Strahlaufweitung

[neo200]

Hallo zusammen,

ich möchte einen Scanner bauen und müsste nach dem Scannerspiegel den Laserstrahl aufweiten. Ist das mittels einer F-Theta Optik möglich oder gibt es andere optische Elemente mit denen das möglich ist?

Grüße

[Sheep]

Hallo neo200

Soweit mir bekannt werden F-Theta Optiken abgestimmt auf eine bestimmte Wellenlänge gebaut... also eher ungeeignet für ein RGB-System falls du die Optik für ein solches einsetzen möchtest.
F-Theta Optiken werden eigentlich dafür verwendet um den Fokuspunkt eines Laserstrahls immer im gleichen Abstand zu einer ebenen Fläche zu halten was vor allem bei der Materialbearbeitung benötigt wird.

Keine Ahnung ob du das erreichen möchtest? Es ist leider aus deinen Angaben nicht gerade viel ersichtlich...

Gruss aus der Schweiz
Sheep

[neo200]

Ich habe einen kleinen Spiegel, so dass der Laser vor dem Spiegel einen kleinen Durchmesser braucht, damit ich ihn ablenken kann. Wenn ich aber eine größere Divergenz habe, dann ist der Laserstrahl augensicherer und ich kann mehr Leistung reinstecken. Jetzt suche ich ein optisches Bauteil, dass mir die Aufweitung des Laserstrahls nach dem Spiegel ermöglicht. Also von einer Divergenz von etwa 1,5mrad auf etwa 0,1°. Gibt es da etwas?

[neo200]

Alternativ könnte der Strahl vor dem Spiegel konvergieren lassen und dann über den Spiegel lenken...ist das überhaupt möglich? Siehe Bild...

[ekkard]

Wenn ich das recht verstehe, möchtest du den Strahl nicht aufweiten, sondern dessen Divergenz erhöhen. Das sind zwei Paar Stiefel: Zum Aufweiten braucht man zwei Sammeloptiken, zur Erhöhung der Divergenz nur eine.
Die Lösung hast du vorstehend bereits skizziert (Strahl auf Spiegel fokussieren).

[neo200]

Das heißt unter Aufweiten versteht man die Verwendung einer zweiten Sammellinse, die die Divergenz der ersten Linse wieder korrigiert zu einem "parallel" laufenden Strahl? Das bedeutet, das das skizzierte möglich ist. Auf was muss man dabei achten? Wie stark kann ich etwa einen 800µm Durchmesser Laser fokussieren?

[ekkard]

Das heißt unter Aufweiten versteht man die Verwendung einer zweiten Sammellinse, die die Divergenz der ersten Linse wieder korrigiert zu einem "parallel" laufenden Strahl?

Richtig, es wird der Strahldurchmesser vergrößert.

Das bedeutet, dass das skizzierte möglich ist. Auf was muss man dabei achten? Wie stark kann ich etwa einen 800µm Durchmesser Laser fokussieren?

Es gibt dazu eine Formel: w(0)>2*Wellenlänge/(Pi*Divergenz), wobei w(0) die Strahltaille ist. Nur auf diese (und nichts wesentlich Kleineres) kann eine Optik den Strahl fokussieren. Bei 800nm (Nanometer, nicht µm!) und einer Divergenz von 1,5 mrad kommt die Strahltaille auf 0,34 mm. Je nach Beugungsbegrenzung der Optik wird man so bei knapp unter 1 mm landen. Allerdings gibt es einen Fallstrick dabei. Viele Laserdioden weisen einen deutlichen Astigmatismus auf. Dieser führt dazu, dass der Fokus nicht eindeutig ist. Du hast zwar in einer Ebene einen Brennfleck von den anderen Ebenen jedoch erheblich abweichende Anteile (weil dort der Brennpunkt weiter vorne oder hinten liegt). Der Spiegel sollte also doch erheblich größer als 1 mm sein. Ich schätze mal so um die 5 mm x 5 mm. Wenn du irgendwo ein Nachtsichtgerät ausleihen kannst, dann kannst du den Brennfleck sichtbar machen bzw suchen und dort den Spiegel anbringen (oder die Optik entsprechend justieren). Es soll auch IR-empfindliche Digitalkameras geben, bei denen man allerdings den IR-Filter ausbauen muss.

(Sorry, wenn ich mich da oben blamiere. Bei meinen Sicherheitsuntersuchung kam und kommt es nicht auf die genaue Lage und Größe des Fokus an. Hauptsache war, dass die Leistung durch meine Mess-Apertur auch wirklich eintritt. Und das kann man durch verschiedene Maßnahmen sicher stellen.)

