Tipps für die Auswahl der passenden Linse für Ihren Laser
Oft steht der Anwender vor der Frage, welche Linse für seine Abbildung am besten geeignet ist. Verschaffen Sie sich mit den folgenden Tipps einen Überblick.
Wir beschreiben die gängigen Typen von Einzellinsen und deren gebräuchlichsten Anwendungen, gehen auf Linsensyteme ein und geben final eine Übersicht über Abbildungsfehler.
Optische Linsen
Typische Linsen und ihre Einsatzgebiete
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Linsentypen
Sammellinsen und Zerstreuungslinsen
Generell wird zwischen positiven, d.h. bündelnden Linsen und negativen, d.h. streuenden Linsen unterschieden. Linsen mit konvexen Flächen sind Positivlinsen; die Brennweite der Linse wird mit positiven Vorzeichen beschrieben. Linsen mit konkaven Flächen sind Negativlinsen; diese Linsen haben eine negative Brennweite. Die Meniskus-Linse tritt sowohl als Positiv- als auch als Negativlinse auf.
Plankonvex- bzw. Plankonkav-Linsen haben, verglichen zu Linsen mit zwei gekrümmten Flächen, den Vorteil der einfacheren Fertigung und damit des günstigeren Stückpreises. Außerdem sind sie sehr gut geeignet zur Fokussierung, bzw. Kollimierung von Laserstrahlen. Die sphärischen Aberrationen der Plankonvex- bzw. Plankonkav- Linsen werden reduziert, indem die gekrümmte Linsenfläche zum kollimierten Strahl zeigt.
Bikonvexe Linsen werden bevorzugt verwendet, wenn nahezu 1:1 Abbildungen durchgeführt werden sollen. Auch werden bikonvexe und bikonkave Linsen bevorzugt verwendet wenn sehr kurze Fokuslängen notwendig sind. Aufgrund der beiden gekrümmten Oberflächen wird eine kürzere Fokuslänge bei größeren Radien möglich. Dies ist entscheidend, da sehr stark gekrümmte Flächen sehr teuer in der Herstellung sind, weil nur wenige Linsen gleichzeitig poliert werden können.
Die Bestform-Linse ist eine Einzellinse, bei der die sphärisch gekrümmten Flächen so optimiert werden, dass für eine Einzellinse minimal mögliche sphärische Aberrationen entstehen.
Meniskus-Linsen werden in Linsensystemen zur Korrektur von sphärischen Aberrationen und Astigmatismus verwendet.
Linsen-Systeme
Strahlführung leicht gemacht
Falls die Abbildungsqualität einer „einfachen“ Linse nicht ausreicht, so gibt es einige Standard-Linsensysteme, die häufig für einen Test von Prototypen oder Aufbauten im Labor ausreichen. In der Lasertechnik von Bedeutung sind:
- Aplanate, Triplets (Verminderung der sphärischen Aberration)
- Zoomobjektive
- Telezentrische Objektive (konstanter Abbildungsmaßstab z. B. für Objekterkennung)
- F-Theta Objektive (Scan-Objektive)
- Strahlaufweitungen
- Kollimatorobjektive
Abbildungsfehler von Laseroptiken
Erfahren Sie mehr dazu
Einzellinsen verursachen Abbildungsfehler. Lesen Sie mehr über die typischen Abbildungsfehler, die in der Laseroptik eine Rolle spielen.
Sphärische Aberration / Öffnungsfehler
Die sphärische Aberration ergibt sich bei weit geöffneten paraxialen Strahlen die zur optischen Achse symmetrisch verlaufen. Eine optimale Fokussierung auf einen Punkt erfolgt nur für achsnahe Strahlen. Strahlen, die weiter von der optischen Achse entfernt sind, werden kürzer gebrochen, d.h. der Brennpunkt von Randstrahlen liegt vor dem Brennpunkt von Mittenstrahlen. Dies wird als sphärische Aberration bezeichnet.
Dieser Fehler ist größer, je kürzer die Brennweite (bzw. je stärker die Linsenkrümmung) und je größer der Strahldurchmesser ist. Auch der Brechungsindex der verwendeten Linse hat einen Einfluss auf die sphärische Aberration: so lässt sich diese durch stärker brechende Materialien reduzieren.
