optolines No. 9

HeNe-Laser –
mit exzellenter
Strahlqualität
Neue Laserstrahlquellen von LINOS
HeNe-Laser und diodengepumpte Festkörperlaser
Neue Positionierer
Manuell und mit Piezomotor
Umschaltbare Faserlaser um 10 mW
Neues vom Institut für Laser Physik, Hamburg
Optische Tische von LINOS und TMC
Thermisches Verhalten, Teil III
optolines
No. 9 | 1. Quartal 2006
Fachmagazin für Optomechanik und Optoelektronik
Neu überarbeitetes
Programm an Helium-
Neon-Lasern | Seite 4

edItorIAl
Liebe Leserin, lieber Leser!
Die jüngsten Veröffentlichungen vom
Industrieverband spectaris stimmen froh: 5,7
Prozent Umsatzplus in 2005 und der Trend
soll sich auch in diesem Jahr fortsetzen. Laser
und optische Komponenten bilden dabei
den Kernbereich optischer Technologien, die
allein in Deutschland über 100.000 Menschen
beschäftigen. Der Markt bleibt interessant,
was am spürbar steigenden Wettbewerbsdruck
deutlich wird. Entsprechend den höheren
Anforderungen ist es für LINOS wichtig, sich
neben der Kompetenz in Bezug auf Produkte,
Systemkomponenten und Qualitätsniveau auch
durch eine individuelle Kommunikationsstrategie
zu differenzieren.
Ziel einer Anzeigenkampagne in Fachmedien
ist es, über ein Produkt oder eine Serviceleistung
zu informieren und dabei das
Profil des Anbieters und des umworbenen
Produktes abzubilden. LINOS ist Anbieter
hochwertiger Komponenten und Lösungen
aus dem Bereich der Photonik. Sie kommen
in unterschiedlichsten Gebieten zum Einsatz
und tragen dort maßgeblich zur Effektivität
und Funktionalität eines Gesamtsystems bei.
Die in der Anzeigenkampagne 2006 verwendeten
Motive und Textelemente zeigen,
wie wichtig einzelne Komponenten für die
Gesamtleistung eines Systems sind.
Durch Bildwahl und Bildwitz wird dieser
Gedanke bewusst überzogen und weckt
somit die notwendige Aufmerksamkeit des
Betrachters. Das sachliche Layout und die reduzierten
Farbräume konzentrieren den Blick des
Betrachters auf das Wesentliche. Keine Spielereien
stören die Bildwirkung. Diese nüchterne
„Verpackung“ des Inhalts lässt Rückschlüsse
auf die Eigenschaften der angebotenen LINOS
Produkte zu: Zuverlässig, solide, hohe Qualität.
Mit der ersten Ausgabe von optolines in diesem
Jahr wünschen wir Ihnen unterhaltsame
Information.
Herzliche Grüße
Content
InSIGHt
Measurement06 | Laserstrahl zeichnet
Gauss-Weber-Telegrafenweg nach |
Die Gewinner des LINOS Weihnachtspreisrätsels
2005 | Seite 3
InnoVAS
HeNe-Laser und diodengepumpte
Festkörperlaser – neue Laserstrahlquellen
von LINOS | Seite 4
InnoVAS
Neue Positionierer im LINOS Programm –
Lineartisch mit Piezomotor –
manuelle Präzisionspositionierer | Seite 8
InnoVAS
Lichtquelle, Spektrometer, Auswertungssoftware
– kompaktes Programmpaket
für die Spektroskopie | Seite 9
InnoVAS
Weit durchstimmbare, kontinuierliche
Infrarot-Laserstrahlung – Optisch-parametrischer
Oszillator | Seite 10
CHeCKUP
Neuentwicklung aus dem Institut für
Laser-Physik der Uni Hamburg –
Umschaltbare Faserlaser um 10 mW |
Seite 12
SPeCIAl
Weltweites Zentrum für Messtechnik
– Kooperationen im Göttinger
„Measurement Valley“ | Seite 15
BASICS
Optische Tischsysteme von LINOS und
TMC, Teil III – thermisches Verhalten
von Tischplatten | Seite 16
lInoS lIVe
LINOS auf der „Photonics West“ |
Literaturtipp | Messen und Roadshows –
LINOS Redaktionsteam | Impressum |
Seite 19
Mecky Imkamp
2Leitung Marketing-Kommunikation
optolines No. 9 | 1. Quartal 2006

InSIGHt
„Kopf hoch“ in Göttingen – Laser zeichnet Telegraphenweg nach
LINOS unterstützt historisches Gauß-Weber-Ereignis von 1833 – tägliche Botschaften
Mitte Februar hieß es für die Göttinger Bürger
allabendlich „Kopf hoch“. Denn am Himmel wiederholte
sich ein historisches Ereignis mit zeitgemäßen
Mitteln. 1833 gelang es Carl Friedrich Gauß
und Wilhelm Weber in Göttingen erstmals mittels
elektromagnetischer Datenleitung Botschaften zu
senden. 173 Jahre später und anlässlich der Messe
Measurement06 sendete ein Lasertelegraph codierte
Botschaften zur Sternwarte und zum Nordturm der
Johanniskirche. Das gesamte Equipment – u.a. ein
15fach Beamexpander, diverse Spiegel und Profile
– stellte LINOS zur Verfügung. Installiert wurde der
Laser auf dem Dach eines Hochhauses. Von hier
strahlten die verschlüsselten Informationen zur
Sternwarte und zum Kirchturm. Zur Verschlüsselung
der Information diente der von Gauß und Weber
entwickelte Code, wonach jeder Buchstabe eindeutig
aus einer Kombination kurzer und langer Impulse
dargestellt wurde.
www.measurement2006.de
Göttingen – Zentrum der Messtechnik
Measurement06 fokussiert Hightech-Kompetenzen
Göttingen liegt nicht nur an der Leine, sondern auch
im Zentrum eines „Measurement Valley“. Die Hochtechnologiebranche
in und um die südniedersächsische
Stadt setzt jährlich rund 850 Millionen Euro
um. Etwa die Hälfte entfällt auf die 39 Mitglieder des
Vereins „Measurement Valley“, der seinen Namen
vom kalifornischen „Silicon Valley“ ableitet. Hinzu
kommen wissenschaftliche Forschungseinrichtungen
und universitäre Ausbildungsstätten. Erstmals in
seiner achtjährigen Geschichte präsentierten sich die
Unternehmen des Vereins – darunter auch LINOS
– mit eigenen Ständen auf einer Messe in der LOK-
HALLE am ICE-Bahnhof. Vorträge über taktile und
optische Messtechniken, Kalibrier- und Qualitätsmanagement
sowie tiefe Einblicke in die Nanowelt
flankierten den zweitägigen Kongress. Die geballte
Kompetenz rund um die Messtechnik ist europaweit
einzigartig. Neben Firmen wie LINOS, MAHR, SARTO-
RIUS oder ZEISS gibt es zahlreiche kleinere Unternehmen
und Forschungseinrichtungen, von denen viele
als Spinoffs gestartet sind.
Das Gesamtkonzept mit einer Fachausstellung, einem
Weiterbildungsprogramm und einem wissenschaftlichen
Kongress stieß auf große Zustimmung. Denn es
trafen Teilnehmer aufeinander, die sich der Messtechnikbranche
aus ganz unterschiedlichen Blickwinkeln
näherten. Auch weitere konkrete Kooperationen
konnten auf der Messe angebahnt werden. Deshalb
No. 9 | 1. Quartal 2006 optolines
15fach aufgeweitet durch einen Beamexpander von lInoS: ein grünes laserlicht mit 532 nm Wellenlänge
zeichnete den Weg des Gauß-Weber-telegraphen am Göttingen nachthimmel nach und trifft den nordturm
der Johanniskirche.
steht schon heute fest: Das „Measurement Valley“ wird
bald zur „Measurement08 – enabling processes“ einladen.
Lesen Sie auf Seite 15 mehr über Göttingen und
seine Unternehmen im „Tal der Messtechnik“.
niedersachsens Wirtschaftsminister Walter Hirche
(links) mit lInoS Ceo Prof. dr. Gerd litfin am
Messestand von lInoS auf der Measurement06
in Göttingen.
Die Gewinner
LINOS Weihnachtspreisrätsel 2005
Die Beteiligung am großen LINOS Weihnachtspreisrätsel
2005 war zahlreich, und die Einsender des richtigen
Lösungsworts „WEIHNACHTSMARKT“ waren
zugleich sehr aufmerksam! Schlich sich doch bei den
sechs Fragen ein kleiner Satzfehler im Layout ein
(wofür wir uns entschuldigen). Noch vor Weihnachten
freuten sich über die Preise:
1. Preis: i-pod nano
Dr. Norbert Lang, Greifswald
2. Preis: MP3 Player
Ralf Peter, Oberkochen
3. Preis: SenSeo Kaffeemaschine
Christian Pabst, Erlangen
Herzlichen Glückwunsch!
Marita Plitzko zieht den ersten Gewinner und
mit ihr freut sich das redaktionsteam aus Janine
Jagemann sowie (v.l.) Bastian dzeia, thomas
thöniß und norbert Henze.

