WELLENFRONTSENSOREN

Viele Laseranwendungen erfordern nicht nur die Kenntnis und Kontrolle der Intensitätsverteilung eines Strahls, sondern auch seiner Ausbreitungseigenschaften, die hauptsächlich durch die Wellenfront bestimmt werden. Die Überwachung der Wellenfront in Echtzeit ist z.B. für die Optimierung des Strahlfokus durch präzise Justierung aller optischen Strahlführungselemente unerlässlich. Wellenfrontsensoren nach dem Hartmann- oder Hartmann-Shack-Prinzip ermöglichen die gleichzeitige Erfassung von Strahlprofilen und Wellenfronten, so dass bei kohärenter Strahlung auch die numerische Ausbreitung des Strahls möglich ist.

Das Grundprinzip geht auf das Jahr 1900 zurück und beruht auf der Aufspaltung des einfallenden Strahls in eine Vielzahl von Einzelstrahlen, entweder über eine Lochblendenanordnung (Hartmann) oder eine Mikrolinsenanordnung (Hartmann-Shack). Jedes dieser Beamlets erzeugt einen Spot auf dem Kameradetektor, dessen Schwerpunkt relativ zu einer Referenzposition die lokale Ausbreitungsrichtung definiert. Die Phasenverteilung (Wellenfront) wird dann durch Integration über die Ausbreitungsrichtungen rekonstruiert. Eine Echtzeit-Zernike-Analyse der Wellenfront ermöglicht eine präzise Auswertung von Strahlaberrationen (z.B. sphärische Aberration, Astigmatismus, Koma), die entweder intrinsischer Natur sind oder durch externe Optiken verursacht werden. Zusätzlich wird durch Integration über alle Spot-Intensitäten das Strahlprofil bestimmt.

Vollständige Strahlpropagation aus Einzelmessung

Für kohärente Lichtquellen werden alle relevanten Strahlparameter, wie Strahldurchmesser, Divergenz und M2, aus Wellenfront und Strahlprofil in Echtzeit, d.h. innerhalb einer einzigen Messung, berechnet. Dies ist besonders wichtig bei gepulsten oder fluktuierenden Laserquellen. Darüber hinaus ermöglicht die Fresnel-Kirchhoff-Integration die Vorhersage von Intensitätsprofilen an jeder Position entlang der Strahlachse. Dies gilt insbesondere für das Strahlprofil um die Strahltaille, wo Messungen aufgrund der hohen Intensität oft extrem schwierig sind. Auf diese Weise kann die Strahlfokussierung optimiert werden.

Seit vielen Jahren bietet ProOpto in Zusammenarbeit mit dem Laser-Laboratorium Göttingen kamerabasierte Hartmann-Shack-Sensoren zur umfassenden Charakterisierung von Laserstrahlen an. Je nach Winkel- / Ortsauflösung und Wellenlänge kann eine große Anzahl von Mikrolinsenarrays (Brennweite, Objektivdurchmesser) sowie Kameras für die kundenspezifische Wellenfrontmesstechnik angepasst werden.

Alle Kameras können einfach über eine USB- oder GigE-Schnittstelle (Plug&Play) an PC oder Notebook angeschlossen werden.