Technische Infomationen zur Optik
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Seite 323 Technische Infomationen zur Optik Terminologie Bezeichnungen und Vorzeichenvereinbarung Kennzeichnung optischer Komponenten Qualitätsprüfung optischer Komponenten und Systeme Optische Auflösung Fokussierung und Aufweitung von Laserstrahlung Dünne Schichten Literatur Glasdaten 324 329 330 332 333 334 336 338 340 Technische Informationen zur Optik www.linos.com Seite 324 Technische Informationen zur Optik Terminologie Die nachfolgende Auflistung gibt eine alphabetisch sortierte Zusammenfassung der Bezeichnungen der wichtigsten Größen und Phänomene der Technischen Optik mit kurzen Erklärungen und den jeweiligen englischen Bezeichnungen. Sie soll dem Verständnis zwischen Kunde und Hersteller dienen. Für weiterführende Informationen wird auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen. Eine kurze Literaturliste befindet sich im Abschnitt Literatur. Weitere Erklärungen befinden sich im WinLensTM-Help-System, siehe WinLensTM-Software, Abschnitt Literatur. Abbesche Zahl (Abbe number, reciprocal dispersive power) Zur Kennzeichnung eines optischen Mediums bezüglich seiner Dispersion von Ernst Abbe eingeführte Größe: nd; nF; nC = Brechzahlen für die Fraunhoferschen d-, F- und C-Linien (d=587.6 nm, F=486.1 nm, C=656.3 nm). Eine große Abbesche Zahl bedeutet niedrige Dispersion. Abbildung, optische (optical image formation) Die Umwandlung eines von einem Gegenstandspunkt ausgehenden homozentrischen Lichtbündels mit Hilfe eines optischen Systems in ein anderes homozentrisches Bündel derart, dass das Zentrum des neuen Bündels Bildpunkt des Gegenstandspunktes ist. Abbildungsfehler, Aberrationen (aberrations) Bei der Abbildung durch optische Anordnungen auftretende Fehler mit der Wirkung, dass die von einem Gegenstandspunkt ausgehenden Strahlen nicht restlos in dem konjugierten Bildpunkt vereinigt werden. Die wichtigsten Abbildungsfehler sind: Öffnungsfehler (sphärische Aberration), Koma, Bildfeld­wölbung, Astigmatismus, Verzeich­nung, chromatische Längs­aberration, chromatische Queraberration. Abbildungsgleichungen (lens equations) Gleichungen, die die optische Abbildung mit achsnahen Strahlen beschreiben. Abbildungsmaßstab, Vergrößerung (magnification) Achsensenkrechtes Seitenverhältnis von Bildgröße zur Gegen­ standsgröße: ß‘ = u‘/u Absorption (absorption) Die Umwandlung von Licht- bzw. Strahlungsenergie in eine andere Energieform beim Durchgang durch ein Medium. Absorptionsgrad (absorption factor) Das Verhältnis des in dem betrachteten Medium absorbierten Strahlungsflusses zu dem auf das Medium auffallenden Strahlungsfluss. Das Verhältnis des in das Medium eindringenden Strahlungsflusses zu dem in dem Medium absorbier­ten Strahlungsfluss nennt man Reinabsorptionsgrad τi. Airy-Scheibchen (Airy disk) Zentrales Maximum der Beugungsfigur an einer kreisförmigen Öffnung, begrenzt durch den ersten dunklen Ring in der Beugungsfigur. Ansprengen (optical contacting) Verbinden von zwei optischen Flächen hoher Passgenauigkeit durch Adhäsion. Wenn keine Luft mehr zwischen den Flächen vorhanden ist, befinden sie sich in optischem Kontakt. Die Flächen sind dann dauerhaft verbunden und können erst durch Erwärmen wieder voneinander gelöst werden. Antireflexschichten (anti reflection coating) Siehe „Reflexionsvermindernde Schichten“ und Kapitel Dünne Schichten. Aperturblende (aperture stop) Blende innerhalb oder außerhalb eines optischen Systems, die dessen freie Öffnung (Apertur) begrenzt. Siehe auch „Numerische Apertur“. LINOS Beratung und Verkauf Phone + 49 (0) 551 69 35 - 0 Free Call (08 00) 6 78 68 35 Fax E-mail Astigmatismus (astigmatism) Bei der Abbildung schiefer Bündel auftretender Abbildungsfehler, durch den in zwei zueinander senkrechten Ebenen (Meridional-/Sagittalebene) zwei unterschiedliche Brennpunktslagen resultieren. Auflösungsvermögen (resolving power, resolution power) Die Fähigkeit eines optischen Bauteils oder eines Gerätes zwei eng benachbarte Objektdetails als deutlich erkennbare getrennte Details wiederzugeben. Das Auflösungsvermögen wird angegeben als minimaler Winkelabstand zweier Objektdetails oder als maximale Linienzahl pro mm in der Bildebene. Austrittsluke (exit window) Bildseitiges Bild der Feldblende. Austrittspupille (exit pupil) Bildseitiges Bild der Aperturblende. Beleuchtungsstärke (illuminance) Der Lichtstrom pro Flächeneinheit in Lumen/m2 = Lux Bestrahlungsstärke (irradiance) Strahlungsleistung pro Flächeneinheit in W/cm2 Beugung (diffraction) Abweichung einer Wellenbewegung (Licht) von ihrer Aus­breitung in Richtung der Wellenflächennormalen (gerad­linige Ausbreitung), die nicht durch Brechung, Reflexion oder Streuung bedingt ist, sondern durch die Wellennatur des Lichtes. Beugungsgitter (diffraction grating) Anordnung regelmäßiger, untereinander gleichartiger lichtdurchlässiger, absorbierender oder reflektierender Elemente mit konstantem Abstand in der Größenordnung der Lichtwellenlänge. Bildfeldwölbung (field curvature) Abweichung der Lage außeraxialer Bildpunkte von der paraxialen Bildebene; Krümmung der Bildebene. Blende (stop) Mechanische Begrenzung des Strahlenganges zwischen Objekt und Bild bei der optischen Abbildung. Brechkraft (refraction power) Reziproker Wert der Brennweite eines abbildenden optischen Systems. Die Einheit ist Dioptrien (dpt). Brechung (refraction) Richtungsänderung des Lichtes beim Übergang von einem Medium in ein anderes bei nicht senkrechter Inzidenz. Diese wird beschrieben durch das Brechungsgesetz von Snellius. Brechungsindex, Brechzahl (refractive index) Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit in dem betrachteten Medium. Brennweite (focal length) Die wichtigste kennzeichnende Größe eines abbildenden optischen Systems, die aus den Systemdaten (Radien, Glassorten, Flächenabständen) resultiert. Sie ist der Abstand von den Hauptebenen zum jeweiligen Brennpunkt für achsnahe Strahlen. + 49 (0) 551 69 35 - 166 [email protected] Seite 325 Brewster Winkel (Brewsters angle) Einfallswinkel bei dem reflektierte und gebrochene Strahlen eines in ein durchsichtiges optisch isotropes Medium einfallenden Lichtbündels senkrecht aufeinander stehen. Der reflektierte Anteil wird linear polarisiert, wobei die Polari­sationsebene auf der Einfallsebene senkrecht steht. mit n = n‘= Brechzahl des umgebenden Mediums (z.B. Luft, vor der Grenzfläche) Brechzahl des reflektierenden Mediums (hinter der Grenzfläche) Chromatische Aberration (chromatic aberration) Abbildungsfehler, die durch die Dispersionseigenschaften der verwendeten Gläser entstehen. Man unterscheidet chromatische Längsaberrationen, die zu unterschiedlichen Brennpunktslagen für verschiedene Wellenlängen führen, und chromatische Queraberrationen, die zu unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben für verschiedene Wellenlängen führen (Farbvergrößerungsfehler). Dielektrische Schichten (dielectric layers) Zur Erhöhung oder Verminderung von Reflexionen auf optische Bauteile aufgebrachte Schichten aus elektrisch nichtleitenden Materialien. DlN und ISO-Normen (DIN and ISO standards) DlN und ISO-Normen empfehlen Maße, Toleranzen und Zeichnungsangaben. Sie ersparen aufwendige Spezifikationen einzelner Bauteile oder Geräte, wenn angegeben wird, welche DIN- oder ISO-Normen bei der Fertigung zugrunde gelegt werden. Weiterhin sind auch die sog. MIL-Normen gebräuchlich, die vor allem in den USA verwendet werden. Dispersion (dispersion) Allgemein die Farbzerlegung oder auch spektrale Zerlegung von Strahlung, hervorgerufen durch die Abhängigkeit der Brechzahl von der Wellenlänge. Siehe abbesche Zahl. Dispersionskurve (dispersion curve) Die graphische Darstellung der Brechzahl eines Mediums als Funktion der Wellenlänge. Doppelbrechung (birefringence) In optisch anisotropen Kristallen unterscheidet sich der Brechungs­index für verschiedene Polarisationsebenen. Ein unpolarisierter Lichtstrahl wird im Allgemeinen in zwei senkrecht zueinander polarisierte Strahlen getrennt, die unterschiedlich stark gebrochen werden. Dünne Schichten (thin films) Allgemeine Bezeichnung für auf optische Bauteile aufgebrachte Schichten zur Erhöhung oder Verminderung der Reflexion. Eintrittsluke (entrance window) Objektseitiges Bild der Feldblende. Eintrittspupille (entrance pupil) Objektseitiges Bild der Aperturblende. Feldblende (field stop) Die Feldblende, auch Gesichts- oder Sehfeldblende genannt, begrenzt den Gesichtsfeldwinkel. Je nach Lage der Feldblende im Objekt oder