schwächen auf. Mit homogenen Intensitätsverteilungen, sog. Top-Hats, lassen sich deutlich bessere Ergebnisse erzielen als mit Gaußschen Profilen. Sie ermöglichen z.B. eine hohe Kantensteilheit des Laserstrahls und damit Qualität einer Schneidekante oder auch eine gleichmäßige Ausleuchtung. Profitieren auch Sie für Ihre Anwendung von der einfachen Handhabung und wandeln Sie Gauß-Profile in kollimierte oder fokussierte Top-Hat-Intensitätsverteilungen um.
Quantitative Analysen im Bereich der lasergestützten bildgebenden Fluoreszenzmikroskopie sind sehr anspruchsvoll, wenn sie auf ungleichmäßig ausgeleuchteten Gaußschen Strahlprofilen basieren. Die Verwendung des a|TopShape kann hier Abhilfe schaffen. Eine Umformung der Gauß Strahlen innerhalb des Mikroskopie Set-ups in homogene Flat-Top Profile sorgt für eine gleichmäßige Ausleuchtung des Objektträgers und damit für besser lesbare Bilder.
Erfahren Sie mehr über die Verwendung des a|TopShape in der bildgebenden Fluoreszenzmikroskopie in einem Paper von I. Khaw et. al. von CREOL, welches Ihnen hier zum Download zur Verfügung steht.
Beam Shaper zur Erzeugung kollimierter Top-Hat Strahlen direkt ab Lager.
a|AiryShape
Ein weiterer Beam Shaper, der für Wellenlängen von 300 nm bis 1600 nm optimiert ist, ist der a|AiryShape. Dieser 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 sich der a|AiryShape problemlos in bestehende Set-ups integrieren.
- Erzeugung verschiedener Strahlprofile
- Profilgröße leicht skalierbar durch Brennweite
- Optimiert für Wellenlängen von 300 nm bis 1600 nm
- Einfache Integration in bestehende Set-ups
- Perfekte Ausrichtung durch hochpräzise Fassung
- Kompaktes Design
- Eingangsstrahldurchmesser @ 1/e2 = 10 mm; Ausgangsstrahldurchmesser dAiry = 10 mm
- Laserzerstörungsschwelle: 12 J/cm², 100 Hz, 6 ns, 532 nm
In der folgenden Abbildung sind normierte Strahlprofilabschnitte entlang ihrer Ausbreitungsrichtung (z-Achse) in einem Diagramm zusammengefasst. Der erfasste Bereich beträgt ± 1,5 mm um die Strahltaille. Darüber hinaus werden die entsprechend interessantesten Intensitätsprofile in den verschiedenen Arbeitsebenen als 2D- und Querschnittsdiagramme dargestellt. Beide Diagramme der charakteristischen Strahlprofile wurden mit der a|AirShape (λ = 635 nm) erzeugt. Durch das Funktionsprinzip des a|AiryShape ist es möglich, nicht nur ein Top-Hat-Strahlprofil in der Fokusebene einer Fokussierlinse zu erzeugen, sondern verschiedene Profile in unterschiedlichen Arbeitsabständen. Die Erzeugung der dargestellten Strahlprofile hängt von der Eingangsstrahlqualität ab. Für optimale Ergebnisse ist ein perfekter kollimierter Strahl mit minimierten Wellenfrontfehlern erforderlich.
Abgedeckter Wellenlängenbereich des Strahlformers a|AiryShape für die Designwellenlängen [nm] 355, 532, 632, 780, 1064.
In der Lasermaterialbearbeitung bietet, neben der Optimierung der Laser- und Bearbeitungsparameter, die Anpassung der fokalen Intensitätsverteilung großes Potenzial für hochpräzise Ergebnisse (z.B. gleichmäßige Schnittkanten). In Zusammenarbeit mit dem Otto-Schott-Institut für Materialforschung (OSIM) in Jena hat asphericon verschiedene, mit dem a|AiryShape erzeugte Intensitätsverteilungen hinsichtlich ihrer Eignung für die Materialbearbeitung mit Femtosekundenlasern auf Mikro- und Nanoskalen, wie z.B. Schneiden, Markieren und Generierung von laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen, analysiert. Alle Ergebnisse stehen Ihnen in einem Paper von A. Möhl et. al. hier zum Download zur Verfügung.
Kompakte Strahlformer für fokussierte Top-Hat Profile im Webshop
a|SqAiryShape
Sie möchten quadratische Top-Hat Profile im Fokus erzeugen? Kein Problem mit dem a|SqAiryShape. Der neueste Laserstrahlformer von asphericon erzeugt in Kombination mit einer Fokussierlinse aus kollimierten Gaußstrahlen verschiedene fokussierte quadratische Strahlprofile (z.B. Top-Hat, Donut). Optimiert für den Wellenlängenbereich von 300 nm bis 1600 nm überzeugt auch dieser Beam Shaper durch sein kompaktes Design (nur 17,3 mm Länge) und lässt sich einfach in bestehende Anwendungssetups einarbeiten. Sein Arbeitsabstand kann in Abhängigkeit der verwendeten Fokussierlinse extrem verringert werden. Schon die Integration eines a|SqAiryShapes zusammen mit einer Linse der Brennweite 200 mm sowie einem a|BeamExpander reduziert die Gesamtlänge um 25%.
