DE102019107146B4

DE102019107146B4 - Athermale Laseroptik aus Kunststoff

Info

Publication number: DE102019107146B4
Application number: DE102019107146.1A
Authority: DE
Inventors: Hagen Schweitzer; Jan Buchwald; Alexander Dycke; Joachim Leuschner
Original assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2021-02-25
Anticipated expiration: 2039-03-21
Also published as: US11385435B2; CN113383257B; CN113383257A; DE102019107146A1; KR102438578B1; WO2020156810A1; JP2022514984A; JP7007527B1; US20210389548A1; KR20210108488A

Abstract

Vorrichtung (1) zum Erzeugen einer in einen Fokus (9) gebündelten Laserstrahlung, umfassend• eine Laserdiode (3) mit einer Zentralwellenlänge λ und einer Temperaturabhängigkeit der ZentralwellenlängedλdT,• eine Linse (8) mit einer Brennweite f, aus einem ersten Kunststoff mit einem Brechungsindex n, einer Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex∂n∂λ,einer Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex∂n∂Tund einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten αL, wobei die Linse eine optische Abbildung der Laserstrahlung auf den Fokus (9) bewirkt und die optische Abbildung eine Gegenstandsweite s1aufweist, und die optische Abbildung eine Bildweite s2aufweist, die kleiner ist als die zwanzigfache Gegenstandsweite 20•s1• ein Gehäuse (11) aus einem zweiten Kunststoff mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α2• eine passive Verstelleinrichtung (12) mit einem effektiven thermischen Ausdehnungskoeffizienten αvzum Verstellen der Gegenstandsweite s1, wobei der effektive thermische AusdehnungskoeffizientαV=s1f⋅[αL−1n−1⋅(∂n∂λ⋅dλdT+∂n∂T)]+α2⋅(1−s1f) beträgt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft die Athermalisierung einer Vorrichtung zum Erzeugen einer in einen Fokus gebündelten Laserstrahlung.
Stand der Technik
Aus DE 11 2006 002 396 T5 ist eine temperaturkompensierte Laserfokussieroptik bekannt, bei dem zwischen der Laserquelle und der Fokussierlinse ein Abstandshalter mit einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten vorgesehen ist. Mit einer solchen Anordnung ist eine Verminderung der Temperaturabhängigkeit, jedoch keine Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Fokuslage möglich.
Aus US 6 650 412 B1 ist eine Temperaturkompensation für eine optische Vorrichtung mittels Biegeelementen bekannt. Eine solche Anordnung erfordert teure Metallbauteile.
Aus EP 0 932 113 A2 ist ein wellenlängenabhängiges thermisch kompensiertes optisches System mit einer Fokussierlinse aus Plaste bekannt. Hier wird ein im Strahlengang nach der Fokussierlinse angeordnetes diffraktives optisches Element vorgeschlagen, mit dem die thermische Änderung der Brennweite der Linse kompensiert wird. Aus US 5 410 563 A ist eine Anordnung bekannt, mit der ein Laserstrahl mittels einer Linse und einer Fresnellinse kollimiert wird.
Diffraktive Elemente und Fresnellinsen haben nachteiligerweise eine schlechte Effizienz. Außerdem können am diffraktiven Element Rückreflexionen auftreten, die den Laserresonator stören können.
