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F-Theta Objektive für die Lasermaterialbearbeitung

Leistungsfähige und robuste Objektive für die hohen Ansprüche an ein Strahlenführungssystem

Laser sind optimale Werkzeuge, um Materialien schnell und effizient zu bearbeiten – zum Beispiel um zu schneiden, zu markieren, zu gravieren, zu bohren oder zu strukturieren. Je nach Einsatzbereich und Laserart kommen leistungsstarke F-Theta Objektive zur Anwendung. Diese stehen für optimale Strahlqualität, hohe Präzision und robustes Design.

Jenoptik F-Theta Objektive

Für die Mikromaterialbearbeitung mit mittleren und hohen Laserleistungen hat Jenoptik die F-Theta-Objektive JENar® entwickelt. Sie sind für Wellenlängen von 355 bis 1080 nm erhältlich. Für Anwendungen mit High-Power- und Kurzpuls-Lasern wählen Sie die Vollquarz-Objektive der F-Theta-Objektivreihe. Sie sind für Wellenlängen von 266 bis 1100 nm erhältlich. Mit der neuen JENar® APTAlineTM-Serie bietet Jenoptik F-Theta Objektive, die optimal auf die Kundenanforderungen zugeschnitten sind. Die High-Power Objektive aus Quarzglas bieten eine kostenoptimierte Alternative für anspruchsvolle Anwendungen, bei denen es auf Zuverlässigkeit, Serienstabilität und Langlebigkeit ankommt. Sie sind mit Wellenlängen von 355 bis 1080 nm erhältlich.

Vorteile

Extrem langlebig

Durch spezielle kontaminationsarme Fassungstechnologien, Verzicht auf Kleber und Schmiermittel und Montage im zertifizierten Reinraum.

Hochpräzise

Dank leistungsstarken Optik-Design

Flexibel

Schnell und einfach in jedes beliebige bereits vorhandene System zu integrieren.

Kundenspezifisch

Als Standardauswahl oder angepasst an Ihre individuellen Wünsche erhältlich.

Effizient

FEM-Analysen von optischen Baugruppen in Bezug auf thermischen und mechanischen Stress sparen Geld.

Serienstabil

Durch 100-prozentige Prüfung gewährleisten wir eine Austauschbarkeit im Feld.​

Standard F-Theta Objektive JENar®

F-Theta Objektive JENar® für Wellenlängen von 355 bis 1080 nm

F-Theta objective lenses, standard group
Die F-Theta Objektive JENar® eignen sich besonders für den Einsatz in der Mikromaterialbearbeitung insbesondere zur Mikrostrukturierung oder zum Markieren und Beschriften verschiedener Materialien.

Die JENar® Reihe kommt bei Laserwellenlängen im UV, VIS oder IR-Bereich zum Einsatz. Zudem sind sie für Wellenlängen von 355 bis 1080 nm erhältlich. Die Standard-Objektive werden inklusive Schutzglas geliefert und sind besonders langlebig.