InnoVAS
HeNe-Laser und diodengepumpte Festkörperlaser
Neue Laserstrahlquellen von LINOS
Der Einsatz von Lasern hat sich in den letzten Jahren ständig erweitert, und ein Ende ist noch lange nicht
abzusehen. Die exzellente Strahlqualität, die lange Lebensdauer und vor allem das immer noch unschlagbare
Preis-Leistungsverhältnis des klassischen Helium-Neon-Lasers und diodengepumpter Festkörperlaser bieten
den Diodenlasern energisch Paroli. LINOS bietet ab Mitte 2006 ein breites Spektrum an HeNe-Lasern an. Aus
diesem Anlass beschäftigt sich optolines mit dem Aufbau und Anwendungen des HeNe-Laser sowie dioden-
gepumpter Festkörperlaser.
Abb. 1: Hene-laser mit 632,8 nm, 594,1 nm und 543,5 nm.
Der HeNe-Laser gehört als Gaslaser zu
den ersten Lasern im sichtbaren Wellenlängenbereich,
die realisiert wurden. Er
wurde im Jahre 1961 als erster kontinuierlich
arbeitender Laser entwickelt. Bis
zum Siegeszug der Laserdioden hat sich
der Laser vom Typ Helium-Neon weltweit
am meisten verbreitet. Er wurde für Justier-
und Positionieraufgaben eingesetzt,
aufgrund seiner hervorragenden optischen
Eigenschaften aber auch in Interferometern
und in der sensorischen Messtechnik.
Die ersten Scannerkassen und
sogar die ersten CD-Spieler waren damit
ausgerüstet. Während diese und auch die
Anwendungen für Justierung und Positionierung
heute mehr und mehr von den
Diodenlasern abgelöst werden, finden die
HeNe-Laser in der Analytik, Messtechnik
und Sensorik sowie in Wissenschaft und
Forschung nach wie vor weite Verbreitung.
Seine Vorteile sind die exzellente
Strahlqualität, die lange Lebensdauer und
das immer noch unschlagbare Preis-Leistungsverhältnis.
Wegen der ausgereiften
Herstellungstechnologie und den nach wie
vor hohen Stückzahlen, konnten die Herstellkosten
weiter gesenkt werden.
Hohe Strahlqualität
Gegen den Trend der immer kürzer werdenden
Produktlebensdauern hat sich der
> Kontakt:
FON +49 (0) 551/69 35-0
sales@linos.de
HeNe-Laser also nunmehr seit 25 Jahren
behauptet. Auch viele OEM-Hersteller
wählen nach wie vor den HeNe-Laser für
die Bestückung auch neu entwickelter
Produkte und das trotz des Wettbewerbs
durch die Laserdioden. Der Hauptgrund
dafür ist, dass die Laserdiode als Einzelbauelement
zwar sehr preiswert ist,
der Aufwand jedoch, eine vergleichbare
Strahlqualität wie beim HeNe Laser zu
erreichen mit Kosten zu Buche schlägt, die
diesen Vorteil wieder wettmachen. Aufgrund
der extremen Elliptizität der Laserdiodenstrahlung
ist beispielsweise eine
Strahlzirkularisierung notwendig. Auch ist
die Wellenlänge der Laserdiode stark von
der Temperatur abhängig. Um eine mit
dem HeNe-Laser vergleichbare Stabilität
zu erreichen, muss die Diode aufwändig
temperaturstabilisiert werden. Auch in
der Kohärenzlänge ist der HeNe-Laser
mit ca. 20 cm bis 30 cm einer Diode, die
typischerweise nur auf einige Millimeter
kommt, weit überlegen. Andere Vorteile
des HeNe-Lasers sind:
● exzellente Modenreinheit, typischer-
weise > 95% gaussförmig TEM 00
● günstige Verhältnis zwischen Resonatorlänge
und -breite (Durchmesser)
● nahezu beugungsbegrenzter Strahl
● hohe Strahllagestabilität
● hohe Reproduzierbarkeit in der
Produktion
4 optolines No. 9 | 1. Quartal 2006
�

InnoVAS
Einheitlicher Aufbau
Der Aufbau aller HeNe-Laser ist grundsätzlich
gleich (Abbildung 1). Sie enthalten
eine Glasröhre mit einem Gemisch
von Helium und Neon unter geringem
Druck. Das eigentliche Lasermedium ist
das Neon, die Helium Atome dienen zur
Anregung des Neons. Dies geschieht
durch eine Gasentladung, ähnlich wie wir
sie von Leuchtstoffröhren kennen. Die
Gasentladung findet in einem dünnen
Glasröhrchen, der Kapillare, statt. Das
umgebende Rohr dient als Gasreservoir.
Ein spezielles Element sorgt als „Getter“
für das Einfangen unerwünschter Atome
anderer Elemente wie z.B. Sauerstoff.
An den Enden der Röhre befinden sich
Elektroden, an die eine elektrische Hochspannung
zugeführt wird. Die Kathode
ist Elektronenlieferant und als großflächiger
Aluminiummantel ausgeführt. Je
nach optischer Ausgangsleistung liegt
die Betriebsspannung zwischen 1.300 V
und 3.700 V, die Entladungsströme bei
3,5 mA bis 7 mA. Als Resonator dienen
Spiegel, die direkt mit der Röhre verbunden
sind. Die optische Ausgangsleistung
wird durch die Länge der Röhre bestimmt.
Mit dem hier beschriebenen Aufbau
lassen sich bei einer Röhrenlänge von
ca. 640 mm bis zu 20 mW bei 633 nm
erreichen. Noch höhere Ausgangsleistungen
erfordern längere Röhren. Deren
Spiegel sind aus Gründen der mecha-
No. 9 | 1. Quartal 2006 optolines
nischen Stabilität nicht mehr direkt an
der Röhre, sondern am Außenskelett
aus Invar befestigt – einem Material mit
sehr geringer Wärmeausdehnung. Diese
Laser haben dann nicht mehr die typische
zylindrische Bauart, sondern einen rechteckigen
Querschnitt. Die Bauweise ist
deutlich aufwändiger, da die mechanische
Stabilität bei einer Länge von ca. 1 m
gewährleistet werden muss. Die Marktbedeutung
dieser Laser nimmt daher ab.
In diesen Leistungsklassen findet man
heute Laserdiodenmodule, die mit 30 mW
bis 50 mW Ausgangsleistung, strahlformenden
optischen Elementen und einem
speziellen Resonator-Design nahe an die
HeNe-Laser Strahlqualität heranreichen.
LINOS bietet auf Anfrage auch leistungsstärkere
HeNe-Laser im Bereich 25 mW
bis 30 mW an. Neben der sehr bekannten
roten Wellenlänge bei 632,8 nm emittieren
HeNe-Laser auch auf einer Reihe
anderer Linien, bis hinein ins Infrarote.
Durch ein spezielles Spiegeldesign können
diese Linien verstärkt werden, so dass
auch weitere Wellenlängen zur Verfügung
stehen. Die bekanntesten sind 543,5 nm,
594 nm und 612 nm.
Anwendungen
Fluoreszenzanregung
In der Grundlagenforschung der Biomedizin
wie auch in der Industrie werden
> www.linos-katalog.de
HeNe-Laser genutzt, um Farbstoffe zur
Fluoreszenz anzuregen und dadurch Zellen
zu markieren. So lässt sich deren Struktur
aufklären und beispielsweise Anzeichen
für eine krankhafte Veränderung finden.
Da bei der Etablierung dieser Techniken
nur Gaslaser zur Verfügung standen, wurden
die Farbstoffe speziell auf diese Wellenlängen
abgestimmt. Sie sind bis heute
Standard, auch wenn durch neue Lasertechnologien
immer mehr Wellenlängen
und entsprechende Farbstoffe hinzukommen.
Die Emissionslinien des HeNe-Lasers
im Roten und im Grünen sind in fast allen
entsprechenden Geräte zu finden, auch
die 594 nm werden für die Fluoreszenzanregung
verwendet. Die bekanntesten
Verfahren sind die Flow-Zytometrie und
die Laser-Scanning Mikroskopie.
Interferometrie
Interferometrische Verfahren werden zur
präzisen Bestimmung der verschiedensten
Messgrößen angewendet. Beispiele sind
das Messen von Partikelgeschwindigkeiten
sowie das präzise Positionieren und die
Weglängenmessung. Die optischen Eigenschaften
des HeNe-Lasers sowie die hohe
Stabilität und Lebensdauer machen ihn für
diese Anwendungen ideal.
Markierung und Justierung
Mittels der Projektion eines Punktes oder
einer Linie können Objekte präzise ausgerichtet
werden. Obwohl diese Anwen-
Kathodenanschluss Kathode Kapillarbohrung Kapillare Anodenanschluss
Brewsterfenster
(nur bei polarisierten
Lasern)
vollreflektierender
Spiegel
Spiegelhalter
Abb. 2: Aufbau einer Hene-laserröhre.
Glas-Metall-
Verschmelzung
äußerer Glasmantel
Resonatorlänge
Getter
HeNe-Gasfüllung
Strahlaustritt
teilreflektierender
Spiegel
�

