N0402_06 Optolines 1

optolines
Fachmagazin für Optomechanik
No. 1 | 1. Quartal 2004
FELIX 3D-Display
Multiplanare,
volumetrische
Bilddarstellung
Display einer
animierten Ameise
mit FELIX 3 D
| Seite 7
XY 500 LS-Kreuztisch
Mikroskope exakt positionieren
Flach-Schienen FLS 40
Für flexible Aufbauten
Coating
Verbesserte Laserspiegel
Basics: BM.X Beam Expander
Grundlagen und Anwendungen

EDITORIAL
CONTENT
INSIGHT
SUSS als Partner | Laserphysik
Hamburg | Qualitätsmanagement
| Aktuelle Projekte
Seite 3
Liebe Leserin, lieber Leser!
Im neuen Jahr fahren wir mit einer bewährten
Göttinger Tradition fort: der Neuauflage
unseres Fachmagazins optolines.
Ergänzend zu unserem Katalog und unserer
Webseite www.linos-katalog.de informieren
wir Sie mit unserem Fachmagazin
zeitnah und regelmäßig über unsere
neuesten Produkte und über wichtige
Ergebnisse unserer technologischen Fortentwicklung
aus dem Geschäftsbereich
Industrial Manufacturing am Standort
Göttingen. Darüber hinaus möchten wir
allen Interessierten Grundlagenwissen zu
optischen und mechanischen Komponenten
und Systemen, zu messtechnischen
Lösungen sowie zu Ergebnissen aktueller
Prozessentwicklungen näher bringen.
Wir wünschen uns, dass Ihnen die Beiträge
von Nutzen sein werden, neue Produkte
zu entwickeln, Ihre Labore auszugestalten
oder eigene neue Ideen zu finden.
Mit optolines möchten wir unsere Beziehungen
zu Ihnen – unseren Geschäftspartnern
– pflegen und neue Beziehungen
aufbauen. Die Wettbewerbsfähigkeit
unserer Kunden zu erhalten und weiter
zu entwickeln steht dabei im Vordergrund
– denn hierauf baut auch unser Erfolg.
Sie können uns helfen, unseren Service für
Sie zu verstärken. Teilen Sie uns Ihre Wünsche
mit, welche Informationen wir Ihnen
im Rahmen von optolines noch geben
können.
Freuen Sie sich auch auf diese
Premieren-Ausgabe.
Ihr
INNOVAS
XY 500 LS – Kreuztisch
Mikroskope exakt positioniert
Seite 4
INNOVAS
Flach-Schienen-System
FLS 40, für kompakte
flexible Aufbauten
Seite 6
STARTUP
Titelthema Raumbildschirm
»Felix 3D-Display«,
LINOS fördert den wissenschaftlichen
Nachwuchs
Seite 7
TECHNOLOGY
Ionen unterstütztes Coating,
verbesserte Eigenschaften der
LINOS Laserspiegel
Seite 10
BASICS
BM.X Beam Expander,
Grundlagen und
Anwendungen von
Laseraufweitungssystemen
Seite 11
LIVE
LINOS vor Ort: Fachvorträge |
Messen | Literatur-Tipp |
Sonderangebote | Impressum
Seite 15
Dr. Rainer Schuhmann
Vice President
Business Division Industrial
Manufacturing, LINOS Göttingen
optolines No. 1 | 1. Quartal 2004