Bildraum bezeichnet man sie auch als Objekt- oder Bildfeldblende. Feldlinse (field lens) Zur Bündelung der Strahlung bei mehrfacher Abbildung am Ort des reellen Zwischenbildes angeordnete Linse. Sie hat auf die geometrische Größe und Lage des Bildes nur geringen Einfluss. Fizeausche Interferenzstreifen (Fizeau fringes) Durch Interferenz des Lichtes entstehende Streifen, die den Orten konstanter Dicke folgen (z.B. Interferenzen an einem Keil). Flintgläser (flint glasses) Alle Glasarten mit einer abbeschen Zahl < 50 (bzw. 55). Fraunhofersche Linien (Fraunhofer lines) Im Sonnenspektrum entdeckte Fraunhofer dunkle Ab­sorp­tionslinien. Sie entstehen durch Absorption in den schwächer leuchtenden Dämpfen verschiedener Elemente in der Chromos­sphäre der Sonne. Die stärksten Linien werden mit den Buchstaben von A bis H bezeichnet. Fresnelsche Formeln (Fresnel equations) Die fresnelschen Formeln behandeln die Intensitäten von reflektiertem und gebrochenem Licht, das unter dem Einfallswinkel auf ein Medium mit der Brechzahl n‘ fällt. Außer vom Einfallswinkel hängen Reflexionsund Transmissionsve­mögen auch vom Polarisationszustand und der Polarisationsebene des einfallenden Lichtes ab; deshalb wird unpolarisiertes Licht durch Reflexion und Brechung teilweise polarisiert. Fresnellinse (Fresnel lens) Ein von Fresnel angegebener Linsentyp, der aus einer zentralen, dünnen, sphärischen oder asphärischen Linse besteht, umgeben von stufenartig angeordneten prismenförmigen Ringzonen, die alle den gleichen Brennpunkt und annähernd die gleiche Dicke haben wie die zentrale Linse. Fresnellinsen werden vorwiegend aus Kunststoff gespritzt. Sie sind für einfache Abbildungsaufgaben mit sehr großen Aperturen einsetzbar (z.B. Overheadprojektoren) und ersparen die sonst erforderlichen Linsen großer Dicke. Siehe auch Kapitel Einzellinsen und Achromate, Abschnitt Fresnellinsen. Gangunterschied, optischer (optical path difference OPD) Der Unterschied der optischen Weglängen (n×d) zweier Teilbündel bis zu ihrem Vereinigungsort (i. a. Interferenzort). Gaußsche Optik (Gauss theory of lenses) Die Lehre von der scharfen (punktförmigen) Abbildung im achsnahen (paraxialen) Raum. Sie ist die Grundlage der geometrischen Theorie der optischen Instrumente und Bauteile. Geometrische MTF (geometrical MTF) Siehe Modulationsübertragungsfunktion. Geometrische Optik (geometrical optics) Die Wellenausbreitung der Strahlung wird nicht durch die Wellenflächen selbst dargestellt, sondern durch die Normalen dieser Flächen, die dann Lichtstrahlen genannt werden (deshalb auch „Strahlenoptik“ statt geometrische Optik). Sie berücksichtigt nicht die Beugung und ist somit als Sonderfall für λ = 0 in der Wellenoptik enthalten. Gesichtsfeld (field of view) Die bild- oder objektseitige Begrenzung des Strahlen­raumes, hervorgerufen durch die Feldblende. Hierbei kann die Feldblende selbst oder aber ein Bild von ihr das Gesichtsfeld (auch Sehfeld genannt) begrenzen. Glas, optisches (optical glass) Ein strahlungsdurchlässiger, amorpher, fester und weitgehend homogener Stoff, der durch die Größen Brechzahl, Dispersion und Transmission gekennzeichnet ist. Grenzfläche (interface) Fläche des unmittelbaren Aneinandergrenzens zweier optischer Medien. Haidingersche Ringe (Haidinger fringes) Interferenzerscheinung an Planplatten, die Kurven gleicher Neigung darstellen. Feldwinkel (field angle) Winkel zwischen der optischen Achse und dem Hauptstrahl eines Objektrandpunktes. www.linos.com Technische Informationen zur Optik Seite 326 Technische Informationen zur Optik Halbwertsbreite (half width) Differenz der beiden Wellenlängen, bei der die Transmission eines optischen Filters (speziell Interferenzfilter) auf den halben Wert der maximalen Transmission abgefallen ist. Bei Spektrallinien die Breite der Linie an der Stelle der halben maximalen Intensität (full width at half maximum, FWHM). Hauptebenen (principal planes) Durch die Hauptpunkte achsensenkrecht gezogene Hilfsebenen. Die Annahme einer Hauptebene ist nur für den achsnahen (paraxialen) Bereich zulässig. Hauptpunkte (principal points) Diejenigen Punkte einer Linse, die im Abbildungsmaßstab ß = +1 ineinander abgebildet werden. Sie stellen die Kardinal­punkte dar, von denen aus die Kardinalstrecken Brennweite, Objektweite und Bildweite gemessen bzw. gerechnet werden. Hauptstrahl (chief ray, principal ray) Der Strahl, der von einem Objektpunkt ausgehend die Mitte der Aperturblende durchsetzt. Dieser Strahl übernimmt die Funktion der optischen Achse in schiefen Bündeln. Koma (coma) Bildfehler in schiefen Bündeln, der nicht rotationssymmetrische Punktbildveränderungen bewirkt. Die Koma kann auch als Öffnungsfehler in schiefen Bündeln be-trachtet werden, wobei der Hauptstrahl die Funktion der optischen Achse übernimmt. Kondensor (condenser) Ein optisches Element oder System mit der Aufgabe, das von einer Lichtquelle ausgehende Licht möglichst vollständig zu erfassen und einem zu beleuchtenden Objekt zuzuführen. Konjugierte Punkte (conjugate points) Paarweise Zuordnung von Punkten im Objekt- und Bildraum, die über die Abbildung miteinander verknüpft sind. Kontrast (contrast) Intensitätsverhältnis (Leuchtdichte-, Helligkeits- oder Lichtstärkeverhältnis) zweier selbstleuchtender oder beleuchteter Flächenpunkte. Genauer: Verhältnis der Differenz zu der Summe zweier Intensitäten. Auch als Modulation bezeichnet. Kontrastübertragungsfunktion Siehe Modulationsübertragungsfunktion. Infrarotstrahlung (infrared radiation) Strahlung in dem Teil des Spektrums, dessen Wellenlänge länger als die der sichtbaren Strahlung (Licht) ist. Der Spektralbereich erstreckt sich etwa von 750 nm bis ca. 1 mm Wellenlänge. Krongläser (crown glasses) Krongläser sind alle optischen Glassorten mit einer Abbezahl > 50 (bzw. 55). Interferenz (interference) Die Überlagerung von zwei oder mehreren Wellen, dabei kann Auslöschung oder Verstärkung eintreten. Leuchtdichte (luminance) Die Lichtstärke bezogen auf eine Flächeneinheit, gemessen in Candela pro m2 (cd/m2). Interferometer (interferometer) Optische Geräte, bei denen die Interferenz des Lichtes oder der Strahlung die Messgrundlage bildet. Sie gehören in der heutigen Technik zu den genauesten und empfindlichsten Messgeräten überhaupt. Leuchtdichteindikatrix (luminence indicatrix) Abhängigkeit der Leuchtdichte von der Ausstrahlungsrichtung einer flächenhaften Lichtquelle. Isotropie (isotropy) Ein Medium heißt optisch isotrop, wenn seine optischen Eigenschaften richtungsunabhängig sind. So ist z.B. optisches Glas isotrop, da der Brechungsindex in allen Richtungen gleich ist. Viele Kristalle hingegen sind anisotrop, da bei ihnen der Brechungsindex richtungsabhängig ist. Köhlersche Beleuchtungsanordnung Optische Kondensoranordnung zur gleichmäßigen Ausleuchtung von Mikroskopobjektiv und Präparat. Knotenpunkt (nodal point) Diejenigen Punkte einer Linse, in denen ein von einem Punkt außerhalb der optischen Achse ausgehender Objektstrahl und der ihm konjugierte Bildstrahl gleiche Winkel mit der optischen Achse einschließen. Objektund Bildstrahl verlaufen folglich parallel zueinander. Ist die Linse allseitig vom gleichen Medium umgeben, fallen die Knotenpunkte mit den Hauptpunkten zusammen. Kohärenz (coherence) Konstanz der Phasenbeziehungen zwischen zwei Wellen­zügen. Nur kohärente Wellen können miteinander interferieren. Man unterscheidet räumliche und zeitliche Kohärenz. Kohärenzlänge (coherence length) Der größte Gangunterschied zwischen zwei Teilwellenzügen einer Strahlungsquelle, bei dem noch Interferenzen auftreten. Kollektivlinse (field lens) Spezielle Bezeichnung für eine Feldlinse z.B. in Okularen. Kollimator (collimator) Optische Vorrichtung, die eine Strichmarke virtuell ins Unendliche abbildet, indem sie in der Brennebene des Abbildungsobjektivs positioniert wird. Allgemein die Abbildung eines Fokalpunktes (z. B. beim Laserkollimator, der ein aufgeweitetes paralleles Lichtbündel liefert). LINOS Beratung und Verkauf Phone + 49 (0) 551 69 35 - 0 Free Call (08 00) 6 78 68 35 Fax E-mail Licht (visible light, VIS) Sichtbare Strahlung, die unmittelbar eine Gesichtsempfindung hervorzurufen vermag. Der spektrale Bereich erstreckt sich etwa von 380 nm bis 780 nm. Lichtleitwert Der Lichtleitwert stellt eine strahlengeometrische Beziehung dar und bestimmt den optischen Fluss durch ein optisches System. Die Einheit ist cm×sr. Lichtstärke (luminous intensity) Der auf den Raumwinkel bezogene Lichtstrom. Lichtstärkeindikatrix (indicatrix of luminous intensity) Die