InnoVAS
dungen, wie schon erwähnt, zunehmend
von den Laserdioden besetzt werden, gibt
es auch für dieses Segment nach wie vor
Bedarf. Die gute Handhabbarkeit von
HeNe-Lasern und das gute Preis-Leistungsverhältnis
machen ihn auch für diese
Anwendung attraktiv.
Sonstige Anwendungen
Weitere Anwendungen sind Barcode-
Scanning, Laser-Film-Belichtung oder die
Anwendung als Wellenlängen-Referenz.
Schließlich ist der HeNe-Laser aufgrund
seines einfachen Aufbaus ein beliebtes
Lehrmittel in Schule, Ausbildung und
Studium.
Neu im Katalog 2006
Mit dem neuen Katalog bietet LINOS ab
Sommer 2006 ein optimiertes Spektrum
an HeNe-Lasern an. Neu sind vor allem
die leistungsstarken grünen Laser mit
Leistungen bis zu 2,5 mW bei 543 nm.
Die Auswahl beginnt hier mit 0,5 mW.
Im roten Bereich reichen die angebotenen
Ausgangsleistungen von 0,5 mW bis
20 mW, auf Anfrage sogar bis 30 mW. Das
Spektrum wird ergänzt durch einen gelben
Laser mit 2 mW bei 594 nm.
Abb. 3: Prinzipieller Aufbau eines diodengepumpten Festkörperlasers.
Diodengepumpte Festkörperlaser
Das Angebot an Laserlichtquellen wird
ergänzt durch diodengepumpte Festkörperlaser.
Diese sind angetreten, um die
Argon-Ionen Laser zu ersetzen, die über
lange Zeit für den sichtbaren Bereich des
Spektrums dominierend waren. Die Vorteile
der diodengepumpten Festkörperlaser
(DPSSL-Diode Pumped Solid State Laser)
liegen auf der Hand: Sie sind kompakt,
leichtgewichtig und emittieren bei einer
Leistungsaufnahme von weniger als 12 W
beispielsweise bis zu 100 mW bei 532 nm.
Ideal für Materialbearbeitung
Auch die Festkörperlaser haben eine
lange Geschichte. Der 1960 realisierte
erste Laser war ein Festkörperlaser mit
einem Rubinkristall als Lasermedium.
Die ersten Festkörperlaser wurden durch
Blitzlampen gepumpt. Auch heute werden
leistungsstarke Laser noch auf diese Weise
gepumpt. Mit der Verfügbarkeit von effektiven
Laserdioden nahm die Bedeutung
der lampengepumpten Systeme ab und
die der diodengepumpten zu. Das Pumpen
erfolgt hier entweder longitudinal, d.h.
entlang der optischen Achse oder transversal
d.h. senkrecht zur optischen Achse. Der
weitaus größte Markt für Festkörperlaser
ist die Materialbearbeitung. Hier werden
Leistungen von mehreren hundert Watt
bis hin zu einigen Kilowatt und darüber
benötigt. Für die optische Messtechnik,
Analyse oder medizinische Diagnostik
wird bedeutend weniger optische Ausgangsleistung
benötigt. Die DPL-Serie von
LINOS hat Ausgangsleistungen im Bereich
von 10 mW bis 100 mW bei 532 nm und
5 mW bis 10 mW bei 473 nm. Es handelt
sich hierbei um einen longitudinal, diodengepumpten
Laser mit einer resonatorinternen
Frequenzverdopplung. Abbildung 3
zeigt das Grundprinzip dieser Laser.
Einfache Frequenzverdopplung
Eine Laserdiode dient als Pumpquelle für
den Nd-dotierten Laserkristall. Die Wellenlänge
der Diode ist so gewählt, dass
sie eine Absorptionslinie des Laserkristalls
trifft, für Nd:YAG and Nd:YVO4 ist dies um
die 800 nm. Durch diese gezielte Wahl der
Absorptionswellenlänge ist die Pumpeffizienz
bedeutend höher als bei Blitzlampen.
Das infrarote Pumplicht wird in den
Laserkristall fokussiert. Den Resonator
bilden die Eintrittsfläche des Laserkristalls
und der Auskoppelspiegel, der teildurchlässig
ist und einen Teil der Laserstrahlung
auskoppelt. Die Laserwellenlängen liegen
bei 1064 nm für den grünen DPSSL und
bei 946 nm für den blauen DPSSL. Durch
den gleichzeitig im Strahlengang angeordneten
Verdopplerkristall wird ein Teil des
Laserlichts frequenzverdoppelt, so dass aus
dem Austrittsspiegel Licht der doppelten
Frequenz (bzw. der halben Wellenlänge)
des Laserlichts austritt. Es handelt sich
bei der Frequenzverdopplung um einen
nichtlinear optischen Vorgang, der in
bestimmten Kristallen (z.B. Kaliumtitanylphosphat
– KTP) auftritt. Der verbleibende
Anteil des Infrarot-Laserlichts wird herausgefiltert.
Der prinzipielle Aufbau eines
diodengepumpten Festkörperlasers mit
Frequenzverdopplung ist also recht einfach
und gilt sowohl für den einfachen grünen
Pointer als auch für das hochstabile Gerät,
das beispielsweise in einem biomedizinischen
Labor zum Einsatz kommt. �
6 optolines No. 9 | 1. Quartal 2006

InnoVAS
Abb. 4: diodengepumter Festkörperlaser und Hene-laser.
Anforderungen an das
Resonatordesign
● hohe Strahlqualität
● niedriges Rauschen
● hohe Lebensdauer
● hohe Stabilität der Ausgangsleistung
über die gesamte Lebensdauer und den
gesamtem Betriebstemperaturbereich
● hohe Strahllagestabilität
● guter Polarisationskontrast
● hohe mechanische Stabilität
● hohe Reproduzierbarkeit aller optischen
und mechanischen Parameter
No. 9 | 1. Quartal 2006 optolines
Bei den Lasern der LINOS DPL-Serie sind
diese Forderungen exakt erfüllt. Die
Laser enthalten eine thermoelektrische
Temperaturstabilisierung und einen Monitorzweig,
der die abgegebene Leistung
permanent überwacht und regelt. Der
Resonator ist hochstabil aufgebaut. Alle
Laser der DPL-Serie haben einen identischen
mechanischen Aufbau. Auf diese
Weise sind verschiedene Wellenlängen und
Ausgangsleistungen bei gleich bleibenden
Abmessungen verfügbar.
Zum Betrieb der Laser ist ein Controller
erforderlich. Die Controller sind nicht laserspezifisch
und können zwischen den einzelnen
Modellen ausgetauscht werden.
Das Lasergehäuse ist hermetisch dicht
geschlossen. Der Ausgangsstrahldurchmesser
liegt bei 0,7 mm, optional bei
532 nm auch bei 0,32 mm. Der größere
Strahldurchmesser ist optimal für eine
Fasereinkopplung geeignet. Für die Verwendung
mit dem LINOS Faserkoppelsystem
FCS wird ein entsprechender Adapter
angeboten. Anwendungen für die diodengepumpten
Festkörperlaser liegen z.B.
in der Messtechnik, Bioanalytik, Materialuntersuchung,
Fluoreszenzanregung oder
Sensorik. �

InnoVAS
Neue Positionierer im LINOS Programm
Lineartisch mit Piezomotor
In optolines No. 8 haben wir Ihnen
das Prinzip des ersten „gehenden“
Piezomotors vorgestellt. Mit dem
LT-40-PM von LINOS ist nun der
erste Positionierer mit dieser
Antriebstechnik im Nanoformat
erhältlich.
Der LT-40-PM ist ein kompakter Linearpositionierer
mit einem Verfahrweg
von 40 mm und einer Auflösung von
2,5 nm. Um diese Auflösung sicherzustellen,
besitzt das Gerät einen integrierten
Encoder mit Glasmaßstab und Auswerteelektronik.
Die Kraft des Motors beträgt
10 N. Damit ist der LT-40-PM trotz seiner
geringen Abmessungen und hohen Auflö-
der lt-40-PM von lInoS besitzt einen integrierten
encoder mit Glasmaßstab und Auswerteelektronik.
sung erstaunlich kräftig. Die mögliche Verfahrgeschwindigkeit
liegt zwischen 1 nm/s
und 10 mm/s. Da der Piezomotor keinen
Haltestrom benötigt, entwickelt der
LT-40-PM eine sehr geringe Eigenerwärmung
und damit auch geringe thermische
Drift. Die Abmessungen des Gerätes
Manuelle Präzisionspositionierer
Für die kanadische Firma LUMINOS
Industries Ltd. übernimmt LINOS
exklusiv den europäischen Direkt-
vertrieb von Präzisionspositionie-
rern.
LUMINOS fertigt Präzisionspositionierer für
höchste Anforderungen. Mit den manuellen
Positionierern lassen sich z.B. Faserpositionierungen
so einfach einstellen wie die
Sender eines Radios. Die Positionierer sind
mit Festkörpergelenken ausgestattet. Sie
sind dadurch spielfrei, sehr steif aufgebaut
und äußerst berührungsunempfindlich.
Während der Justierung muss die Mikrometerschraube
nicht ständig losgelassen �
Faserpositionierungen so einfach wie das einstellen eines radiosenders.
> www.luminosindustries.com
> Kontakt:
sales@linos.de
betragen 65 x 72 x 18,5 mm. Durch
Kaskadierung ist der Aufbau von XYZ-
Kombinationen möglich. Zum Ansteuern
dieses Positionierers bietet LINOS den
x.act Commander in der Piezoausführung
an. Der x.act Commander Piezo ist eine
intelligente Motorsteuerung für bis zu drei
Piezomotoren, die in einem kompakten
Gehäuse mit Joystick integriert wurde. �
Fokus auf den LT-40-PM:
● kompakter hochpräziser Positionierer
mit 40 mm Stellweg
● Auflösung 2,5 nm
● integrierter Encoder
● Ansteuerung mit x.act Commander
Piezo
optolines No. 9 | 1. Quartal 2006