INSIGHT
BMBF-
Förderprojekte
Bedeutende Partner von LINOS
Die Abteilung Laser- und Optikforschung des VDI-
Technologiezentrums führt als Projektträger im Auftrag
und mit Unterstützung des Bundesministeriums für
Bildung und Forschung (BMBF) Fördermaßnahmen zu
den Optischen Technologien durch. Das Technologiezentrum
berät zudem Unternehmensgründer und
Investoren auf dem Gebiet der Optischen Technologien.
LINOS ist in mehrere Förderprojekte involviert, wie
z.B. FERMI – Automatisierte Höchstpräzisions-
Fertigungstechnologien für Mikrooptik-Baugruppen
(nähere Infos unter: www.iof.fraunhofer.de/fermi).
LINOS kooperiert hierbei mit bedeutenden Unternehmen
wie LEICA, JENOPTIK, OPTOTECH und dem
Fraunhofer-Institut für angewandte Optik und Feinmechanik
Jena. Das Projekt FERMI verfolgt das
Gesamtziel, ein Verfahren zu erarbeiten, das die
Präzisionsfertigung und -ausrichtung (Zentrierung)
im sub-µm- bzw. nm-Bereich von miniaturisierten
optischen Baugruppen erforscht und anwendbare
Technologien bereitstellt. Da das BMBF 2004 zum
„Jahr der Technik“ ausgerufen hat, empfiehlt LINOS,
die Förderprojektthemen genau zu verfolgen.
Antragsunterlagen und weiterführende Informationen:
www.vdi.de
Laser-Physik
Hamburg
Schwingungsisolierte Tische
Im vergangenen Jahr zog das Institut für Laser-
Physik der Universität Hamburg in einen Neubau
an der Luruper Chaussee. LINOS, Göttingen und
die Firma TMC lieferten dafür 24 schwingungsisolierte
Optische Tische sowie 32 Breadboards
für experimentelle Versuche. Um die Übertragung
von Gebäudeschwingungen oder Trittschall auf
die Tischplatten auszuschließen, wurden die
Untergestelle mit dem Isolationssystem Microg
ausgestattet. Auch für extrem schwingungsanfällige
Anwendungen wird ein optimales Arbeitsergebnis
garantiert. Das Institut für Laser-Physik
ist auf die Erforschung von kohärentem Licht,
kohärenter Materie und deren Wechselwirkungen
spezialisiert und liefert bedeutende Ergebnisse für
neue Mess- und Präparationsverfahren.
Das 1991 gegründete Institut für Laser-Physik
dient der Forschung und Lehre. Es verfügt über
umfangreiche Erfahrungen – von der kristalloptischen,
quantenoptischen und laserspektroskopischen
Grundlagenforschung bis hin zur angewandten
Laser-Physik und der Entwicklung moderner
präparativer Verfahren der Hochtechnologie.
www.physnet.uni-hamburg.de/ilp/de/
LINOS Fullservice – Lieferung, Einbringung und Installation
von Optischen Tischen.
Schwingungsfrei – die CleanTop TM II Tischplatte mit
Gewinden M6 im Raster 25 mm und Laserport mit
ø 400 mm im Hamburger Institut für Laserphysik.
SUSS MicroOptics als Partner
Kooperation im Bereich hochwertiger refraktiver Mikro-Optik
In der Reinraum-Waferfertigung.
SUSS MicroOptics ist einer der führenden Hersteller
für refraktive Mikro-Optik. Weltweit ist das Schweizer
Unternehmen der einzige Anbieter für hochwertige
refraktive Mikro-Optik Arrays in 200 mm
Wafertechnologie. Um einem breiten Kundenkreis,
wie Forschungsinstituten, den Zugang zu diesen
Produkten zu ermöglichen, ist SUSS MicroOptics
eine Kooperation mit LINOS Photonics GmbH & Co.
KG eingegangen. LINOS bietet eine Reihe von
ungefassten Standard Microlens Arrays an.
SUSS MicroOptics besitzt ein umfassendes Knowhow
im optischen Design, in der Mikro-Optik-Herstellung
sowie in der dazu notwendigen Messtechnik.
Die Produkte erfüllen höchste Anforderungen
für Anwendungen in der Photolithographie, der
Telekommunikation und der Optischen Messtechnik.
Typische Anwendungen sind beispielsweise Fasereinkoppler,
Faser- und Laserdioden-Kollimatoren,
Hochleistungslaser-Kollimatoren, Optische Schalter,
Abbildungs- und Sensorsysteme.
www.suss-microoptics.com
Qualitätsmanagement
Erfolgreiche Überwachungsaudits
Qualitätsmanagement (QM) und Arbeitssicherheit sind
wichtige Unternehmensbereiche, die früher in getrennten
Managementsystemen geführt wurden. Die neue QM-
Normreihe DIN EN ISO 9001:2000, die im Jahr 2001
eingeführt wurde, integriert diese Systeme. Ein weiteres
Novum: Diese ISO-Norm durchleuchtet Unternehmensabläufe
und Prozesse und stellt die Kundenorientierung
in den Mittelpunkt. Im Herbst 2003 bestanden die LINOS
Standorte Göttingen, Gießen und München erfolgreich
das Überwachungsaudit nach der neuen QM-Norm.
Im Qualitätsmanagementhandbuch,
inklusive dem Abschnitt Arbeitssicherheit,
sind alle Prozesse in Flussdiagrammen
übersichtlich dokumentiert.
Zusammen mit downloadbaren
Formularen steht das Handbuch allen
LINOS Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern
im firmeneigenen Intranet
zur Verfügung.
Rolf Tobien, Qualitätsmanagementbeauftragter von LINOS
Göttingen: „Nur was man misst, lässt sich auch managen“.
No. 1 | 1. Quartal 2004 optolines 3

INNOVAS
XY 500 LS - Kreuztisch
Mikroskope
exakt positionieren
In der Zellforschung, besonders in der Neurophysiologie, nehmen
komplexe Messaufbauten mit fragilen Glaselektroden rund um das
mikroskopisch zu untersuchende Präparat eine zentrale Rolle ein.
Ein typischer Aufbau ist zum Beispiel die Patch Clamp Technik.
Der XY 500 LS – Kreuztisch von LINOS ermöglicht die exakte
Verschiebung des gesamten Mikroskops relativ zum Präparat.
Der XY 500 LS mit großer abdeckbarer Zentralöffnung und
Front-/Seitenbedienung.
Hirnschnittpräparate beispielsweise werden
während der Ableitung elektrischer
Signale häufig mit aufrechten Mikroskopen
betrachtet. Um Ableitungen von
Neuronen zu realisieren, werden im
Experiment feine Glaselektroden platziert.
Während der Ableitung mit einer Elektrode
ist eine Bewegung des Präparates
relativ zum Messaufbau bzw. Mikroskop
nicht mehr zulässig. Das heißt, ein Verstellen
des Objektträgers, z.B. um eine weitere
Elektrode außerhalb des Sichtfeldes zu
positionieren, würde zur Trennung zwischen
Präparat und Elektroden führen.
Das sonst übliche Verschieben des Objektes
unter dem Mikroskopobjektiv wäre
somit nicht möglich. In diesem Fall ist es
nötig, das gesamte Mikroskop relativ zum
Präparat zu bewegen. Diese Bewegung
sollte jedoch mit derselben oder idealerweise
höheren Genauigkeit erfolgen, wie
man dies bei derartigen Anwendungen
von einem herkömmlichen Mikroskopkreuztisch
erwartet. Die Ausmaße und
das Gewicht von bis zu 40 kg des zu
bewegenden Mikroskops stellen dabei
eine besondere Herausforderung dar.
LINOS stellt mit dem XY 500 LS einen
Variante mit Frontbedienung.
110
275
475
265
50
Mechanisch entkoppelte Klemmung.
Abmessungen in mm.
> Weitere technische Informationen
zum LINOS XY 500 LS – Kreuztisch:
www.linos-katalog.de „Neue
Produkte“
4 optolines No. 1 | 1. Quartal 2004