Aus US 6 292 312 B1 sind athermalisierte Linsenhalter bekannt. Als Alternative zu bekannten Tubusanordnungen aus ineinander gesteckten Rohren unterschiedlicher Ausdehnung werden Elemente mit geneigtem Außenkegelmantel empfohlen. Solche Elemente können nichtlinear sein und eine Kompensation in einem eingeschränkten Temperaturbereich zulassen.
Aus EP 0 564 376 A1 ist eine athermalisierte Kollimation bekannt, bei der durch Hebelwirkung auf eine auf Festkörpergelenken gelagerte Biegeplatte die Wirkung eines Kompensationsrings verstärkt werden kann. Dazu sind komplizierte Festkörpergelenke erforderlich.
Aus GB 2 254 959 A ist die Athermalisierung einer Kollimationslinse eines Lasers mittels zweier ineinandergesteckter Hülsen mit unterschiedlicher thermischer Ausdehnung bekannt. Bei dieser Kompensation wird die Temperaturabhängigkeit der Laserwellenlänge vernachlässigt. Außerdem wird die thermische Ausdehnung des Gehäusematerials nicht berücksichtigt. Deshalb ist eine Kompensation nur in einem eingeschränkten Temperaturbereich möglich.
Aus EP 0 318 970 A1 ist ein Laserelement mit einem temperaturkompensierten Kollimator bekannt.
Aus US 4 861 137 A ist ein Linsenhalter mit Bimetallelementen bekannt, um die Temperaturabhängigkeit einer der Brennweite Plastelinse zu kompensieren.
Aus US 4 720 168 A ist bekannt, die Brennweite hinsichtlich der Wellenlängenabhängigkeit eines Lasers in Verbindung mit der Dispersion der Fokuslinse zu korrigieren.
Aus Ali H. Al-Hamdani and Raghad I.Ibrahim, Athermalization of Optical Systems in Infrared, International Journal of Current Engineering and Technology, Vol.5, No.5 3162-3165 (2015) ist bekannt, die Fokusebene mittels einer hinter der Fokusebene angeordneten Kombination von Elementen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten entlang der optischen Achse zu verschieben, um die Temperaturabhängigkeit der Linse zu kompensieren.
Aus US 5 283 695 A ist eine abbildende athermalisierte Laseroptik bekannt. Nachteilig ist, dass für dieses System eine Kollimationslinse und eine Fokuslinse benötigt werden.
Aus US 6 208 448 B1 ist ein optischer Scanner mit einer Laserlichtquelle bekannt. Zum Fokussieren des Laserstrahls werden mehrere Linsen verwendet.
Aus DE 10 2006 023 945 A1 ist ein Modul zum Auslesen eines Biochips mit einem LED Beleuchtungsmodul bekannt.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Vorrichtung zum Erzeugen einer in einen Fokus gebündelten Laserstrahlung anzugeben, welche über einen weiten Temperaturbereich betreibbar ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen einer in einen Fokus gebündelten Laserstrahlung ist kostengünstig herstellbar und über einen weiten Temperaturbereich betreibbar. Vorteilhaft ist, dass für die Vorrichtung nur eine einzige Linse aus einem Kunststoff benötigt wird. Es kann auf die Verwendung einer teuren Glaslinse oder achromatischen Linsenkombination verzichtet werden.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird gelöst durch eine kostengünstige Vorrichtung zum Erzeugen einer in einen Fokus gebündelten Laserstrahlung nach Anspruch 1, und die Verwendung nach Anspruch 9.
Beschreibung
Die Vorrichtung (1) zum Erzeugen einer in einen Fokus (9) gebündelten Laserstrahlung, umfasst