- Erzeugung verschiedener quadratischer Strahlprofile
- Profilgröße leicht skalierbar durch Brennweite
- Optimiert für Wellenlängen von 300 nm bis 1600 nm
- Einfache Integration in bestehende Set-ups
- Perfekte Ausrichtung durch hochpräzise Fassung
- Eingangsstrahldurchmesser @ 1/e2 = 10 mm; Ausgangsstrahldurchmesser dAiry = 10 mm
- Laserzerstörungsschwelle: 12 J/cm², 100 Hz, 6 ns, 532 nm
Die folgende Abbildung zeigt Strahlprofilquerschnitte des a|SqAiryShape (λ = 1064 nm), sowie dessen Intensitätsprofile in den verschiedenen Arbeitsebenen. Der erfasste Bereich beträgt ± 6 mm um die Strahltaille. Aufgrund des Funktionsprinzips des a|SqAiryShape wird nicht nur ein quadratisches Top-Hat-Profil im Fokusbereich erzeugt, sondern eine Vielzahl von Profilen mit vierfacher Symmetrie. Auch beim a|SqAiryShape hängt die Erzeugung der Strahlprofile von der Qualität des Eingangsstrahls ab. Für bestmögliche Ergebnisse ist ein perfekter kollimierter Strahl mit minimierten Wellenfrontfehlern erforderlich.
Abgedeckter Wellenlängenbereich des Strahlformers a|SqAiryShape für die Designwellenlängen [nm] 355, 532, 632, 780, 1064.
Laser Beam Shaping für runde und quadratische Top-Hat Profile im Webshop
a|BeamBox
Kombinieren Sie asphericon's BeamShaping Produkte mit MountedOptics und/oder BeamExpansion Produkten passend zu Ihren Anforderungen - auch für Hochleistungslaser. Für einen besseren Überblick haben wir bereits verschiedene Kombinationen der a|BeamBoxen entwickelt. Die a|BeamBoxen “TopShape” und “AiryShape” kombinieren Strahlaufweitung und -formung.
- a|BeamBox zur Erzeugung kollimierter Top-Hat Strahlen
- Kombiniert bis zu fünf a|BeamExpander, a|TopShape und a|AspheriColl mit passenden a|Adaptern und MountedOptics
- Designwellenlängen: 355 nm, 632 nm und 1064 nm
- Anwendung: Messtechnik, Mikroskopie
- a|BeamBox zur Erzeugung unterschiedlicher Strahlprofile (z.B. Top-Hat, Donut)
- Kombiniert bis zu sechs a|BeamExpander, a|AiryShape und a|AspheriColl mit passenden a|Adaptern und a|MountedAspheres
- Designwellenlängen: 355, 532, 632, 780 und 1064 nm
- Anwendung: Materialbearbeitung
Kombinieren Sie a|BeamExpander, a|Waveλdapt, a|TopShape, a|AiryShape und a|AspheriColl mit a|Adaptern (intra-system und cross-system) und MountedOptics individuell und passend für Ihre Anwendungen. Nahezu jede Kombination ist möglich! Kontaktieren Sie uns.
Asphärische Beam Shaper und Beam Expander von asphericon
Laserinduzierte Oberflächenstrukturierung mit maßgeschneiderten Top-Hat Intensitätsverteilungen
Referenzprojekt
Projektdetails
Gauß'sche Intensitätsverteilungen werden gern zur Strukturierung von Oberflächen verwendet, weisen aber Schwächen hinsichtlich ihrer Qualität auf. Die Intensität nimmt zum Rand hin ab und verursacht Inhomogenitäten. In Zusammenarbeit mit dem Otto-Schott-Institut für Materialforschung (OSIM) in Jena analysierte asphericon die Auswirkung von Top-Hat Intensitätsverteilungen, generiert mit dem Strahlformer a|AiryShape hinsichtlich ihrer Eignung für die Erzeugung laserinduzierter periodischer Oberflächenstrukturen (LIPSS, nach engl. Bezeichnung „laser-induced periodic surface structures") auf Edelstahl.