INNOVAS
manuellen Kreuztisch zur hochpräzisen
Positionierung von Mikroskopen vor. Dieser
Tisch zeichnet sich durch eine extrem
flache Bauweise und hohe Stabilität aus.
Durch seine hochwertige Führungsmechanik
ist die Tischverstellung auch bei hoher
Belastung, beispielsweise durch schwere
Mikroskope, spielfrei und leichtgängig.
Dadurch wird ein sicheres Positionieren
garantiert.
Zwei Bedienungsvarianten
Der XY-Kreuztisch von LINOS erfüllt diese
Anforderungen exakt. Er ist in zwei Varianten
lieferbar: Die X- und Y-Achsen können
wahlweise von vorn und von der Seite
oder beide von vorn bedient werden.
Um Mikroskop-Baseports zu nutzen –
beispielsweise für eine Kamera bei der
Anwendung mit einem inversen Mikroskop
– bietet der Tisch eine große abdeckbare
Zentralöffnung. Ein kundenspezifisches
Bohrbild zur Befestigung des verwendeten
Mikroskops ist als interessante
Option im Preis enthalten. Der XY 500 LS
ist sehr belastbar und genau. Deshalb
eignet er sich ebenso für andere Anwendungen
in Forschung und Industrie.
Die Vorteile des
XY 500 LS – Kreuztisch:
●
●
●
●
●
●
niedrige Bauhöhe
hohe Positionsstabilität:
kein Verstellen gegen Federn
hohe Standsicherheit des Mikroskops:
Tischgröße und Führungslängen sind
speziell auf große Mikroskope abgestimmt
funktionelles Design
leicht zu reinigende Oberfläche
verwendbar für alle relevanten
Mikroskope namhafter Hersteller
wie ZEISS, NIKON, LEICA, OLYMPUS
Der Kreuztisch LINOS XY 500 LS zur Feinpositionierung
eines Hochleistungsmikroskops.
> Kontakt:
FON +49 (0)5 51 / 69 35-0
sales@linos.de
No. 1 | 1. Quartal 2004 optolines 5

INNOVAS
Flach-Schienen-System
LINOS FLS 40 für
flexible Aufbauten
Montagebeispiele.
Optische Komponenten werden immer kleiner. Für den Einsatz in
Wissenschaft und Industrie stellt diese fortschreitende Miniaturisierung
neue Ansprüche an mechanische Aufbausysteme, flexibel sollen sie sein
und in den Abmessungen immer kompakter. Um diesen Anforderungen
gerecht zu werden, hat LINOS sein bestehendes Mikrobank-Programm
um das Flach-Schienen-System FLS 40 erweitert.
Das Standard-Schienenprofil mit integriertem Maßband.
Die federvorgespannte Arretierung ermöglicht leichtes und
ruckfreies Gleiten.
Optimale Verbindung zwischen Flachschiene und Systemkomponenten:
der Reiter FLR 40.
Mit diesem neuen System, das aus
Schienen und Reitern besteht, lassen sich
lineare und flächenhafte Aufbauten realisieren.
Kombiniert mit dem bewährten
LINOS Mikrobank-System sind auch 3D-
Aufbauten leicht machbar. Diese Kompatibilität
erlaubt die direkte Montage
einer Vielzahl von unterschiedlichen Standard-Mikrobank-Komponenten.
Die definierte
optische Achse von 40 mm über
der Arbeitsfläche wird exakt eingehalten.
Ferner können Stifte und Säulen durch
ein M6 Gewinde befestigt werden.
Neben dem Einsatz in Laboraufbauten
eignet sich das System auch erstklassig
für Prototypenbau und Kleinserien. Sonderanfertigungen
sind auf Anfrage möglich.
Schienenprofil FLS 40
Das schwarz eloxierte Schienenprofil FLS
40 zeichnet sich durch eine hohe Geradheit
und geringe Torsion aus. Dank einer
zusätzlichen präzisen Bearbeitung des
stranggepressten Profils sind alle Führungsund
Auflageflächen extrem eben. Langlöcher
im Schienenprofil erlauben eine
Montage ebenso auf metrischen und Inch-
Standard-Gewinde-Rastern wie auch unabhängig
vom Raster. Das Maßband, das auf
das Profil aufgebracht ist, erleichtert das
Positionieren bzw. das Reproduzieren einer
Positionierung von Aufbau-Komponenten.
Das Schienen-System FLS 40 gibt es in Längen
von 40 mm bis 1.000 mm und ist auch
zu anderen Herstellern (z.B. OWIS) kompatibel.
Reiter FLR 40
Die Reiter der Serie FLR 40 koppeln die
Schiene FLS 40 mit den unterschiedlichsten
Systemkomponenten. Eine federvorgespannte
Rändelschraube fixiert die Reiter.
Durch die Federspannung behalten die Reiter
im gelösten Zustand ihre Position, lassen
sich aber leicht und ruckfrei verschieben.
Über ein 20 mm Gewinde-Raster lässt sich
eine Vielzahl von Komponenten des LINOS
Mikrobank-Systems, wie Aufnahmeplatten
und Justierelemente, montieren. Ferner
können durch ein spezielles Raster auf dem
Reiter FLR 40-40 die Würfel 25 und 30 der
Mikrobank befestigt werden. Dadurch lassen
sich einfache 3D-Aufbauten realisieren.
Ein zentrales M6-Gewinde ermöglicht, Säulen
und Stifte zu befestigen. Um den Anforderungen
in Wissenschaft und Industrie
auch künftig gerecht zu werden, wird
LINOS das Standard-Schienensystem FLS 40
kontinuierlich weiter entwickeln. Anregungen
und Verbesserungsvorschläge seiner
Kunden greift LINOS selbstverständlich auf
und setzt sie in die Tat um.
> Kontakt:
FON +49 (0)5 51 / 69 35-0
sales@linos.de
6 optolines No. 1 | 1. Quartal 2004

