 | II-VI Infrared – Produkte
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Auswahl von Scanneroptiken
1) Brennfleck- (Fokus-) Durchmesser:
Annäherungsweise ist der Fokusdurchmesser dF [µm] eines Laserstrahles definiert durch
dF = 13,5 x M2 x f/dG [µm]
mit
M2 = 1/K = Strahlpropagations-Kennzahl
(für eine Gauss'sche Verteilung (TEM00) gilt M2 = K = 1)
f = Brennweite [mm]
dG = 1/e2-Durchmesser einer TEM00 Intensitätsverteilung [mm] |
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Für ideale Abbildungsbedingungen ist es unbedingt nötig Strahlabschattungen zu vermeiden.
Sie führen zusammen mit konstruktionsbedingten Abbildungsfehlern zu Verlusten, d.h. die Beugungsbegrenzung wird deutlich überschritten. Eine weitere Einschränkung in den erreichbaren Fokusdurchmessern liegt in der gewünschten Größe des Scanfeldes. Je größer das Scanfeld, je länger die Brennweite und – den Gesetzen der geometrischen Optik folgend – desto größer der Fokusdurchmesser!
Dieser Gesetzmäßigkeit kann nur durch größere (aufgeweitete) Eingangs-Strahldurchmesser und – daraus folgend – größeren Linsen(-systemen) entgegengewirkt werden.
Zur Strahlaufweitung dienen in den meisten Fällen Galilei-Teleskope, bzw. (für Leistungen ≈≥2KW cw) reflektierende Spiegelteleskope.
2) Scanfeld und Scanwinkel
Der doppelte Ablenkwinkel des Scannerspiegels ergibt den Ablenkwinkel (Theta) des Laserstrahles über den gesamten Scanbereich. Dadurch ergibt sich eine Gesamtauslenkung des Strahles in x- und y-Richtung gemäß:
x (oder y) = 2f tan (Θ).
F-Theta-Linsen sind allerdings so konstruiert, dass sie ein kissenförmig verzeichnetes, sozusagen "vorverzerrtes" Feld abbilden, und damit der F-Theta-Bedingung: x (y) = 2f(Θ) genügen.
Die Abweichung von dieser F-Theta-Bedingung ist bei entsprechend optimierten Linsen(-systemen) minimal. Allerdings treten immer noch (nicht leicht zu korrigierende) Abbildungsfehler in jeder Optik auf, die sich auf die unvermeidlichen optischen Galvospiegel-Verluste zurückführen lassen und die nur in höchstkorrigierten Viel-Linsensystemen annäherungsweise kompensiert werden können.
3) Abschattungseffekte
Laserstrahlen werden oft durch zu gering bemessene Aperturen oder Eingangsoptiken begrenzt, abgeschnitten (oder abgeschattet). Irrtümlicherweise wird der 1/e2-Strahldurchmesser oft als der "wahre" Durchmesser angenommen. Er gibt jedoch lediglich die auf ca. 13,5% abgefallene Intensität einer Gauss-Verteilung bei TEM00 an.
Für einen TEM00-Laserstrahl mit dem 1/e-Durchmesser dG und dem Eingangsöffnungs-Durchmesser dE ergibt sich folgendes Diagramm: |
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Transmission durch ein optisches System unter Berücksichtigung von Abschattungseffekten
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Wie aus der Darstellung ersichtlich, muss infolge des kohärenten Laserlichtes bei Werten unterhalb von dG/dE=1,5 mit deutlichen Verlusten durch Abschattung und mehr oder weniger starken Interferenzverlusten gerechnet werden. Diese Probleme treten bei nicht zentrierten, d.h. nicht in der optischen Achse justierten, Laserstrahlen verstärkt auf.
Für nicht-gaußsche Intensitätsverteilungen (1/K=M2>1,0) sollte in jedem Fall eine Strahlanalyse des Rohstrahles durchgeführt werden, um sich über die wahren Strahldurchmesser und Fokusparameter Klarheit zu verschaffen. |
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