• eine Laserdiode (3) mit einer Zentralwellenlänge λund einer Temperaturabhängigkeit der Zentralwellenlänge $\frac{d λ}{d T},$
• eine Linse (8) mit einer Brennweite f, aus einem ersten Kunststoff mit einem Brechungsindex n, einer Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex $\frac{\partial n}{\partial λ},$
einer Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex $\frac{\partial n}{\partial T}$
und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α_L, wobei die Linse eine optische Abbildung der Laserstrahlung auf den Fokus (9) bewirkt und die optische Abbildung eine Gegenstandsweite S₁ aufweist,
• ein Gehäuse (11) aus einem zweiten Kunststoff mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α₂
• eine passive Verstelleinrichtung (12) mit einem effektiven thermischen Ausdehnungskoeffizienten α_v zum Verstellen der Gegenstandsweite S₁, wobei der effektive thermische Ausdehnungskoeffizient

α_{V} = \frac{s_{1}}{f} \cdot [α_{L} - \frac{1}{n - 1} \cdot (\frac{\partial n}{\partial λ} \cdot \frac{d λ}{d T} + \frac{\partial n}{\partial T})] + α_{2} \cdot (1 - \frac{s_{1}}{f})

Der Fokus kann, muß aber nicht, auf der optischen Achse liegen. Der Fokus kann im Sinne der geometrischen Strahlenoptik als ein Schnittpunkt der von der Linse gebeugten konvergenten Lichtstrahlen betrachtet werden. Bei wellenoptischer Betrachtung kann der Fokus eine Gaußsche Strahltaille, d.h. die Taille eines Gauß-Strahls, sein.
Der erste Kunststoff kann vorteilhaft ein transparenter Kunststoff, beispielsweise Polystyrol (PS), Polyethylenterephthalat (PET), Polyallyldiglycolcarbonat (PADC), Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA) ein Cyclo-Olefin-Polymer (COP) oder ein Kunstharz, z.B. Phenolharz, Harnstoffharz, Melaminharz, Polyesterharz oder Epoxidharz sein.
Der zweite Kunststoff kann vorteilhaft beispielsweise PS, PVC, PET, PADC, PC, PMMA, PEEK, PE, PP, COP, Polysulfon (PSU) oder ein Kunstharz, z.B. Phenolharz, Harnstoffharz, Melaminharz, Polyesterharz oder Epoxidharz sein. Der zweite Kunststoff kann mit Hilfe von Beimischungen, beispielsweise Kohlenstoff oder Farbstoff, lichtabsorbierend ausgestattet und/oder gefärbt sein. Ebenfalls vorteilhaft kann der zweite Kunststoff faserverstärkt sein.
Die Vorrichtung kann eine Transfermatrix M = M_s2M_LM_s1 aufweisen, wobei die Indices jeweils von 0 bis 1 laufen können. Dabei können $M_{s 2} = (\begin{matrix} 1 & s_{2} \\ 0 & 1 \end{matrix})$
die Transfermatrix des Freistrahls nach der Linse, $M_{s 1} = (\begin{matrix} 1 & s_{1} \\ 0 & 1 \end{matrix})$
die Transfermatrix des Freistrahls vor der Linse und $M_{L} = (\begin{matrix} 1 & 0 \\ - 1 / f & 1 \end{matrix})$
die Transfermatrix der Linse, hier angegeben in der üblichen Näherung einer dünnen Linse, sein. Die Bildweite s₂ kann die Temperaturabhängigkeit α₂ des Gehäusematerials aufweisen. Dass kann bedeuten, dass sich eine Sollposition des Fokus mit der thermischen Ausdehnung des Gehäuses entlang der optischen Achse verschiebt bzw. verschieben soll. Die Brennweite f der Linse kann von drei thermischen Einflussgrößen abhängig sein. Aufgrund des thermischen Ausdehnungskoeffizienten α_L kann sich bei Temperaturänderung die Form der Linse ändern, wobei sich die Brennweite ändert. Infolge der Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex $\frac{\partial n}{\partial T}$
kann sich die Brennweite ändern. Außerdem kann sich wegen der Temperaturabhängigkeit $\frac{d λ}{d T}$
mit der Temperaturänderung die Wellenlänge des Lasers, d.h. die Zentralwellenlänge der Laserstrahlung ändern. Aufgrund der Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex $\frac{\partial n}{\partial λ}$
der Linse kann sich somit ebenfalls die Brennweite der Linse ändern.
Entwickelt man die Transfermatrix in eine Reihe, erhält man in erster Ordnung $M (T) = M (T_{0}) + Δ T \cdot \frac{d}{d T} M$
