DE102017116477B4 - Polarization converter with reflective axicon optics, laser optics, and method for manufacturing a polarization converter - Google Patents
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Abstract
Polarisationswandler (P), umfassend- eine reflektive Axikonoptik (1) miteinem ersten Hohlaxikon (2) mit einer geraden kegelstumpfförmigen Ausnehmung (2.1) undeinem konzentrisch darin und zu einer optischen Achse (X) angeordneten ersten inneren Axikon (3), wobei die kegelförmige Ausnehmung (2.1) und das innere Axikon (3) einen gleichen Kegelwinkel (β) aufweisen und auf den beabstandeten Mantelflächen (2.1, 3.1) mit einer polarisationsrichtungsabhängig reflektierenden Beschichtung (HR) versehen sind sowie mit einer optisch durchlässigen, senkrecht zur optischen Achse (X) angeordneten Halteplatte (4) mit einer ersten Planfläche (4.1), auf der die Grundflächen (2.3, 3.3) der Axikons (2, 3) bündig angeordnet sind, wobei an der Spitze der kegelstumpfförmigen Ausnehmung (2.1) konzentrisch zur optischen Achse (X) eine Eintrittsluke (2.2) angeordnet ist,- eine austrittsseitig von der reflektiven Axikonoptik (1) senkrecht zur optischen Achse (X) angeordnete erste Halbwellenplatte (5), wobei die reflektierende Beschichtung (HR) so gewählt ist, dass bei einem zur optischen Achse (X) kollimiert eintretenden Strahl (S) durch mindestens eine Reflexion an jeder Mantelfläche (2.1, 3.1) der Axikons (2, 3) austrittsseitig eine Phasendifferenz von insgesamt Δφ = N · π + π/2 zwischen der schnellen und der langsamen Lichtausbreitungsrichtung bewirkt wird, wobei N · π ein ganzzahliges Vielfaches von π angibt.Polarization converter (P), comprising - a reflective axicon optics (1) with a first hollow lexicon (2) with a straight frustoconical recess (2.1) and a first inner axicon (3) arranged concentrically therein and to an optical axis (X), the conical recess (2.1) and the inner axicon (3) have the same cone angle (β) and are provided on the spaced lateral surfaces (2.1, 3.1) with a polarization-dependent reflective coating (HR) and with an optically transparent, perpendicular to the optical axis (X) arranged holding plate (4) with a first plane surface (4.1) on which the base surfaces (2.3, 3.3) of the axicons (2, 3) are arranged flush, with the tip of the frustoconical recess (2.1) concentric to the optical axis (X) an entry hatch (2.2) is arranged, - a first half-wave plate (5) arranged on the exit side of the reflective axicon optics (1) perpendicular to the optical axis (X), the reflective coating (HR) is chosen so that with a collimated to the optical axis (X) entering beam (S) through at least one reflection on each lateral surface (2.1, 3.1) of the axicons (2, 3) on the exit side a phase difference totaling Δφ = N · π + π / 2 is effected between the fast and slow light propagation direction, where N · π indicates an integral multiple of π.
Description
Die Erfindung betrifft einen Polarisationswandler zur Veränderung des Polarisationszustands von kollimiertem Licht.The invention relates to a polarization converter for changing the polarization state of collimated light.
Aus dem Stand der Technik bekannte Laserquellen emittieren Laserlicht mit einer linearen Polarisation, die nicht rotationssymmetrisch bezogen auf die Strahlrichtung des Laserlichts ist. Es ist bekannt, dass linear polarisiertes Laserlicht wegen des unterschiedlichen Absorptionsgrads der parallel ausgerichteten Komponente und der senkrecht ausgerichteten Komponente bei der Materialbearbeitung einen schnittrichtungsabhängigen Materialabtrag bewirkt, der die Qualität der Materialbearbeitung beeinträchtigt.Laser sources known from the prior art emit laser light with a linear polarization that is not rotationally symmetrical with respect to the beam direction of the laser light. It is known that linearly polarized laser light, due to the different degree of absorption of the components aligned in parallel and the components aligned vertically, causes material removal in material processing that is dependent on the cutting direction and which impairs the quality of material processing.
Es sind Vorrichtungen zur Transformation linear polarisierten Laserlichts in zirkular polarisiertes Laserlicht bekannt, mit denen zwar ein schnittrichtungsunabhängiger, insgesamt jedoch verminderter Materialbetrag erzielt werden kann, der somit eine verringerte Prozessgeschwindigkeit erzwingt.Devices for transforming linearly polarized laser light into circularly polarized laser light are known with which, although a cutting direction-independent, but overall reduced amount of material can be achieved, which thus forces a reduced process speed.
Es ist auch bekannt, dass Laserlicht mit radialer oder mit azimutaler Polarisation sowohl einen schnittrichtungsunabhängigen Materialabtrag als auch eine hohe Prozessgeschwindigkeit ermöglicht. Ferner ist bekannt, dass radial polarisiertes Licht eine verbesserte Fokussierbarkeit, insbesondere einen gegenüber linearer Polarisation verminderten Strahldurchmesser im Fokus aufweist, die zu verbesserten Anwendungen von Laserlicht in der Stimulated Emission Depletion (STED)- oder Multiphotonenmikroskopie, bei Optischen Pinzetten, in der Lithografie, der Konfokalmikroskopie, der optischen Datenspeicherung oder bei optischen Partikelfallen führt. Somit besteht ein Bedarf an einem Polarisationswandler zu Transformation von linear polarisiertem oder zirkular polarisiertem Licht in radial oder azimutal polarisiertes Licht.It is also known that laser light with radial or azimuthal polarization enables both a material removal independent of the cutting direction and a high process speed. It is also known that radially polarized light has improved focusability, in particular a beam diameter in the focus that is reduced compared to linear polarization, which leads to improved applications of laser light in stimulated emission depletion (STED) or multiphoton microscopy, in optical tweezers, in lithography, the Confocal microscopy, optical data storage or optical particle traps. There is thus a need for a polarization converter for transforming linearly polarized or circularly polarized light into radially or azimuthally polarized light.