Verbessert werden kann dieser Fehler bei einer Einzellinse auch durch Optimierung der Radien (Bestform Linse) oder alternativ durch Verwendung mehrerer sphärischen Flächen (Linsensysteme). Diese Reduzierung entsteht durch die weniger stark gekrümmten Linsenflächen für die gleiche Gesamtbrennweite.
Tipp: Die gekrümmte Fläche von Plankonvex Linsen sollte zum kollimierten Strahl zeigen, da durch diese Anordnung zweimal eine Brechung erfolgt und die sphärische Aberration dadurch reduziert wird.
Astigmatismus
Astigmatismus tritt beispielsweise auf durch eine Strahlumlenkung eines konvergierenden Strahls, d. h. die Eingangsstrahlen verlaufen unsymmetrisch zur optischen Achse der Linse.
Teilt man das Strahlenbündel in zwei Ebenen auf (Meridian- und Sagital- Schnitt), so erhält man unterschiedliche Brennweiten für Strahlen dieser beiden Ebenen. Ein Punkt wird nicht mehr als Punkt, sondern in Form zweier Bildlinien abgebildet.
Tipp: Astigmatismus kann durch Meniskus Linsen korrigiert werden.
Koma / Asymmetrischer Öffnungsfehler
Koma entsteht, wenn der kollimierte Strahl schräg zur optischen Achse verläuft und paraxial ist. Der Strahlengang verläuft stark unsymmetrisch durch die Linse und ist als starke Verzeichnung (Tropfen- oder Kometen-Form) in der Bildebene zu erkennen.
Tipp: Koma kann durch die Auswahl einer geeigneten Blende verbessert werden. Die Blende muss so positioniert werden, dass nur symmetrische Strahlenteile durchgelassen werden.
Kundenspezifische Optikentwicklung
Einfacher als gedacht
Sie finden keine passenden Laseroptiken? Dann fragen Sie nach einer angepassten Entwicklung - das rentiert sich für Serienentwicklungen aber auch bei kleineren Stückzahlen. Von einer angepassten Entwicklung können Sie folgendes erwarten:
- Bestmögliche Spotgröße durch eine Optik, die auf die notwendige Apertur und den Öffnungswinkel zugeschnitten ist
- Berücksichtigung der mechanischen Gegebenheiten und Schnittstellen
- Temperatur-Kompensation durch Einsatz von speziellen Glassorten in Abstimmung mit Fassung (athermaler Aufbau)
- Justagemöglichkeit um die wichtigsten Kenngrößen optimal zu erreichen
- Optimierung des Systems bei Optiken für mehrere Wellenlängen
In vielen Fällen können wir mit unseren Partnern Service-Leistungen übernehmen, wie:
- Umrechnung von bestehenden optischen Systemen auf neue Glassorten unter beibehalten möglichst vieler Systemparameter
- Radienanpassung an Normradientabelle
- Erstellung von kompletten Optik-Zeichnungssätzen für die Fertigung
Lassen Sie uns gemeinsam Ihre Anforderungen klären: Gerne informieren wir Sie über die Möglichkeiten einer kundenspezifischen Optikentwicklung in unserem Hause.
Produktübersicht
Unsere Linsen
Asphärische Linsen korrigieren Abbildungsfehler – Bei monochromatischem Licht sind dies Bildschärfefehler und Verzeichnung.
Runde und rechteckige Zylinderlinsen zur Erzeugung von Strahlaufweitungen / linien in einer Richtung
Diese Optiken lassen Lichtstrahlen Konvergieren oder Divergieren.
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Beyond Borders
LASER COMPONENTS Germany – Ihr kompetenter Partner für optische und optoelektronische Komponenten in Deutschland.
Willkommen bei der LASER COMPONENTS Germany GmbH, Ihrem Experten für Komponenten in der Photonik. Unser breites
Produktsortiment an Detektoren, Laserdioden, Lasermodulen, Optik, Faseroptik und mehr ist jeden Euro (€/EUR)
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zur Medizintechnik.
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