12 research outputs found
Design und Analyse von Strahlformungssystemen hoher numerischer Apertur
Die Erzeugung maßgeschneiderten Lichts steht heute im Mittelpunkt
vieler innovativer Anwendungen. Eine Möglichkeit der flexiblen Manipulation von Licht ist die Laserstrahlformung. Ziel ist es dabei, das Intensitätsprofil eines Laserstrahls in ein gewünschtes Profil umzuformen.
Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Modellierung und Ausbreitung von Laserlicht in paraxialen und nicht-paraxialen Strahlformungssystemen sowie die Optimierung dieser Systeme mittels eines generalisierten Projektionsalgorithmus. Dieser Algorithmus wird zur Optimierung von punktweise, mittels Asphärenformel oder Polynomen parametrisierten Strahlformungsoberflächen eingesetzt. Es wird gezeigt, dass während der Optimierung eine Berücksichtigung von Beugung, Interferenz und Aberrationen möglich ist. Letztere können nicht nur berücksichtigt, sondern gezielt zur Strahlformung genutzt werden. Letztendlich wird gezeigt, dass die Aberrationen von sphärischen Kataloglinsen für einige Strahlformungsanwendungen bereits ausreichend sind. Die Wirksamkeit des entwickelten Optimierungsalgorithmus wird sowohl an paraxialen als auch nicht-paraxialen Strahlformungsbeispielen mit einer numerischen Apertur von bis zu 0,62 demonstriert.
Abschließend werden in der vorliegenden Arbeit Konzepte zur Achromatisierung und zum Wellenlängenmultiplexing eingeführt, die auf dem Einsatz mehrerer Oberflächen und Materialien unterschiedlicher Dispersion beruhen. Während sich die Achromatisierung damit beschäftigt, die optische Funktion eines Strahlformungssystems wellenlängenunabhängig zu machen, versucht das Wellenlängenmultiplexing gezielt unterschiedliche optische Funktionen für mehrere Designwellenlängen zu realisieren
Auszug aus Forschungstransferkatalog 2004: Physikalisch-Astronomische Fakultät
Der vorliegende Auszug aus dem Tranferkatalog liefert ihren Partnern und Interessenten im Sinne eines Angebotes Information über aktuelle Forschungsaktivitäten, mögliche Transfer-, Dienst- und Beratungsleistungen und gibt schließlich Auskunft über technische Ausstattung dieser Bereiche
Herstellung polarisationsholographischer optischer Elemente durch Laserbelichtung in Azobenzen-Polymeren
Polarisationshologramme sind optische Elemente, deren Wirkung auf der
Beeinflussung des Polarisationszustandes elektromagnetischer Wellen beruht.
Eine Möglichkeit der Herstellung von Polarisationshologrammen besteht
darin, mit Hilfe kurzwelligen, linear polarisierten Lichts (Wellenlänge
kleiner 550 nm) Anisotropie in Azobenzen-Polymeren zu erzeugen. Die
erzeugte Anisotropie ist nach der Belichtung makroskopisch als
Doppelbrechung beobachtbar. Durch hochaufgelöste räumliche Variation dieser
Doppelbrechung lassen sich Polarisationshologramme herstellen. Die
vorliegende Arbeit beschreibt Verfahren der Berechnung und Herstellung von
Polarisationshologrammen in Azobenzen-Polymeren. Zur Herstellung der
Hologramme werden zwei experimentelle Methoden beschrieben und
gegenübergestellt. Bei der Belichtung von Polarisationshologrammen wurden
zwei unterschiedliche Ansätze verfolgt. Einerseits wurde ein Belichter
entwickelt, der darauf basiert, dass die Polarisationseigenschaften des
Azobenzen-Polymers mit Hilfe eines fokussierten Laserstrahls Punkt für
Punkt manipuliert werden. Mit dieser Belichtungsmethode wird eine laterale
Auflösung von 1,2 µm erzielt. Es werden Hologramme erzeugt, die für
zirkular polarisierte Strahlung wie reine Phasenhologramme wirken. Diese
weisen Beugungseffizienzen von rund 80 % für die erste Beugungsordnung auf.