Aus dem Stand der Technik sind für diese Transformation geeignete Vorrichtungen bekannt, die ein als Hohlkegel geformtes Axikon umfassen, dessen innere und äußere Mantelfläche konzentrisch unter einem gleichen Kegelwinkel gerade zulaufend geformt sind. Bei derartigen Polarisationswandlern verläuft der optische Pfad für die Drehung des Polarisationszustands in einem optisch dichten Medium, üblicherweise in Glas, vorzugsweise in Quarzglas. Damit geht eine teilweise Absorption der eingekoppelten Laserstrahlung und deren Umwandlung in Wärme einher, die die durchleitbare Strahlungsenergie begrenzt. Zudem bewirken derartige refraktive Polarisationswandler aufgrund der Dispersion eine im Allgemeinen unerwünschte Verbreiterung von ultrakurzen Laserpulsen. Zudem weisen derartige Polarisationswandler austrittsseitig im zentralen Bereich um die optische Achse eine verminderte oder keine polarisationsdrehende Wirkung und eine verminderte Strahlungsdichte auf. Dies verhindert oder erschwert die Einsetzbarkeit solcher Polarisationswandler für Verfahren der Laserbearbeitung, da eintrittsseitig angeordnete, aus dem Stand der Technik bekannte Laserquellen mit gaußförmiger Strahldichteverteilung den Großteil der Strahlungsenergie nahe der optischen Achse einkoppeln.Devices suitable for this transformation are known from the prior art, which include an axicon shaped as a hollow cone, the inner and outer circumferential surfaces of which are shaped concentrically tapering at the same cone angle. In polarization converters of this type, the optical path for the rotation of the polarization state runs in an optically dense medium, usually in glass, preferably in quartz glass. This is accompanied by a partial absorption of the coupled-in laser radiation and its conversion into heat, which limits the radiant energy that can be passed through. In addition, because of the dispersion, such refractive polarization converters bring about a generally undesirable broadening of ultrashort laser pulses. In addition, such polarization converters have a reduced or no polarization-rotating effect and a reduced radiation density on the exit side in the central area around the optical axis. This prevents or makes it more difficult to use such polarization converters for laser processing methods, since laser sources with a Gaussian beam density distribution arranged on the inlet side and with a Gaussian beam density distribution couple in the majority of the radiant energy near the optical axis.
Ferner sind aus dem Stand der Technik in Azimutwinkelbereiche segmentierte Wellenplatten bekannt, mit welchen eine in groben Winkelschritten von etwa 30° vom Azimutwinkel abhängige Polarisationsdrehung erzielt werden kann. Damit ist eine Verminderung, jedoch keine Aufhebung der schnittrichtungsabhängigen Unterschiede im Materialabtrag möglich. Bei der Fertigung derartiger segmentierter Wellenplatten sind Klebestellen entlang der Segmentgrenzen erforderlich, deren Herstellung aufwändig ist und die die Bruchgefahr erhöhen.Furthermore, wave plates segmented into azimuth angle ranges are known from the prior art, with which a polarization rotation dependent on the azimuth angle in coarse angular steps of approximately 30 ° can be achieved. This makes it possible to reduce, but not eliminate, the differences in the material removal that are dependent on the cutting direction. In the manufacture of such segmented corrugated plates, adhesive points are required along the segment boundaries, the manufacture of which is complex and which increase the risk of breakage.
Zudem sind nematische Flüssigkeitskristalle sowie nano-strukturierte Verzögerungsplatten bekannt, mit denen linear polarisiertes Licht in radial oder azimutal polarisiertes Licht transformiert werden kann.In addition, nematic liquid crystals and nano-structured retardation plates are known with which linearly polarized light can be transformed into radially or azimuthally polarized light.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Polarisationswandler zur Transformation von kollimiertem Licht mit zirkulärer oder linearer Polarisation in Licht mit radialer Polarisation oder in Licht mit azimutaler Polarisation anzugeben. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, derartige Polarisationswandler anzugeben, die für die Transformation von Laserlicht sehr kurz gepulster Laser mit einer Pulsdauer von höchstens 150 Femtosekunden und mit einer hohen Strahlungsenergie im Dauerstrichbetrieb von bis zu 7 Kilowatt geeignet sind. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, derartige Polarisationswandler anzugeben, die für einen großen Wellenlängenbereich von 250 Nanometer bis 2500 Nanometer, bevorzugt von 400 Nanometer bis 1200 Nanometer geeignet sind.The invention is based on the object of specifying polarization converters for transforming collimated light with circular or linear polarization into light with radial polarization or in light with azimuthal polarization. In particular, the invention is based on the object of specifying such polarization converters which are suitable for the transformation of laser light with very short pulsed lasers with a pulse duration of at most 150 femtoseconds and with a high radiation energy in continuous wave operation of up to 7 kilowatts. Furthermore, the invention is based on the object of specifying such polarization converters which are suitable for a large wavelength range from 250 nanometers to 2500 nanometers, preferably from 400 nanometers to 1200 nanometers.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung solcher Polarisationswandler anzugeben.Another object of the invention is to provide a method for producing such polarization converters.
Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, Laseroptiken zur scannenden Bewegung eines mittels eines solchen Polarisationswandlers transformierten Laserstrahls anzugeben.Another object of the invention is to provide laser optics for the scanning movement of a laser beam transformed by means of such a polarization converter.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des Polarisationswandlers erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird hinsichtlich des Herstellverfahrens für einen Polarisationswandler erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst. Die Aufgabe wird hinsichtlich der Laseroptik erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst.With regard to the polarization converter, the object is achieved according to the invention by the features of
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous refinements of the invention are the subject matter of the subclaims.
Ein Polarisationswandler umfasst eine reflektive Axikonoptik mit einem ersten Hohlaxikon und einem darin konzentrisch angeordneten ersten inneren Axikon. Das Hohlaxikon weist eine Ausnehmung in der Form eines geraden Kegelstumpfs auf. Das innere Axikon weist die Form eines geraden Kegels auf und ist konzentrisch im Hohlaxikon angeordnet, wobei die Kegelspitze auf die Spitze der kegelstumpfförmigen Ausnehmung weist und wobei die Mantelfläche der kegelstumpfförmigen Ausnehmung von der Mantelfläche des inneren Axikons beabstandet ist.A polarization converter comprises reflective axicon optics with a first hollow axicon and a first inner axicon arranged concentrically therein. The hollow lexicon has a recess in the shape of a straight truncated cone. The inner axicon has the shape of a straight cone and is arranged concentrically in the hollow axicon, the cone tip pointing to the tip of the frustoconical recess and the jacket surface of the frustoconical recess being spaced from the jacket surface of the inner axicon.
Das innere Axikon und die kegelstumpfförmige Ausnehmung weisen einen gleichen Kegelwinkel auf. Die Mantelflächen sind mit einer reflektierenden Beschichtung versehen. Die ringförmige Grundfläche des Hohlaxikons und die Grundfläche des inneren Axikons sind bündig und konzentrisch auf einer ersten Planfläche einer optisch durchlässigen Halteplatte angeordnet, so dass die Axikons senkrecht auf der Halteplatte stehen.The inner axicon and the frustoconical recess have the same cone angle. The outer surfaces are provided with a reflective coating. The ring-shaped base of the hollow axicon and the base of the inner axicon are arranged flush and concentrically on a first plane surface of an optically transparent holding plate, so that the axicons are perpendicular to the holding plate.