STARTUP
FELIX 3D-Display
LINOS fördert
wissenschaftlichen Nachwuchs
25 Jahre ist Studiendirektor
Knut Langhans mittlerweile im
Schuldienst tätig. Außerhalb
des regulären Unterrichts am
Vincent-Lübeck-Gymnasium in
Stade hat der Diplom-Physiker
eine ganze Reihe sehr unterschiedlicher
Schülerprojekte
betreut. Ein Projekt, das weltweite
Anerkennung fand,
ist das FELIX 3D-Display.
Die multiplanare, volumetrische
Bilddarstellungstechnik des
FELIX 3D-Displays liefert ein
reelles Raumbild in drei physikalischen
Dimensionen und
kann aus nahezu jedem
Blickwinkel ohne Sichthilfen
betrachtet werden.
Das Projekt-Team entwickelte einen Raumbildschirm,
genannt „FELIX 3D-Display“.
Dieses Display ist ein durchsichtiger, zylindrischer
Raumbildschirm, in dem mit Hilfe
von Laserstrahlen auf einer rotierenden,
spiralförmigen Projektionsfläche eine endliche
Zahl von Lichtpunkten erzeugt wird.
Im Rasterverfahren wird daraus ein dreidimensionales
und farbiges Bild zusammengesetzt.
Anders als bei Hologrammen, die
nur aus einem engen Blickwinkel betrachtet
werden können, stellt das FELIX 3D-
Display einen eigenen dreidimensionalen
Kosmos dar. Der Betrachter kann sich frei
um das Display herum bewegen und das
farbige Objekt von allen Seiten bestaunen.
Eine Ameise im FELIX 3D-Display.
Projektion mit 1.200 U/min
Das kompakte und modulare Gerät
besteht aus einer rotierenden schraubenförmigen
Mattscheibe im Innern einer
transparenten Plexiglasröhre. Mit Hilfe von
computergesteuerten Laserstrahlen wird
das Bild auf die Projektionsfläche abgebildet.
Die Bildfläche rotiert mit 1.200 U/min,
so dass der gesamte von ihr überstrichene
Raum für die Projektion genutzt werden
kann. Dort wo der projizierende Lichtstrahl
auftritt, wird ein Leuchtpunkt sichtbar.
No. 1 | 1. Quartal 2004 optolines 7

STARTUP
Die plastischen Bilder setzen sich aus einer
Vielzahl dieser Leuchtpunkte zusammen.
Auf Grund der hohen Drehgeschwindigkeit
ist die Projektionsfläche für den
Betrachter nicht sichtbar. Das vom Computer
generierte Bild ist dynamisch und
kann mit entsprechender Hard- und Software
in Echtzeit manipuliert werden.
Mehrfarbige Darstellungen können durch
Mischung von drei Laserstrahlen in den
Grundfarben rot, grün und blau realisiert
werden.
Anwendungsgebiete
FELIX 3D-Display
Bisher musste man sich mit perspektivischen
Darstellungen auf flächigen Displays
oder sonstigen Hilfsmitteln bei der Beurteilung
von räumlichen Situationen oder
Bewegungsabläufen begnügen. Auf diesen
Gebieten eröffnet die Technologie mit
Volumendisplays völlig neue Perspektiven.
Das FELIX 3D-Display bildet daher eine
sinnvolle Ergänzung zu hoch entwickelter
Rendering-Software, stereoskopischen Verfahren
und Virtual Reality Techniken. Die
Anwendungsmöglichkeiten sind sehr vielfältig
und umfassen beispielsweise:
● Visualisierung mehrdimensionaler
Datenstrukturen
● Luftraumüberwachung
und Flugsicherung
● Medizin, z. B. Computer-Tomographie
● Chemie und Physik, z. B. Analyse
von Molekülstrukturen
● Strömungssimulation
● CAD und Robotik
● Ausbildung
● Kunst, Unterhaltung
und Werbung
Räumliche Visualisierung von dreidimensionalen Bildern, rechts: Dipl.-Phys. Knut Langhans.
Weiterentwicklung mit Kristall:
SOLID-FELIX
Bei dem SOLID-FELIX Projekt handelt es
sich um einen 3D-Monitor, der im Wesentlichen
aus einem mit Ionen dotierten
Kristall besteht. Innerhalb des Kristalls
können mit Hilfe zweier, sich kreuzender
IR-Laserstrahlen, Lichtpunkte an jedem
beliebigen Ort durch Fluoreszenzanregung
erzeugt werden. Diese Lichtpunkte ergeben
zusammengesetzt ein echtes 3-dimensionales,
volumetrisches Bild, das frei im
Raum steht und ohne jegliche Hilfsmittel –
wie z.B. „Shutter-Brillen“ – von allen Seiten
betrachtet werden kann. Erste Versuche
haben bereits gezeigt, dass eine praktische
Umsetzung des Verfahrens möglich
ist. Dazu wurden zunächst in Zusammenarbeit
mit dem Institut für Laserphysik der
Universität Hamburg und dem 2. Physikalischen
Institut der Universität Stuttgart verschiedenartige
und unterschiedlich dotierte
Kristalle gezogen und auf ihre Fluores-
Funktionsprinzip des FELIX 3D-Displays.
> Kontakt:
Norbert Henze
norbert.henze@linos.de
8 optolines No. 1 | 1. Quartal 2004