räumliche Verteilung des abgegebenen Lichtstromes einer leuchtenden Fläche als Funktion der Lichtstärke­verteilung in einem ebenen Schnitt. Lichtstrahl (light beam) Die Normale zur Wellenfläche eines Wellenzuges. Allgemein die Richtung des Energieflusses der Lichtenergie. Lichtstrom (light flux) Das Produkt Φ aus Lichtleitwert, Leuchtdichte der Lichtquelle und Durchlassgrad der betrachteten Optik. Allgemein die von einer Lichtquelle ausgestrahlte, visuell bewertete Leistung. Die Einheit ist das Lumen (lm). Linear polarisiertes Licht (linear polarized light) Licht mit definierter Lage des elektrischen Feldvektors in nur einer Ebene. + 49 (0) 551 69 35 - 166 [email protected] Seite 327 Linienfilter (line filter) Optisches Filter, das für eine vorgegebene Wellenlänge einen maximalen Transmissionsgrad aufweist, bei gleichzeitig geringer Halbwertsbreite. Meist durch Interferenzfilter realisiert. Löschungsverhältnis (extinction ratio) Das Verhältnis der Transmissionsgrade von Polarisatoren in Parallelstellung (maximale Transmission) und gekreuzter Stellung (minimale Transmission). Medium (medium) Allgemeine Bezeichnung für einen Stoff, der vom Licht durchlaufen werden kann und dabei in Wechselwirkung mit dem Licht tritt. Meridionalebene (meridian plane, tangential plane) Ebene durch ein optisches System, in der ein seitlich der optischen Achse liegender Objektpunkt, der zugehörige Bildpunkt sowie die Krümmungsmittelpunkte der brechenden Flächen und somit die optische Achse liegen. Üblicherweise wird diese Ebene durch die Zeichenebene repräsentiert. Metallschichten (metal films) Reflexionserhöhende, elektrisch leitende Beschichtungen optischer Bauteile. Minimum der Ablenkung (minimum deviation) Der Ablenkwinkel bei einem Dispersionsprisma als Funk­tion des Einfallswinkels weist für symmetrischen Strahlungsdurchgang ein Minimum auf. Modulation (modulation) Als Modulation einer strahlungstechnischen Größe I bezeichnet man das Verhältnis: (s. auch Kontrast) Modulationsübertragungsfunktion MTF (modulation transfer function) Quantitative Beschreibung der Abbildungsleistung einer abbildenden Optik unter Berücksichtigung aller Abbildungsfehler. Zur Bestimmung dieser Funktion werden mit der Optik immer Linien (Gitter) unterschiedlicher Abstände (Ortsfrequenzen) bekannter Modulation (Kontrast) abgebildet und die in der Bildebene erscheinende Bildmodulation (Bildkontrast) gemessen. Das Verhältnis der Bildmodulation zur Objektmodulation für verschiedene Ortsfrequenzen ergibt den jeweiligen Modulationsfaktor. Dieser Faktor als Funktion der Ortsfrequenz ergibt die MTF. Die aus den Konstruktionsdaten eines abbildenden optischen Systems mittels reiner Strahlenoptik berechnete MTF wird als Geometrisch Optische Übertragungsfunktion (GOTF) bezeichnet. Monochromatische Strahlung (monochromatic radiation) Strahlung innerhalb eines engen Wellenlängenbereiches (z.B. Laserstrahlung). Monochromasie ist wie Kohärenz eine relative Größe. Newtonsche Ringe (Newton fringes) Interferenzerscheinung durch Reflexion zwischen zwei eng benachbarten optischen Flächen. Im Prinzip handelt es sich um kreisförmige Fizeaustreifen, also Streifen gleicher Dicke. Numerische Apertur (numerical aperture) Die numerische Apertur ist eine Kenngröße für die Bündelbegrenzung in einem optischen Element oder System. Sie wird angegeben als reiner Zahlenwert: NA = n · sin u, mit n = Brechzahl des Mediums in dem das Bündel verläuft, und u = halber Öffnungswinkel des Bündels. Die beugungsbegrenzte Auflösung eines Systems wird bestimmt durch dessen Apertur. Besondere Bedeutung hat die NA für Mikroskopobjektive (siehe Kapitel Optische Systeme) und in der Klassifizierung von Fasern. Öffnungsfehler (spherical aberration) Abbildungsfehler in weit geöffneten Bündeln, die von einem Objektpunkt auf der optischen Achse ausgehen. Er äußert sich dadurch, dass die äußeren kreisförmigen Linsenzonen Bildpunkte entstehen lassen, die nicht mit dem paraxialen Bildpunkt zusammenfallen. Die Folge ist eine rotationssymmetrische Zerstreuungsfigur um den paraxialen Bildpunkt. Öffnungsverhältnis (reciprocal f number) Das Verhältnis des Durchmessers der Eintrittspupille zur Brennweite des abbildenden Systems. Optische Achse (optical axis) 1. Die Symmetrieachse abbildender optischer Systeme. 2. Ausbreitungsrichtung von Licht in optisch doppelbrechenden Kristallen, für die der Brechungsindex nicht von der Polarisations richtung abhängt Optische Aktivität (optical activity) Eigenschaft bestimmter Moleküle und Festkörper, die Polarisationsebene eines einfallenden Lichtstrahls proportional zum durchlaufenen Weg im Kristall zu drehen. Man unterscheidet rechts- und linksdrehende Substanzen. Optische Dichte (optical density) Der logarithmische reziproke Wert der Transmission wird optische Dichte genannt: D = log 1/τ. Mit Hilfe dieser Größe lässt sich z.B. bei Filterkombinationen die Gesamt­dichte durch einfache Addition der Einzeldichten ermitteln. Optische Weglänge (optical path) Das Produkt aus geometrischem Weg d eines Lichtstrahls in einem Medium und der Brechzahl n dieses Mediums: n·d. Damit wird der in dem Medium zurückgelegte Weg auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes im Vakuum bezogen. Die optische Weglänge stellt den physikalischen Zusammenhang zwischen der Schwingungsfrequenz und der Dichte des jeweiligen Mediums mit der Wellenlänge im Medium her. Ortsfrequenz (spatial frequency) Bezeichnung für die Dichte regelmäßiger Strukturen in Linien/mm (z.B. Optisches Gitter). Eine Linie bedeutet dabei eine vollständige Strukturperiode, d.h. einen hellen und einen dunklen Anteil. Parallelversetzung (displacement) Beim schrägen Durchgang von Strahlung durch Plan­platten zu beobachtende Versetzung des austretenden Strahles parallel zum eintretenden Strahl. Paraxialgebiet (paraxial space) Achsnaher Raum, für den die asymmetrischen Winkel­funktionen durch den Winkel selbst ersetzt werden können (sin α = tan α = α, cos α = 1). Die Optik des Paraxialgebietes wird auch gaußsche Optik genannt. Passfehler (surface accuracy errors) Abweichungen der sphärischen oder planen optischen Prüf­fläche von einer Referenzfläche (Probeglas). Die Angabe erfolgt meist in Einheiten der Wellenlänge (z.B. λ, λ/10). In heute üblichen Interferometern erfolgt die Messung kon­takt­­los. Damit werden Beschädigungen der Oberflächen durch die Prüfung ausgeschlossen. Phasensprung (phase shift) Der reflektierte Anteil einer auf ein optisch dichteres Me­di­­­um fallenden Welle erleidet eine Phasenänderung um p. Der durch das Medium hindurchgehende Anteil erleidet eine Phasenverzögerung durch die veränderte Licht­­geschwindig­keit (Wellenlänge) innerhalb des Medi­ums. Planität (flatness) Ein Maß für die Ebenheit einer Planfläche. Messgröße ist die Abweichung der Prüffläche gegen eine sehr genaue Referenz­fläche in Einheiten der verwendeten Wellenlänge des Prüf­lichtes. www.linos.com Technische Informationen zur Optik Seite 328 Technische Informationen zur Optik Point Spread Function (PSF) Die Energieverteilung im Bildpunkt P‘ bei der Abbildung eines leuchtenden Objektpunktes P. Bei einer fehlerlosen Abbildung und homogener Ausleuchtung der Aper­turblende ergibt sich die Energieverteilung eines Airy-Scheibchens. Sagittalebene (sagittal plane) Bezeichnung für eine Ebene durch ein optisch abbildendes System, die den Objektpunkt und den Hauptstrahl schiefer Bündel enthält. Sie steht senkrecht auf der sogenannten Meridionalebene, die den Objektpunkt und die optische Achse des Systems enthält. Polarisation (polarization) Bestimmter Schwingungszustand der Lichtwellen. Der Polari­sa­­tionszustand ist durch die Lage des elektrischen Feldvektors be­­­stimmt. Man unterscheidet lineare, ellip­tische und zirkulare Polarisation. Durch Überlagerung zweier senkrecht zueinander linear polar­isierter Teilwellen mit geeigneter Phasen- und In­­ten­si­täts­differenz läßt sich jeder Polarisationszustand erzeugen. Schärfentiefe (depth of field) Vorwiegend in der Fotografie gebräuchliche Bezeichnung für denjenigen Teil des Objektraumes in Richtung der optischen Achse, der im Bild ohne merklichen Schärfe­verlust wiedergegeben wird. Beim Mikroskopobjektiv berechnet sich die Schärfentiefe zu: S = ± n λ /(2 · NA) NA = numerische Apertur, n = kleinster Brechungsindex im Objektraum, λ = Wellenlänge des verwendeten Lichtes. Polarisationsebene (plane of polarization) Die Ebene, die die Ausbreitungsrichtung und den elektrischen Feldvektor enthält. Polarisationsgrad (polarization