InnoVAS
werden, wodurch in den meisten Fällen
eine Motorisierung überflüssig wird. Das
ergonomische Design ist patentiert: Alle
Mikrometerschrauben liegen leicht erreichbar
an nur einer Seite. Somit können auch
auf engem Raum mehrere Positionierer
nebeneinander eingesetzt werden. Keine
Faserpositionieraufgabe ist dem Präzisionsinstrument
zu anspruchsvoll. Selbst Fasern
mit 1 bis 2 µm Kerndurchmesser können
einfach zueinander justiert werden. Diese
Positionierer sind in mehreren Ausführungen
erhältlich – von einer Achse bis zu
sechs Achsen.
Die Auflösung beträgt dabei bis zu 10 nm.
Diese hohen Auflösungen werden durch
eine mechanische Untersetzung des Stellweges
der Mikrometerschraube erreicht.
Ein Getriebe wird dabei nicht verwendet.
Höchste Steifigkeit und Spielfreiheit
Andere handelsübliche Positionierer sind
aus mehreren Einzelachsen zusammengesetzt
und verlieren dadurch an Stabilität.
Die Positionierer von LUMINOS sind dagegen
aus wenigen Festkörpergelenkrahmen
hergestellt. Sie garantieren damit höchste
Steifigkeit und Spielfreiheit. Integrierte viskose
Dämpfungselemente verhindern die
für Festkörpergelenke typischen Resonanzeffekte.
Insgesamt stellen die genannten
Maßnahmen bei den LUMINOS Positionierern
eine sehr gleichmäßige Verschiebung
über den gesamten Stellweg sicher. �
Fokus auf manuelle Präzisionspositionierer
von LUMINOS:
● patentiertes Festkörperrgelenk-Design
für höchste Auflösung bei günstigem
Preis
● geringe Grundabmessungen erlauben
viele Freiheitsgerade auf kleinstem
Raum
● höchste Vibrationsdämpfung und
Berührungsunempfindlichkeit durch
gedämpftes Gehäuse
● Doppelfestkörpergelenke bieten eine
höchstmögliche Auflösung ohne
Winkelfehler
LINOS startet neue Spektroskopie-Produktlinie
Desktop-Spektrometer
Ab dem Frühjahr 2006 wird LINOS ein breit gefächertes Produktpro-
gramm rund um die Spektroskopie auf den Markt bringen. Kern des
Programms ist eine Reihe von leicht zu bedienenden Desktop-Spektro-
metern. Die optimal aufeinander abgestimmte Produktlinie deckt alles
ab – von der Lichtquelle über das Spektrometer bis zur Software.
die neue Spektroskopie-Produktlinie ist optimal aufeinander abgestimmt.
Den Kern des Programms bilden eine
Reihe leicht zu bedienender Desktop-Spektrometer,
mit denen ein Wellenlängenbereich
von 200 nm bis 2200 nm abgedeckt
wird. Dank integriertem RISC-Prozessor
sind die Spektrometer echte Stand-alone-
Geräte für schnelle Messwerterfassung
mit onboard Datenmanagement. Für die
Kommunikation mit anderen Geräten, wie
z.B. einem PC, sind die Spektrometer standardmäßig
mit USB und RS232 Schnittstellen
ausgerüstet. Mit dem umfangreichen
Zubehör wie Lichtquellen, Optische Fasern,
Ulbrichtkugeln, Cosine Corrector, Schichtdickenmesskopf
und Küvettenhalter bietet
LINOS alles, was für spektroskopische
> Kontakt:
sales@linos.de
der abgedeckte Wellenbereich – von 200 nm bis
2.200 nm.
Anwendungen benötigt wird. Abgerundet
wird das Programm mit kompletten Mess-
Sets im Koffer für die Farb-, Strahlungs-
und Schichtdickenmessung sowie die
Flüssigkeitsanalyse. Ausführliche Informationen
finden Sie in der nächsten Ausgabe
optolines No. 10. �
No. 9 | 1. Quartal 2006 optolines 9

InnoVAS
Weit durchstimmbare, kontinuierliche Infrarot-Laserstrahlung
Optisch-parametrischer Oszillator
von Frank Müller, Produktmanager, LINOS München
Als Nachfolger des ersten kommerziell erhältlichen optisch-parametrischen Oszillators OS4000 präsentiert
LINOS Photonics nun den OS4500. Dieser stellt dem Benutzer schmalbandige, kontinuierliche Laserstrahlung
zur Verfügung, durchstimmbar vom nahen bis zum mittleren Infrarot. Die Vorteile des neuen Systems gegen-
über seinem erfolgreichen Vorgänger liegen in der größeren spektralen Abdeckung, einfacheren Bedienbarkeit
und stabileren Bauweise.
der neue oS4500 von lInoS – mit Blick ins Innere.
Angetrieben von den vielfältigsten Anwendungen
verzeichnet die Entwicklung von
Laserquellen seit Jahren ein ungebremstes
Wachstum. Mit fortschreitender Modifizierung
von Anforderungsprofilen wurden
auch die Eigenschaften der Laser immer
weiter verbessert. Wichtig hierbei sind die
spektrale Abdeckung, Ausgangsleistung,
Strahlqualität, Linienbreite, Frequenzstabilität
und -abstimmbarkeit, die Abmessungen
und der Preis. Speziell für die
Spektroskopie an Molekülen werden weit
durchstimmbare, leistungsstarke, schmal-
bandige und transportable Dauerstrich-
Laserquellen (continuous wave, cw) benötigt,
deren Emissionen im Wellenlängenbereich
des nahen und mittleren Infrarots
liegen. Seit wenigen Jahren erfreuen sich
Dauerstrich-optisch-parametrische Oszillatoren
(cw-OPOs) wachsender Beliebtheit.
Das Prinzip des OPO
Ausgehend von spontaner parametrischer
Fluoreszenz werden beim cw-OPO aus
> Kontakt
Frank.Mueller@linos.de
einer Pumpwelle der Frequenz w p durch
nichtlineare Kopplung in einem Kristall
zwei weitere Wellen („Signal“ und „Idler“)
der Frequenzen w s und w i erzeugt mit der
Energiebilanz:
w p = w s + w i
Durch optische Rückkopplung mindestens
einer der beiden erzeugten Wellen
wird bei einer Pumpleistung oberhalb der
Schwelle (3-5 W typisch) das Signal-/Idler-
Frequenzpaar ausgewählt, das die größte
Verstärkung erfährt. Das nichtlineare
Medium (Kristall) fungiert dabei als Mittler
für den instantanen Transfer von Energie
zwischen den drei beteiligten Wellen
(siehe Abb 1). Die im Medium induzierte
Polarisierung hat nicht nur lineare Anteile,
sondern besitzt auch Terme höherer Ordnung,
die den Dreiwellenmischprozess
ermöglichen. Aufgrund der Maxwellgleichungen
wirkt die Polarisierung auf das
elektromagnetische Feld zurück. Die parametrische
Frequenzkonversion ist dabei
nur dann über die gesamte Kristalllänge
effizient, wenn die Phasengeschwindigkeiten
der beteiligten Wellen identisch
sind. Aufgrund der Kristalldispersion des
Brechungsindexes n(w) ist dies im Allgemeinen
nicht der Fall, und es kommt zu
destruktiven Interferenzen der E-Felder
über die Kristalllänge aufgrund von Phasenfehlanpassung.
Durch die Verwendung periodisch gepolter
Kristalle kann eine Quasiphasenanpas- �
10 optolines No. 9 | 1. Quartal 2006