Daneben wird erstmals eine Möglichkeit gezeigt, wie mit einem
Polarisationshologramm zwei unterschiedliche Beugungsbilder erzeugt werden
können, die mit Hilfe von Standardpolarisationoptiken abwechselnd
ausgeblendet werden können.Andererseits wird eine Möglichkeit demonstriert,
die die Belichtung von Polarisationshologrammen mit Hilfe eines Spatial
Light Modulator (SLM) ermöglicht. Der SLM wird dazu mit Hilfe eines
Mikroskopobjektivs verkleinert auf eine Polymer-Schicht abgebildet. Mit
dieser Methode wird eine laterale Auflösung von 1,6 µm erreicht. Bei der
Herstellung von Polarisationshologrammen mit dieser Anordnung werden
Beugungseffizienzen von 35 % in die erste Beugungsordnung erzielt bzw. 82
%, sofern höhere Beugungsordnungen mitberücksichtigt werden. Daneben werden
erstmals Hologramme hergestellt, die in einer einzelnen optischen Schicht
Betrag und Phase des gebeugten Strahls unabhängig voneinander manipulieren.
Als Beispielanwendung derartiger Hologramme werden verschiedene
Vortex-Strahlen generiert
Herstellung polarisationsholographischer optischer Elemente durch Laserbelichtung in Azobenzen-Polymeren
Polarisationshologramme sind optische Elemente, deren Wirkung auf der
Beeinflussung des Polarisationszustandes elektromagnetischer Wellen beruht.
Eine Möglichkeit der Herstellung von Polarisationshologrammen besteht
darin, mit Hilfe kurzwelligen, linear polarisierten Lichts (Wellenlänge
kleiner 550 nm) Anisotropie in Azobenzen-Polymeren zu erzeugen. Die
erzeugte Anisotropie ist nach der Belichtung makroskopisch als
Doppelbrechung beobachtbar. Durch hochaufgelöste räumliche Variation dieser
Doppelbrechung lassen sich Polarisationshologramme herstellen. Die
vorliegende Arbeit beschreibt Verfahren der Berechnung und Herstellung von
Polarisationshologrammen in Azobenzen-Polymeren. Zur Herstellung der
Hologramme werden zwei experimentelle Methoden beschrieben und
gegenübergestellt. Bei der Belichtung von Polarisationshologrammen wurden
zwei unterschiedliche Ansätze verfolgt. Einerseits wurde ein Belichter
entwickelt, der darauf basiert, dass die Polarisationseigenschaften des
Azobenzen-Polymers mit Hilfe eines fokussierten Laserstrahls Punkt für
Punkt manipuliert werden. Mit dieser Belichtungsmethode wird eine laterale
Auflösung von 1,2 µm erzielt. Es werden Hologramme erzeugt, die für
zirkular polarisierte Strahlung wie reine Phasenhologramme wirken. Diese
weisen Beugungseffizienzen von rund 80 % für die erste Beugungsordnung auf.
Daneben wird erstmals eine Möglichkeit gezeigt, wie mit einem
Polarisationshologramm zwei unterschiedliche Beugungsbilder erzeugt werden
können, die mit Hilfe von Standardpolarisationoptiken abwechselnd
ausgeblendet werden können.Andererseits wird eine Möglichkeit demonstriert,
die die Belichtung von Polarisationshologrammen mit Hilfe eines Spatial
Light Modulator (SLM) ermöglicht. Der SLM wird dazu mit Hilfe eines
Mikroskopobjektivs verkleinert auf eine Polymer-Schicht abgebildet. Mit
dieser Methode wird eine laterale Auflösung von 1,6 µm erreicht. Bei der
Herstellung von Polarisationshologrammen mit dieser Anordnung werden
Beugungseffizienzen von 35 % in die erste Beugungsordnung erzielt bzw. 82
%, sofern höhere Beugungsordnungen mitberücksichtigt werden. Daneben werden
erstmals Hologramme hergestellt, die in einer einzelnen optischen Schicht
Betrag und Phase des gebeugten Strahls unabhängig voneinander manipulieren.