Sie lassen sich mit Hilfe der verfügbaren STEP-Dateien schnell und einfach in jedes beliebige System integrieren. Jedes Objektiv durchläuft eine standardisierte applikationsnahe Prüfung. Auf diese Weise kann über die Serienproduktion eine hohe Konstanz der optischen Eigenschaften gewährleistet werden. Damit ist ein Austausch der Objektive ein Leichtes und Kunden profitieren von einer erhöhten Life-Cycle-Stabilität.
Technische Daten und Downloads
Objektive-BezeichnungBestell-NummerWellenlängeDatenblattStep-DateiZemax-Datei Rückreflexgraphen
JENar® 53-355-24
017700-401-26
355 nmDB*-401-26STP*-401-26ZIP*-401-26PDF*-401-26
JENar® 102-515...540-75017700-202-26515...540 nmDB*-202-26STP*-202-26ZIP*-202-26PDF*-202-26
JENar® 108-515...540-75017700-203-26515...540 nmDB*-203-26STP*-203-26ZIP*-203-26PDF*-203-26
JENar® 100-515...540-90017700-209-26515...540 nmDB*-209-26STP*-209-26ZIP*-209-26PDF*-209-26
JENar® 170-515...540-160017700-206-26515...540 nmDB*-206-26STP*-206-26ZIP*-206-26PDF*-206-26
JENar® 255-515...540-233017700-205-26515...540 nmDB*-205-26STP*-205-26ZIP*-205-26PDF*-205-26
JENar® 330-515...540-347017700-208-26515...540 nmDB*-208-26STP*-208-26ZIP*-208-26PDF*-208-26
JENar® 420-515...540-420017700-207-26515...540 nmDB*-207-26STP*-207-26ZIP*-207-26PDF*-207-26
JENar® 100-1030...1080-93017700-024-261030...1080 nmDB*-024-26STP*-024-26ZIP*-024-26PDF*-024-26
JENar® 125-1030...1080-80017700-003-261030...1080 nmDB*-003-26STP*-003-26ZIP*-003-26PDF*-003-26
JENar® 125-1030...1080-80 + VIS1)601926 1030...1080 nmDB 601926STP 601926ZIP 601926PDF 601926
JENar® 160-1030...1080-170
017700-019-261030...1080 nmDB*-019-26STP*-019-26ZIP*-019-26PDF*-019-26
JENar® 160-1030...1080-170 + VIS1)6019141030...1080 nmDB 601914STP 601914ZIP 601914PDF 601914
JENar® 170-1030...1080-170017700-018-261030...1080 nmDB*-018-26STP*-018-26ZIP*-018-26PDF*-018-26
JENar® 255-1030...1080-239017700-017-26 1030...1080 nmDB*-017-26STP*-017-26ZIP*-017-26PDF*-017-26
JENar® 255-1030...1080-239 + VIS1)601948 1030...1080 nmDB 601948STP 601948ZIP 601948PDF 601948
JENar® 350-1030...1080-452
017700-009-261030...1080 nmDB*-009-26STP*-009-26ZIP*-009-26
PDF*-009-26
JENar® 347-1030...1080-354
017700-022-261030...1080 nm
DB*-022-26STP*-022-26ZIP*-022-26
PDF*-022-26
JENar® 347-1030...1080-355
6096611030...1080 nmDB* 609661STP* 609661ZIP* 609661PDF 609661
JENar® 420-1030...1080-420
017700-021-261030...1080 nmDB*-021-26STP*-021-26ZIP*-021-26PDF*-021-26

Optimiert für die Mikromaterialbearbeitung

High-Quality F-Theta Objektive von Jenoptik liefern hochpräzise und kontinuierlich zuverlässige Ergebnisse – egal ob in Standardanwendungen oder bei besonders fordernden Laseraufgaben.
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High-Power F-Theta Objektive JENar® APTAline™

F-Theta Objektive JENar® APTAline® für Wellenlängen von 355 nm bis 1080 nm

F-Theta JENar APTAline lens

Mit der neuen JENar® APTAline® Reihe bietet Jenoptik F-Theta Objektive, die optimal auf Kundenanforderungen zugeschnitten sind. Damit wird auf die sich stetig ändernde Bedarfe am Markt reagiert und mit der neuen F-Theta Reihe die Applikationsbreite erhöht.

Die Mid-Power Objektive aus Quarzglas bieten eine kostenoptimierte Alternative für anspruchsvollen Anwendungen, bei denen Zuverlässigkeit, Serienstabilität und Langlebigkeit zählen. Sie sind mit den Wellenlängen 355 nm und 1030...1080 nm erhältlich. Die APTAline® Objektive basieren auf dem bewährten Mechanik- sowie Optik-Design und unterliegen den gleichen hohen Qualitätsstandards wie bestehende F-Theta-Produkte.