STARTUP
zenzeigenschaften hin untersucht. An der
Entwicklung der Hardware zur Ansteuerung
des Displays war die Fakultät für
Elektrotechnik und Informationstechnik
der TU Chemnitz maßgeblich beteiligt.
Des Weiteren konnte beim FELIX 3D-
Display auf die Erfahrungen im Bereich
der Laserablenkung zurückgegriffen
werden.
Seit 1984 präsentiert sich die Stader
Projekt-Gruppe erfolgreich weltweit
auf Kongressen und Messen und war
beispielsweise Gast auf der Photonics
China in Peking oder Photonics West in
San José, Cal. USA.
Gute Kontakte zu Industrie
und Wissenschaft
Versuchsaufbau mit LINOS Mikrobank-Komponenten zur dreidimensionalen Bilderzeugung eines Ringes in unterschiedlichen Farben.
Ziel dieser freiwilligen Projekte am Stader
Gymnasium ist es, den Jugendlichen in
ihrer Freizeit die Möglichkeit einer zeitgemäßen
und praxisorientierten Ausbildung
zu geben. Die Schülerinnen und
Schüler erwerben zusätzliche Qualifikationen
und Kompetenzen – nicht nur auf
wissenschaftlich-technischem Gebiet, sondern
auch im Bereich des Projektmanagements.
Dabei werden Strategien für kontinuierliches,
langfristiges und gemeinsames
Arbeiten entwickelt, um so schon
frühzeitig Durchhaltevermögen und
Beständigkeit zu trainieren. Zu Universitäten
und großen Industrieunternehmen
pflegen die Stader enge Kontakte. Diese
Kontakte gewährleisten Wissens- und
Know-how-Transfer mit Universitäten und
der Industrie. Durch diese enge Zusammenarbeit
werden die Jugendlichen schon
früh mit aktuellen Wissensströmungen
und Arbeitstechniken vertraut gemacht.
Dies stellt eine wertvolle Hilfe für Entscheidungsprozesse
bei Berufswahl
und Studium dar.
LINOS: der Aus- und
Weiterbildung verpflichtet
LINOS Göttingen unterstützt das Projekt
FELIX 3D-Display und den Ausbau des
Laserlabors mit Aufbaumaterial und
Komponenten des Mikrobank-Systems.
Innovation beginnt in den Köpfen junger
Menschen. Zukunftstechnologien brauchen
Fachkräfte. Trotz der außerordentlich
positiven Entwicklung der Welt der Photonics
in Wissenschaft und Industrie bleibt
die Förderung von Aus- und Weiterbildung
aus Sicht von LINOS eine permanente
Herausforderung und Aufgabe für verantwortliches
gesellschaftliches Handeln.
(Siehe auch Seite 15: Literatur-Tipp)
LINOS wünscht dem FELIX-Team auch für
die Zukunft viel Erfolg und bei seinen
Projekten tolle Ergebnisse.
Funktionsprinzip des SOLID FELIX 3D-Displays.
> Weitere Infos:
www.felix3d.com
mail@felix3D.com
No. 1 | 1. Quartal 2004 optolines 9

TECHNOLOGY
Ionen unterstütztes Coating
Verbesserte Laserspiegel
Was viele bisher nur vermutet haben, ist jetzt erwiesene Tatsache: Durch den Transfer des Laserspiegelprozesses
DLHS von konventionellen Aufdampfanlagen auf Ionen unterstützte Beschichtungsanlagen
haben sich die Eigenschaften der LINOS Laserspiegel noch einmal deutlich verbessert.
Deutlich verbesserte
Eigenschaften
Die verbesserten Eigenschaften haben
darüber hinaus auch zu einer deutlich
erhöhten Laserzerstörschwelle geführt
(siehe Grafik unten).
Die hier durchgeführten S-on-1-Messungen
(nach DIN EN ISO 11 254) sind anwendungsbezogener
als die bisherigen
1-on-1-Messungen. Grund: Der Schwellwert
kann für S -> unendlich abgeschätzt
werden. Ferner wird der LIDT-onset ausgegeben
und nicht wie früher die LIDT-
50%-Wahrscheinlichkeit.
Hochleistungs-Laser-Spiegel von LINOS.
Zum Thema LIDT ist für eine spätere Ausgabe
von optolines ein weiterer Beitrag
geplant. Derzeit werden weitere Entspiegelungen
getestet und ausgewertet.
Im Rahmen des BMBF/VDI-Förderprojektes
MISTRAL konnten hochpräzise Messergebnisse
für zwei DLHS-Systeme unterschiedlicher
Materialkombination und einen Doppelspiegel
(DLHD) gewonnen werden. Die
jetzt hochgenauen Messungen führte ein
unabhängiges Institut – das Laser Zentrum
Hannover – im NIR bei 1064nm durch.
Reflexionsmessung
nach DIN EN ISO 13 697
DLHS 1 99.94%
DLHS 2 99.95%
DLHD 99.96%
Die Absorption bei 1064nm liegt nur noch
bei 30 bis 130ppm. Die Streulichtverluste
konnten aus der Mikrorauhigkeitsmessung
mit 110ppm errechnet werden. Bei nicht
mehr messbarer Rest-Transmission wurde
die Reflexion schon vorab auf R > 99.9%
extrapoliert. Die Messgenauigkeit bei der
Reflexionsmessung ist besser als 400ppm,
also besser als 0.04%. Damit sind Reflexionen
größer als 99.9% in der Serie sicher
zu erreichen.
> Kontakt:
FON +49 (0)5 51 / 69 35-0
sales@linos.de
Weitere Informationen:
www.linos-katalog.de
10 optolines No. 1 | 1. Quartal 2004