An der Kegelstumpfspitze der Ausnehmung des Hohlaxikons ist konzentrisch zur Längsachse des Hohlaxikons, die mit der Längsachse des inneren Axikons übereinstimmt und eine optische Achse bildet, eine Eintrittsluke angeordnet. Die Austrittsluke der reflektiven Axikonoptik wird von dem konzentrisch zwischen den Grundflächen der Axikons gelegenen ringförmigen Spalt gebildet.At the tip of the truncated cone of the recess of the hollow axicon, an entry hatch is arranged concentrically to the longitudinal axis of the hollow axicon, which coincides with the longitudinal axis of the inner axicon and forms an optical axis. The exit hatch of the reflective axicon optics is formed by the annular gap located concentrically between the base surfaces of the axicons.
Ferner umfasst der Polarisationswandler eine senkrecht zu dieser optischen Achse ausgerichtete, am Austritt der reflektiven Axikonoptik angeordnete erste Halbwellenplatte, die eine Verzögerung der langsamen relativ zur schnellen Lichtausbreitungsrichtung um eine halbe Wellenlänge bewirkt. Entsprechend bewirkt eine Halbwellenplatte eine Spiegelung der Polarisationsrichtung an der kristallographischen Achse der ersten Halbwellenplatte.Furthermore, the polarization converter comprises a first half-wave plate which is oriented perpendicular to this optical axis and is arranged at the exit of the reflective axicon optics, which retards the slow relative to the fast Causes light propagation by half a wavelength. Correspondingly, a half-wave plate causes the direction of polarization to be reflected on the crystallographic axis of the first half-wave plate.
Die reflektierende Beschichtung der Mantelflächen der Axikons wirkt polarisierend und weist eine schnelle Achse sowie eine langsame Achse auf. Bei jeder Reflexion an der reflektierenden Beschichtung wird eine Phasendifferenz zwischen der entlang der schnellen Achse ausgerichteten Komponente des reflektieren Lichts und der entlang der langsamen Achse ausgerichteten Komponente des reflektierten Lichts erzeugt. Derartige polarisierende reflektierende Beschichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Es ist auch bekannt, wie die Phasendifferenz zwischen der schnellen und der langsamen Achse durch Ausbildung der reflektierenden Beschichtung, beispielsweise durch die Wahl der Beschichtungsdicke, kontrolliert werden kann.The reflective coating of the outer surfaces of the axicons has a polarizing effect and has a fast axis and a slow axis. With each reflection on the reflective coating, a phase difference is created between the component of the reflected light oriented along the fast axis and the component of the reflected light oriented along the slow axis. Such polarizing reflective coatings are known from the prior art. It is also known how the phase difference between the fast and slow axes can be controlled by forming the reflective coating, for example by choosing the coating thickness.
Die reflektierende Beschichtung der Mantelflächen der Axikons ist so gewählt, dass in Abhängigkeit von dem Kegelwinkel des inneren Axikons und somit auch von dem Kegelwinkel der kegelstumpfförmigen Ausnehmung des Hohlaxikons bei Reflexionen an der Mantelfläche des inneren Axikons und an der Mantelfläche des ersten Hohlaxikons eine Phasendifferenz von insgesamt Δφ = N · π + π/2 beziehungsweise N · 180° + 90° zwischen der schnellen und der langsamen Lichtausbreitungsrichtung bewirkt wird, wobei N eine positive ganze Zahl ist. Mit anderen Worten: die reflektierende Beschichtung der Mantelflächen bewirkt eine Phasendifferenz von π/2 zuzüglich einem ganzzahligen Vielfachen von π. The reflective coating of the outer surfaces of the axicons is chosen so that, depending on the cone angle of the inner axicon and thus also on the cone angle of the frustoconical recess of the hollow axicon, there is a total phase difference in the case of reflections on the outer surface of the inner axicon and on the outer surface of the first hollow axicon Δφ = N · π + π / 2 or N · 180 ° + 90 ° between the fast and slow light propagation direction is effected, where N is a positive integer. In other words: the reflective coating of the lateral surfaces causes a phase difference of π / 2 plus an integral multiple of π.
Bevorzugt ist der Kegelwinkel des inneren Axikons zu 45° gewählt, um eine möglichst kurze Baulänge einer reflektiven Axikonoptik zu ermöglichen.The cone angle of the inner axicon is preferably selected to be 45 ° in order to enable the shortest possible overall length of a reflective axicon optic.
Eine derartige reflektive Axikonoptik bewirkt somit als Viertelwellenplatte eine azimutwinkelabhängige Änderung der Polarisationsrichtung und ermöglicht, ein einfallendes kollimiertes achsnahes Bündel Licht mit zirkularer Polarisation in ringförmig austretendes Licht zu transformieren.Such a reflective axicon optics, as a quarter-wave plate, thus effects a change in the direction of polarization dependent on the azimuth angle and enables an incident, collimated, axially-oriented bundle of light with circular polarization to be transformed into light emerging in the form of a ring.
Mittels der ersten Halbwellenplatte wird dieses Licht in eine azimutal-inhomogene lineare Polarisation überführt, wobei diese erste Halbwellenplatte so angeordnet ist, dass die Kristallachse um π/8 oder 22,5° relativ zum Azimutwinkel der Eintrittsebene des eintretenden kollimierten Lichts gedreht ist.This light is converted into an azimuthally inhomogeneous linear polarization by means of the first half-wave plate, this first half-wave plate being arranged in such a way that the crystal axis is rotated by π / 8 or 22.5 ° relative to the azimuth angle of the plane of entry of the incoming collimated light.
Gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten refraktiven Axikonoptiken weist die erfindungsgemäße reflektive Axikonoptik den Vorteil auf, dass sich die zulaufende Spitze des kegelförmigen inneren Axikons genauer, leichter und insbesondere mit einem geringeren Spitzendurchmesser fertigen lässt als die Spitze der kegelförmigen Ausnehmung mit der inneren Mantelfläche einer kegelförmigen Ausnehmung in einem bekannten refraktiven Axikon. Durch die Beschränkungen der bei der Ausformung dieser kegelförmigen Ausnehmung, beispielsweise mittels Diamantdrehen, verwendbaren Werkzeuge entsteht unvermeidbar eine Totzone um die optische Achse, in der die innere Mantelfläche gegenüber dem Kegelwinkel abgeflacht oder abgerundet ist. Innerhalb dieser Totzone eingekoppeltes Licht geht somit für die Polarisationsdrehung verloren und wird größtenteils in Wärme und in Streulicht umgesetzt, die schwer oder nicht abgeführt werden kann.Compared to refractive axicon optics known from the prior art, the reflective axicon optics according to the invention has the advantage that the tapering tip of the conical inner axicon can be manufactured more precisely, more easily and in particular with a smaller tip diameter than the tip of the conical recess with the inner lateral surface of a conical one Recess in a known refractive axicon. Due to the limitations of the tools that can be used when forming this conical recess, for example by means of diamond turning, a dead zone inevitably arises around the optical axis in which the inner lateral surface is flattened or rounded off with respect to the cone angle. Light coupled in within this dead zone is therefore lost for the polarization rotation and is largely converted into heat and scattered light, which is difficult or impossible to dissipate.