Technische Daten und Downloads
Objektiv-BezeichnungBestell-NummerWellenlängeDatenblattStep-DateiZemax-DateiRückreflexgraphen
JENar®APTAline® 160-1030...1080-110-AL |160 mm689620*1030...1080 nmDB 689620STP 689620ZIP 689620PDF 689620
JENar®APTAline® 160-1030...1080-110-AL | 255 mm689622*1030...1080 nmDB 689622STP 689622ZIP 689622PDF 689622
JENar®APTAline® 160-1030...1080-110-AL | 161 mm679781*355 nmDB 679781STP 679781ZIP 679781PDF 679781
*available soon; please contact us for delivery time information

Immer mit einem Auge am Markt

Durch die Nähe zum Kunden, zum Markt und zu den Anwendungen hat Jenoptik sein Produktportfolio in der Lasermaterialbearbeitung an deren Anforderungen ausgerichtet und erweitert.​
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High-Power F-Theta Objektive JENar® Silverline®

F-Theta Objektive JENar® ​Silverline® für Wellenlängen von 355 bis 1080 nm

New Silverline group of F-Theta objective lenses from Jenoptik

Silverline® F-Theta Objektive von Jenoptik wurden speziell für Anwendungen mit High-Power-Lasern und Kurzzeitpulsen entwickelt. Dabei handelt es sich um extrem niedrig absorbierende Vollquarz-Objektive für besonders hohe Laserleistungen. Sie sind für Anwendungen von 266 nm, 355 nm, 1030…1080 nm oder 900…1100 nm erhältlich.

Die Objektive sind beugungsbegrenzt und zeichnen sich durch eine hohe Abbildungsqualität aus. Außerdem bieten sie eine deutlich höhere Zerstörschwelle und eine hohe Spotkonstanz über den gesamten Scanbereich. Bei Strahlleistungen bis zu vier Kilowatt kommen die Silverline® Objektive ohne aktive Kühlung aus. Sie garantieren eine minimale Brennpunktverschiebung bei Lasern mit hohen Leistungen.

Das Silverline® F-Theta Objektiv 170-355-140 deckt den Bereich um 355 nm ab. Es weist einen geringen maximalen Telezentriewinkel von nur 4,9 Grad und eine sehr homogene Spotgrößenverteilung über das Arbeitsfeld von 100 x 100 Millimetern auf. Dieses große Bearbeitungsfeld in Kombination mit der beugungsbegrenzten Abbildungsqualität ermöglicht einen erhöhten Durchsatz im Vergleich zu herkömmlichen Objektiven. Die hierfür notwendige Präzision wird unter anderem durch eine innovative, patentierte Fassungstechnologie gewährleistet.

Technische Daten und Downloads
Objektiv-BezeichnungBestell-NummerWellenlängeDatenblattStep-DateiZemax-DateiRückreflexgraphen
JENar® Silverline® 160-1030...1080-110017700-025-261030...1080 nmDB*-025-26STP*-025-26ZIP*-025-26PDF*-025-26
JENar® Silverline® 161-1030...1080-71 - NEW660149
1030...1080 nm
DB 660149STP 660149ZIP 660149 PDF 660149
JENar® Silverline® 255-1030...1080-160017700-026-261030...1080 nm DB*-026-26STP*-026-26ZIP*-026-26PDF*-026-26
JENar® Silverline® 423-1030...1080-3606091201030...1080 nm DB 609120STP 609120ZIP 609120PDF 609120
JENar® Silverline® 160-900...1100-1101)601787900...1100 nmDB 601787STP 601787ZIP 601787PDF 601787
JENar® Silverline® 255-900...1100-1601)601804900...1100 nmDB 601804STP 601804ZIP 601804PDF 601804
JENar® Silverline® 423-900...1100-3601)628951900...1100 nmDB 628951STP 628951ZIP 628951PDF 628951
JENar® Silverline® 115-515...540-71624103515...540 nm
DB 624103 STP 624103ZIP 624103PDF 624103
JENar® Silverline® 163-515...540-92 - NEW659612515...540 nmDB 659612STP 659612ZIP 659612PDF 659612
JENar® Silverline® 55-355-21605678355 nmDB 605678STP 605678ZIP 605678PDF 605678
JENar® Silverline® 103-355-71017700-402-26355 nmDB*-402-26STP*-402-26ZIP*-402-26PDF*-402-26
JENar® Silverline® 125-355-75628956355 nmDB 628956STP 628956ZIP 628956PDF 628956
JENar® Silverline® 510-355-431017700-405-26355 nmDB*-405-26STP*-405-26ZIP*-405-26PDF*-405-26
JENar® Silverline® 255-355-240017700-406-26355 nmDB*-406-26STP*-406-26ZIP*-406-26PDF*-406-26
JENar® Silverline® 170-355-140586840355 nmDB 586840STP 586840ZIP 586840PDF 586840
JENar® Silverline® 103-266-71017700-601-26266 nmDB*-601-26STP*-601-26ZIP*-601-26PDF*-601-26