BASICS
Grundlagen und Anwendungen
Laseraufweitungssysteme
Von Thomas Thöniß, LINOS Göttingen
In komplexen Lasersystemen,
z.B. zur Materialbearbeitung
(Bild 1), nehmen neben aktiven
optischen Komponenten, wie
z.B. Pockels-Zellen zur zeitlichen
oder Galvo-Spiegel zur räumlichen
Modulation des Bearbeitungslasers,
auch passive optische
Komponenten und Systeme eine
zentrale Rolle ein. Ihre Aufgaben
reichen von der einfachen Strahlumlenkung
durch Spiegel über
Strahlprofilformung, z.B. mittels
Zylinderlinsenarrays, bis hin zur
letztendlichen Fokussierung des
Lasers auf das Werkstück durch
Hochapertur-Laserobjektive
(HALOs) oder Scan-Objektive [1].
Eine immens wichtige Rolle
spielen neben diesen Komponenten
und Systemen auch
Strahlaufweitungssysteme –
Beam Expander oder kurz:
BM.X – zur Anpassung des
Strahldurchmessers an die
jeweilige Bearbeitungsaufgabe.
Bild 1: Prinzipieller Aufbau optischer Systeme für die Lasermaterialbearbeitung.
Beam Expander: großer Strahldurchmesser
für kleinen Laserspot
Zur effizienten Erzeugung feinster Strukturen
bei der Lasermaterialbearbeitung ist
ein minimaler Laserfokus mit möglichst
hoher Energiedichte auf dem zu bearbeitenden
Werkstück erforderlich. Bei der
Erzeugung eines Fokus mittels Laserlicht
lässt sich die 1/e 2 -Spotgrösse d f näherungsweise
mittels (1) berechnen:
(1)
λ ist hierbei die verwendete Laserwellenlänge,
f’ die Brennweite des fokussierenden
Objektivs und d 1 der Strahldurchmesser
des Laserstrahls an der ersten Linsenoberfläche
des Objektivs. Es wird hierbei
vorausgesetzt, dass die Rayleigh-Länge z R
des fokussierten Laserstrahls sehr viel kleiner
ist als f’ und der Linsendurchmesser
mindestens 1,5-fach größer als d 1 [2].
Aus Gleichung (1) lässt sich leicht entnehmen,
dass besonders ein großer Strahldurchmesser
zu einem kleinen Laserspot
führt. Die Aufweitung des Lasers auf den
geeigneten Querschnitt erfolgt mittels der
bereits erwähnten Beam Expander und
wird zweckmäßigerweise erst kurz vor der
räumlichen Modulation bzw. direkt vor der
fokussierenden Optik vorgenommen, um
die vorherigen optischen Komponenten in
ihren Dimensionen klein und somit im
Preis günstig gestalten zu können. Ähnlich
Fernrohren sind Beam Expander afokale
Systeme. Sie bestehen aus zwei optischen
Teilsystemen: der Eintritts- und der Austrittsoptik.
Beide Teilsysteme sind so angeordnet,
dass der bildseitige Brennpunkt
der Eintrittsoptik F ín mit dem objektseitigen
Brennpunkt der Austrittsoptik F out
zusammenfällt.
Das Aufweitungsverhältnis m als Quotient
des Austrittstrahldurchmessers D out zum
Durchmesser des unaufgeweiteten Strahlbündels
D in vor dem Beam Expander lässt
No. 1 | 1. Quartal 2004 optolines 11