InnoVAS
Abb.1: Prinzipskizze des oPos. Abb. 2: Wellenlängendurchstimmung durch Variation
der Polungsperioden des Kristalls.
sung erreicht werden: periodisch wird die
optische Achse für die Polarisierung umgekehrt.
Die Phasenanpassungsbedingung
bestimmt letztendlich die Auswahl von
Signal-/Idler-Frequenzpaaren. Folgende
Größen haben Einfluss auf die Wellenlängen
der generierten Signal- und Idlerstrahlung:
● Wellenlänge der Pumpstrahlung
● Polungsperiode des Kristalls (Quasiphasenanpassung)
● Temperatur des Kristalls
● Länge des OPO-Resonators
Der neue OS4500
Der OS4500 ist ein einfachresonanter
cw-OPO mit Pumpüberhöhung (siehe
Abb. 1). Das bedeutet, dass neben
der generierten Signalwelle auch die
Pumpwelle im gemeinsamen optischen
Resonator umläuft. Dadurch wird die
Pumpschwelle von etwa 3 W bis 5 W
extern auf wenige 100 mW herabgesetzt.
Somit ist es möglich, Pumplaser moderater
Emissionsleistung zu verwenden. In der
Basisversion des OS4500 wird ein 1,2 W
Nd:YAG Laser bei 1064 nm genutzt. Als
nichtlineares Medium wird ein MgOdotierter,
periodisch gepolter LiNbO 3 -Kristall
verwendet. Durch Stabilisierung des
Resonators auf die Emissionsfrequenz des
hochstabilen Pumplasers zeigt zugleich
auch die Signalstrahlung – und damit
auch die Idlerstrahlung – eine sehr gute
Frequenzstabilität. Die gemessenen
Linienbreiten sind kleiner als 50 kHz bei
einer Drift von maximal 50 MHz in einer
Stunde. Durch Einbau eines Etalons in den
Resonator können Modensprünge effektiv
unterdrückt werden. Der nichtlineare Kristall
besitzt 18 Polungsperioden, die über
einen Verschiebetisch zur groben Wellenlängendurchstimmung
angefahren werden
können (siehe Abb. 2). Zudem kann die
Kristalltemperatur zwischen 50 °C und
170 °C variiert werden, bei einer Temperaturstabilität
im mK-Bereich. Durch Drehen
des Etalons kommt es zu Modensprüngen
in Einheiten des freien Spektralbereichs
des Resonators (etwa 0,5 GHz). Durch
Verstimmen der Wellenlänge des Pumplasers
ist eine kontinuierliche Wellenlängendurchstimmung
möglich. Insgesamt können
Wellenlängenbereiche von 1380 nm
bis 2000 nm (Signal) und 2280 nm bis
4670 nm (Idler) abgedeckt werden. Der
OS4500 stellt in der Basisversion zwei
Idlerstrahlen mit einer Leistung von je bis
zu 50 mW und zwei Signalstrahlen mit
einer Maximalleistung von je 20 mW zur
Verfügung. Diese Emissionsleistungen
können durch Verwendung eines 2 W
Pumplasers um etwa 50 % gesteigert
werden. Der OS4500 kommt ohne Kühlkreisläufe
aus.
Einsatzbereiche
Der OS4500 stellt dem Anwender leistungsstarke,
schmalbandige, kontinuierliche
Laserstrahlung zur Verfügung,
durchstimmbar vom nahen bis ins mittlere
Infrarot. Aufgrund der spektralen
Eigenschaften reichen mögliche Anwendungsbereiche
von lasergestützten Untersuchungen
an Festkörpern über die hochempfindliche,
selektive Spurengasanalytik
bis hin zur hochpräzisen Molekülspektroskopie.
In Kombination mit Frequenzstandards
(z.B. Frequenzkamm) sind auch
Anwendungen im Bereich der Metrologie
denkbar. �
Fokus auf den OS4500 von LINOS
● Signal-Emissionsbereich 1380 – 2000 nm
● Idler-Emissionsbereich
2280 nm – 4670 nm
● max. Signalleistung 2 x 20 mW
● max. Idlerleistung 2 x 50 mW
● Linienbreite < 50 kHz
● Frequenzdrift < 50 MHz/h
● Abmessungen 364 mm x 587 mm x
125 mm
No. 9 | 1. Quartal 2006 optolines 11

CHeCKUP
Neuentwicklung aus dem Institut für Laser Physik der Uni Hamburg
Umschaltbare Faserlaser um 10 mW
von Ortwin Hellmig, Jörg Schwenke, Dr. Valery Baev und Professor Dr. Klaus Sengstock
Ein wenig Luft bringt Farbe ins Spiel: Mit technischen Tricks lassen sich mit dotierten Fluoridfasern Laser reali-
sieren, die verschiedene Farben gleichzeitig emittieren können. Spiegel mit veränderlichen Reflexionsverläufen
ermöglichen dabei effiziente und kompakte Rot-Grün-Blau-Laser. Am Institut für Laser-Physik der Universität
Hamburg werden unter anderem Vielmodenfaserlaser entwickelt. In diesem Artikel stellen wir aktuelle Ent-
wicklungen unserer Arbeiten zu „umschaltbaren Faserlasern“ im Leistungsbereich um 10 mW vor.
Innerhalb der internationalen Entwicklung
der Lasertechnologie nimmt die Sparte
der Faserlaser neben den Festkörper- und
Halbleiterlasern inzwischen eine feste
Position am Markt ein. Es gibt vielfältige
Einsatzmöglichkeiten für Faserlaser in
Forschung und Technik, häufig ersetzen
sie aufwändige vorhergehende Lasersysteme
und finden intensiven Einsatz
auch in der Grundlagenforschung. Bei
Faserlasern wird das Licht durch Totalreflexion
im Kernbereich einer optischen
Glasfaser geführt. Der Faserkern wird
dotiert, sodass er als aktives Lasermedium
dient. Die Lichtführung im Kern ist für das
Pump- und das Laserlicht gleich, und es
entsteht ein großer Überlapp der Moden
im Lasermedium (Abb.1). Die dadurch
hohe Pumplichtintensität über lange Strecken
gewährleistet, dass angeregte Ionen
zu einem großen Anteil am aktiven Laserbetrieb
teilnehmen und die Faser eine
hervorragende Verstärkung des Laserlichts
bietet: Dadurch können auch schwache
und schwächste Laserübergänge angeregt
Abb. 1: Prinzip eines Faserlasers.
werden. Dotierte Fasern dienen jedoch
nicht nur als aktives Medium für Laser.
Geeignete Dotierungen machen Glasfasern
zu interessanten Optischen Verstärkern
in der Telekommunikation, da sich
auf diese Weise die Dämpfung herkömmlicher
Glasfasern zum Teil kompensieren
lässt. In diesem Bereich werden dotierte
Fasern bereits seit vielen Jahren kommerziell
eingesetzt.
Fluoreszenzmarker anregen
Die genannten Vorteile gelten natürlich
auch im sichtbaren Spektralbereich, in dem
insbesondere Dotierungen mit Lanthanoid-
Ionen eine Auswahl sichtbarer Fluoreszenzen
anbieten: Es handelt sich dabei um
Fasern auf der Basis von Zirkoniumfluorid
(ZBLAN), die mit Praseodym und Ytterbium
dotiert sind. Bei entsprechenden Dotierungsverhältnissen
sind bis zu 8 verschiedene
Laserübergänge im sichtbaren Spektralbereich
und im nahen infrarot nutzbar.
> Kontakt
sengstock@physnet.uni-hamburg.de
Diese Lasersysteme zeichnen sich zudem
durch einen äußerst kompakten Aufbau
aus und können in Analysesystemen in der
Mikrobiologie, z.B. bei der Fluoreszenz-
Mikroskopie, genutzt werden. Bei dieser
Methode werden speziell gefertigte Farbstoffe
als Fluoreszenzmarker verwendet,
um z.B. dynamische Prozesse in Gewebe
oder Zellen bis hinunter zu molekularen
Skalen in situ sichtbar zu machen. Dafür
werden dann geeignete Laserlichtquellen
z.B. im sichtbaren Spektralbereich
benötigt, die spezifisch die jeweiligen
Fluoreszenzmarker anregen können.
Speziell für diese Anwendungen eignen
sich die von uns untersuchten Faserlaser
gut, da sie verschiedene Übergänge
etwa bei 492 nm, 520 nm, 635 nm und
717 nm bieten, die exakt geeignet sind,
bekannte, viel genutzte Fluoreszenzmarker
anzuregen. Besonders interessant ist
dabei der Laserübergang bei 492 nm, um
herkömmliche Argon-Gaslaser abzulösen,
die im Vergleich ineffizient und sperrig
sind. Ebenfalls existiert ein Übergang bei
635 nm, der z.B. Helium-Neon-Laser (633
nm) ersetzen kann. Es gibt zudem die
Option, mehrere Laserübergänge gleichzeitig
anzuregen: Somit können mehrere
Fluoreszenzmarker gleichzeitig mit einer
einzigen Lichtquelle beleuchtet werden.
Insbesondere die Laserübergänge bei
492 nm, 520 nm und 635 nm lassen sich
außerdem zu einem RGB-Laser integrieren. �
12 optolines No. 9 | 1. Quartal 2006

CHeCKUP
Abb. 2: Farbumschaltung mittels luftspalt (d). Abb. 3: der Versuchslaser emittiert gleichzeitig rot (635 nm), grün (520 nm) und blau (492 nm),
getrennt nach Prisma.
Zwischen Farben frei wählen
Mit Hilfe eines von uns neu entwickelten
Konzepts lässt sich nun auch zwischen
diesen Farben frei wählen und umschalten,
und man kann nahezu beliebige Mischzustände
mit einer einzigen Faser realisieren.
Dafür ist es notwendig, während des
Betriebes dynamisch die Resonatorbedingungen
zu verändern, in unserem Verfahren
durch Beeinflussung der Resonatorspiegel.
Wir setzen dafür dichroitische
Spiegel ein, bei denen eine Vielzahl von
dünnen Schichten unterschiedlicher Brechzahlen
auf einem Substrat aufgebracht
wird (Abb.2). An den Grenzübergängen
der verschiedenen Schichtmaterialien wird
Licht teilweise reflektiert. Die entstehenden
vielen Teilstrahlen können – je nach
Schichtsystem – konstruktiv oder destruktiv
interferieren, so dass der Spiegel mehr
oder weniger Licht reflektiert. Da sich die
Interferenzbedingungen für verschiedene
Lichtwellenlängen stark voneinander
unterscheiden, wird ein solcher Spiegel
auch ein Reflektionsverhalten haben, das
stark von der Wellenlänge des einfallenden
Lichts abhängig ist. Das Verblüffende an
einem solchen Schichtsystem ist nun,
dass, selbst bei Änderung von nur einer
einzelnen Schicht, sich die optischen
Eigenschaften bezüglich Reflexion mehrerer
Wellenlängen sehr stark ändern lassen.
Der Resonator „speichert“ das umlaufende
Laserlicht für verschiedene Wellenlängen
somit völlig unterschiedlich, und
der Laser wird nur auf den Wellenlängen
laufen, die besonders gut an den Spiegeln
reflektiert werden. Die Veränderung einer
einzelnen Schicht an einem der Spiegel
genügt somit, um den Resonator auf eine
bestimmte Wellenlänge abzustimmen und
die Emissionswellenlänge des Lasers zu
wechseln.
Reflexionsänderungen
mehr als 50 %
Im Versuchsaufbau wird eine veränderliche
Spiegelschicht – erstaunlich einfach
– durch das Einfügen eines Luftspalts
erreicht. Luft als Medium hat eine Brechzahl
von n = 1, und verändert somit als
variabler Abstand zwischen Faserendfläche
und dem speziell berechneten dielektrischen
Spiegel die Gesamtreflexion. Bei
dieser Konfiguration lassen sich mit geeigneten
Schichtsystemen Änderungen in der
Reflexion von mehr als 50% erreichen!
Solche speziell berechneten Spiegel können
auf beiden Seiten der aktiven Glasfaser
angebracht werden und erlauben
dementsprechend eine dynamische Steuerung
von mehreren Farbkomponenten
gleichzeitig. Bei geeigneten Abständen der
Spiegel zu den Faserendflächen kann man
neben einfarbigem auch mehrfarbigen
Laserbetrieb beobachten. Abbildung 3
zeigt Laseremission bei drei verschiedenen
Wellenlängen (492 nm, 520 nm, 635 nm).
Man erhält auf diese Weise eine Laserlichtquelle,
die auf einer Strahlachse Laserlicht
verschiedener Wellenlängen zur Verfügung �
Abb. 4: Gleichzeitige emission bei 635, 520 und 492 nm überlagert sich zu „weißem laserlicht“.
No. 9 | 1. Quartal 2006 optolines 1