Zusätzliche Infos zu den F-Theta Objektive

Grundlagen-Wissen des F-Theta Objektives

Scanfeld

Bei Verwendung eines galvanischen 2D-Scanners, Änderung der Spiegelwinkel bewegt den Laserpunkt über das Werkstück. Die F-Theta Gläser der Jenoptik sind dann optimiert für ein quadratisches Scanfeld, in dem die Diagonale dieses Quadrats wird als Scanfelddiagonale bezeichnet.

Anwendungsrelevanz

Wenn die Galvanometerspiegel um mehr als die Winkel, die der quadratischen Scanfeldfläche entsprechen, zwei Haupteffekte angezeigt. Erstens verschlechtert sich die optische Leistung oberhalb der Beugungsgrenze und zweitens kann der Laserstrahl in das Objektiv eingeklemmt werden. (Sehen Sie Beam-Clipping)

F-Theta Objektive

Die F-Theta-Objektive von Jenoptik sind auf die Anforderungen der Lasermaterialbearbeitung optimiert. Sie realisieren gleichmäßige Brennebenen über den gesamten Scanbereich unabhängig vom Scanwinkel. Sie sind einerseits auf eine exzellente optische Leistung ausgelegt, die sich in geringer Bildfeldwölbung, geringer Verzeichnung und beugungsbegrenzten Fokusgrößen äußert. Zum anderen realisieren F-Theta-Objektive eine lineare Abhängigkeit zwischen dem Winkel Θ des einfallenden Laserstrahls und der Bildhöhe h des fokussierten Flecks auf dem Werkstück. Der Proportionalitätsfaktor ist die Brennweite f. Diese Beziehung wird mathematisch als h = f Θ ausgedrückt, was diesen speziellen Objektiven ihren Namen F-Theta gibt.

Anwendungsrelevanz

Während die Vorzüge einer guten optischen Leistung leicht zu erkennen sind, sind die Vorteile der F-Theta-Relation subtiler und am besten zu verstehen, wenn man Polygonscanner betrachtet. Diese Scanner rotieren mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit bei sehr hohen Scangeschwindigkeiten für eine dynamische Verarbeitung. Wäre beispielsweise die Bildhöhe proportional zum Tangens von Θ, dann würde die Geschwindigkeit des Flecks auf dem Werkstück bei höheren Winkeln zunehmen und damit die im Material deponierte Energie abnehmen, was möglicherweise zu einer inhomogenen Anwendungsleistung führen würde. Da das F-Theta-Objektiv die konstante Winkelgeschwindigkeit des Polygons in eine konstante Geschwindigkeit des Flecks auf dem Werkstück umsetzt, entfällt dieses Problem. F-Theta-Objektive können für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mit sehr zuverlässiger Qualität verwendet werden. Dies ermöglicht eine höchst effiziente Lasermaterialbearbeitung.

Brennweite

In der theoretischen Nomenklatur ist die Brennweite der Abstand von der zweiten Kardinalebene zum paraxialen Brennpunkt des Objektivs. Das heißt, wenn man das Objektiv als eine Linse mit verschwindender Länge darstellen würde, dann wäre der Abstand von dieser idealen Linse zum Brennpunkt die Brennweite.