BASICS
sich mit f´in als Brennweite der Eintrittsoptik
und f´out als Brennweite der Austrittsoptik
sowie h=D in /2 und h’=D out /2 wie folgt
berechnen:
(2)
Durch den allgemeinen Zusammenhang
(3) zwischen der lateralen Vergrößerung m
– entspricht dem Aufweitungsfaktor bei
afokalen Systemen – und der Winkelvergrößerung
m ang :
(3)
lässt sich auf einfache Weise ein weiterer
Effekt beim Einsatz von Beam Expandern
ableiten [3]: Divergenzen bzw. Kollimationsfehler,
die in der Natur der verwendeten
Laserlichtquelle liegen bzw. durch vorhergehende
Strahlformungs- und Strahlführungsoptiken
eventuell eingeführt
wurden, äußern sich in einer Winkelabweichung
der idealerweise achsparallelen
Strahlen. Derartige Fehler verhindern eine
ideale Fokussierung des Strahlbündels zu
einem möglichst perfekten Fokus. Für
objekt- und bildseitige Strahlwinkel gilt
bei optischen Systemen:
Bild 2: Kepler-Aufweitungssystem.
(4)
u ist hierbei der Winkelfehler vor und u’
der übertragene Winkelfehler nach der
Aufweitung. Bei einem Aufweitungsfaktor
von m>|1| werden somit die angularen
Strahlrichtungsfehler bzw. Strahldivergenzen
um den Faktor der Strahlaufweitung
verringert!
Prinzipielle Arten von
Beam Expandern
Bild 3: Galilei-Aufweitungssystem.
Wie bei Fernrohren gibt es auch bei den
Strahlaufweitungssystemen zwei prinzipielle
Arten der optischen Realisierung:
a) die Kepler-Anordnung, bestehend aus
zwei positiven Linsen oder Linsengruppen,
b) die Galilei- oder holländische Konfiguration
mit einem negativen und einem positiven
Teilsystem. Beide Konfigurationen
sind in Bild 2 und Bild 3 durch die Anordnung
von paraxialen Linsen verdeutlicht.
Der reelle Zwischenfokus bei der Kepler-
Anordnung ist bei der Erzeugung von
hochwertigen Referenzwellenfronten mit
homogener Intensität, z.B. in der Interferometrie,
von Vorteil, da am Ort des
Zwischenfokus eine Blende (Pinhole) zur
Ortsfrequenzfilterung positioniert werden
kann.
Bei dem Einsatz leistungsstarker Laser,
z.B. in der Materialbearbeitung, ist der
Galilei-Typ vorzuziehen, da die enormen
Leistungsdichten im Zwischenfokus des
Kepler-Aufbaus zur Hitzeentwicklung bis
hin zu Luftdurchbrüchen führen können.
Ein Einsatz von Raumfiltern ist auf Grund
der hohen Energie im Brennpunkt ohnehin
nicht möglich. Ein weiterer genereller Vorteil
der Galilei-Anordnung ergibt sich
durch die verringerte Baulänge L (siehe
auch Bild 3 und Bild 4), die sich näherungsweise
durch L=|f´out |-|f´in | im Gegensatz
zum Kepler-Aufbau mit L=|f´out |+|f´in |
ergibt.
Flexibilität durch Zoomund
Modulare Systeme
Ist eine besondere Flexibilität, z.B. in der
Erprobungsphase eines Laserbearbeitungssystems,
gefordert, sind variable (Zoom-)
12 optolines No. 1 | 1. Quartal 2004

BASICS
Aufweitungssysteme sinnvoll. Hier wird
beim Aufweitungssystem vom Galilei-Typ
typischerweise die negative Eingangsoptik
in zwei Subgruppen, z.B. eine positive und
eine negative Gruppe, aufgespaltet. Durch
die Variation des Abstandes e 12 der beiden
Subgruppen mit ihren Einzelbrennweiten
f´1 und f´2 wird die Gesamtbrennweite f’ in
dieser Eingangsoptik nach Gleichung (5)
variabel.
(5)
Durch eine geeignete Verschiebung der
beiden Gruppen zur Austrittsoptik lässt
sich somit eine kontinuierliche Veränderung
des Aufweitungsfaktors erzielen.
Ähnlich wie bei Zoom-Objektiven in der
Fotografie muss bei der Berechnung und
Konstruktion ein Kompromiss zwischen
der Abbildungsgüte, dem Aufweitungsbereich
und dem konstruktiven Aufwand
gefunden werden.
In Bild 4 ist beispielhaft der schematische,
paraxiale Aufbau eines variablen 2x bis 7x
Aufweitungssystems dargestellt.
Durch die Gleichung (6) und (7) ergibt sich
der Zusammenhang zwischen den Einzelbrennweiten
f´n, den Abständen e n,n+1
zwischen den Linsen und dem Aufweitungsfaktor
m bei paraxialen Aufweitungssystemen
mit drei Gliedern [4]:
Bild 4: Paraxiales Layout eines 2x-7x Zoom Beam Expander.
(6)
und
(7)
Ist ein nur einmaliges Anpassen des Lasersystems
auf eine Applikation hinsichtlich
der Spotgröße erforderlich, sind modulare
Beam Expander von LINOS eine interessante
Alternative. Diese Beam Expander
erlauben durch ihre Modulbauweise ein
einfaches Austauschen der Strahleingangsoptik.
Somit kann mit nur einer Strahlaustrittsoptik
(Grundmodul) der Aufweitungsfaktor
des Systems durch den Anwender
problemlos an neue Aufgaben angepasst
werden. Es sind Aufweitungsverhältnisse
Bild 5:
Modulare Beam Expander
von LINOS.
> Kontakt Autor:
Thomas Thöniß
thomas.thoeniss@linos.de
No. 1 | 1. Quartal 2004 optolines 13