mit einer Bezugstemperatur T₀ und einer Temperaturabweichung ΔT von der Bezugstemperatur. Die Ableitung der Transfermatrix ist $\frac{d}{d T} M = \frac{\partial M}{\partial s_{1}} \cdot \frac{d s_{1}}{d T} + \frac{\partial M}{\partial s_{2}} \cdot \frac{d s_{2}}{d T} + \frac{\partial M}{\partial f} \cdot f \cdot [\frac{- 1}{n - 1} \cdot (\frac{\partial n}{\partial T} + \frac{\partial n}{\partial λ} \cdot \frac{d λ}{d T}) + α_{L}]$
mit dem effektiven thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Verstelleinrichtung $\frac{d s_{1}}{d T} = α_{V}$
und $\frac{d s_{2}}{d T} = α_{2}$
Unter der Bedingung, dass der nullte Index des transformierten Strahlvektors in der Bildebene bei der Bezugstemperatur und beliebigen Winkeln φ eines Strahls gegen die optische Achse innerhalb einer Apertur des optischen Systems Null ist ${[M (T_{0}) \cdot (\begin{matrix} 0 \\ φ \end{matrix})]}_{0} = 0$
erhält man die Abbildungsbedingung bei der Bezugstemperatur $s_{2} (T_{0}) = \frac{s_{1} (T_{0})}{\frac{s_{1} (T_{0})}{f} - 1}$
Die Abbildungsbedingung soll ebenfalls bei einer abweichenden Temperatur gelten ${[M (T_{0} + Δ T) \cdot (\begin{matrix} 0 \\ φ \end{matrix})]}_{0} = 0$
und zwar in der dann verschobenen Abbildungsebene $s_{2} (T) = s_{2} (T_{0}) \cdot (1 + α_{2} \cdot Δ T)$
Dazu muss gelten ${[\frac{d}{d T} M \cdot (\begin{matrix} 0 \\ φ \end{matrix})]}_{0} = 0$
Die Berechnung des vorstehenden Ausdrucks führt auf den erforderlichen effektiven thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Verstelleinrichtung $α_{V} = \frac{s_{1}}{f} \cdot [α_{L} - \frac{1}{n - 1} \cdot (\frac{\partial n}{\partial λ} \cdot \frac{d λ}{d T} + \frac{\partial n}{\partial T})] + α_{2} \cdot (1 - \frac{s_{1}}{f})$
Dieser ist erfindungsgemäß vorzusehen.
Beispielsweise kann die Linse aus einem ersten Kunststoff PC bestehen mit α_L = 70 •10^-6/K, $n = 1.579, \frac{\partial n}{\partial T} = 107 \cdot 10^{- 6} / K und \frac{\partial n}{\partial λ} = - 0.07 / μ m$
. Die Linse kann eine Brennweite f=5mm aufweisen und es können einen Gegenstandsweite s₁ = 7 mm und eine Bildweite s₂ = 17,5 mm Das Gehäuse kann aus einem zweiten Kunststoff, einem geschwärzten PC mit α₂ = 70 • 10^-6/K bestehen. Die Laserdiode kann Wellenlänge von 650nm mit einer Temperaturabhängigkeit $\frac{d λ}{d T} = 0.30 n m / K$
aufweisen. In diesem Beispiel wäre erfindungsgemäß ein effektiver thermischer Ausdehnungskoeffizient der Verstelleinrichtung α_v = 380 • 10^-6/K vorzusehen.
Im Falle einer dicken Linse können die Gegenstandsweite s₁ und die Bildweite s₂ jeweils in bekannter Weise bezüglich der gegenstandsseitigen / bildseitigen Hauptebene der Linse angegeben werden. In der Näherung einer dünnen Linse kann eine gemeinsame Hauptebene angenommen werden, da die gegenstandsseitige und bildseitige Hauptebene annähernd zusammenfallen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einer vorteilhaften Ausführungsform dadurch gekennzeichnet sein, dass die optische Abbildung eine Bildweite s₂ aufweist, die größer ist als die fünffache Gegenstandsweite 5•s₁. Es kann sich also um eine vergrößernde Abbildung handeln. Erfindungsgemäß weist die optische Abbildung eine Bildweite s₂ auf, die kleiner ist als die zwanzigfache Gegenstandsweite 20-s₁. Die Bildweite kann beispielsweise zwischen 5mm und 25mm betragen.
Die Laserdiode kann vorteilhaft eine einmodige (single mode) Laserdiode sein. Sie kann eine Laserstrahlung mit einer Beugungsmaßzahl M² <1.3 emittieren. Die Laserdiode kann vorteilhaft aus einem Wellenlängenbereich zwischen 600nm und 800nm ausgewählt werden. Die Zentralwellenlänge der Laserdiode kann sich in Abhängigkeit von der Temperatur beispielsweise um 0,25...0,40 nm/K ändern. Die Laserstrahlung kann linear polarisiert sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft dadurch gekennzeichnet sein, dass der Fokus als eine bildseitige Strahltaille mit einer Beugungsmaßzahl M² <1.3 ausgebildet ist. Vorteilhaft kann die Linse als asphärische Linse ausgebildet sein. Sie kann eine oder zwei asphärische Flächen aufweisen. Dadurch kann die Beugungsmaßzahl der Laserdiode erhalten werden. Es kann sich um eine rotationssymmetrische Linse handeln. Alternativ kann auch eine astigmatische Linse verwendet werden. In diesem Fall kann der Strahlengang in einer Meridionalebene angegeben werden. Bei einer Zylinderlinse kann das die aktive Ebene sein. Allgemein kann man bei einer astigmatischen Linse die Meridionalebene mit der kürzesten Brennweite heranziehen. Die Laserdiode kann einen Astigmatismus aufweisen, welcher mit einer astigmatischen Linse korrigiert werden kann.