CHeCKUP
Abb. 5: Versuchsaufbau zur Untersuchung umschaltbarer Faserlaser.
stellt. Ein solcher Laser kann dazu verwendet
werden, beliebige Farbkombinationen
der verwendeten Grundfarben zu erzeugen.
Sogar „weißes“ Laserlicht ist möglich,
indem man die rote 635 nm Linie mit der
grünen bei 520 nm und der blauen bei
492 nm mischt (Abb. 4). Wir verwenden
für diese Systeme ca. 35 cm lange
Pr,Yb-ZBLAN Fasern sowie zwei ringförmige
Piezoelemente zur Translation der
Spiegel (Abb. 5). Die Faser ist rechts zu
sehen, sie ist von einer orangefarbenen
Schutzhülle umgeben und beschreibt
einen Bogen zwischen den beiden zylinderförmigen
Piezoaktoren. Der große
Messingzylinder beinhaltet eine optische
Diode zum Schutz der Laserdiode, die
ganz links zu sehen ist. Die Leistung der
Pumpdiode beträgt ca. 150 mW. Um die
Emission wellenlängenabhängig messen zu
können, wird am Faserende austretendes
Laserlicht durch eine Linse kollimiert und
durch ein Prisma aufgespalten. Dabei werden
beide Spiegel verstellt, d.h. die Dicke
Abb. 6: Mehrfarbige emission einer Pr,Yb-ZBlAn-
Faser unter Variation der Spiegelabstände.
der Luftspalte d1 und d2 wird variiert. Die
Abbildung 6 zeigt einen Ausschnitt der
gemessenen Daten. Die vier verschiedenen
Emissionsfarben 492 nm, 520 nm, 635 nm
und 717 nm sind jeweils in blau, grün, rot
bzw. violett dargestellt. Die horizontalen
Achsen parametrisieren die Breite der Luftspalte
und die normierte Ausgangsleistung
ist als Höhe über der Ebene aufgetragen.
Wirksame Methode
der Farbumschaltung
Es ist auf den ersten Blick zu erkennen,
dass diese Methode der Farbumschaltung
sehr wirksam ist. Die Intensitätsmaxima
der einzelnen Farben sind gut voneinander
zu unterscheiden, und es existieren
sowohl sehr schmale Mischbereiche als
auch flacher abfallende Flanken, die eine
sorgfältige Einstellung der Farbmischung
erlauben. Die Maxima wiederholen sich
in einer periodischen Struktur, und zwar
mit Luftspalt-Abständen, die gemäß den
Interferenzbedingungen dem Vielfachen
der halben Wellenlänge entsprechen. Es
wird deutlich, dass bei bestimmten vorgewählten
Einstellungen schon kleine Variationen
der Luftspalte von unter 100 nm
für eine Farbumschaltung ausreichen. Mit
Hilfe dieser Information ließe sich beispielsweise
eine periodische Umschaltung der
Emissionsfarbe vorgeben und dann ein
Nachweissystem entsprechend der Farbumschaltung
triggern. Da die Umschaltung
auch zwischen allen drei RGB-Farben
funktioniert, ist eine Lichtquelle für Farb-
displays denkbar. Dabei wären alle drei
Farben in einem kompakten Faserlaser
vereint. Abstriche müssten allerdings bei
der Farbqualität gemacht werden: Die
blaue Emission bei 492 nm eignet sich
nur bedingt für die RGB-Farbmischung,
sie ist nahezu komplementär zu der roten
Emission (Abb. 4). Die maximal emittierte
Leistung hängt stark von der Qualität der
einzelnen verwendeten Komponenten ab
und variiert für die einzelnen Farben. Mit
einem speziellen Aufbau des Faserlasers
für einfarbigen Betrieb sind für jede Emissionswellenlänge
Ausgangsleistungen von
mehr als 10 mW typisch. Das gilt selbstverständlich
auch für umschaltbare Systeme,
allerdings erscheint bei den verwendeten
Pr,Yb-ZBLAN Faserlasern die Leistung leider
nicht einfach zu höheren Werten hin skalierbar
zu sein.
14 optolines No. 9 | 1. Quartal 2006
Fazit
Der hier vorgestellte Faserlaser bietet
interessante Vorzüge gegenüber herkömmlichen
mehrfarbigen Lasersystemen.
Der einfache und kompakte Aufbau, der
gleichzeitig unanfällig gegen mechanische
Belastungen wie Stöße oder Vibrationen
ist, könnte in naher Zukunft in verschiedenen
Anwendungen eingesetzt werden.
Zu diesen Anwendungen zählen alle Lasersysteme,
bei denen mehrere Wellenlängen
erforderlich oder einfach auch nur von
Vorteil sind. Die Möglichkeit, die spektralen
Komponenten gezielt ansteuern zu
können, im Zusammenspiel mit der Tatsache,
dass alle Emissionen verschiedener
Wellenlängen auf einer fest definierten
Strahlachse liegen, erleichtern den Einbau
in bereits existierende Systeme. �
LINOS und das Hamburger
Institut für Laser Physik
Diese und viele weitere Lasertypen werden
im Institut für Laserphysik in Hamburg
entwickelt. Der Neubau aus dem
Jahr 2003 ist mit mehr als 30 Labors für
die Laserforschung perfekt ausgestattet,
die alle mit optischen Tischen von LINOS
bestückt wurden (siehe optolines 1,
1. Quartal 2004).

SPeCIAl
Viele Kooperationen im Göttinger „Measurement Valley“
Weltweites Zentrum der Messtechnik
Erstmals rückt eine Schlüsseltechnologie Göttingens in den nationalen
Blickpunkt: Mit der Messe „Measurement06 enabling processes“ wurden
eine 200jährige Tradition und die heutige Kompetenz der südnieder-
sächsischen Metropole in der Messtechnik sowie verwandter Technolo-
giefelder sichtbar gemacht. Treibende Kraft hinter der Fachmesse ist der
„Measurement Valley e.V.“. optolines hat den Vorsitzenden des Vereins
Jürgen Haese besucht.
Jürgen Haese, Geschäftsführer von KAPPA opto-electronics GmbH mit einem Musterbeispiel gelungener
Kooperation von Firmen aus dem Measurement Valley – einer röntgenkamera zur Adaption von röntgenbildverstärkung.
„Carl Friedrich Gauß hätte sich über die
Messe gefreut. Denn er hätte gesehen,
dass die regionalen Unternehmen letztlich
auch eine Folge seiner wissenschaftlichen
Aktivitäten sind“, erklärt Jürgen Haese.
Der Geschäftsführer der KAPPA opto-electronics
GmbH ist zugleich Vorsitzender des
Measurement Valley e.V. Die Anspielung
auf das kalifornische „Silicon Valley“ zwischen
Menlo Park und San Jose bei San
Francisco kommt dabei nicht von unge-
fähr. Ende der 1990er Jahre erkannten
die Göttinger Unternehmer, dass das
Potenzial an Firmen und wissenschaftlichen
Einrichtungen aus den Bereichen
Photonik, Optik, Mechatronik, Mess- und
Medizintechnik gebündelt werden müsse.
Im Juni 1998 haben die ersten Göttinger
Firmen aus den Bereichen der Messtechnik
und verwandter Technologien den Verein
unter der Dachmarke gegründet, um die
gemeinsamen Interessen von heute 39
> Kontakt
www.measurement-valley.de
www.kappa.de
großen und kleinen Unternehmen sowie
Ausbildungsstätten zu organisieren.
Zahlreiche Kooperationen
Die oft strapazierten Begriffe „Synergie“
und „Vernetzung“ werden im Measurement
Valley gelebt und praktiziert. „Innerhalb
unseres Verbundes sind zahlreiche
Produktions-, Entwicklungs- und Ausbildungskooperationen
entstanden, und
auch die Verzahnung von Wissenschaft
und Wirtschaft hat sich als herausragend
erwiesen“, so Haese. Als ein Beispiel
nennt er eine digitale Röntgenkamera zur
Adaption an Röntgenbildverstärkung, welche
kleinste Details visualisiert (siehe Foto).
Das Hightech-Produkt wurde von KAPPA
konzipiert, wesentliche Teile steuern die
Göttinger Firmen LINOS und SARTORIUS
bei. „Bei aller Globalisierung können wir
am Standort Measurement Valley wettbewerbsfähig
produzieren“, versichert
Haese, dafür gebe es viele Beispiele. So
lasse der Messtechnikspezialist MAHR
elektronische Baugruppen bei SARTORIUS
herstellen – und eben nicht in China. „Wir
haben viel ‚Hirnschmalz’ investiert, und
bieten intelligente, angepasste Lösungen.
So grenzen wir uns von Massenware ab“,
weiß Jürgen Haese. So sei man heute in
der Lage, auch Kleinstserien bis hin zu
individuellen Kundenlösungen profitabel
herzustellen. Hier entstehe eine echte winwin-Situation,
„von der unsere Kunden
nur profitieren können“, bringt Jürgen
Haese die Vorteile auf den Punkt. Immer
mehr entwickle sich das Measurement
Valley zur zentralen Anlaufstelle für Kunden
mit individuellen Aufgabenstellungen
und Problemlösungen. Die erste Fachmesse
„Measurement06“ mit angeschlossenem
Kongress setzte einen Meilenstein,
diese Vorteile nach innen und außen
bekannt zu machen. �
No. 9 | 1. Quartal 2006 optolines 1