Ein weiterer Vorteil der reflektiven Axikonoptik besteht darin, dass das eintretende Licht im Wesentlichen in Luft propagiert und nur an zwei hochreflektiven Grenzflächen, den mit den reflektierenden Beschichtungen versehenen Mantelflächen reflektiert wird. Somit lassen sich optische Verluste gegenüber der Propagation in einem optisch dichten Medium wie Glasdes optisch dichten Mediums zur Luft in einer refraktiven Axikonoptik nach dem Stand der Technik vermindern. Damit erhöht sich auch, wegen der verminderten Absorption, die zerstörungsfrei durchlässige Lichtleistung. Die reflektive Axikonoptik ist daher besonders für die Polarisationsdrehung von Licht leistungsstarker und kurz- oder ultrakurz gepulster Laserquellen vorteilhaft.Another advantage of the reflective axicon optics is that the incoming light essentially propagates in the air and is only reflected at two highly reflective boundary surfaces, the lateral surfaces provided with the reflective coatings. Optical losses can thus be reduced compared to the propagation in an optically dense medium such as glass of the optically dense medium to air in a refractive axicon optics according to the prior art. This also increases the non-destructively transparent light output due to the reduced absorption. The reflective axicon optics is therefore particularly advantageous for the polarization rotation of light from powerful and short- or ultra-short pulsed laser sources.
Ein weiterer Vorteil der reflektiven Axikonoptik besteht darin, dass der Kegelwinkel des inneren Axikons unabhängig vom Grenzwinkel der Totalreflexion bei einem optisch dichten Medium wählbar ist. Somit kann die Geometrie der reflektiven Axikonoptik unabhängig vom Brechzahlunterschied zwischen dem optisch dichten Medium und dem Umgebungsmedium, und damit auch unabhängig von der Wellenlänge eingespeisten Lichts gestaltet werden. Bevorzugt kann der Kegelwinkel des inneren Axikons, und somit auch der Kegelwinkel des Hohlaxikons so gewählt werden, dass eine Fertigung besonders einfach möglich ist.Another advantage of reflective axicon optics is that the cone angle of the inner axicon can be selected independently of the critical angle of total reflection in the case of an optically dense medium. The geometry of the reflective axicon optics can thus be designed independently of the difference in the refractive index between the optically dense medium and the surrounding medium, and thus also independently of the wavelength of the light fed in. The cone angle of the inner axicon, and thus also the cone angle of the hollow axicon, can preferably be selected in such a way that production is particularly easy.
Ein weiterer Vorteil der reflektiven Axikonoptik besteht darin, dass hochreflektive Beschichtungen für einen breiten Wellenlängenbereich herstellbar sind und somit breiter einsetzbar sind als dispersionsbegrenzte refraktive Axikonoptiken nach dem Stand der Technik, bei denen zudem der Grenzwinkel der Totalreflexion für die Wahl des Kegelwinkels zu berücksichtigen ist. Beispielsweise ist es dadurch möglich, für einen Laser mit einer emittierten Grundwellenlänge denselben Polarisationswandler einzusetzen wie für eine auf diesem Laser basierende frequenzverdoppelte Laserquelle.Another advantage of reflective axicon optics is that highly reflective coatings can be produced for a wide range of wavelengths and can therefore be used more widely than dispersion-limited refractive axicon optics according to the prior art, in which the critical angle of total reflection must also be taken into account for the selection of the cone angle. For example, it is thereby possible to use the same polarization converter for a laser with an emitted fundamental wavelength as for a frequency-doubled laser source based on this laser.
Sehr kurze Laserpulse, beispielsweise Laserpulse mit einer Pulsdauer von höchstens 150 Femtosekunden, weisen sehr breite Spektren auf und werden demzufolge in transmissiven Optiken dispersionsbedingt verbreitert. Diese unerwünschte Pulsverlängerung wird bei der erfindungsgemäßen reflektiven Axikonoptik in vorteilhafter Weise vermieden, da der optische Pfad hier mit Ausnahme der Halteplatte überwiegend in Luft verläuft.Very short laser pulses, for example laser pulses with a pulse duration of no more than 150 Femtoseconds have very broad spectra and are consequently broadened in transmissive optics due to dispersion. This undesired pulse lengthening is advantageously avoided in the reflective axicon optics according to the invention, since the optical path here, with the exception of the holding plate, runs predominantly in air.
Bei einer Ausführungsform eines Polarisationswandlers mit gepaarten Axikons ist auf einer der ersten Planfläche gegenüberliegenden zweiten Planfläche der Halteplatte der reflektiven Axikonoptik ein zweites Hohlaxikon gleich geformt und spiegelsymmetrisch zum ersten Hohlaxikon angeordnet. In diesem zweiten Hohlaxikon ist ein zweites inneres Axikon spiegelsymmetrisch zum ersten inneren Axikon angeordnet. An der Spitze der kegelstumpfförmigen Ausnehmung des zweiten Hohlaxikons ist mittig und somit konzentrisch zur optischen Achse eine Austrittsluke angeordnet. Die reflektierende Beschichtung und die Kegelwinkel der Axikons sind gleich gewählt.In one embodiment of a polarization converter with paired axicons, a second hollow lexicon is shaped identically and mirror-symmetrically to the first hollow lexicon on a second flat surface of the holding plate of the reflective axicon optics opposite the first flat surface. In this second hollow axicon, a second inner axicon is arranged mirror-symmetrically to the first inner axicon. At the tip of the frustoconical recess of the second hollow icon, an exit hatch is arranged centrally and thus concentrically to the optical axis. The reflective coating and the cone angles of the axicons are chosen to be the same.