[neo200]

Das verstehe ich nicht ganz. Der Laser, den ich habe, hat einen Durchmesser von 800µm (0,8mm). Wenn ich den jetzt fokussiere, müsste der Durchmesser doch eher geringer werden und nicht auf 1mm anwachsen?

[Sheep]

Hey neo200

Schreib doch mal um was es genau geht!
Geht es um ein Lasersystem für Showzwecke, eine Lasereinrichtung für die Materialbearbeitung (gravieren, schneiden, usw.) oder eine ganz andere Anwendung?
Geht es nur um ein Lasermodul (eine Wellenlänge) oder mehrere Module (verschiedene Wellenlängen)?

Wenn man weis was du damit machen möchtest könnte man dir evtl. auch einen brauchbaren Tipp geben...

Gruss Sheep

[ekkard]

Ups!? Ich habe 800µm für eine fehlerhafte Wellenlängen-Angabe gehalten. Sorry! Allerdings schreibst du (dann) nichts über die Wellenlänge(n) deines Lasersystems. Daher kann man auch nichts über die Strahltaille sagen und folglich nichts über den (ungefähren) Durchmesser des Brennflecks auf dem Spiegel. Bei guten Lasern im sichtbaren Spektralbereich (400 - 700 nm) liegen die Brennflecken einer Sammeloptik bei 0,3 mm (sogar darunter), wobei bei Diodenlasern der Astigmatismus zu beachten ist. Also wird man zwar unter 0,8 mm kommen, aber nicht sehr weit darunter.

Kleine Anmerkung für alle: Wenn man nicht genau weiß, um was es geht, schleichen sich leicht Fehler ein. D. h. es ist wichtig, vollständige Angaben zu machen, und die Zielvorstellung genauer zu umreißen. Also:
Wellenlänge, Divergenz, Austrittsblende, optische Leistung, Art des Lasers (Gas, Diode, DPSS, Excimer, ...), ungefähre Abstände, technisch angepeilte oder mögliche Spiegelgröße, Brennweiten, Linsen- und/oder Blendendurchmesser.

Im o. a. Fall ist doch fast jedes Scannerspiegelchen geeignet, selbst wenn ein paar Randbereiche des Strahls daneben gehen.

[neo200]

Ja mir geht es auch nicht um die Fokussierung, sondern um die anschließende hohere Divergenz. Ich muss den Strahldurchmesser also nicht verringern, damit ich den Spiegel nutzen kann. Die Idee war nur, dass ich die Fokussieroptik nutze, um anschließend (nach dem Spiegel) eine größere Divergenz im Strahl haben.

[Sheep]

Suppi Jetzt wissen wir genau worum es geht

[ekkard]

Ja mir geht es auch nicht um die Fokussierung, sondern um die anschließende hohere Divergenz. Ich muss den Strahldurchmesser also nicht verringern, damit ich den Spiegel nutzen kann. Die Idee war nur, dass ich die Fokussieroptik nutze, um anschließend (nach dem Spiegel) eine größere Divergenz im Strahl haben.

Ein Strahl lässt sich mit jeder Art Optik divergenter machen. Im Idealfall geometrischer Optik betrachtest du den Strahl als paralleles Strahlenbündel, das durch eine Sammeloptik auf einen Brennpunkt fokussiert wird. Die (Makro-) Divergenz ist dabei durch die Brennweite und den Strahldurchmesser gegeben. Divergenz = Durchmesser/Brennweite. Kommt dabei ein Winkel von mehr als 50 mrad heraus, muss man 2* arc tan (0,5*Durchmesser/Brennweite) rechnen. Man erkennt, dass bei kleinen Brennweiten eine (nahezu) beliebig große Divergenz erreicht wird.
Nur beliebig klein kann man sie nicht bekommen. Das verhindern die wellenoptischen Eigenschaften sowohl des Strahls als auch der Optik.

[laserstudio]

Hallo Neo200,

ich habe gerade ein einstellbares Teleskop in der Bucht...

http://cgi.ebay.de/ws/eBayISAPI.dll?Vie ... 0584563201

Gruß,
Dirk

[VDX]

... und ich habe letzte Woche bei zwei 1:8-Teleskopen von Rodenstock mitgesteigert und versehentlich alle beide bekommen

Wenigstens kann ich jetzt mal ausprobieren, wie gut sich der perfekt kollimierte Strahl der Faserlaser 'reduzieren' läßt

Viktor