Anwendungsrelevanz

Aus der F-Theta-Relation h = f * theta ergibt sich, dass die Bildhöhe die Bildhöhe proportional zur Brennweite, d.h. wenn man den Anwendungsbereich vergrößern will, kann man Objektive mit größerer Brennweite verwenden. Will man jedoch die gleiche Bildpunktgröße beibehalten, so müsste man nach der Definition der Fokusgröße auch die Größe des Lasereingangsstrahls vergrößern. Eine weitere Eigenschaft ist der Abstand zwischen Objektiv und Werkstück. Wenn dieser vergrößert werden muss, ist in der Regel eine Vergrößerung der Brennweite erforderlich (siehe auch hinterer Arbeitsabstand).

Scan-Winkel

Der maximale volle diagonale Scanwinkel entspricht der Scanfelddiagonale, d.h. die Verwendung des Objektivs mit Winkeln oberhalb dieses Maximalwinkels führt zu Beschneidung des Strahls.

Anwendungsrelevanz

Aus der F-Theta-Beziehung geht hervor, dass eine Vergrößerung der Feldgröße auch durch die Verwendung größerer Scanwinkel erreicht werden kann. Dies hätte den Vorteil, dass die Strahlgröße gleich bliebe. Große Abtastwinkel stellen jedoch eine erhebliche Komplikation für das Design von kostengünstigen F-Theta-Objektiven.

Durchmesser des Eingangsstrahls

Zur Kontrolle des Streulichts und zur Verringerung der erforderlichen Größe der optischen Elemente in Anwendungen der Lasermaterialbearbeitung zu reduzieren, wird der eingehende Gauß-Laserstrahl in der Regel an dem Durchmesser abgeschnitten, an dem die Intensität auf 1/e² des Maximalwerts gesunken ist. Die Linsen sind so konstruiert, dass diese Strahlen durch das Objektiv gehen, ohne irgendwo abgeschnitten zu werden.

Anwendungsbezug

Der Eingangsstrahldurchmesser wirkt sich über das Spotgrößenverhältnis unmittelbar und antiproportional auf die Spotgröße und damit auf die Intensitätsverteilung im Bearbeitungsbereich aus. Größere Strahldurchmesser führen zu kleineren Spotgrößen und umgekehrt. Die Verwendung von Strahlen mit Durchmessern oberhalb der maximal zulässigen Strahlgröße führt zu einer Begrenzung des Strahls an den Rändern des Feldes. Dies bewirkt eine nicht ideale Intensitätsverteilung und führt zu einer geringeren Bearbeitungsqualität (siehe Strahlabschneidung).

Fokusgröße

Bei der Fokussierung von Licht kann die Spotgröße σ die Beugungsgrenze nicht überschreiten, d. h. die Größe des Lichtflecks hängt nicht mehr von den Abbildungsfehlern der Linse ab sondern nur noch von den physikalischen Eigenschaften Wellenlänge λ, dem Eingangsstrahldurchmesser Ø und der Brennweite f ab. Was den Eingangsstrahldurchmesser des Lasers betrifft, so ist es ist es üblich, die Fokusgröße als den Durchmesser zu definieren, bei dem die Intensität auf 1/e² der maximalen Intensität in der Spotmitte abfällt. Für Eingangsstrahlen, die wie in Eingangsstrahldurchmesser" definiert sind, ist die Fokusgröße gegeben als σ = 1,83 λ f /.

Anwendungsrelevanz

Eine Verringerung der Fokusgröße verringert sofort z. B. die Strukturgrößen der geschriebenen Muster. Sie erhöht auch die maximale Intensität in der Mitte des Spots und hebt ihn damit über die Anwendungsschwelle eines bestimmten Materials. Liegt die Intensität jedoch weit über der Anwendungsschwelle, wird die für die Anwendung nicht benötigte Energie nicht benötigte Energie im Material deponiert, was zu unterschiedlichen, nicht kontrollierbaren Nebenwirkungen, die möglicherweise die Leistung der Anwendung beeinträchtigen. Daher muss der Anwender die optimale Fokusgröße für die jeweilige Anwendung finden.