Bei dieser Ausführungsform eines Polarisationswandlers tritt das Licht aus der reflektiven Axikonoptik mit gepaarten Axikons aus der zentrischen Austrittsluke des zweiten äußeren Hohlaxikons und somit in einem dicht um die optische Achse angeordneten Strahlprofil aus. Es ist in diesem Fall die Beschichtung der Mantelflächen der gepaarten Axikons so gewählt, dass eine Phasendifferenz von insgesamt Δφ = N · π + π/2 beziehungsweise N · 180° + 90° zwischen der schnellen und der langsamen Lichtausbreitungsrichtung bewirkt wird, wobei N eine positive ganze Zahl ist. Mit anderen Worten: die reflektierende Beschichtung der Mantelflächen bewirkt insgesamt eine Phasendifferenz von π/2 zuzüglich einem ganzzahligen Vielfachen von π. Mittels der nachgeordneten ersten Halbwellenplatte wird somit auch bei dieser Ausführungsform Licht mit azimutal-inhomogener linearer Polarisation erzeugt, wobei diese erste Halbwellenplatte auch bei dieser Ausführungsform so angeordnet ist, dass die Kristallachse um π/8 oder 22,5° relativ zum Azimutwinkel der Eintrittsebene des eintretenden kollimierten Lichts gedreht ist.In this embodiment of a polarization converter, the light emerges from the reflective axicon optics with paired axicons from the central exit hatch of the second outer hollow axicon and thus in a beam profile arranged close to the optical axis. In this case, the coating of the outer surfaces of the paired axicons is chosen so that a total phase difference of Δφ = N · π + π / 2 or N · 180 ° + 90 ° is brought about between the fast and slow light propagation direction, where N is a is positive integer. In other words: the reflective coating of the lateral surfaces causes a total phase difference of π / 2 plus an integral multiple of π. By means of the downstream first half-wave plate, light with azimuthally inhomogeneous linear polarization is thus also generated in this embodiment, this first half-wave plate also being arranged in this embodiment in such a way that the crystal axis is π / 8 or 22.5 ° relative to the azimuth angle of the entry plane of the incoming collimated light is rotated.
Die an der Halteplatte gespiegelte Strahlführung eignet sich besonders für Laserlicht, das gebündelt mit hoher Energiedichte, beispielsweise zum Materialabtrag, verwendet werden soll. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass der Durchmesser des eintretenden kollimierten Lichtbündels bei Durchgang durch einen solchen Polarisationswandler mit gepaarten Axikons unverändert bleibt. Somit erfordert ein Einbau eines solchen Polarisationswandlers in den Strahlengang eines bestehenden optischen Systems keine Anpassung weiterer optischer Bauelemente.The beam guidance reflected on the holding plate is particularly suitable for laser light that is to be used in a bundled manner with a high energy density, for example for material removal. Another advantage of this embodiment is that the diameter of the entering collimated light beam remains unchanged when passing through such a polarization converter with paired axicons. Installation of such a polarization converter in the beam path of an existing optical system therefore does not require any further optical components to be adapted.
Ein derartiger gespiegelter Strahlverlauf ist auch mit einer gepaarten refraktiven Axikonoptik aus dem Stand der Technik erzielbar. In dieser Ausführungsform weist die reflektive Axikonoptik aber demgegenüber den zusätzlichen Vorteil einer besonders geringen optischen Totzone um die Kegelspitze der inneren Axikons auf. Dadurch wird der austretende Strahlverlauf in dem für diese Anwendungen besonders interessanten zentralen Bereich um die optische Achse hinsichtlich des Polarisationszustandes und der Strahldichte erheblich geringer beeinträchtigt und eine optische Totzone im zentralen Bereich um die optische Achse mit einem Duchmesser von weniger als 100 Mikrometern erzielt. Der Durchmesser der optischen Totzone ist bei einer refraktiven Axikonoptik wegen der bei der Herstellung der kegelförmig ausgenommenen inneren Mantelfläche unvermeidbaren Abstumpfung der Kegelspitze beträgt etwa 5 Millimeter und ist somit erheblich größer.Such a reflected beam path can also be achieved with a paired refractive axicon optics from the prior art. In this embodiment, however, the reflective axicon optics has the additional advantage of a particularly small optical dead zone around the apex of the cone of the inner axicon. As a result, the emerging beam path in the central area around the optical axis, which is particularly interesting for these applications, is significantly less affected in terms of the polarization state and the radiation density and an optical dead zone in the central area around the optical axis with a diameter of less than 100 micrometers is achieved. In refractive axicon optics, the diameter of the optical dead zone is about 5 millimeters and is therefore considerably larger because of the unavoidable blunting of the cone tip during the production of the conically recessed inner jacket surface.
Bei einer Ausführungsform eines Polarisationswandlers ist austrittsseitig nach und parallel zur ersten Halbwellenplatte eine zweite Halbwellenplatte angeordnet. Mittels der zusätzlichen zweiten Halbwellenplatte wird nach der ersten Halbwellenplatte austretendes Licht mit azimutal-inhomogener linearer Polarisation in radial polarisiertes Licht transformiert, wobei die Kristallachse der zweiten Halbwellenplatte im Azimutwinkel der Eintrittsebene des eintretenden kollimierten Lichts zur optischen Achse angeordnet ist oder, anders ausgedrückt, in der austrittsseitig verlängerten Eintrittsebene des linear polarisierten Lichts liegt. Mit anderen Worten: bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Kristallachse der zweiten Halbwellenplatte um -π/8 beziehungsweise -22,5° relativ zur Kristallachse der ersten Halbwellenplatte gedreht, wobei ein negativer Drehwinkel einer Drehung entgegen dem mathematisch positiven Drehsinn und somit im Uhrzeigersinn entspricht.In one embodiment of a polarization converter, a second half-wave plate is arranged on the exit side after and parallel to the first half-wave plate. By means of the additional second half-wave plate, light emerging after the first half-wave plate with azimuthally inhomogeneous linear polarization is transformed into radially polarized light, the crystal axis of the second half-wave plate being arranged at the azimuth angle of the entry plane of the entering collimated light to the optical axis or, in other words, in the the exit side extended entry plane of the linearly polarized light lies. In other words: in this embodiment of the invention, the crystal axis of the second half-wave plate is rotated by -π / 8 or -22.5 ° relative to the crystal axis of the first half-wave plate, a negative angle of rotation corresponding to a rotation counter to the mathematically positive direction of rotation and thus clockwise .
Wenn die Kristallachse der zweiten Halbwelle in einer anderen Ausführungsform in einem Winkel von π/4 oder 45° relativ zum Azimutwinkel der Eintrittsebene des eintretenden kollimierten Lichts gedreht ist, wird dagegen austretendes Licht mit azimutaler Polarisation erzeugt. Mit anderen Worten: bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Kristallachse der zweiten Halbwellenplatte um π/8 beziehungsweise 22,5° relativ zur Kristallachse der ersten Halbwellenplatte gedreht, wobei ein positver Drehwinkel einer Drehung im mathematisch positiven Drehsinn und somit entgegen dem Uhrzeigersinn entspricht.If, in another embodiment, the crystal axis of the second half-wave is rotated at an angle of π / 4 or 45 ° relative to the azimuth angle of the entry plane of the entering collimated light, exiting light is generated with azimuthal polarization. In other words: in this embodiment of the invention, the crystal axis of the second half-wave plate is rotated by π / 8 or 22.5 ° relative to the crystal axis of the first half-wave plate, a positive angle of rotation corresponding to a rotation in the mathematically positive direction of rotation and thus counterclockwise.