BASICS
von 3x, 5x, 8x und 10x wählbar (Bild 5).
Durch die diskreten Aufweitungsverhältnisse
lassen sich die Eingangsoptiken
speziell auf das Grundmodul abstimmen
und garantieren somit eine optimale
Abbildungsqualität. Die Fokussierbarkeit
der Eingangsoptik erlaubt ein zusätzliches
Anpassen der axialen Fokuslage und
Fokusgröße des Gesamtsystems. Ein reines
Verschieben der Optik ohne Verdrehung
beim Fokussieren garantiert bei der Einstellung
die notwendige Fokusstabilität.
Kombination hochwertiger
Materialien und ansprechendes
Design
Bei der Auslegung des optischen Designs
eines Beam Expanders spielt der später
verwendete Wellenlängenbereich eine
wichtige Rolle. Bei der eingesetzten
Wellenlänge soll eine möglichst kleine
Wellenfrontdeformation des Laserbündels
durch nachgeschaltete Fokussieroptiken
die Erzeugung eines kleinen Laserspots
ermöglichen. Strahlaberrationen, wie z.B.
sphärische Aberration (Öffnungsfehler),
würden eine exakte Fokussierung erschweren
und kleinste Spots unmöglich machen!
Normalerweise wird das Optik-Design von
einem derartigen System nur auf die zu
erwartende Arbeitswellenlänge abgestimmt.
Durch eine spezielle Art des
optischen Designs der LINOS BM.X-Reihe
wurde eine minimale Wellenfrontdeformation
für Wellenlängen von 458nm bis
1064nm ermöglicht. Lediglich das leichte
Nachfokussieren der Frontoptik ist beim
Wechsel der Wellenlänge innerhalb dieses
Spektrums notwendig. Eine extrem breitbandige
und reflexarme Vergütung der
Optiken (Bild 6) unterstützt die Anwendung
im Wellenlängenbereich von 458nm
bis 635nm (Restreflexion weniger als
0,5%) und zusätzlich bei 1064nm (Restreflexion
weniger als 0,3%). Um die Anwendung
von Aufweitungssystemen bei hohen
Laserleistungen zu ermöglichen, spielt
auch die Materialauswahl für die einzelnen
optischen Komponenten des Systems eine
entscheidende Rolle. Linsen, an denen
besonders hohe Laserleistungen z.B. durch
kleine Strahlquerschnitte auftreten, sollten
Bild 6: Gesamttransmission eines LINOS BM.X-Aufweitungssystems.
aus hochwertigem Quarzglas gefertigt
sein, da dieses durch seine geringe Absorption
eine besonders hohe Zerstörschwelle
aufweist. Auch alle weiteren
Optiken sollten aus möglichst absorptionsarmen
Gläsern hergestellt werden. Durch
den Einsatz derartiger Materialien in Kombination
mit dem hochwertigen Coating
ergibt sich bei den LINOS BM.X-Systemen
z.B. bei einer Laserwellenlänge von
1064nm eine Laserfestigkeit von mehr
als 100J/cm2 bei 20ns Laserpulsbreite
(S-on-1-Messung). Nicht zuletzt bestechen
die LINOS Beam Expander durch ein
ansprechendes äußeres Design.
Quellen:
● [1] Thomas Thöniß, Sabine Dreher,
Rainer Schuhmann: „Photonik-Puzzle,
optische Komponenten und Systeme
für Laseranwendungen“; Laser+Photonik
2 (Juni 2003), S. 14-21
● [2] Wolfgang Demtröder: „Laser Spectroscopy”;
Springer-Verlag, Berlin,
Heidelberg, New York 1982
● [3] Christian Hofmann: „Die optische
Abbildung”; Geest & Portig, Leipzig
1980
● [4] Fu-Ming Chuang, Ming-Wen
Chang: „Solution areas of three-component
afocal zoom systems”; Optik
101. No. 1 (1995), S.10-16
Bild 7: Der LINOS BM.X Beam Expander.
> Kontakt BM.X Beam Expander:
FON +49 (0)5 51 / 69 35-0
sales@linos.de
14 optolines No. 1 | 1. Quartal 2004

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Gesellschaft e. V. (DPG)
Frühjahrstagung des Arbeitskreises
Festkörperphysik (AKF)
68. Physikertagung und Frühjahrstagung
des Arbeitskreises
Atome, Moleküle, Quantenoptik und
Plasmen (AMOP) der DPG
Fachseminar:
Technische Optik in der Praxis
Haben Sie Fragen oder Anregungen an die Redaktion?
Wir freuen uns auf Ihre Nachricht (von rechts): Janine
Sandmann, Assistentin; Thomas Thöniß, Entwicklungsleiter;
Norbert Henze, Vertriebsleiter Forschung und
Labor; Bastian Dzeia, Produktmanager (LINOS Photonics,
Göttingen).
> Kontakt:
janine.sandmann@linos.de
Fraunhofer-Institute für Lasertechnik, Aachen, und für
angewandte Optik und Feinmechanik, Jena, auf dem
Tourplan. Kunden und Interessenten aus dem regionalen
Umfeld waren über Mailings vorab benachrichtigt.
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einem persönlichen Vortragswunsch? Dann freuen wir
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Norbert Henze: +49 (0)5 51 / 69 35-161
norbert.henze@linos.de
Thomas Thöniß, Entwicklungsleiter LINOS Photonics Göttingen,
beim Fachvortrag über Optik-Design mit dem LINOS Softwarepaket
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Berlin
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www.laser-optikberlin.de
www.dpg-gmbh.de
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OPTATEC Frankfurt/M. www.schallmessen.de/_s/
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Herausgeber: LINOS Photonics GmbH & Co. KG,
Geschäftsbereich Industrial Manufacturing
Königsallee 23, D-37081 Göttingen
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© Konzeption und Produktion:
BEISERT & HINZ UNTERNEHMENSKOMMUNIKATION
Stumpfebiel 6, D-37073 Göttingen
in Zusammenarbeit mit P.O.S. Network
Layout: NEUEFORM Buero fuer Gestaltung
Fotonachweis: Fotostudio Czerwonski Göttingen,
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