factor) Verhältnis der Intensitäten des polarisierten Lichtes zum gemischten Gesamtlicht. Ist das Licht vollständig linear polari­siert, dann ist der Polarisationsgrad 1. Polarisationsrichtung (direction of polarization) Die Richtung des elektrischen Feldvektors des linear polari­sierten Lichtes. Die Polarisa­tions­richtung liegt in der Polari­sations­ebene. Probeglas (test glass) Eine auf Bruchteile einer Wellenlänge genau gearbeitete Ver­gleichs­ fläche zur interferenziellen Prüfung optischer Werk­stücke. Die Abweichung in Einheiten der verwendeten Wellenlänge vom Probeglas nennt man Passfehler. Pupille (pupil) Bezeichnung für das paraxiale Bild der Aperturblende. Man unterscheidet Eintritts- und Austrittspupille. Quarzglas (fused quartz or fused silica) Aus kristallinem Quarz geschmolzenes Glas oder synthetisch hergestelltes Quarzglas (Suprasil). Es hat nicht mehr die Eigenschaften der Doppelbrechung und der Rotationsdispersion wie der kristalline Quarz. Es ist gekennzeichnet durch eine gegenüber normalem optischen Glas erhöhte Transmission besonders im UV sowie im IR. Raumfrequenz (spatial frequency) Siehe Ortsfrequenz. Rayleigh Kriterium (Rayleigh criterion) Kriterium für die Auflösungsgrenze optischer Systeme. Es besagt, dass die Grenze des Auflösungsvermögens etwa erreicht ist, wenn der Mittenabstand zweier in der Bildebene einer Abbildungsoptik (bei sonst fehlerloser Abbildung) entstehenden Beugungsscheibchen (Airy-Scheibchen) gleich dem Radius der Beugungsscheibchen ist. Die beiden Beu­gungsscheibchen entstehen dabei durch Abbildung zweier Objektpunkte, die um den Winkelabstand α voneinander getrennt sind. Reflexion (reflection) Zurückwerfung von Strahlung beim Auftreffen auf die Grenz­fläche zwischen zwei verschiedenen Medien. Man unterscheidet diffuse und gerichtete Reflexion. Eine Zusammenfassung der Eigenarten der Reflexion an der Grenzfläche schwach absorbierender Körper geben die fresnelschen Formeln. Reflexionsvermindernde Schichten (antireflection coatings) Eine geeignete Beschichtung reflektierender Oberflächen aus einer oder mehreren dielektrischen dünnen Schichten, die durch Interferenzeffekte die Reflexion herabsetzen (auch Vergütungsschichten genannt). Reinabsorptionsgrad (internal absorption factor) Siehe Absorptionsgrad. Sekundäres Spektrum (secondary spectrum) Die einfache Achromatisierung eines abbildenden optischen Systems gewährleistet das Zusammenfallen der Brennpunkte für zwei Wellenlängen. Die verbleibenden Differenzen der Brennpunktslagen für das übrige Spektrum nennt man sekundäres Spektrum. Schnittweite (back focal length) Der Abstand des paraxialen Brennpunktes (Fokus) vom letzten Flächenscheitel eines optischen Systems. Die Schnittweite ist im Gegensatz zur Brennweite direkt messbar. Sehfeld (field of view, vision) Objekt- oder bildseitige Begrenzung des Strahlenraumes eines optischen Systems am Objekt- oder Bildort, die durch die Gesichtsfeldblende erzeugt wird. Sehfeldzahl (field of vision number) Eine Kenngröße für Okulare, die den Sehfelddurchmesser in mm durch die Beziehung S = 2 · f · tan w angibt. f = Okularbrennweite w = Bildwinkel Seidelsche Bildfehler (Seidel aberrations) Bildfehler außerhalb der gaußschen Optik, die in der von Seidel entwickelten Fehlertheorie beschrieben werden, wobei die Winkelfunktionen nicht mehr gleich dem Winkel selbst gesetzt werden dürfen. Die Winkel werden in Potenzreihen nach linearen Systemgrößen bis zur dritten Ordnung entwickelt (auch Bildfehler dritter Ordnung genannt). In dieser Näherung überdeckt die Fehlertheorie einen Teil des Strahlenraumes, der als seidelsches Gebiet bezeichnet wird, und in dem die verschiedenen Fehlertypen unabhängig voneinander bewertet werden können. Die Betrachtung der seidelschen Fehlersummen und Koeffizienten erlaubt eine detaillierte analytische Beurteilung eines Abbildungssystems und spielt eine wesentliche Rolle in der konstruktiven Optik. Sinusbedingung (sine condition) Eine auf Abbe zurückgehende Bedingung für die Güte der Abbildung bei kleinen Bildwinkeln. Eine befriedigende Abbildungsgüte wird nur dann erreicht, wenn der Abbildungsmaßstab für alle Bildwinkel und somit in allen Objektivzonen (Einfallshöhen) konstant bleibt. Das bedeutet eine konstante Brennweite über die Gesamtöffnung des Objektivs. Für ein unendlich entferntes Objekt lautet die Sinusbedingung: f = const = h / sin s‘; h = Einfallshöhe, s‘ = bildseitiger Schnittwinkel mit der optischen Achse. Spektrum (spectrum) Gesamtheit der charakteristischen Strahlung (Linien oder Banden), die von Atomen, Molekülen oder Festkörpern ausgestrahlt (Emmissionsspektrum) oder absorbiert (Absorptionsspektrum) werden. Strahlenoptik (geometrical optics) Siehe geometrische Optik. LINOS Beratung und Verkauf Phone + 49 (0) 551 69 35 - 0 Free Call (08 00) 6 78 68 35 Fax E-mail + 49 (0) 551 69 35 - 166 [email protected] Seite 329 Strahlungsfluss (radiation flux) Siehe Lichtstrom. Strahlungsleistung (radiant power) Die pro Zeiteinheit abgegebene Energie einer Strahlungsquelle. Tubuslänge, optische (optical tube length) Ein rechnerisches Maß für den Abstand von der bildseitigen Brennebene des Objektivs bis zur objektseiti­gen Brennebene des Okulars. Sie errechnet sich zu t= -ß‘f, mit ß‘=Vergrößerung des Objektivs, f=Objektivbrenn­weite. Strehlsche Definitionshelligkeit Das Verhältnis der maximalen Intensität I einer aberrationsbehafteten Abbildung in einen Punkt P zu der Intensität Io bei aberrationsloser Abbildung in denselben Punkt: D = I / Io. Übertragungsfunktion, optische (optical transfer function, OTF) Gesamte Übertragungsfunktion, die zusätzlich zur MTF auch die Phasenmodulationsfunktion beinhaltet. Meist beschränkt man sich auf die Modulationsübertragungsfunktion. Streuung (scattering) Ablenkung des Lichtes durch kleine Teilchen (diffuse Reflexion). Vergrößerung (magnification) Siehe Abbildungsmaßstab. Telezentrisches System (telecentric system) Ein optisches System, bei dem die Ein- und/oder Austrittspupille virtuell ins Unendliche abgebildet wird, wodurch die Hauptstrahlen in diesem Raum parallel zur optischen Achse verlaufen. Verzeichnung (distortion) Bildfehler, der die geometrische Ähnlichkeit flächenhafter Objektteile in der Bildebene verfälscht. Der Grund ist die Variation des Abbildungsmaßstabs mit dem Bildwinkel. Man unterscheidet tonnenförmige und kissenförmige Verzeichnung. Totalreflexion (total reflection) Beim Übergang des Lichtes von einem optisch dichteren Medium in ein optisch dünneres Medium kann dann keine Brechung mehr eintreten, wenn der Sinus des brechenden Winkels nach dem Brechungsgesetz größer als 1 wird. Das Licht tritt dann nicht mehr in das dünnere Medium ein, sondern wird an der Grenzfläche in das dichtere Medium total reflektiert, nach den Regeln des Reflexions­gesetzes. Der Winkel, für den sin αg=1 wird, nennt man Grenzwinkel der Totalreflexion. Er errechnet sich zu αg=arc sin (n‘/n), wobei n die Brechzahl des dichteren Mediums ist. Vignettierung (vignetting) Mechanische Einengung eines schräg durch das optische System gehenden Strahlenbündels, die nicht durch die Aperturblende verursacht ist. Wellenoptik (wave optics) Berücksichtigung des Wellencharakters optischer Strahlung in der Auswirkung auf die optische Abbildung durch Interfe­renz- und Beugungserscheinungen. Transmission (transmission) Durchgang von Strahlung durch ein Medium ohne Änderung der Frequenz der Strahlung. Winkeldispersion (angular dispersion) Die Wellenlängenabhängigkeit des Ablenkungswinkels beim Durchgang von Licht durch dispersive optische Bauelemente. Transmissionsgrad (transmission factor) Verhältnis von hindurchgelassener zu auftreffender Strahlungsintensität. Zonenfehler (zonal aberrations) Der Öffnungsfehler weist in der seidelschen Abbildungstheorie ein Maximum auf, das durch Strahlen verursacht wird, die das optische Abbildungssystem in einer Zone bei etwa 0,7-facher Höhe des Randstrahles durchsetzen. Transmissionkurven (transmission curves) Im Allgemeinen grafische Darstellung des Transmissionsgrades über den zu betrachtenden Spektralbereich. Bezeichnungen und Vorzeichenvereinbarung Für die Beschreibung optischer Bauelemente und Systeme sowie optischer Grundgrößen werden die unten aufgelisteten Bezeichnungen benutzt. Dabei gelten folgende Vereinbarungen: - Die Vorzeichen für Strecken parallel zur optischen Achse werden bestimmt durch die Lichtrichtung, die von links nach rechts verläuft. - Strecken in Lichtrichtung werden positiv gerechnet, Strecken gegen die Lichtrichtung werden