Somit kann durch Drehung der zweiten Halbwellenplatte um π/4 oder 45° zwischen radialer und azimutaler Polarisation am Ausgang des Polarisators gewechselt werden.Thus, by rotating the second half-wave plate by π / 4 or 45 °, it is possible to switch between radial and azimuthal polarization at the output of the polarizer.
Bei einer Ausführungsform eines Polarisationswandlers ist die reflektierende Beschichtung der Mantelflächen als hochreflektierende Beschichtung mit einer Reflektivität von mindestens 99,7% ausgeführt. Dadurch wird ein besonders geringer Transmissionsverlust entlang des optischen Pfades durch die reflektierende Axikonoptik erzielt und die absorbierte Strahlungsenergie, die in Wärme umgesetzt wird und abgeführt werden muss, vermindert. Dies ermöglicht die Verwendung des Polarisationswandlers auch für Laserquellen mit hoher abgegebener Strahlungsenergie im Dauerstrichbetrieb. Zudem wird die bei refraktiven Axikonoptiken nach dem Stand der Technik wegen der Dispersion unvermeidbare Verbreiterung ultrakurzer Laserpulse vermieden. Damit ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Polarisationswandlers insbesondere für Verfahren und Vorrichtungen der Laserbearbeitung, beispielsweise zum Trennen, Bohren oder Schweißen von Werkstücken, ermöglicht, bei denen hohe Energiedichten erforderlich sind.In one embodiment of a polarization converter, the reflective coating of the lateral surfaces is designed as a highly reflective coating with a reflectivity of at least 99.7%. As a result, a particularly low transmission loss along the optical path is achieved through the reflective axicon optics and the absorbed radiant energy, which is converted into heat and has to be dissipated, is reduced. This also enables the polarization converter to be used for laser sources with high radiation energy emitted in continuous wave operation. In addition, the unavoidable broadening of ultrashort laser pulses in refractive axicon optics according to the prior art because of the dispersion is avoided. This enables the use of a polarization converter according to the invention, in particular for methods and devices for laser processing, for example for cutting, drilling or welding workpieces, in which high energy densities are required.
Die hochreflektierende Beschichtung ist bevorzugt für Wellenlängen von 400 Nanometer bis 1200 Nanometer, besonders bevorzugt für Wellenlängen von 1030 Nanometer bis 1070 Nanometer ausgeführt. Dies ermöglicht den Einsatz einer reflektiven Axikonoptik für verschiedene Anwendungen und Laserquellen, insbesondere auch für frequenzverdoppelte Laserquellen. Insbesondere ermöglicht dies einen modularisierten Aufbau von Polarisationswandlern, da die reflektierende Axikonoptik unabhängig von der Wellenlänge konstruiert werden kann und da auf die jeweilige Wellenlänge anzupassende Halbwellenplatten für viele Wellenlängen standardisiert verfügbar und in einem optischen System leicht austauschbar sind.The highly reflective coating is preferably designed for wavelengths from 400 nanometers to 1200 nanometers, particularly preferably for wavelengths from 1030 nanometers to 1070 nanometers. This enables the use of reflective axicon optics for various applications and laser sources, in particular also for frequency-doubled laser sources. In particular, this enables a modularized construction of polarization converters, since the reflective axicon optics can be constructed independently of the wavelength and since half-wave plates that can be adapted to the respective wavelength are available in a standardized manner for many wavelengths and are easily exchangeable in an optical system.
Bei einer Ausführungsform eines Polarisationswandlers ist die reflektive Axikonoptik einstückig ausgeführt, wobei die Axikons aus Quarzglas gefertigt und mit einer aus Quarzglas gefertigten Halteplatte verbunden werden. In vorteilhafter Weise ist damit eine besonders temperaturstabile reflektive Axikonoptik ermöglicht, die zerstörungsfrei eine große Strahlungsenergie, vorzugsweise eine Strahlungsenergie von über 7 Kilowatt, entsprechend einer Leistungsdichte von 10 Joule pro Quadratzentimeter, übertragen kann.In one embodiment of a polarization converter, the reflective axicon optics are made in one piece, the axicons being made from quartz glass and connected to a holding plate made from quartz glass. In an advantageous manner, a particularly temperature-stable reflective axicon optic is made possible, which can non-destructively transmit a large amount of radiation energy, preferably radiation energy of over 7 kilowatts, corresponding to a power density of 10 joules per square centimeter.
Bei einer Ausführungsform eines Polarisationswandlers ist die reflektive Axikonoptik in einer mit einem Kühlmittel kühlbaren Fassung gefasst. Dadurch ist eine verbesserte Entwärmung der Axikonoptik und damit eine zerstörungsfreie Übertragung großer Strahlungsenergien möglich. Diese Ausführungsform der Erfindung ist besonders vorteilhaft für den Einsatz in Laserbearbeitungsverfahren mit kurzgepulsten Lasern hoher Laserleistung.In one embodiment of a polarization converter, the reflective axicon optics is held in a mount that can be cooled with a coolant. This enables improved cooling of the axicon optics and thus a non-destructive transmission of large radiation energies. This embodiment of the invention is particularly advantageous for use in laser processing methods with short-pulsed lasers of high laser power.
Eine Laseroptik umfasst einen Polarisationswandler mit einer reflektiven Axikonoptik und eine eintrittsseitig zu dem Polarisationswandler angeordnete Laserquelle, wobei die Laserquelle zur Abgabe von zur optischen Achse des Polarisationswandlers kollimiertem zirkular polarisiertem Laserlicht eingerichtet ist. Derartige Laserquellen, umfassend einen Laser, welcher linear polarisiertes Licht emittiert, und eine im Strahlengang nachgeordnete Viertelwellenplatte, deren Kristallachse um π/4 oder 45° gegenüber der Polarisationsrichtung des vom Laser emittierten linear polarisierten Lichts gedreht ist, sind aus dem Stand der Technik bekannt.Laser optics comprise a polarization converter with reflective axicon optics and a laser source arranged on the entry side of the polarization converter, the laser source being set up to emit circularly polarized laser light collimated to the optical axis of the polarization converter. Such laser sources, comprising a laser which emits linearly polarized light, and a quarter-wave plate arranged downstream in the beam path, the crystal axis of which is rotated by π / 4 or 45 ° with respect to the polarization direction of the linearly polarized light emitted by the laser, are known from the prior art.