Begrenzung des Laserstrahls (Beam-clipping)

Wenn der Strahldurchmesser des ankommenden Laserstrahls zu groß ist oder der Scan Scan-Winkel über dem maximal zulässigen Winkel liegt, können Teile des Laserstrahls Teile des Laserstrahls beim Durchgang durch das Objektiv auf mechanische Teile treffen. Dies wird als als Begrenzung des Laserstrahls verstanden.

Anwendungsrelevanz

Ein Laserstrahl, der im Objektiv abgeschnitten wird erzeugt unerwünschtes Streulicht und kann außerdem das Objektiv erwärmen was zu einer thermischen Fokusverschiebung und sogar zur Zerstörung des Objektivs führen kann. Alle JENar® Standard- und Silverline® Objektive sind so konstruiert, dass keine Strahlenbegrenzung auftritt wenn sie mit dem auf den Datenblättern beschriebenen Scanneraufbau verwendet werden.

Arbeitsabstand

Während die Brennweite ein eher theoretisches Konstrukt ist, beschreibt den Arbeitsabstand den realen Abstand zwischen dem Ende des Objektivs (der Rand, der dem Werkstück am nächsten ist) und dem Werkstück.

Anwendungsrelevanz

Der hintere Arbeitsabstand beschreibt, wie viel Freiraum zwischen Werkstück und Objektiv vorhanden ist. Da Brennweite und hinterer Arbeitsabstand eng zusammenhängen, ist in der Regel ein größerer Freiraum zwischen Werkstück und Objektiv erforderlich.

Telezentrizität

Telezentrizität beschreibt den Winkel des Schwerpunkts des Laserstrahls am Kante des Scanfeldes, z. B. wie stark der gesamte Strahl geneigt ist bezüglich der optischen Achse.

Anwendungsrelevanz

Telezentrische Linsen weisen in der Regel eine homogenere Fokusgrößenverteilung über das gesamte Feld auf. Darüber hinaus sind telezentrische Linsen sind „maßstabserhaltender“, wenn das Werkstück defokussiert wird. Wird z.B. das Werkstück von der Linse wegbewegt, aber die Neigung von der Laserstrahl verschwindet, ändert sich die Punktposition nicht. Dies ist beispielsweise bei Bohranwendungen wichtig. Eine unmittelbare Folge von ein kleine Telezentrizitätswinkel besteht darin, dass die Linsen etwa den gleichen Durchmesser als Felddiagonale. Daher werden telezentrische Linsen in der Regel teurer als nicht-telezentrische.

Scannergeometrie

Telezentrizität beschreibt den Winkel des Schwerpunkts des Laserstrahls am Kante des Die Geometrie eines 2D-galvanometrischen Scanners ist für die Design einer effizienten Linse. Da die beiden Scanspiegel eine bestimmte um Kollisionen zu vermeiden, wird die Anwendungsleistung nicht rotationssymmetrisch, sondern weisen stattdessen eine zweifache Spiegelsymmetrie auf in X und Y.

Der Abstand zwischen den Spiegeln wird durch den Parameter a1 vorgegeben. Der Abstand vom zweiten Spiegel zum Flansch des Objektivs wird beschrieben über Parameter a2.

Die Trennung von Spiegeln macht das physikalische Konzept einer Pupille unzulässig. Daher definiert man eine effektive Pupille als in einer mittig zwischen den beiden Spiegeln. Das Nichtvorhandensein eines echten Schülers hat auch zur Folge, dass ein Das 2D-galvanometrische Scansystem kann nicht perfekt telezentrisch sein.

Anwendungsrelevanz

Verschiedene optische Eigenschaften eines bestehenden F-Theta Linse kann durch Änderung der Scannergeometrie modifiziert werden. Aber Vorsicht ist geboten: damit der Laserstrahl nicht irgendwo im Objektiv abgeschnitten wird. Zum Beispiel die Vergrößerung des Abstands zwischen objektiver und effektiver Pupille ändert den Telezentrizitätswinkel (in der Regel verringert er ihn). Aber: Beschneiden des maximalen Scanwinkels und damit der maximalen Feldgröße, reduziert werden.