Der effektive thermische Ausdehnungskoeffizient der Verstelleinrichtung kann α_v > 100 µm/(m•K) betragen.
Die Verstelleinrichtung kann einen ersten Strecker mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α_a > 50 µm/(m•K) umfassen. Vorteilhaft kann der Ausdehnungskoeffizient des ersten Streckers größer sein als der thermische Ausdehnungskoeffizient α₂ des Gehäuses. Vorteilhaft kann die Länge l_a des ersten Streckers größer sein als die Gegenstandsweite s₁. Außerdem kann die Verstelleinrichtung einen dem ersten Strecker entgegenwirkenden zweiten Strecker (14) mit einem geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten α_b < α_a umfassen. Vorteilhaft kann α_b < 20µm/(m•K) sein. Der zweite Strecker kann eine Länge l_b aufweisen. Die Länge l_b kann um etwa die Strecke s₁, kürzer als die Länge l_a sein. Der erste Strecker kann aus dritten Kunststoff bestehen. Der zweite Strecker kann aus einem vierten Kunststoff, einem Glas, einer Keramik, beispielsweise Al₂O₃, ZrO oder einem Metall bestehen. Durch die Kombination beider Strecker kann ein thermischer Ausdehnungskoeffizient erreicht werden, welcher über dem des ersten Streckers liegt. Der effektive thermische Ausdehnungskoeffizient der Verstelleinrichtung kann $α_{V} = \frac{l_{a} \cdot α_{a} - l_{b} \cdot α_{b}}{s_{1}}$
betragen. Der erste Strecker und/oder der zweite Strecker können rohrförmig ausgebildet sein.
Der dritte Kunststoff kann vorteilhaft beispielsweise PS, PVC, PET, PADC, PC, PMMA, PEEK, PE, PP, PSU, COP oder ein Kunstharz, z.B. Phenolharz, Harnstoffharz, Melaminharz, Polyesterharz oder Epoxidharz sein. Der dritte Kunststoff kann mit Hilfe von Beimischungen, beispielsweise Kohlenstoff oder Farbstoff, lichtabsorbierend ausgestattet und/oder gefärbt sein.
Der vierte Kunststoff kann vorteilhaft beispielsweise Flüssigkristallpolymer (FKP; engl. liquid crystal polymer, LCP), PS, PVC, PET, PADC, PC, PMMA, PEEK, PE, PP, PSU COP oder ein Kunstharz, z.B. Phenolharz, Harnstoffharz, Melaminharz, Polyesterharz oder Epoxidharz sein. Der vierte Kunststoff kann mit Hilfe von Beimischungen, beispielsweise Kohlenstoff oder Farbstoff, lichtabsorbierend ausgestattet und/oder gefärbt sein. Ebenfalls vorteilhaft kann der vierte Kunststoff mit Fasern verstärkt und/oder mit Keramikpartikeln gefüllt sein. Auf diese Weise kann der thermische Ausdehnungskoeffizient α_b gegenüber dem Ausgangsmaterial herabgesetzt werden. Als Fasern können Aramid- Glas- oder Karbonfasern vorteilhaft sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in wenigstens einem Temperaturbereich von -40°C bis +85°C athermalisiert sein. Vorteilhaft kann der dritte Kunststoff eine Glastemperatur aufweisen, die über der Maximaltemperatur des angegebenen Temperaturbereichs liegt. Besonders vorteilhaft können auch der erste und der zweite Kunststoff eine Glastemperatur aufweisen, die über der Maximaltemperatur des angegebenen Temperaturbereichs liegt.
Vorteilhaft kann Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) zum Beleuchten einer Probe zwecks Durchführung einer Messung einer physikalischen oder technischen Größe sein. Die zu messende Größe kann beispielsweise die Drehung der Polarisationsebene des Lichts, die Absorption einer Probe bei einer bestimmten Lichtwellenlänge, die Streuung des Lichts an Inhomogenitäten oder in der Probe enthaltenen Partikeln, die Partikelgröße oder -anzahl in einer Probe, oder die Intensität einer Fluoreszenzstrahlung einer Probe sein.
Die Figuren zeigen Folgendes:

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel.

Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel. Die dargestellte Vorrichtung (1) zum Erzeugen einer in einen Fokus (9) gebündelten Laserstrahlung, umfasst

• eine Laserdiode (3) mit einer Zentralwellenlänge λ und einer Temperaturabhängigkeit der Zentralwellenlänge $\frac{d λ}{d T},$
• eine Linse (8) mit einer Brennweite f, aus einem ersten Kunststoff mit einem Brechungsindex n, einer Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex $\frac{\partial n}{\partial λ},$
einer Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex $\frac{\partial n}{\partial T}$
und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α_L, wobei die Linse eine optische Abbildung der Laserstrahlung auf den Fokus (9) bewirkt und die optische Abbildung eine Gegenstandsweite s₁ aufweist,
• ein Gehäuse (11) aus einem zweiten Kunststoff mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α₂
• eine passive Verstelleinrichtung (12) mit einem effektiven thermischen Ausdehnungskoeffizienten α_v zum Verstellen der Gegenstandsweite s₁, wobei der effektive thermische Ausdehnungskoeffizient

α_{V} = \frac{s_{1}}{f} \cdot [α_{L} - \frac{1}{n - 1} \cdot (\frac{\partial n}{\partial λ} \cdot \frac{d λ}{d T} + \frac{\partial n}{\partial T})] + α_{2} \cdot (1 - \frac{s_{1}}{f})