In einer Ausführungsform ist es auch möglich, eine Laserquelle zu verwenden, die für die Abgabe von zur optischen Achse des Polarisationswandlers kollimiertem linear polarisiertem Laserlicht eingerichtet ist. Bei dieser Ausführungsform wird eintrittsseitig am Polarisationswandler eine Viertelwellenplatte angeordnet, deren Kristallachse um π/4 oder 45° gegenüber der Polarisationsrichtung des Laserlichts gedreht ist. Bei dieser Ausführungsform ist es vorteilhaft, eine Vorrichtung zur um die optische Achse drehbaren, lösbar verbindbaren Aufnahme einer Viertelwellenplatte eintrittsseitig am Polarisationswandler anzuordnen. Derartige Aufnahmevorrichtungen für Viertelwellenplatten sind aus dem Stand der Technik bekannt.In one embodiment, it is also possible to use a laser source which is set up to emit linearly polarized laser light collimated to the optical axis of the polarization converter. In this embodiment, a quarter-wave plate is arranged on the polarization converter on the entry side, the crystal axis of which is rotated by π / 4 or 45 ° with respect to the polarization direction of the laser light. In this embodiment, it is advantageous to arrange a device for receiving a quarter-wave plate, rotatable about the optical axis and releasably connectable, on the inlet side of the polarization converter. Such receiving devices for quarter-wave plates are known from the prior art.
Mittels des Polarisationswandlers wird Laserlicht der Laserquelle in radial oder azimutal polarisiertes Laserlicht transformiert und somit ein schnittrichtungsunabhängiger Materialabtrag beim Auftreffen des radial oder azimutal polarisierten Laserlichts auf einem Werkstück ermöglicht.By means of the polarization converter, laser light from the laser source is transformed into radially or azimuthally polarized laser light, thus enabling material to be removed regardless of the cutting direction when the radially or azimuthally polarized laser light strikes a workpiece.
Hierbei ist die Kristallachse der ersten Halbwellenplatte um π/8 oder 22,5° relativ zum Azimutwinkel der Eintrittsebene des von der Laserquelle abgegebenen linear polarisierten Lichts gedreht. Die Kristallachse der zweiten Halbwellenplatte liegt für die Erzeugung von radial polarisiertem Licht im Azimutwinkel der Eintrittsebene. Für die Erzeugung von azimutal polarisiertem Licht ist die Kristallachse der zweiten Halbwellenplatte dagegen um π/4 oder 45° relativ zum Azimutwinkel der Eintrittsebene des von der Laserquelle abgegebenen linear polarisierten Lichts gedreht. Somit sind die Kristallachsen beider Halbwellenplatten gegeneinander um π/4 oder um -π/4 gedreht, wobei ein positives Vorzeichen des Drehwinkels eine Drehung im mathematisch positiven Drehsinn anzeigt.Here, the crystal axis of the first half-wave plate is rotated by π / 8 or 22.5 ° relative to the azimuth angle of the plane of entry of the linearly polarized light emitted by the laser source. For the generation of radially polarized light, the crystal axis of the second half-wave plate lies in the azimuth angle of the entrance plane. To generate azimuthally polarized light, however, the crystal axis of the second half-wave plate is rotated by π / 4 or 45 ° relative to the azimuth angle of the plane of entry of the linearly polarized light emitted by the laser source. Thus, the crystal axes of both half-wave plates are rotated by π / 4 or -π / 4 relative to one another, with a positive sign of the angle of rotation indicating a rotation in the mathematically positive direction of rotation.
In vorteilhafter Weise ist eine solche Laseroptik für Laserbearbeitungsverfahren mit einer besonders hohen Bearbeitungsqualität geeignet.Such laser optics are advantageously suitable for laser processing methods with a particularly high processing quality.
Bei einer Ausführungsform einer Laseroptik ist austrittsseitig zum Polarisationswandler eine polarisationserhaltende Scanoptik angeordnet, die zum Schwenken eines zur optischen Achse des Polarisationswandlers kollimierten, vom Polarisationswandler austretenden Strahlenbündels entlang mindestens einer Scanrichtung eingerichtet ist.In one embodiment of laser optics, there is a polarization converter on the exit side polarization-maintaining scanning optics are arranged, which are set up for pivoting a beam collimated to the optical axis of the polarization converter and emerging from the polarization converter along at least one scanning direction.
Bei einer Ausführungsform einer Laseroptik ist eintrittsseitig und/oder austrittsseitig zum Polarisationswandler ein Strahlformer zur Anpassung des Durchmessers des vom Polarisationswandler austretenden kollimierten Strahlenbündels an die polarisationserhaltende Scanoptik angeordnet. In vorteilhafter Weise kann damit ein Polarisationswandler für Scanoptiken mit verschiedenen Eingangsaperturen und/oder verschiedenen Schwenkbereichen angepasst werden.In one embodiment of laser optics, a beam shaper for adapting the diameter of the collimated beam emerging from the polarization converter to the polarization-maintaining scanning optics is arranged on the entry side and / or exit side of the polarization converter. A polarization converter for scanning optics with different input apertures and / or different swivel ranges can thus be adapted in an advantageous manner.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Polarisationswandlers mit einer reflektiven Axikonoptik werden die hohlkegelstumpfförmige Ausnehmung des mindestens einen Hohlaxikons und das mindestens eine innere Axikon durch Diamantdrehen mit einer Winkelabweichung des Kegelwinkels von höchstens 0,01° und auf eine Oberflächenabweichung von höchstens einem Fresnelring bei 546 Nanometer geformt, wobei eine Kegelspitze mit einem Spitzendurchmesser von höchstens 800 Mikrometern geformt wird.In a method for producing a polarization converter with reflective axicon optics, the hollow truncated cone-shaped recess of the at least one hollow axicon and the at least one inner axicon are formed by diamond turning with an angular deviation of the cone angle of at most 0.01 ° and to a surface deviation of at most a Fresnel ring at 546 nanometers , forming a cone tip with a tip diameter of 800 micrometers or less.
Es ist auch möglich, die hohlkegelstumpfförmige Ausnehmung des mindestens einen Hohlaxikons und das mindestens eine innere Axikon durch Polieren auszuformen. Dabei werden die Polierbewegungen an einem Axikonkegel so gesteuert, dass sie nicht über die Kegelspitze des Axikonkegels hinwegführen und eine Kegelspitze mit einem Spitzendurchmesser von höchstens 800 Mikrometern poliert wird.It is also possible to shape the hollow truncated cone-shaped recess of the at least one hollow axicon and the at least one inner axicon by polishing. The polishing movements on an axicon cone are controlled in such a way that they do not lead over the apex of the axicon cone and a cone tip with a tip diameter of at most 800 micrometers is polished.