BASICS
Optische Tischsysteme von LINOS und TMC, Teil III
Tischplatten – thermisches Verhalten
Wie schon in der letzten optolines, Ausgabe No. 8, im Beitrag zum Design Optischer Tische erwähnt, ist ein
struktureller, einheitlicher Aufbau der Platten für deren Verhalten bei thermischen Driften oder lokalen Erwär-
mungen von großer Bedeutung. Bei Verwendung unterschiedlicher Materialien kann eine Erwärmung zu einer
Verbiegung (Bimetalleffekt) der Tischplatte führen. Diese verursacht bei auf dem Tisch montierten Aufbauten
oder Optiken – wie beispielsweise Spiegelhaltern, Faserkoppler oder Pinholes – eine Auslenkung. Dadurch kann
es zu einer Dejustierung bzw. Defokussierung des Strahlenganges kommen. Nachfolgend werden thermische
Untersuchungen an einem TMC Standard Breadboard und einem vergleichbaren Breadboard eines Mitanbie-
ters beschrieben.
Abb.1: Versuchsaufbau zur Messung der Wärmeleitfähigkeit von Breadboards.
Versuchaufsbau und Messung
Die zu untersuchenden Breadboards haben
die Abmessungen von 760 mm x 915 mm
und eine Dicke von 100 mm (30“ x 36“
x 4“). Sie werden von einem Untergestell,
das aus 3 starren Säulenständern
besteht, getragen. Als Wärmequelle
dienen 6 Lampen mit je 250 W, deren
Abstand zur Platte ca. 530 mm betragen
(Abb. 1). Jeweils in der Mitte der Deck-
und Bodenplatte ist ein wärmeabhängiger
Widerstand (10K Thermistor) angebracht.
Um den Thermistor auf der Deckplatte
vor direkter Wärmestrahlung zu schützen,
ist dieser zusätzlich durch eine 25 mm
> Kontakt:
sales@linos.de
breite, 25 mm hohe und 75 mm lange
Ummantelung (Tunnel) aus Aluminiumfolie
geschützt. Die gesamte Anordnung wurde
in einem klimatisierten Labor aufgebaut,
in dem die Temperatur während der Messung
auf 21 °C ± 0,5 °C gehalten wurde.
Nach dem Einschalten der Heizlampen
wird der Temperaturverlauf an der Ober-
und Unterseite des Breadboards gemessen.
Die Ergebnisse
Die beiden Diagramme in Abb. 2 verdeutlichen
den zeitlichen Temperaturverlauf an
der Ober- und Unterseite sowie die Temperaturdifferenz
zwischen den beiden Seiten.
Beide Breadboards zeigen ein nahezu identisches
thermisches Einschwingverhalten,
wobei die erreichten Endtemperaturen des
Breadboards des Mitanbieters wesentlich
höher als die des TMC Breadboards liegen.
Zudem beträgt das Temperaturgefälle
zwischen Ober- und Unterseite beim
Breadboard des Mitbewerbers 13,6 °C und
lediglich 8,2 °C beim TMC Breadboard.
Finite-Elemente-Methode (FEM)
Um die von der Erwärmung verursachte
Verformung in guter Näherung bestimmen
zu können, wird die Finite-Elemente-
Methode angewendet. Sie ist ein num- �
16 optolines No. 9 | 1. Quartal 2006

BASICS
Abb. 2: Zeitlicher temperaturverlauf an der ober- und Unterseite sowie die daraus resultierende differenz.
merisches Verfahren zur näherungsweisen
Lösung, insbesondere elliptischer, partieller
Differentialgleichungen mit Randbedingungen
und ist ein weit verbreitetes
modernes Berechnungsverfahren im
Ingenieurwesen. Mit FEM können Problemstellungen
aus den verschiedensten
Disziplinen berechnet werden. Sie haben
gemeinsam, dass das Berechnungsgebiet
in eine große Zahl kleiner, aber endlich vieler
Elemente unterteilt wird. Die Elemente
sind also endlich (finit) und nicht unendlich
(infinit) klein, woraus sich der Name der
Methode ableitet. Auf diesen Elementen
werden Ansatzfunktionen definiert, aus
denen sich über die partielle Differentialgleichung
und den Randbedingungen ein
großes Gleichungssystem baut. Aus dem
gelösten Gleichungssystem werden danach
die gesuchten Resultate abgeleitet.
Da ein Stahlwabenkern in Richtung der
Zellen sehr starr, quer dazu jedoch sehr
weich ist, verhalten sich Breadboards und
Optische Tischplatten wie ein Bi-Metall-
Abb. 3: FeM-Model eines Breadboards.
streifen. Zur Berechnung der Verformung
müssen lediglich die Temperaturen auf
der Ober- und Unterseite sowie die Dicke
der Platte berücksichtigt werden. Details
des Wabenkerns sind für die Berechnung
unwichtig. Mit dem in Abb. 3 gezeigten
einfachen Modell kann daher exakt vorausberechnet
werden, welche Verformung
bei bestimmten Temperaturen auftritt.
Das Modell besteht aus zwei gleich dicken
und aus dem selben Material bestehenden
Stahlplatten. Dazwischen befinden sich
gleichmäßig angeordnete starre Säulen.
Auf Grundlage des FEM-Modell muss
mit einer maximalen Verformung von
0,0245 mm/°C gerechnet werden. Mit den
gemessenen Temperaturdifferenzen von
13,6 °C bei dem Breadboard des Mitbewerbers
und 8,2 °C beim TMC Breadboard
ergeben sich maximale Verformungen
von 0,33 mm bzw. 0,20 mm. D.h. bei
gleicher thermischer Belastung zeigt das
Breadboard des Mitbewerbers eine 65 %
größere Verformung.
Ein Problem bei der oben beschriebenen
Messmethode ist, dass beide Breadboards
unterschiedliche Oberflächen mit
unterschiedlichen Emissions- und Reflexionseigenschaften
haben. Beispielsweise
besitzt das TMC Breadboard eine schwarz
lackierte Bodenplatte aus Stahl, das Konkurrenzprodukt
dagegen eine unlackierte
Edelstahlplatte. Obwohl beide Breadboards
mit einer Deckplatte aus angeschliffenem
Edelstahl ausgestattet sind, können
sie – beispielsweise hervorgerufen durch
Oxidation – ein deutlich unterschiedliches
Absorptionsverhalten für IR-Strahlung zeigen.
Bedingt durch diese unterschiedlichen
Voraussetzungen an den Oberflächen
lassen sich die Messwerte nicht direkt in
Zusammenhang mit der Wärmeleitfähigkeit
des Wabenkerns bringen.
Um diese Effekte auszuschließen, wurde
eine zweite Messung durchgeführt, bei
der die Deck- und Bodenplatten mit einer
selbstklebenden Kunststofffolie überzogen
wurden. Dadurch besaßen beide Breadboards
in Bezug auf ihre Absorption und
Reflexion die gleichen Oberflächen. Die
ermittelten Werte sind somit eindeutig
vom Einfluss der Wärmeleitfähigkeit der
Wabenkerne geprägt.
Abb. 4: Zeitlicher temperaturverlauf an der
ober- und Unterseite bei gleichen emissions-
und reflexionseigenschaften.
Wie Abb. 4 zeigt, ist die erreichte Endtemperatur
der Deckplatte des TMC Breadboards
4,4 °C kälter als beim Breadboard
des Mitbewerbers, aber die der Unterseite
um 2,2 °C wärmer. Dieses ist eindeutig
auf eine bessere Wärmeleitfähigkeit beim
TMC Breadboard zurückzuführen. Die �
No. 9 | 1. Quartal 2006 optolines 1