Als Beispielanwendung derartiger Hologramme werden verschiedene
Vortex-Strahlen generiert
Power scaling of high brightness multi-kilowatt coaxial CO2 lasers
The objectives of the work described in this thesis have been first, to develop a high brightness diffusion-cooled CO2 laser based on the annular discharge geometry and secondly, to scale up the output power to provide multi-kilowatt operation.
A stable-unstable-hybrid resonator (helix-axicon resonator) serves as the starting point for the development. In order to address the brightness, polarization and temporal stability issues of this resonator several new features and concepts are introduced.
High brightness is achieved by ensuring fundamental mode operation without truncating the mode in a free-space configuration. This is achieved by the introduction of shaped electrodes.
The temporal stability problems are addressed by introducing a new resonator configuration in the unstable direction, by moving the unstable direction away from the boundary of stability in the ‘classical’ resonator stability diagram.
The polarization issues are addressed by introducing a new beam shaping telescope that includes polarization correction based on the use of a dielectric coating, which transforms the azimuthal polarization emitted by the resonator into linear polarization.
The overall outcome is the experimental demonstration of a laser with an output power of 2 kW, and a beam with M2 values < 1.1, exhibiting constant linear polarization and temporally stable beam characteristics.
In the second part of the thesis, the power scaling laws for diffusion-cooled lasers with annular geometry and free-space propagation are derived and the scaling limits are investigated.
A scaled-up version is realized by extending the discharge length and the introduction of distributed inductances to ensure a homogenous discharge distribution. A characterization of the laser confirms the conservation of all beam characteristics at higher output power levels. A maximum laser power level of about 4 kW was reached
Hochintegriertes Kamerasystem für die Multifrequenz-Lumineszenzabklingzeitbildgewinnung
Es wird ein neuartiges, hochintegriertes Kamerasystem mit einer räumlichen Auflösung von 1024 x 1024 Bildpunkten zur Messung von Lumineszenzabklingzeiten im Frequenzbereich bei Modulationsfrequenzen von 5 kHz bis 50 MHz vorgestellt. Es kann die bildhafte Messung von Lumineszenzabklingzeiten deutlich vereinfachen und neue Einsatzfelder eröffnen. Erste Messungen mit dem Kamerasystem zeigen bereits vielversprechende Resultate und ein hohes Maß an Flexibilität für zahlreiche Anwendungen. Dynamische Photolumineszenzprozesse, wie die Lumineszenzlöschung und der Förster-Resonanzenergietransfer (FRET), werden theoretisch behandelt und mit Hilfe elektrischer Ersatzschaltungen modelliert. Durch bestehende elektrotechnische Methoden lassen sich die erstellten Modelle simulieren, visualisieren und mit realen Messungen vergleichen. Die in vorliegender Arbeit entworfenen Modelle werden mit ausgewählten Messungen verglichen und diskutiert. Dabei zeigt sich eine gute Übereinstimmung zwischen Modell und realer Probe sowie das Potenzial, komplexere lumineszente Systeme zu untersuchen und zu modellieren, um ein tieferes Verständnis über diese zu erlangen
Analytisches Design von Freiformoptiken für Punktlichtquellen
Bei der Entwicklung nichtabbildender optischer Systeme spielt die geometrische Modellierung optischer Flächen eine bedeutende Rolle. Der mathematische Algorithmus der Maßberechnung erzeugt optische Freiformflächen mit einem direkten, nicht iterativen, Berechnungsverfahren nach den lichttechnischen Vorgaben des Optikentwicklers. Die vorgestellte Methode eignet sich insbesondere für Systeme mit sehr kleinen Lichtquellen, beispielsweise LEDs, Laserdioden und Gasentladungslampen