Die Vorrichtung hat eine optische Achse 2. Die Laserdiode umfasst ein Laserdiodengehäuse 4, in welchem ein Laserdiodenchip 5 angeordnet ist. Frontseitig ist das Laserdiodengehäuse 4 mit einem Fenster ausgestattet, aus dem die Laserstrahlung 7 austritt. Die elektrische Kontaktierung der Laserdiode erfolgt mittels Kontaktpins 6. Die Laserdiode emittiert ein Strahlenbündel 7, welches mittels der Linse 8 in einen Fokus 9 gebündelt wird. Der Fokus ist in der Abbildung als Gaußsche Strahltaille dargestellt. Der Fokus befindet sich in einem Messvolumen 10, welches als eine Messkammer ausgebildet sein kann, die mit dem Gehäuse 11 verbunden bzw. in dieses integriert ist.
Außerdem ist eine Verstelleinrichtung (12) vorhanden, die einen ersten Strecker (13) mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α_a > 50 µm/(m•K) und einen dem ersten Strecker entgegenwirkenden zweiten Strecker (14) mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α_b < 20µm/(m•K) umfasst. Der erste Strecker besteht aus einem dritten Kunststoff.
Das Messvolumen 10 kann zur Aufnahme einer Probe zwecks Durchführung einer Messung einer physikalischen oder technischen Größe vorgesehen sein. Die zu messende Größe kann beispielsweise die Drehung der Polarisationsebene des Lichts, die Absorption der Probe bei einer bestimmten Lichtwellenlänge, die Streuung des Lichts an Inhomogenitäten oder in der Probe enthaltenen Partikeln, die Partikelgröße oder -anzahl in der Probe, oder die Intensität einer Fluoreszenzstrahlung der Probe sein. Die zu messende Lichtstreuung kann eine klassische Streuung, Mie-Streuung oder Rayleigh-Streuung sein.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum Erzeugen einer in einen Fokus gebündelten Laserstrahlung
2: Optische Achse
3: Laserdiode
4: Laserdiodengehäuse
5: Laserdiodenchip
6: Elektrischer Kontakt
7: Strahlenbündel
8: Linse
9: Fokus
10: Messvolumen
11: Gehäuse
12: Verstelleinrichtung
13: Erster Strecker
14: Zweiter Strecker

Claims

Vorrichtung (1) zum Erzeugen einer in einen Fokus (9) gebündelten Laserstrahlung, umfassend • eine Laserdiode (3) mit einer Zentralwellenlänge λ und einer Temperaturabhängigkeit der Zentralwellenlänge $\frac{d λ}{d T},$
• eine Linse (8) mit einer Brennweite f, aus einem ersten Kunststoff mit einem Brechungsindex n, einer Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex $\frac{\partial n}{\partial λ},$
einer Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex $\frac{\partial n}{\partial T}$
und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α_L, wobei die Linse eine optische Abbildung der Laserstrahlung auf den Fokus (9) bewirkt und die optische Abbildung eine Gegenstandsweite s₁ aufweist, und die optische Abbildung eine Bildweite s₂ aufweist, die kleiner ist als die zwanzigfache Gegenstandsweite 20_•s₁ • ein Gehäuse (11) aus einem zweiten Kunststoff mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α₂ • eine passive Verstelleinrichtung (12) mit einem effektiven thermischen Ausdehnungskoeffizienten α_v zum Verstellen der Gegenstandsweite s₁, wobei der effektive thermische Ausdehnungskoeffizient $α_{V} = \frac{s_{1}}{f} \cdot [α_{L} - \frac{1}{n - 1} \cdot (\frac{\partial n}{\partial λ} \cdot \frac{d λ}{d T} + \frac{\partial n}{\partial T})] + α_{2} \cdot (1 - \frac{s_{1}}{f}) beträgt .$
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildweite s₂ größer ist als die fünffache Gegenstandsweite 5•s₁.
Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdiode (3) eine Laserstrahlung mit einer Beugungsmaßzahl M² <1.3 emittiert.
Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fokus (9) als eine bildseitige Strahltaille mit einer Beugungsmaßzahl M² <1.3 ausgebildet ist und/oder dass die Linse (8) als asphärische Linse ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der effektive thermische Ausdehnungskoeffizient der Verstelleinrichtung α_v > 100 µm/(m•K) beträgt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (12) einen ersten Strecker (13) mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α_a > 50 µm /(m•K) und einen dem ersten Strecker entgegenwirkenden zweiten Strecker (14) mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α_b < 20µm/(m•K) aufweist und dass der erste Strecker aus einem dritten Kunststoff besteht.
Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese in wenigstens einem Temperaturbereich von -40°C bis +85°C athermalisiert ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass der dritte Kunststoff eine Glastemperatur aufweist, die über dem Temperaturbereich liegt.
Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche zum Beleuchten einer Probe zwecks Durchführung einer Messung einer physikalischen oder technischen Größe.