Schadensschwelle LIDT 

Die laserinduzierte Schadensschwelle (LIDT) beschreibt die Laserintensität (oder -fluenz), ab der eine Beschädigung der Linsen auftritt. Dieser Schwellenwert hängt von mehreren Parametern wie Wellenlänge und Pulsdauer ab und umfasst verschiedene physikalische Phänomene. Bei CW und langen Impulsen (> 10 ns) ist das Hauptproblem die Akkumulation von Energie im Material und das anschließende Schmelzen und Verdampfen. Bei ultrakurzen Pulsen (< 10 ps) sind dagegen nichtthermische Prozesse wie Lawinenionisierung und Coulomb-Explosion dominierende Schadensursachen. Diese Vielfalt an unterschiedlichen Verfahren macht eine analytische Beschreibung sehr schwierig und für industrielle Zwecke erscheint es ratsam, Beschichtungen und Materialien zu testen und phänomenologische Beschreibungen abzuleiten.

Jenoptik testete seine Standardbeschichtungen und -werkstoffe für die gängigsten Anwendungsparameter und drückte die impulsdauerabhängige Schädigungsschwellenfluenz im Sinne eines Leistungsgesetzes der Pulsdauer aus die Pulsdauer τ. = c * ∞ ^ p

Die Parameter c und p dieses Gesetzes sind wellenlängenabhängig. Darüber hinaus hängt die tatsächliche Schadensschwelle des Systems entscheidend von mehreren äußeren Einflüssen ab, wie z. B. angemessene Lagerung, Handhabung und Reinigung. Unsachgemäße Pflege der optischen Systeme reduziert die Schadensschwelle und führt zum Erlöschen der Garantie. Aufgrund unterschiedlicher Intensitäten im Inneren des optischen Systems kann die Schadensschwelle des Systems von der Schadensschwelle der Einzelelementbeschichtung abweichen.

Anwendungsrelevanz

Die Möglichkeit, mehr Energie pro Zeit durch ein optisches System zu leiten, ermöglicht ein schnelleres Scannen und damit einen höheren Durchsatz.

Rückreflexen

Trotz Antireflexbeschichtungen in höchster Qualität auf unseren optischen Komponenten kann es zu einer geringen Restreflexion kommen, die Strahlengänge verursacht, die sich auf andere optische Komponenten konzentrieren können. Dadurch und je nach Laserleistung kann das betroffene Bauteil seine Eigenschaften verändern oder – bei extremer Ausleuchtung – beschädigt werden.

Jenoptik berücksichtigt diese Effekte daher besonders in der Konstruktionsphase von F-Theta-Objektiven und Strahlexpandern. Das optische Design ist optimiert, um Fokusebenen reflektierter Strahlengänge außerhalb optischer Komponenten und Scanner zu platzieren.

Bei unterschiedlichen optischen Aufbauten, z. B.

  • Inklusive zusätzlicher Deckgläser
  • Abweichende Deckglasmontage
  • Divergierende oder konvergente Strahlengänge
  • Verwendung von Linsen mit anderen Scansystemen
  • Unterschiedliche Abstände zwischen Scansystem und Linsen
  • Reflexe durch Werkstücke (z.B. Brillen ohne Antireflexbeschichtung) können sich die Positionen der Rückreflexionen verändern und Schäden an optischen Komponenten oder Scanspiegeln verursachen.

Um diese Auswirkungen zu vermeiden und zuverlässige Betriebsbedingungen zu gewährleisten, bitten wir Sie, sich mit uns in Verbindung zu setzen, um Ihr System abzustimmen.

