 | Newsletter – Nr 10
GaAs oder Ge für einen kleineren Fokusspot
|
Für spezielle Laseranwendungen wie z.B. Bohren benötigt man einen kleinen Fokusdurchmesser. Der Durchmesser ist von verschiedenen Faktoren abhängig:
 | Strahlpropagations-Kennzahl (M2)
|
| Beugung
|
| Sphärische Aberration.
|
Speziell die sphärische Aberration hängt unter anderem vom Brechungsindex des jeweiligen Materials ab und soll daher im Folgenden näher betrachtet werden.
Trifft kollimiertes Licht auf eine ideale Linse, werden alle Lichtstrahlen in einem Punkt gebündelt dessen Durchmesser nur von der Beugungsformel begrenzt wird:
Durchmesser Spotgröße = (4M2λf)/(πD)
mit
M2 = 1/K Strahlpropagations-Kennzahl
l = Wellenlänge
F = Brennweite
D = 1/e2-Durchmesser einer TEM00 Intensitätsverteilung
Viele Linsen zeigen jedoch ein Phänomen, dass als sphärische Aberration oder auch Öffnungsfehler bezeichnet wird. Hierbei werden die Lichtstrahlen die sich am Rande der Linse befinden stärker gebrochen und schneiden daher die optische Achse näher bei der Linse als die achsennahen Strahlen.
Dieser Abbildungsfehler führt zu einem größeren Fokus und einer nicht kongruenten Lage von rechnerischem und tatsächlichem Fokus.
Die exakte Spotgröße für eine bestimmte Linse muss durch eine Strahlberechnung ermittelt werden. Es existiert jedoch eine vereinfachte Formel die zur Berechnung hilfreich ist:
Fokusdurchmesser infolge sphärischer Aberration = (k D3)/f2
mit
k = Funktion des Brechungsindexes (siehe Abbildung 1)
f = Brennweite
D = Eingangsstrahldurchmesser bei 1/e2 |
|
|
|
| k bei 10,6 (Meniskus) |
Material
|
= k |
| ZnSe |
= 0.0187 |
| GaAs |
= 0.0114 |
| Ge |
= 0.0087 |
In Abbildung 1 sieht man deutlich, dass der k-Wert bei Ge erheblich kleiner ist als bei ZnSe. Auch bei GaAs sieht man einen Unterschied zu ZnSe (wenn auch nicht so gravierend wie bei Ge). Betrachtet man sich nun noch einmal die Formel (k D3)/f2 so sieht man sofort: je kleiner der k-Wert um so kleiner wird auch der Fokusdurchmesser (bei gleichbleibendem Eingangsstrahldurchmesser und Brennweite).
Betrachten wir nun die Theorie in der Praxis: |
|
In Abbildung 1 und 2 wurden von II-VI zwei F-Theta-Doubletten (ZnSe/ZnSe-Linsen bzw. ZnSe/Ge-Linsen) verglichen.
Die Messung erfolgte über einen Scanbereich von 35 mm in x- und y-Richtung. Es ist klar ersichtlich, daß die ZnSe/Ge-Doublette (bei gleicher Brennweite von 100 mm) eine wesentlich kleinere Spotgröße an den Rändern aufweist.
Gerne helfen wir Ihnen das richtige Material für die Optimierung Ihres Prozesses zu finden. |
|
| |
|