negativ gerechnet (Ausnahmen: Linsen dicken, Baulängen, stets positiv). - Größen im Objektraum werden ungestrichen, Größen im Bildraum werden gestrichen gekennzeichnet. - Flächenradien werden gemessen von der Fläche zum Krümmungsmittelpunkt, d. h. in Lichtrichtung konvex erscheinende Flächen haben einen positiven Radius, in Lichtrichtung konkav erscheinende Flächen haben einen negativen Radius. - Strecken senkrecht zur optischen Achse werden nach oben positiv, nach unten negativ gerechnet. In der Abbildung sind die Systemparameter und Abbildungsgrößen für ein optisches Bauteil, bestehend aus zwei Flächen beispielhaft gezeigt. Die in der Zeichnung eingetragenen Pfeile stellen die Richtung der zugehörigen Strecken dar. Nach der Vorzeichenkonvention ist also in diesem Beispiel f < 0, während f‘ > 0 ist. Die Bezeichnungen gelten auch für komplexe Systeme, bestehend aus mehreren Flächen. Die Tabelle erklärt die einzelnen Bezeichnungen: F objektseitiger Brennpunkt F’ bildseitiger Brennpunkt H objektseitiger Hauptpunkt H’ bildseitiger Hauptpunkt f objektseitige Brennweite f’ bildseitige Brennweite s Objektschnittweite s’ Bildschnittweite a Objektweite a’ Bildweite z brennpunktsbezogene z’ brennpunktsbezogene Objektweite Bildweite C1 Krümmungsmittelpunkt Fläche 1 C2 Krümmungsmittelpunkt Fläche 2 r1 Radius Fläche 1 r2 Radius Fläche 2 O Objektpunkt O’Bildpunkt u Objektgröße u’ Bildgröße σ objektseitiger Aperturwinkel σ’ bildseitiger Aperturwinkel d Linsendicke oder Baulänge www.linos.com Technische Informationen zur Optik Seite 330 Technische Informationen zur Optik Kennzeichnung optischer Komponenten Die Kennzeichnung von optischen Komponenten erfolgt nach DIN 3140 bzw. nach der neuen internationalen Norm ISO 10110. Neben den rein geometrischen Toleranzangaben für Durchmesser und Dicken werden weiteren Eigenschaften entsprechende Kennzahlen zugeordnet. Zulässige Materialeigenschaften des Glases und Formabweichungen werden quantifiziert. In technischen Zeichnungen folgen den vorangestellten Kenn­zahlen nach einem Schrägstrich die zugelassenen Toleranzwerte. Das folgende Beispiel zeigt die Kennzeich­nung einer Plankonvexlinse. Passeprüfung mit dem Probeglas Rechnergestützte Interferometer erlauben die berührungslose Messung mit deutlich gesteigerter Genauigkeit. Dabei wird die gesamte Oberfläche gleichmäßig erfasst. Als Resultat wird der sogenannte „Peak-toValley“-Wert der Formab­weichung bestimmt. Darunter versteht man die Differenz aus minimaler und maximaler Abweichung von einer Bezugsfläche. Bei planen Flächen ist es die Abweichung von einer Ebene, bei sphärischen Flächen bezieht man sich auf eine Kugel­fläche. Technische Zeichnung einer Einzellinse Kennzahl 1 beschreibt die Größe und Anzahl von Blasen und Einschlüssen im Medium. Je kleiner die Werte, desto höher sind die Anforderungen an das Material. Weitere Informationen finden Sie dazu in DIN 3140, Teil 2. Kennzahl 2 quantifiziert Schlieren und Inhomogenitäten im Glas durch das Verhältnis der Schlierengröße zum gesamten Prüfbereich. Weitere Informationen finden Sie dazu in DIN 3140, Teil 3. Kennzahl 3 beschränkt die zulässige Formabweichung von den optisch wirksamen Oberflächen. Man spricht vom Passfehler, der die Abweichungen von planen und sphärischen Flächenformen beschreibt. Die Prüfung erfolgt innerhalb eines vorgegebenen Prüfbereichs. Darüber hinaus werden zusätzlich die Formabweichungen innerhalb kleiner Bereiche definiert und als Feinpassfehler bezeichnet. In der Sphärenprüfung werden meist nur unsymmetrische Abweichungen, die eine optische Abbildung besonders negativ beeinflussen können, im Peak-to-Valley-Wert erfasst. Weicht eine gemessene Sphäre mit ihrem Radius von den Vorgaben ab, so wird dieser als „Power“-Wert bezeichnet. Bei den beschriebenen Prüfverfahren handelt es sich um vergleichende Messungen, immer bezogen auf eine Referenz­fläche. Durch die Kombination von Mehrfachmessungen und entsprechenden Berechnungen sind auch absolute Prüfungen möglich. Das folgende Bild zeigt die Auswertung eines Feinpassfehlers mit einem rechnergestützten Interferometer. Prüflings- und Referenzfläche wurden für die Messung leicht zueinander verkippt, so dass anstelle von Ringen ein Streifenmuster entsteht. Durch die quantitative Darstellung der Abweichungen einer gemessenen Fläche von der Sollform können die Einflüsse auf die Abbildung berechnet werden. Weil es sich bei den Passfehlern um sehr geringe Abweichungen handelt, wird die Prüfung interferometrisch durchgeführt. Als Maßeinheit wird die Lichtwellenlänge benutzt, typischerweise 546 nm oder 633 nm (He-Ne-Laser). Häufig erfolgt die Prüfung mit sogenannten Probegläsern. Es ist ein vergleichendes Messverfahren und unterliegt einer subjektiven Beurteilung. Man legt ein entsprechendes Referenzglas auf die zu prüfende Fläche und beobachtet das entstehende Interferenzmuster (Newton­ sche Ringe). Die Anzahl und die Verformung der entstehenden Interferenzringe sind Maße für die Abweichung zwischen Referenzglas und Prüffläche. Der Abstand zweier Interferenzlinien beträgt jeweils eine halbe Wellenlänge. Die erzielbare Genauigkeit bei der visuellen Prüfung liegt bei etwa 100 nm Formabweichung. Weitere Informationen finden Sie dazu in DIN 3140, Teil 5. h a Interferogramm zum Feinpassfehler LINOS Beratung und Verkauf Phone + 49 (0) 551 69 35 - 0 Free Call (08 00) 6 78 68 35 Fax E-mail + 49 (0) 551 69 35 - 166 [email protected] F=h/a Seite 331 Kennzahl 15 beschreibt die Sauberkeit von Kittschichten und zusammengefügten Flächen. Die Sauberkeit einer verkitteten optischen Komponente wird analog behandelt wie unter den Kennzahlen 1 und 2 beschrieben. Ist keine Toleranz angegeben, so darf die Sauberkeit nicht schlechter sein, als die Summe der beiden beteiligten Einzelflächen. Weitere Informationen finden Sie dazu in DIN 58170, Teil 54. Interferogramm mit Höhenauswertung Kennzahl 4 beschreibt den Zentrierfehler. Der Zentrierfehler ist ein Maß für die Abweichung der optischen Achse einer Linse zu ihrer Formachse. Häufig wird als Bezugsachse einer Linse die Achse des Randzylinders angenommen, weil die sogenannte „Optische Achse“ nur als virtuelle Größe vorliegt. Technische Zeichnung eines Kittgliedes Liegen die Krümmungsmittelpunkte der Linsenflächen auf der Bezugsachse, so ist die Linse zentriert. Der zulässige Zentrierfehler wird in Winkelminuten angegeben. Kennzeichnung von planoptischen Bauteilen Weitere Informationen finden Sie dazu in DIN 3140, Teil 6. Die Kennzeichnung von planoptischen Teilen, wie Spiegel, Planplatten, Prismen und verkittete Teilerwürfel, erfolgt mit den gleichen, bis hierhin beschriebenen Kennzahlen. Zusätzlich werden Winkeltoleranzen spezifiziert. Zentrierfehler einer Linse Kennzahl 5 gibt die Toleranzen für Oberflächenfehler an. Unter Oberflächenfehlern werden Kratzer, Wischer und Löcher verstanden, die nach Anzahl und Größe klassifiziert werden. Je kleiner die Werte sind, desto sauberer ist die Oberfläche. Weitere Informationen finden Sie dazu in DIN 3140, Teil 7. Kennzahl 6 klassifiziert optisch wirksame Spannungen innerhalb eines Glases oder eines Systems. Darunter versteht man Spannungen, die sich zum Beispiel beim Verkitten optischer Linsen (Achromate) ergeben können. Die Auswirkungen zeigen sich in Form von optischen Weglängendifferenzen im Glasweg. Als Kenn­zahl wird die zulässige Differenz in nm pro 10 mm Glasweg angegeben. Weitere Informationen finden Sie dazu in DIN 3140, Teil 4. Technische Zeichnung eines 90°-Prismas www.linos.com Technische Informationen zur Optik Seite 332 Technische Informationen zur Optik Im beschriebenen Beispiel wird der Neigungswinkel der Prismenflächen zueinander mit 4 Winkelminuten toleriert. Man verwendet für diese Winkelabweichung auch den Begriff des „Pyramidalfehlers“. Die Hypotenuse des Prismas ist nach Zeichnungsangabe noch mit einer teildurchlässigen Verspiegelung zu versehen. Das entsprechende Symbol wird ergänzt durch den Hinweis auf das Verhältnis von Transmission zu Reflexion. Die im unteren Teil der Zeichnung schraffierten Bereiche bezeichnen die optisch genutzen Bereiche. Kennzeichnung der Oberflächenpolitur Alle optisch wirksamen Oberflächen werden hinsichtlich ihrer Politurgüte (Rauheit) gekennzeichnet. Das Symbol der drei Rauten bestimmt eine Flächenpolitur, die nur einen geringen Streulichtanteil aufweist. Für spezielle Anwendungen kann die Rauheit und damit die Oberflächenstreuung noch weiter verringert werden durch die Kennzeichnung mit vier Rauten, was einer Feinstpolitur