Danach werden mittels Richtkitten die Axikons mit der Halteplatte zu einer einstückigen reflektierenden Axikonoptik dauerhaft verbunden, vorzugsweise verklebt. Diese einstückige reflektierende Axikonoptik wird mit der mindestens einen Halbwellenplatte in einer Fassung gefasst. Die Fassung kann eine Vorrichtung zur lösbaren Verbindung einer zweiten Halbwellenplatte am Austritt vorsehen. Dadurch ist es leicht möglich, mit einem Polarisationswandler ohne zweite Halbwellenplatte radial polarisiertes Licht zu erzeugen oder aber durch Anbau einer zweiten Halbwellenplatte azimutal polarisiertes Licht zu erzeugen.Then the axicons are permanently connected, preferably glued, to the holding plate to form a one-piece reflective axicon optic by means of alignment putty. This one-piece reflective axicon optic is held in a mount with the at least one half-wave plate. The socket can provide a device for releasably connecting a second half-wave plate at the outlet. This makes it easy to generate radially polarized light with a polarization converter without a second half-wave plate or to generate azimuthally polarized light by adding a second half-wave plate.
In vorteilhafter Weise ist es so möglich, die optische Totzone um die optische Achse, innerhalb der an dem mindestens einen inneren Axikon keine Reflexion erfolgt, zu verringern. Zudem wird durch das Verkitten der Axikons und der Halteplatte zu einer einstückigen reflektierenden Axikonoptik die Justage des Polarisationswandlers vereinfacht.In this way, it is advantageously possible to reduce the optical dead zone about the optical axis within which there is no reflection on the at least one inner axicon. In addition, the adjustment of the polarization converter is simplified by cementing the axicons and the holding plate to form a one-piece reflective axicon optic.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Darin zeigen:
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1 schematisch einen Polarisationswandler mit refraktiver Axikonoptik nach dem Stand der Technik, -
2 schematisch die Transformation von Polarisationszuständen mittels Halbwellenplatten nach dem Stand der Technik, -
3 schematisch einen Polarisationswandler mit reflektierender Axikonoptik zur Erzeugung eines ringförmigen Strahldichteprofils, -
4 schematisch einen Polarisationswandler mit reflektierender Axikonoptik zur Erzeugung eines scheibenförmigen Strahldichteprofils sowie -
5 schematisch eine Laseroptik mit einem gefassten Polarisationswandler.
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1 schematically a polarization converter with refractive axicon optics according to the prior art, -
2 schematically the transformation of polarization states by means of half-wave plates according to the state of the art, -
3 schematically a polarization converter with reflective axicon optics for generating an annular radiance profile, -
4th schematically a polarization converter with reflective axicon optics for generating a disk-shaped radiance profile as well -
5 schematically a laser optics with a mounted polarization converter.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.
In die Axikonoptik
Ein Bündel zur optischen Achse
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass bei jeder der beiden Totalreflexionen ein Phasenunterschied δ zwischen der senkrecht-polarisierten und der parallel-polarisierten Komponente von
Somit kann ein gewünschter Phasenunterschied δ durch Wahl des Kegelwinkels β = 180° - 2α abhängig von der Brechzahl n des für die Axikonoptik
Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise refraktive Axikonoptiken
Wird das einfallende Licht mit zirkularer Polarisation
Aus dem Stand der Technik ist auch bekannt, dass mittels der Axikonoptik
Zur Erzeugung einer radialen Polarisation
Zur Erzeugung einer azimutalen Polarisation
Das Hohlaxikon
Das innere Axikon
Die Grundflächen
Jede der Mantelflächen
Die hochreflektierende Beschichtung
Zudem ist die hochreflektierende Beschichtung
Somit wirkt die reflektive Axikonoptik
Durch die nachgeschaltete Halbwellenplatte
Gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten refraktiven Axikonoptik
Ein weiterer Vorteil der reflektiven Axikonoptik
Ein weiterer Vorteil der reflektiven Axikonoptik
Sehr kurze Laserpulse, beispielsweise Laserpulse mit einer Pulsdauer von höchstens 150 Femtosekunden, weisen sehr breite Spektren auf und werden demzufolge in transmissiven Optiken dispersionsbedingt verbreitert. Diese unerwünschte Pulsverlängerung wird bei der erfindungsgemäßen reflektiven Axikonoptik
Entlang des Verlaufs der Strahlen
Die hochreflektierende Beschichtung
Somit wirkt die reflektive Axikonoptik
In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine weitere, hier nicht näher dargestellte zweite Halbwellenplatte
Im Unterschied zur der in
Ein derartiger gespiegelter Strahlverlauf ist auch mit einer gepaarten refraktiven Axikonoptik
In die Eintrittsluke
Mittels der nachgeordneten zweiten Halbwellenplatte
Das aus dem Polarisationswandler
Die reflektierende Axikonoptik
Mittels der Fassung
Es ist auch möglich, die zweite Halbwellenplatte
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- reflektive Axikonoptikreflective axicon optics
- 2, 2'2, 2 '
- Hohlaxikon, AxikonHohlaxikon, Axikon
- 2.1, 2'.12.1, 2'.1
- kegelstumpfförmige Ausnehmung, Mantelflächefrustoconical recess, lateral surface
- 2.22.2
- EintrittslukeEntry hatch
- 2'.22'.2
- AustrittslukeExit hatch
- 2.3, 2'.32.3, 2'.3
- GrundflächeFloor space
- 3, 3'3, 3 '
- inneres Axikon, Axikoninner axicon, axicon
- 3.1, 3'.13.1, 3'.1
- MantelflächeOuter surface
- 3.3, 3'.33.3, 3'.3
- GrundflächeFloor space
- 44th
- HalteplatteRetaining plate
- 4.14.1
- erste Planflächefirst plane surface
- 4.24.2
- zweite Planflächesecond plane surface
- 55
- erste Halbwellenplattefirst half-wave plate
- 66th
- zweite Halbwellenplattesecond half-wave plate
- 77th
- FassungVersion
- 7.17.1
- KühlrippenCooling fins
- 88th
- LaserquelleLaser source
- 99
- StrahlformerBeam shaper
- 1010
- ScanoptikScanning optics
- 1111
- Viertelwellenplatte Quarter wave plate
- 100100
- refraktive Axikonoptikrefractive axicon optics
- 100.1100.1
- innere Mantelfäche, kegelförmige Ausnehmunginner jacket surface, conical recess
- 100.2100.2
- äußere Mantelflächeouter jacket surface
- 100.3100.3
- PlanflächeFlat surface
- 100.4100.4
- GrundflächeFloor space
- AA.
- Austrittexit
- EE.
- Eintrittentry
- HRMR
- reflektierende Beschichtungreflective coating
- PP.
- PolarisationswandlerPolarization converter
- P1P1
- zirkulare Polarisationcircular polarization
- P2P2
- azimutal-inhomogene lineare Polarisationazimuthal inhomogeneous linear polarization
- P3P3
- radiale Polarisationradial polarization
- P4P4
- azimutale Polarisationazimuthal polarization
- SS.
- Strahlbeam
- WW.
- Werkstückworkpiece
- XX
- optische Achseoptical axis
- αα
- EinfallswinkelAngle of incidence
- ββ
- KegelwinkelCone angle
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