Projektrealisierung
- Kompakter Strahlformer zur Erzeugung eines fokussierten Top-Hat Strahls
- Verdopplung der Scangeschwindigkeit
- Reduzierung der Verarbeitungszeit um Faktor 2 bei konstanter Qualität des Oberflächenmusters
Verbesserte Lasermaterialbearbeitung durch Strahlformung
Referenzprojekt
Projektdetails
Obwohl Gauß'sche Intensitätsverteilungen zur Realisierung kleiner Strukturgrößen durch direkten Materialabtrag verwendet werden können, gibt es Schwächen hinsichtlich der Abtragtiefe und Qualität. Durch die Form des Profils nimmt die Intensität an den Rändern des Strahls ab und verursacht inhomogene Ablationen. In Zusammenarbeit mit dem Otto-Schott-Institut für Materialforschung (OSIM) in Jena, analysierte asphericon verschiedene fokussierte Intensitätsverteilungen (z.B. Top-Hat, Donut) hinsichtlich ihrer Eignung für die Materialbearbeitung mit Femtosekunden-Lasern im Mikro- und Nanobereich.
Projektrealisierung
- Kompakter Strahlformer zur Erzeugung verschiedener Strahlprofile im Fokus (Top-Hat, Donut, Beam waist) in verschiedenen Arbeitsebenen
- Vergrößerung der Kanalbreiten und kleinere Ablationstiefen aufgrund der homogeneren Verteilung der Pulsenergie auf einen größeren Bereich
Strahlformungsoptiken für optimierte Schweißnähte
Referenzprojekt
Projektdetails
Additive Fertigungsverfahren, wie das Pulverbett-basierte Schmelzen, werden zur Herstellung komplexer Bauteile mit hohem Automatisierungsgrad immer beliebter. Dank exakter Laserstrahlführung ermöglichen sie einen schichtweisen, flexiblen Aufbau, z.B. von Kühlkanälen oder binomischen Strukturen. Limitierender Faktor ist hierbei jedoch die Zeit. Hybride Verfahren kombinieren weniger komplexe, konventionell gefertigte mit filigranen, additiv hergestellten Strukturen, erzeugt durch Laserschweißen. Zum Einsatz kommt diese Art der Fertigung am ifw Jena. Zur Erzeugung homogener Schweißnähte wurden hier in enger Zusammenarbeit mit asphericon BeamTuning-Produkte zur Optimierung der Strahlformung im Fokus eingesetzt.
Projektrealisierung
- Integration von a|BeamExpander (zur Strahlaufweitung) und a|AiryShape (Erzeugung verschiedener fokussierter Profile, z.B. Top-Hat, Donut) in bestehende Systemtechnik
- Verbesserung der Prozessstabilität sowie des Ausgasungsverhaltens zur Erzeugung hochwertiger, porenfreier und gasdichter Schweißnähte (ohne Rand-/Wurzelkerben)
- Reduzierung von Spritzern und der Produktionszeit
Strahlformer für die Fluoreszenzmikroskopie
Referenzprojekt
Projektdetails
Quantitative Analysen innerhalb der lasergestützten bildgebenden Fluoreszenzmikroskopie sind sehr schwierig durchzuführen, da die Objektträger durch Gaußsche Profile nur ungleichmäßig ausgeleuchtet werden. Die ungleichmäßige Ausleuchtung führt zu einer unregelmäßigen Aktivierung der Moleküle (je weiter vom Zentrum der Ausleuchtung entfernt desto geringer die Fluoreszenz) und gestitchte Bilder verlieren ihren Aussagekraft durch abgedunkelte Ränder. Das College of Optics and Photonics an der University of Central Florida (CREOL) arbeitete an der Weiterentwicklung eines laserbasierten Mikroskop Set-ups zur gleichmäßigen Ausleuchtung unter Ausnutzung von Strahlformungselementen. asphericon stellte dazu die Strahlformer a|TopShape und a|BeamExpander zur Verfügung.
Projektrealisierung
- a|TopShape und a|BeamExpander ermöglichen die Umformung der Gauß Strahlen in ein flaches TopHat-Profil und damit die gleichmäßige Ausleuchtung des Objektträgers
- Homogenität der Ausleuchtung: > 95 %
Präzise Module zur Strahlaufweitung und Strahlformung von Lasern für unterschiedlichste Anwendungen – asphericon BeamTuning
Entdecken Sie die unbegrenzten Kombinationsmöglichkeiten von a|TopShape und a|AiryShape mit anderen BeamTuning Elementen. Für die nötige Flexibilität sorgen a|Adapter – eine Kombinierbarkeit mit anderen Systemen (z.B. Owis, Edmund Optics, Qioptiq) ist problemlos möglich. Zur passenden Laser Strahlaufweitung oder auch der Verkürzung des Arbeitsabstandes nutzen Sie a|BeamExpander und MountedOptics für Ihre Anwendung. Beide Strahlformer sind in verschiedenen Kombinationen als praktische und preisoptimierte a|BeamBox erhältlich.
Sie möchten den Strahldurchmesser und/oder die Strahlaufweitung Ihres Lasers berechnen? Nutzen Sie dazu den a|BeamExpander Konfigurator und erhalten Sie gewünschte Ergebnisse anhand der Aufweitung, Anzahl der a|BeamExpander oder einer Kombination aus beidem.
asphericon GmbH
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