entspricht. Weitere Kennzeichnung von planoptischen Bauteilen Zu den bereits beschriebenen Angaben kann zusätzlich der maximale Brechwert spezifiziert werden. Der erste Wert toleriert die sphärische Deformation der Wellenfront, der Klammerwert den zulässigen Astigmatismus. Beide Werte werden in Dioptrien angegeben. Ferner kann der Ablenkungswinkel und dessen maximal zulässige Abweichung angegeben werden. Bei Teilerschichten wird das Teilungsverhältnis von transmittiertem und reflektiertem Licht spezifiziert. Technische Zeichnung eines Strahlteilerwürfels Qualitätsprüfung optischer Komponenten und Systeme Die Qualität optischer Komponenten und Systeme wird mit objektiven Messmethoden geprüft. Dazu gehören neben Durchmesser- und Dickenmessungen mit Präzisionsgeräten vor allem mikroskopische Oberflächenprüfungen und Messungen der Abbildungsleistung mittels interferometrischer Messgeräte. Für die im Katalog aufgeführten optischen Produkte werden dabei generell die Qualitätsanforderungen nach DIN erfüllt oder übertroffen. Abbildende Systeme werden auf Einhaltung der geforderten Abbildungseigenschaften durch Messung der Wellenfrontdeformation geprüft. Die Prüfung erfolgt in der Regel bei einer Wellenlänge von 633 nm (HeNe-Laser) mit einer Genauigkeit von Bruchteilen dieser Wellenlänge. Qualitätsmerkmale hierbei sind die optischen Weglängendifferenzen, die sich beim Durchgang einer Welle durch das optische System ergeben und die als Interferogramm über der wirksamen Öffnung (Austrittspupille) des Prüflings dargestellt werden. Dieses Prüfverfahren erlaubt eindeutige Rückschlüsse auf die Abbidungsleistung und die Bestimmung möglicher Toleranzüberschreitungen im Fertigungsprozess, insbesondere wenn die resultierende Wellenfront nicht rotationssymmetrisch ist. LINOS Beratung und Verkauf Phone + 49 (0) 551 69 35 - 0 Free Call (08 00) 6 78 68 35 Fax E-mail Präzisionsoptiken können Wellenfrontdeformationen von weniger als einer viertel Wellenlänge (160 nm) aufweisen. Wird der optische Strahlengang begrenzt (z.B. durch eine Irisblende) verringert sich in der Regel die Wellenfrontdeformation, und die Abbildungsleistung wird stärker durch den Einfluss der Lichtbeugung an der Blende beeinflusst. Man spricht dann von beugungsbegrenzten optischen Systemen. In einem abbildenden System sind in der Regel mehrere optische Flächen wirksam. Die Festlegung der zulässigen Toleranzen jeder einzelnen Fläche hat stets unter Berücksichtigung des Gesamtsystems zu erfolgen, um so eine ausreichende Gesamtleistung zu erzielen. Weitere Hinweise zur Prüfung optischer Bauteile und Systeme finden Sie in der Fachliteratur und den DIN-Normen, die im Abschnitt Literatur aufgelistet sind. + 49 (0) 551 69 35 - 166 [email protected] Seite 333 Optische Auflösung Das Auflösungsvermögen eines perfekten, fehlerfrei gefertigten optischen Systems wird nur durch die wellenlängenabhängige Beugung des Lichts begrenzt. Die folgende Abbildung zeigt die Beugung an einer kreisförmigen Blende. Ein paralleler Laserstrahl trifft auf die Blende und das auftreffende Licht wird am Blendenrand gebeugt. Hinter der Blende entsteht eine Intensitätsverteilung mit konzentrischen Ringen. Diese Erscheinung gilt für sämtliche optischen Systeme. Das Beugungsscheibchen begrenzt das Auflösungs­vermögen der optischen Abbildung. Unter Auflösungsvermögen wird der minimale auflösbare Abstand von abgebildeten Objektpunkten in der Bildebene bezeichnet. Bei einem astronomischen Fernrohr wäre die Trennbarkeit zweier benachbarter Sterne das Auflösungsvermögen. Wie aus der Formel für den Durchmesser des Airy-Scheibchens ersichtlich ist, bestimmt das Verhältnis von freiem Durchmesser eines optischen Systems und dessen Brennweite im Wesentlichen das Auflösungsvermögen. Die folgende Abbildung zeigt die Überlagerung zweier Airy-Scheibchen in der Bildebene. Überdecken sich die beiden Intensitätsmaxima gerade zur Hälfte, so können visuell die beiden Airy-Scheibchen noch getrennt wahrgenommen werden. Lochblende Laserstrahl wmin Beugung an einer Blende Tritt ein paralleles Lichtbündel durch eine Linse, so wird in der Bildebene (im Fokus) wieder die Beugungserscheinung beobachtet, ergänzt durch Einflüsse, die von der Lichtbrechung am Linsenmedium (z.B. Glas) herrühren. Die in der Abbildung dargestellte Lichtverteilung weist im zentralen Maximum 84 Prozent des gesamten Lichts auf. Die verbleibenden 16 Prozent verteilen sich auf die Nebenmaxima. Technische Informationen zur Optik u'min Auflösung zweier Bildpunkte Dieser Abstand legt die minimale Bildstrukturauflösung und damit das Auflösungsvermögen fest und berechnet sich zu: u‘min=1.22 λ · k Häufig wird auch der Winkelabstand der beiden Objektpunkte als Auflösungsvermögen bezeichnet. Unter der Voraussetzung kleiner Winkel ergibt sich dann: ; sin wmin ≈ tan wmin ≈ wmin Bildebene Zur einfachen Abschätzung des Auflösungsvermögens im visuellen Spektralbereich (z.B. für HeNe-Laser 633 nm) gilt die Faustformel: Lichtverteilung im Beugungsbild Der Durchmesser des ersten Rings wird als Beugungs- oder Airy-Scheibchen bezeichnet. Sein Durchmesser berechnet sich zu: DAiry = 2.44 λ · k mit Blendenzahl λ Wellenlänge f' Brennweite ∅EP Durchmesser Eintrittspupille (freie Öffnung) u‘min=1.5 k (µm) In der Praxis wird das Auflösungsvermögen neben der Beu­gungs­ begrenzung durch die Material- und Fertigungstoleranzen mitbestimmt. Aufgrund der hier aufgeführten Zusammenhänge wird deutlich, dass das Auflösungsvermögen optischer Systeme nicht beliebig steigerbar ist. Das Verhältnis von Brennweite zu Durchmesser ist für ein optisches System entsprechend zu optimieren. Bei Laseranwendungen mit parallelem Strahlbündel ist der Strahldurchmesser selbst die beugende Öffnung. Tritt der Laserstrahl durch ein optisches System, so reduziert sich die freie Öffnung des Systems auf den Strahldurchmesser. Die Besonderheiten der Ausbreitung sowie der Fokussierung und Kollimierung von Laserstrahlung ist im Folgenden beschrieben. www.linos.com Seite 334 Technische Informationen zur Optik Fokussierung und Aufweitung von Laserstrahlung Strahlprofil Laserstrahlung besteht wie jedes Strahlungsfeld aus einem oder mehreren Strahlungsmoden. In der Lasertechnik ist die Entwicklung des Strahlungsfeldes nach transversalen elektro­magnetischen Moden, den sogenannten TE-Moden (TEM) gebräuchlich, weil die meisten Laser in nur einem dieser Moden emittieren. Diese TE-Moden werden durch zwei Indizes unterschieden, die angeben, wie viele Nullstellen das elektrische Feld in x- und y-Richtung aufweist, wobei z die Ausbreitungsrichtung der Strahlung ist. Ein TEMmn hat also m Nullstellen in x-Rich­tung und n Nullstellen in y-Richtung. Strahlung im Modus TEM00 hat keine Nullstellen in transversaler Richtung. Dieser Strahlungsmodus ist beugungs­begrenzt; das bedeutet, dass bei ihm das Produkt aus Strahl­divergenz und minimalem Strahlradius längs der Ausbreitungsrichtung konstant ist und - im Vergleich zu jedem anderen Strahlungsmodus - den minimal möglichen Wert annimmt. Deshalb werden Laser nach Möglichkeit so konstruiert, dass sie Strahlung im TEM00 emittieren. Die meisten Gaslaser und viele Festkörperlaser niedriger Leistung (z.B. HeNe- und Ionenlaser) emittieren diesen Strahlungsmodus, Diodenlaser häufig in asym-metrischer (astigmatischer) Form; dagegen strahlen Hochleistungslaser, speziell Materialbearbeitungs­laser, im allgemeinen höhere Strahlungsmoden oder eine Überlagerung solcher Moden aus. Der TEM00 hat also erhebliche Bedeutung für die Praxis, wird aber häufig auch als Näherung für höhere Strahlungsmoden verwendet. Die Intensitätsverteilung des TEM00 wird durch eine Gaußverteilung beschrieben (gaußscher Strahl): w0 2Θ Strahldivergenz Dabei ist λ die Laserwellenlänge, z der Abstand von der Strahltaille und Θ die Strahldivergenz, die durch gegeben ist. In der Nähe der Strahltaille verhält sich der gaußsche Strahl also näherungsweise wie ein paralleles Strahlenbündel (mit möglicherweise geringem Querschnitt), weit entfernt von der Strahltaille wie eine sphärische Welle (mit möglicherweise geringem Öffnungswinkel); der Übergang zwischen den beiden Bereichen erfolgt etwa im Abstand zR (Rayleigh-Länge): Für größere Abstände gilt in guter Näherung: . I I0 Strahlfokussierung Wird ein TEM00-Strahl durch eine Linse geführt, bildet sich eine neue (reelle oder virtuelle) Strahltaille am Ort z’ aus: I0 /e2 2w Strahlprofil Spezialfälle: Dabei sind I0 die Intensität in der optischen Achse, also die Maximalintensität, und r der Abstand von der optischen Achse. Als