Neuartige Methoden diffraktiver Mask Aligner Lithografie zur flexiblen Erzeugung mikrooptischer Strukturen
Die Mask Aligner Lithografie bietet einfache und adaptierbare Herstellungsmöglichkeiten zur Erzeugung einer Primärstruktur für ein breites Spektrum an Elementen, auch speziell für die Mikrooptik. Für den lithografischen Prozess stellen die Photomaske sowie deren Beleuchtung signifikante und einflussreiche Parameter für die Strukturerzeugung dar. Diese Bedeutung konnte im Rahmen dieser Arbeit anhand verschiedener Beispiele unterstrichen und genutzt werden. In dieser Arbeit wurde neben der Entwicklung neuartiger Photomasken-Technologien ein neues Beleuchtungssystem eingeführt, bei dem die konventionell genutzte Beleuchtungsquelle einer Quecksilberdampflampe gegen einen Festkörperlaser getauscht wurde. Ein wesentlicher Vorteil des neuen Beleuchtungssystems mit einem Laser als Beleuchtungsquelle besteht in einer konstanten Bestrahlungsstärke unabhängig vom Winkelspektrum der Photomaskenbeleuchtung, wodurch auch für kleine Winkelspektren kurze Belichtungszeiten möglich sind. Darüber hinaus wurde Erzeugung mikrooptischer Strukturen optimiert und neue Belichtungskonzepte z.B. zur Herstellung kontinuierlicher Oberflächenprofile oder aperiodischer Strukturen erarbeitet. Eine neu entwickelte Technologie für verschiebbare Photomasken ermöglicht Mehrfachbelichtungen, um beispielsweise kontinuierliche Oberflächenprofile herzustellen oder die Dichte binärer Strukturen zu erhöhen. Eine weitere Möglichkeit, kontinuierliche Strukturen herzustellen, bieten optimierte Photomasken. So konnte gezeigt werden, dass mittels mehrstufiger Phasenmaske die Geometrie einer Blazestruktur angepasst und eine senkrechte Rückflanke generiert werden kann. Weiterhin wurden neue Photomaskendesigns basierend auf einer kombinierten Amplituden- und Phasenmodulation entwickelt. So konnte eine erfolgreiche Auflösungssteigerung der Schattenwurflithografie für aperiodische Strukturen mittels einer mehrstufigen Photomaske realisiert werden. Darüber hinaus wurde ein neuartiges Konzept einer doppelseitig strukturierten Photomaske entwickelt und am Beispiel der Strukturierung dicker Lacke getestet
3D-Linienraster für die optische Formaufzeichnung
Innerhalb der optischen Messtechnik ist es oft nötig, Intensitätsmuster auf die zu vermessenden Objekte zu projizieren. Mit herkömmlichen Abbildungen ergeben sich bei sehr tiefen Objekten Probleme aufgrund der begrenzten Tiefenschärfe. Holographische Projektionen umgehen diese Einschränkung. In der Arbeit wird untersucht, in wieweit computergenerierte Hologramme basierend auf Flüssigkristall-Displays (LCD) für diesen Zweck eingesetzt werden können. Unterschiedliche Algorithmen und LCDs werden untersucht. Eine dreidimensionale Verallgemeinerung des Gerchberg-Saxton-Algorithmus wird dargestellt. Simulationen zur Nutzung der geometrischen Phase (Pancharatnam Phase) um die Phasenmodulationseigenschaften der LCDs zu verbessern werden beschrieben
Konzept eines optomechanischen Systems für die Strahlführung an einer Hochleistungs-Laseranlage zur großflächigen Bearbeitung mittels Scanner
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Konzeptionierung und Konstruktion einer Hochleistungs-Laseranlage. Die Hauptaufgabe der Anlage wird der Durchführung von Versuchsreihen, für das trennen von Kupferdrähten, mittels gepulstem Laser, dienen. Des Weiteren soll die Anlage ein Grundaufbau für weitere optomechanische Komponenten und Baugruppen sein. Auch die Laserstrahlformung, durch spezielle Linsen, ist mit berücksichtigt, damit der Draht mit möglichst wenig Energieverlust getrennt werden kann