BASICS
Wabenkern mit 3,2 cm 2 Dichte
Schutzkappe
Abb. 5: Struktureller Aufbau des tMC Breadboards.
erreichten Endtemperaturdifferenzen liegen
somit durchschnittlich bei 16 °C für
das Breadboard des Konkurrenten und
bei 8,8 °C beim TMC Breadboard, woraus
sich die maximalen Verformungen von
0,392 mm und 0,216 mm ergeben. Bei
dieser Versuchsanordnung – unter gleichen
Voraussetzungen bei den Emissions- und
Reflexionseigenschaften – ergibt sich für
das Breadboard des Mitbewerbers eine
81,5 % größere Verformung.
Wabenkern mit 50 % geringerer Dichte
Direkter Kontakt mit der Deckelplatte M6 Gewindebohrungen
Stahlseitenwand aus 1,9 mm
starkem Stahl
Abb. 6: Struktureller Aufbau des Breadboards des Mitanbieters.
CleanTopII
Kappen aus Nylon 6
Stahlwabenkern
Innerer Aufbau der Breadboards
Der Grund für die bessere Wärmeleitfähigkeit
des TMC Breadboards lässt sich direkt
auf den unterschiedlichen Aufbau der
beiden Breadboards zurückführen. Beim
TMC Breadboard (Abb. 5) ist jede einzelne
Gewindebohrung im CleanTopII-Verfahren
durch eine schmale Kappe aus
chemisch resistentem Nylon 6 oder optional
aus rostfreiem Edelstahl verschlossen.
Isolationsschicht zwischen
Wabenkern und Deckplatte
Holzfaser-
seitenwand
Kunststoffeinlage zur
Verkapselung der
Gewindebohrungen
M6 Gewindebohrungen
Stahlwabenkern
Diese sind so angeordnet, dass sie sich
immer in der Mitte einer Zelle des Stahlwabenkerns
befinden. Dadurch ist ein
direkter Kontakt des Stahlwabenkerns
mit der Deckplatten und der Bodenplatte
sichergestellt. Des weitern sind die Seitenwände
aller Breadboards und Optischen
Tische von TMC aus Stahl gefertigt. Dies
trägt zusätzlich zur bessern Wärmeableitung
bei. Beim untersuchten Breadboard
des Mitbewerbers (Abb. 6) wird zur Verkapselung
der Gewindebohrungen eine
Kunststoffeinlage verwendet. Sie wirkt wie
eine Isolationsschicht zwischen Stahlwabenkern
und Deckplatte und verhindert
somit eine gute Wärmeleitfähigkeit. Die
aus Holzfaserplatten ausgeführten Seitenwände
wirken zusätzlich als Isolator und
lassen auch keine seitliche Wärmeabstrahlung
zu.
1 optolines No. 9 | 1. Quartal 2006
Fazit
Der durchgeführte Versuch zeigt
deutlich, wie wichtig ein struktureller,
einheitlicher Aufbau eines Breadboards
oder eines Optischen Tisches für das
Verhalten bei thermischen Driften ist.
Mit der konsequenten Umsetzung der
aus der Theorie und Praxis gewonnenen
Erkenntnisse setzt TMC auch in diesem
Bereich hohe Maßstäbe und gehört aus
diesen Gründen zu den führenden Herstellern
von Breadboards und Optischen
Tischen. �

lInoS lIVe
LINOS auf der „Photonics West“
Göttinger Firmen präsentieren Produktneuheiten
Mit über 850 Ausstellern und rund 15.000 Besuchern
ist die „Photonics West“ die größte Fachmesse für
Optik, Laser, Optoelektronische Komponenten und
Abbildungssysteme in Nordamerika. Dass sich
Göttingen zu einem Kompetenzzentrum für optische
und messtechnische Unternehmen entwickelt hat (siehe
auch Seite 3), bewiesen neben LINOS noch drei weitere
Unternehmen aus der Wissenschaftsstadt: METROLUX,
HALCYONICS und COHERENT LAMBDA PHYSIK.
LINOS stellte mit der Nanobank sein neues miniaturi-
LINOS 2006
Auf allen wichtigen Messen und Tagungen
siertes optomechanisches Aufbausystem für Forschung
und Industrieanwender vor. Großes Interesse weckte
ferner das Sortiment an speziellen Objektiven für die
Bildverarbeitung und die optische Messtechnik. Live
war auf dem LINOS Stand auch eine Cerec-Dentalkamera
zu beobachten: Damit kann der Zahnarzt
ein dreidimensionales Bild eines beschädigten Zahns
erstellen, die Krone am PC modellieren und dann –
ohne einen Abdruck anfertigen zu müssen – die Krone
fräsen.
Termin Messe Ort weitere Infos
03.– 07.03.06 ECR06 Wien Wien www.ecr.org
13./14.03.06 DPG Tagung Frankfurt/Main http://frankfurt06.dpg-tagungen.de
21.– 23.03.06 LASER China Shanghai, China www.global-electronics.net
23./24.03.06 LOB Berlin Berlin www.laser-optik-berlin.de
27./28.03.06 DPG Tagung Dresden http://dresden06.dpg-tagungen.de
04.– 06.04.06 Semicon Europe München www.messe-muenchen.de
04.– 06.04.06 Photonics
Europe
Straßbourg, F www.spie.org/app/conferences
23.– 25.05.06 CLEO Long Beach, USA www.cleoconference.org
06.– 10.06.06 DGaO Tagung Weingarten
Ravensburg
www.dgao.de
15.06.06 IPS 2006 Greifswald www.inp-greifswald.de/ips2006.nsf
20.– 23.06.06 Optatec 2006 Frankfurt/Main www.optatec-messe.de
27.– 29.06.06 MicroScience London, UK www.microscience2006.org.uk
Redaktion optolines
LOKHALLE Göttingen
Bis Janine Jagemann im Spätsommer 2006 aus Singapur
zurückkommt, wird Marita Plitzko (Marketing
LINOS Göttingen) das Redaktionsteam von optolines
verstärken – hier mit Norbert Henze, Bastian Dzeia und
Thomas Thöniß vor der LOKHALLE Göttingen. Mitte
Februar fand hier die erste Measurement06 statt, siehe
Seite 3.
> Kontakt: marita.plitzko@linos.de
treffpunkt lInoS Stand (v.l.): dr. Carsten Fischer,
dr. Manfred Hettwer (beide MetrolUX), Steffen
rörentrop (HAlCYonICS), Bastian dzeia und Gary
Bishop (lInoS).
Literaturtipp
Bernd Dörband und Henriette
Müller: „Ernst Abbe – das
unbekannte Genie“
„Schwierig wird die Sache
sein, sehr schwierig …“, kommentierte
Ernst Abbes Freund
Heinrich von Eggeling dessen
Vorhaben, für seinen Firmennachlass
eine zum Nutzen der
Allgemeinheit geeignete rechtliche
Form zu finden. Schwierig
war das Leben und Schaffen
Ernst Abbes von Anfang an:
seine Kindheit in ärmsten Verhältnissen in Eisenach,
finanzielle Nöte als Student und junger Dozent in Jena,
Göttingen und Frankfurt. Schließlich kam dann doch der
Erfolg: bahnbrechende Entwicklungen in den Optischen
Werkstätten in Jena, die sich in Zusammenarbeit mit
Carl Zeiss zu einem Großunternehmen entwickelten.
Abbes ungeheurer Fleiß, überragende Intelligenz und
ein geradliniger Charakter zeichneten seine Arbeit und
sein wissenschaftliches Streben aus. Für seine Nachfolger
hat er auf technischem, wissenschaftlichem und
unternehmerischem Gebiet Maßstäbe gesetzt.
Bernd Dörband und Henriette Müller folgen in ihrem
Buch historischen und gegenwärtigen Spuren Ernst
Abbes auf Spaziergängen durch die Städte Eisenach,
Jena, Göttingen und Frankfurt am Main. Sie zeigen den
Lebensweg des Unternehmers, Wissenschaftlers und
Sozialreformers anhand der noch vorhandenen Wirkungsstätten
und Gebäude sowie mit historischen und
neuen Fotos auf. Als Physiker und Mitarbeiter der Firma
Carl Zeiss zeichnen die Autoren ein einfühlsames Bild
vom Leben Abbes, erklären und würdigen seine wissenschaftlichen
Leistungen verständlich und angemessen.
Verlag dr. Bussert & Stadeler 2005, 480 Seiten,
214 s/w-Abb., Hardcover, geb., SU,
ISBn 3-932906-67-5, ladenpreis 24,90 eUr.
> www.optolines.de
Impressum
Herausgeber: LINOS Photonics GmbH & Co. KG,
Geschäftsbereich Industrial Manufacturing
Königsallee 23, D-37081 Göttingen
FON +49 (0)5 51 / 69 35-0, www.linos.de
© Konzeption, Layout und Produktion:
BEISERT & HINZ UNTERNEHMENSKOMMUNIKATION GbR
Stumpfebiel 6, D-37073 Göttingen
in Zusammenarbeit mit P.O.S. Network
Fotonachweis: Fotostudio Czerwonski Göttingen,
No. 9 | 1. Quartal 2006 optolines
BEISERT-HINZ.de, LINOS Göttingen
19

Wir bringen Licht überall hin!
Faserkoppler-Systeme
Einkoppler, Fasern und Kollimatoren
•
•
•
•
•
•
hohe Einkoppeleffizienz
einfache Justierung
geringe Wellenfrontdeformation
optimiert für einen breiten
Spektralbereich
Singlemode- und polarisationserhaltende
Fasern
unterschiedliche Polituren
möglich
LINOS Photonics GmbH & Co. KG
Industrial Manufacturing
D-37081 Göttingen
Telefon +49 (0) 551 6935 0
E-mail: sales@linos.de
www.linos-katalog.de
Faserkoppler-
Systeme