Strahlradius w (Strahldurchmesser: 2w) wird der Abstand von der optischen Achse definiert, bei dem die Intensität auf 1/e2 der Maximalintensität abgefallen ist. Zur Berechnung der Ausbreitung und Formung gauß­scher Strahlen eignet sich besonders unser Optik-Design-Programm WinLensTM (siehe Kapitel Optiksoftware). Eine kompakte Behandlung der Ausbreitung und Formung von Laserstrahlung findet sich in H. Kogelnik, T. Li: Appl. Optics 5 (1966) 1550-1567. Strahlausbreitung Jeder gaußsche Strahl hat entlang seiner Ausbreitungs­rich­tung eine Strahltaille, in der sein Strahlradius den Minimalwert w0 annimmt; die Strahltaille kann eine virtuelle Strahl­taille sein, sich also z.B. innerhalb oder jenseits der Strahlungsquelle befinden. Beiderseits der Strahltaille wächst der Strahlradius mit zunehmendem Abstand z an: LINOS Beratung und Verkauf Phone + 49 (0) 551 69 35 - 0 Free Call (08 00) 6 78 68 35 Fax E-mail 1. Liegt die Strahltaille des einfallenden Strahls im ein-­gangsseitigen Brennpunkt der Linse (z=0), so liegt die neue Strahltaille im bildseitigen Brennpunkt der Linse (z’=0). Dieser Fall zeigt den Unterschied zwischen geo­metrischer und beugungsbegrenzter Optik am deutlichsten: In der geometrischen Optik wird in dieser Situation ein paralleles Strahlenbündel erzeugt, in der beugungs­begrenzten Optik nur die bestmögliche Annäherung eines gaußschen Strahls an einen Parallelstrahl. 2. Im Grenzfall zR << z, wobei zR die Rayleigh-Länge vor der Linse ist, ist z’ = f2/z, es gilt dann also das Abbildungsgesetz der geometrischen Optik. Dieser Fall liegt vor, wenn ein relativ stark fokussierter Strahl abgebildet wird, dessen Strahl­taille vom Brennpunkt der Linse deutlich entfernt ist. 3. Im Grenzfall zR >> z ist z’ = z · f2/z2R. Dieser Fall ist häufig realisiert, wenn ein gut kollimierter Laserstrahl durch eine Linse fokussiert wird. 4. Ist zusätzlich zu zR >> z noch zR >> f, so gilt z’ = 0. Wird also ein gut kollimierter Laserstrahl durch eine kurzbrenn­weitige Linse fokussiert, so liegt die erzeugte Strahltaille wieder im bildseitigen Brennpunkt der Linse. + 49 (0) 551 69 35 - 166 [email protected] Seite 335 Der Radius wf der bildseitigen Strahltaille kann mit Hilfe der Formel Schärfentiefe Die Schärfentiefe Δz ist der Bereich um die Strahltaillenlage, innerhalb dessen sich der Strahltaillenradius innerhalb eines definierten Bereichs bewegt: berechnet werden. Für den in der Praxis besonders wichtigen 4. Fall gilt näherungsweise: wobei w/wf die tolerierbare Änderung des Strahltaillenradius ist. Ist w >> wf , so gilt näherungsweise: Θ 2w0 , . F' F Höhere Moden z f f z' Strahlfokussierung Während sich für einen gaußschen Strahl (TEM00) das Produkt aus Strahltaillenradius und Divergenz zu Kollimierung von Laserstrahlen ergibt, lauten die entsprechenden Größen für einen TEMmn Laserstrahlen werden kollimiert, um möglichst ebene Wellen zu erzeugen oder um den Laserstrahl bei möglichst konstantem Querschnitt über große Entfernungen zu transportieren. Dies wird erreicht, indem mittels eines optischen Systems der Strahltaillenradius vergrößert und eine reelle Strahltaille erzeugt wird. Grundsätzlich ist dies nach den Formeln zur Strahl­fokus­sierung mit einer einzelnen Linse möglich. In den meisten Fällen führt dieses Verfahren aber zu unpraktikablen Linsen­brenn­weiten und Strahltaillenlagen sowie zu extrem hohen Anforderungen an die Toleranz der Strahl-taillenlage. Daher werden in der Praxis (wie auch in der klassischen Optik) überwiegend Teleskope (zwei Linsen mit einem Abstand, der der Summe ihrer Brennweiten entspricht) zur Kollimierung verwendet. Das Radius-Divergenz-Produkt ist also in jedem Fall größer als bei einem TEM00 und kann in x- und y-Richtung unterschiedlich sein. Daraus ergibt sich, dass höhere Moden unter gleichen Verhältnissen schlechter fokussierbar und kollimierbar sind als gaußsche Strahlen. Technische Informationen zur Optik Die Strahlparameter des austretenden Laserstrahls können durch zweimalige Anwendung der obigen Formeln zur Fokus­sierung von Laserstrahlung ermittelt werden. Meist genügt aber die Kenntnis des Aufweitungsfaktors des Teleskops, der durch gegeben ist, wobei f2 die ausgangsseitige und f1 die eingangs­seitige Linsenbrennweite ist. In den praktisch bedeutsamen Fällen "3" und "4" wird die Strahltaille um diesen Faktor vergrößert und damit die Divergenz entsprechend verringert. Variationen von Strahltaillenlage und -radius des einfallenden Strahls können durch geringfügige Veränderung des Linsenabstands im Teleskop kompensiert werden. www.linos.com Seite 336 Technische Informationen zur Optik Dünne Schichten Die Reflexions- bzw. Transmissionseigenschaften optischer Oberflächen können durch das Aufbringen dünner Schichten beeinflusst werden. Dazu werden in einer Hochvakuum­anlage dielektrische oder metallische Schichten auf die Substratoberflächen aufgedampft. Dabei wird der p-polarisierte Anteil beim Brewster-Winkel αB zu Null, d.h. bei diesem Winkel ist das reflektierte Licht vollständig s-polarisiert. In den dünnen Schichten und an der Grenzfläche zum Substrat kommt es bei geeigneter Wahl der Schichtdicken zu Interferenzen. Hierbei werden zwischen den an den einzelnen Grenzflächen reflektierten Strahlen (s. Abbildung) optische Weglängenunterschiede realisiert, derart, dass diese miteinander verstärkend oder auslöschend interferieren. Dadurch kann Reflexionsverminderung oder Reflexionserhöhung erreicht werden. - - - - - - - - Die Reflexionseigenschaften sind von folgenden Parametern abhängig: Brechungsindex des umgebenden Mediums Brechungsindex des Substrats Brechungsindizes der aufgedampften Substanzen Absorption der aufgedampften Substanzen Schichtdicken Wellenlänge des zu verwendenden Lichts Einfallswinkel des Lichts Polarisation des Lichts In Bezug auf die Anwendung lassen sich folgende Haupt­gruppen von dünnen Schichten unterscheiden (siehe auch Kapitel Dünne Schichten): n1 Antireflexschichten zur Reflexionsminimierung für bestimmte Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche. Katalogkurzzeichen AR... n2 Metallspiegelschichten zur Verspiegelung von Substraten, evtl. mit zusätzlichen Schutzschichten. Katalogkurzzeichen R... n3 Dielektrische Spiegelschichten zur Erzielung maximaler Reflexion, vorwiegend für den Laser­bereich, hoch belastbar. Katalogkurzzeichen DL... Reflexion an einer dünnen Schicht Die Reflexion der senkrecht (s) und parallel (p) zur Einfalls­ebene schwingenden Komponenten des einfallenden Lichts ist für Einfallswinkel α ≠ 0 unterschiedlich. Für den Übergang Luft-Glas ergibt sich folgender Verlauf des Reflexions­koeffizien­ten R für senkrecht und parallel polarisiertes Licht als Funktion des Einfallswinkels: Teilerschichten zur Strahlteilung mit definiertem Verhältnis von Reflexion und Transmission. Katalogkurzzeichen T... Filterschichten zur Erzielung schmaler Transmissionsbereiche oder steiler Trans­ missionskanten. Katalogkurzzeichen F... Die Transmission einer optischen Komponente wird nicht nur durch ihre Beschichtung, sondern auch durch die Transmission des Subtratmaterials bestimmt. Neben den Standardgläsern fertigt LINOS Photonics auch optische Komponenten aus verschiedenen Sondermate­ri­alien. Reflexion als Funktion des Einfallswinkels LINOS Beratung und Verkauf Phone + 49 (0) 551 69 35 - 0 Free Call (08 00) 6 78 68 35 Fax E-mail + 49 (0) 551 69 35 - 166 [email protected] Seite 337 Technische Informationen zur Optik www.linos.com Seite 338 Technische Informationen zur Optik Literatur a) Normen b) Fachbücher DIN 58140 Faseroptik; Einteilung der faseroptischen Produkte Fiber optics G. A. Weissler (Hrsg.), „Einführung in die Industrielle Bildverarbeitung“, Franzis Verlag GmbH (2007) DIN 58161 Prüfung von Optikeinzelteilen Testing of optical components G. Litfin (Hrsg.), "Technische Optik in der Praxis", Springer Verlag (1997) DIN 58172 Prüfung von optischen Systemen Testing of optical systems G. Schröder, "Technische Optik", Vogel-Buchverlag (2002) DIN 58196 Dünne Schichten für die Optik Antireflection and mirror coating for optics DIN 58197 Mindestanforderungen für reflexmindernde Schichten und Spiegelschichten Principal requirements for antireflection and mirror coatings DIN ISO 8038 Gewindeanschluss für Mikroskopobjektive Threads for microscope objectives DIN EN 207 Filter und Augenschutz gegen Laserstrahlung Protective screens and goggles against laser beams DIN EN ISO 11146 Prüfverfahren für Laserstrahlabmessungen Tests methods for Laser beam widths DIN ISO 10110 Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme Preparation of drawings for optical elements and systems DIN EN ISO 11254 Bestimmung der laserinduzierten Zerstörschwelle optischer Oberflächen Determination of laser-induced demage threshold of optical surfaces DIN ISO 8577 Optische Strahlungsfilter Spectral filters DIN ISO 8578 Mikroskope - Kennzeichnung von Objektiven und Okularen Microscope-marking od objectives and eyepieces DIN ISO 9022 Optik und optische Instrumente - Umweltprüfungen Optics and optical instruments - environmental test methods DIN ISO 9211 Optische Schichten Optical coatings DIN ISO 9334/9335 Optische Übertragungsfunktion Optical transfer functions DIN ISO 9344 Mikroskope - Strichplatten für Mikroskopokulare Microscopes - Graticules for eyepieces H. Naumann, G. Schröder, "Bauelemente der Optik", Fachbuchverlag Leipzig (2004) H. Haferkorn, "Optik", Wiley - VCH (2002) M. Born, E. Wolf, "Principles of Optics", Cambridge University Press (1999) Neuauflage "Optik", Oldenbourg Verlag (2005) W. J. Smith, "Modern Optical Engineering", McGraw-Hill (2000) W. J. Smith, "Modern Lens Design", McGraw-Hill (2004) D. Malacara, Z. Malacara, "Handbook of Lens Design", Marcel Dekker (1994) M. Young, "Optics and Lasers", Springer-Verlag (1998) LINOS Beratung und Verkauf Phone + 49 (0) 551 69 35 - 0 Free Call (08 00) 6 78 68 35 Fax E-mail K. Tradowsky, "Laser", Vogel-Verlag (1983) + 49 (0) 551 69 35 - 166 [email protected] Seite 339 c) Fachartikel d) Software (siehe Kapitel Optiksoftware) T. Thöniß, „Objektive in der industriellen Bildverarbeitung“ in „Einführung in die industrielle Bildverarbeitung“ (siehe Fachbücher) WinLensTM LINOS Photonics Optik-Analyse-Programm, siehe Kapitel Optiksoftware N. Henze, „Spektroskopie und Spektrometer“, Optolines - LINOS Fachmagazin für Optomechanik und Optoelektronik, 10, 2006, 19-22 B. Huhnold, M. Ulrich, T. Thöniß "Flexibel in drei Dimensionen - Miniatur-Laborsystem erlaubt komplexe Optik-Aufbauten", Laser+Photonik 4, 2005, 32-34 U. Düwel, M. Ulrich, T. Thöniß "Auswahlkriterien für präzise Linearpositionierer", Mechatronik F&M 5-6, 2005, 34-37 N. Henze, Optische Tischsysteme I-III: "Die Schwingungs-isolation", "Design optischer Tischplatten" und "Tischplatten - thermisches Verhalten", Optolines - LINOS Fachmagazin für Optomechanik und Optoelektronik, 7-9, 2005-2006 U. Düwel, M. Ulrich, T. Thöniß, "Auswahlkriterien für präzise Linearpositionierer", Mechatronik 5-6, 2005, 34-37 T. Thöniß "Laseraufweitungssysteme - Grundlagen und Anwendungen", Optolines - LINOS Fachmagazin für Optomechanik 1, 2004, 11-14 WinLensTM Tolerancer LINOS Photonics Optik-Toleranzrechnungsprogramm, siehe Kapitel Optiksoftware Glass Manager LINOS Photonics Datenbank-Programm optischer Gläser, siehe Kapitel Optiksoftware Material Editor LINOS Photonics Software zur Generierung, Editierung und Verwaltung von Daten optischer Sondermaterialien, siehe Kapitel Optiksoftware PreDesigner Kostenlose Software zur Bestimmung und Darstellung der Grundgrößen optischer Systeme, siehe Kapitel Optiksoftware Lens Library kostenlose Datenbank mit optischen Systemen und Sonderkomponenten (LINOS-Produkte) für die Nutzung mit WinLensTM, siehe Kapitel Optiksoftware T. Thöniß, S. Dreher, R. Schuhmann "Photonik-Puzzle - Optische Komponenten und Systeme für Laseranwen-dungen", Laser+Photonik 2, 2003, 14-21 R. Schuhmann "Low Cost Analysis Software for Optical Design", SPIE Vol. 3780 (1999) Technische Informationen zur Optik R. Schuhmann "„Standardised Optical Components for Laser Applications", SPIE Vol. 3737 (1999), 644-648 M. Schulz-Grosser, R. Schuhmann "Neue Laserspiegel für hohe Ansprüche", Laser 3, 1999, 32-36 R. Schuhmann, M. Schulz-Grosser "Laseroptik für den tiefen UVBereich", LaserOpto 31 (3), 1999, 54-56 T. Thöniß, S. Dreher, R. Schuhmann "Optisch auf den Punkt gebracht", Laser 2, 1999, 10-13 R. Schuhmann "Quality of optical Components and Systems for laser applications", SPIE Vol. 3578 (1998), 672-678 R. Schuhmann, T. Thöniß "Telezentrische Systeme für die optische Mess- und Prüftechnik", tm – Technisches Messen, 65 (1998), 4, 131135 R. Schuhmann, M. Schulz-Grosser "Multi-glass AR coa­tings in lens designs", SPIE Vol. 3133 (1997) 256-262 R. Schuhmann "Leistungsstarke Optik-Design-Software für wenig Geld", F&M 105 (1997) 10, 734-736 R. Schuhmannn, M. Goldner "Concepts for Standari­sa-tion of Total Scatter Measurements at 633 nm", Pro­cee-ding of the 4th International Workshop of Laser Beam and Optics Characterization, VDI-Verlag, 1997, 298-313 www.linos.com Seite 340 Technische Informationen zur Optik Glasdaten Brechungsindizes und Transmission • Reintransmissionsgrade τi und Brechzahlen n der wichtigsten im Katalog verwendeten Gläser • Die Abbe-Zahl berechnet sich folgendermaßen: Weitere Informationen über diese und andere Gläser siehe Glass Manager im Kapitel Optiksoftware. Weitere Informationen zu Transmissionen optischer Komponenten siehe WinLensTM im Kapitel Optiksoftware. λ (nm) 280.0 290.0 300.0 310.0 320.0 334.1 350.0 365.0 370.0 380.0 390.0 400.0 404.7 420.0 435.8 460.0 480.0 486.1 500.0 546.1 580.0 587.6 620.0 632.8 643.8 656.3 660.0 700.0 1060.0 1529.6 1970.1 2325.4 n i nh ng nF’ nF ne nd n632.8 nC’ nC n1060.0 n1529.6 n1970.1 n2325.4 N-BK7 τi d=5mm - - 0.260 0.590 0.810 0.950 0.986 0.994 0.995 0.996 0.998 0.998 0.998 0.998 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.997 0.968 0.890 LINOS Beratung und Verkauf Phone + 49 (0) 551 69 35 - 0 Free Call (08 00) 6 78 68 35 N-BaK4 N-F2 n τi n τi d=5mm d=5mm 1.5612 - 1.6289 - 1.5567 - 1.6224 - 1.5529 - 1.6169 - 1.5495 0.240 1.6121 - 1.5465 0.530 1.6079 0.200 1.5427 0.750 1.6028 0.760 1.5392 0.940 1.5980 0.940 1.5363 0.981 1.5941 0.981 1.5354 0.988 1.5929 0.986 1.5337 0.992 1.5907 0.992 1.5322 0.995 1.5887 0.995 1.5308 0.997 1.5869 0.998 1.5302 0.997 1.5861 0.999 1.5284 0.998 1.5837 0.999 1.5267 0.998 1.5815 0.999 1.5244 0.998 1.5785 0.999 1.5228 0.998 1.5765 0.999 1.5224 0.999 1.5759 0.999 1.5214 0.999 1.5747 0.999 1.5187 0.999 1.5712 0.999 1.5171 0.999 1.5692 0.999 1.5168 0.999 1.5688 0.999 1.5155 0.999 1.5673 0.999 1.5151 0.999 1.5667 0.999 1.5147 0.999 1.5662 0.999 1.5143 0.999 1.5658 0.999 1.5142 0.999 1.5656 0.999 1.5131 0.999 1.5642 0.999 1.5067 0.999 1.5569 0.999 1.5009 0.998 1.5512 0.998 1.4951 0.983 1.5458 0.975 1.4897 0.940 1.5410 0.930 Fax E-mail + 49 (0) 551 69 35 - 166 [email protected] n 1.7474 1.7307 1.7170 1.7055 1.6959 1.6845 1.6742 1.6662 1.6639 1.6595 1.6557 1.6521 1.6506 1.6461 1.6420 1.6368 1.6331 1.6321 1.6299 1.6241 1.6207 1.6200 1.6175 1.6166 1.6158 1.6150 1.6148 1.6126 1.6019 1.5951 1.5896 1.5848 N-SF10 τi d=5mm - - - - - - - 0.060 0.210 0.590 0.830 0.930 0.952 0.981 0.990 0.995 0.996 0.997 0.998 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.990 0.959 Quarzglas n τi d=5mm - 0.990 - 0.993 - 0.997 - 0.999 - 0.999 - 0.999 - 0.999 - 0.999 1.7978 0.999 1.7905 0.999 1.7840 0.999 1.7783 0.999 1.7758 0.999 1.7685 0.999 1.7620 0.999 1.7537 0.999 1.7480 0.999 1.7465 0.999 1.7432 0.999 1.7343 0.999 1.7292 0.999 1.7282 0.999 1.7244 0.999 1.7231 0.999 1.7220 0.999 1.7209 0.999 1.7205 0.999 1.7173 0.999 1.7023 0.999 1.6938 - 1.6875 - 1.6822 - n 1.4940 1.4905 1.4875 1.4848 1.4824 1.4795 1.4766 1.4743 1.4736 1.4723 1.4711 1.4700 1.4695 1.4681 1.4667 1.4649 1.4636 1.4632 1.4625 1.4603 1.4589 1.4587 1.4576 1.4572 1.4569 1.4566 1.4565 1.4555 1.4498 1.4442 1.4384 1.4330 Seite 341 VergleichQuarzglas/CaF2 100 90 Transmission (%) 80 70 60 50 CaF2 40 Quarzglas CaF2 30 Fused Silica 20 10 0 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 Wellenlänge (nm) Gemessene Transmission von CaF2 und Quarzglas im UV Degradationsvergleichbei193nm 1,6% Technische Informationen zur Optik 1,4% Absorption 1,2% 1,0% 0,8% 0,6% Quarzglas 0,4% CaF2 0,2% 0,0% 0 10 20 30 40 50 60 Intensität (mJ/cm²) Degradation nach 8 000 J/cm2 bzw. 250 000 Pulsen Anders als im VIS steigt im VUV durch die 2-Photonen-Abs. die Absorption proportional zur Intensität (für Intensitäten < 150 mJ/cm2). Beim Degradationstest (kleiner Langzeittest) wird mit einer mittleren Intensität (30 mJ/cm2) begonnen und die Intensität herauf und herunter gefahren. Quarzgläser erleiden hier typischerweise schon früh eine Schädigung (z.B. durch Bildung von Farbzentren) während die Absorption von CaF2 auch nach einigen Mio. Pulsen unverändert bleibt. www.linos.com Seite 342 Technische Informationen zur Optik LINOS Beratung und Verkauf Phone + 49 (0) 551 69 35 - 0 Free Call (08 00) 6 78 68 35 Fax E-mail + 49 (0) 551 69 35 - 166 [email protected]
