 | Newsletter – Nr 9
Transmissive Elemente – oder: wie funktioniert eine Schneidlinse
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In der Lasertechnik verwendet man zur Fokussierung des Lichtes je nach Wellenlänge verschiedenste Materialien. Für den CO2-Laser (10,6 µm) bieten sich hier insbesondere ZnSe oder GaAs an.
Elemente mit Planflächen bewirken bei senkrechtem Einfall einen Parallelversatz des Lichtstrahls. Die Wirkung nimmt mit steigendem Brechungsindex zu und hängt, wie der Brechungsindex, von der Wellenlänge ab.
Zur Strahlformung (Fokussierung oder auch Defokussierung) verwendet man Linsen höchster Güte. Diese Linsen haben zwei rotationssymmetrisch gekrümmte Flächen. Die Rotationsachse wird auch optische Achse der Linse genannt. Man unterscheidet zwischen Sammellinsen (Konvexlinsen) und Zerstreuungslinsen (Konkavlinsen). Eine Kombination der beiden Krümmungsflächen (konkav und konvex) ergibt die sogenannte Meniskuslinse, ebenfalls eine Sammellinse.
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Kleiner Tipp am Rande: Wie kann man sich den Unterschied zwischen kon ex und konkav merken? In eine konkav gekrümmte Oberfläche können Sie „Kav“ee (Kaffee) einfüllen!
Die Wirkung der Meniskuslinse beruht darauf, dass die auf ein von einer konvexen Fläche begrenztes, optisch dichteres Medium auftreffen den Strahlen zur optischen Achse hin abgelenkt werden. Das Gleiche gilt für die konkave Fläche, nur findet hier der Übergang vom dickeren in das optisch dünnere Medium statt. Die erzielbare Fokussierung ist dabei von den Krümmungsradien und dem wellenabhängigen Brechungsindex (für ZnSe bei 10,6 µm: 2,40028) abhängig.
Um die Transmission zu erhöhen und die Reflexionsverluste an den Oberflächen zu mindern, werden die Schneidlinsen an beiden Oberflächen mit einer Antireflexbeschichtung versehen. Hierbei werden im Beschichtungsofen unter Vakuum verschiedene Schichten aufgedampft. Dadurch wird die Transmission der CO2-Laserstrahlung gegenüber einer unbeschichteten ZnSe-Schneidlinse deutlich verbessert. Mit diesen Schichten unterschiedlicher Brechungs-Indizes wird der Unterschied zwischen z.B. ZnSe und Luft angepasst!
Linsen werden durch Ihre Brennweite „f“ charakterisiert.
Kleine Exkursion:
In der Augenoptik wird mit dem Kehrwert der Brennweite der sogenannten Linsenstärke gearbeitet, sie wird in Dioptrien gemessen. So hat eine Linse mit f = 0,5 m eine Linsenstärke von 2 Dioptrien.
Bei der Produktion der CO2-Schneidlinsen ist es daher unabdingbar, auf die Einhaltung der mechanischen Toleranzen zu achten. So wird gewährleistet, dass die optischen Eigenschaften gleich bleiben. Denn welcher Laserbediener möchte schon bei einem Linsenwechsel bei gleicher Brennweite jedes Mal den Schneidkopf neu justieren? Die Laseroptiken für Hochleistungs-CO2-Lasermaschinen sind optische Präzisions-Komponenten von höchster Material- und Bearbeitungsqualität und unterliegen daher einer strengen Qualitätskontrolle. Eine Unterscheidung in verschiedene Qualitätsnormen ist unzulässig und wird bei den heutigen Standard-Laserleistungen von mehr als 4 kW von den Kunden nicht akzeptiert.
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