Thermische Fokusverschiebung

Wenn sich die Temperatur eines optischen Materials ändert, ändern sich die entsprechende Form und der Brechungsindex. Diese beiden Effekte verändern die optischen Eigenschaften des Systems, hauptsächlich die Fokusposition. Diese Positionsänderung wird als thermische Fokusverschiebung bezeichnet. Ein Objektiv kann optimiert werden, um einer globalen homogenen Temperaturänderung standzuhalten (aufgrund von Schwankungen der Raumtemperatur und ausreichender Entspannungszeit), z. B. durch den Einsatz temperaturabhängiger Abstandhalter. Bei Verwendung mit einem Hochleistungslaser wird die Temperaturverteilung über die Linsenelemente jedoch inhomogen und hängt auch vom Scanmuster ab. Die einzige Möglichkeit, Objektive unempfindlich gegenüber diesen Effekten zu machen, besteht darin, die Temperaturänderung zu reduzieren, zum Beispiel die Absorption in Linsen und Beschichtungsmaterial zu reduzieren.

Die induzierten thermischen Fokusverschiebungen für Top-Hat- (Δz_T) und Gauss-Intensitätsverteilungen (Δz_G) können analytisch berechnet werden. P_0 ist die Eingangsleistung des Lasers. f ist die Brennweite der Linse. Die Summe ist dann über alle optischen Elemente im System verteilt, angezeigt durch den Index i. n_i und dn/dT_i beschreiben den Brechungsindex und seine thermische Ableitung. alpha_i ist der Wärmeausdehnungskoeffizient, lambda_i ist der Wärmeleitkoeffizient, A_i und B_i beschreiben die Absorptionskoeffizienten von Beschichtung bzw. Material. d_i ist die Dicke des Elements und phi_i ist der Durchmesser des Laserstrahls auf Element i.

Für Hochleistungsanwendungen ist der Bereich der verwendbaren Materialien klein (Quarzglas oder CaF2), wodurch die meisten Materialkoeffizienten (dn/dT, n, alpha, Lambda) fixiert werden. Darüber hinaus bestimmen die Anwendungsanforderungen die Parameter Eingangsleistung (P_0) und Brennweite (f) und die Strahlgrößen (phi) auf und Dicke (d) der Elemente in einer F-Theta-Linse stellen in der Regel keine leistungsstarken Optimierungsparameter dar. Grundsätzlich unterscheiden sich optische Designs, die die optischen Spezifikationen erfüllen, in der Regel nicht sehr stark in ihren jeweiligen Linsenformen. Die vielversprechendste Strategie zur Reduzierung der thermischen Fokusverschiebung eines Systems besteht daher darin, die absorbierte Energiemenge zu reduzieren. Dies kann durch die Wahl von Materialien und Beschichtungen mit geringer Absorption erreicht werden.

Anwendungsrelevanz
Eine thermische Fokusverschiebung verändert, wenn sie nicht kompensiert wird, im Laufe der Zeit die Anwendungsleistung. Ein Werkstück, das zu Beginn des Prozesses perfekt fokussiert ist, kann nach einiger Prozesszeit erheblich unscharf sein und das Anwendungsergebnis wird sehr unterschiedlich aussehen.

Silverline

Quarzglas weist eine extrem geringe Materialabsorption auf und eignet sich daher sehr gut für Hochleistungsanwendungen. Für ihre NIR (1064 nm) Silverline F-Theta Gläser wählt Jenoptik ein schwach absorbierendes Quarzglasmaterial und eine optimierte, am wenigsten absorbierende Hochleistungsbeschichtung. Die maximale Absorption von 5 ppm der Beschichtung wird durch ein standardisiertes Absorptionsmessverfahren für jede Beschichtungscharge gewährleistet.

Die Silverline-Serie zeichnet sich durch ihre herausragenden Eigenschaften aus: minimale Fokusverschiebung bis hin zu hohen Laserleistungen von mehreren kW. F-Theta Silverline Gläser sind für kleinste Spotgrößen und ausgezeichnete Spothomogenität über den gesamten Scanbereich optimiert, da sie höchste Anforderungen an die optische Leistung erfüllen. Wir garantieren höchste Prozessqualität für ein breites Anwendungsspektrum in der Lasermaterialbearbeitung.

Anwendungsrelevanz

Siehe thermische Fokusverschiebung.

Pulsstreckung GDD (Pulse-Stretching)

Wenn Licht ein optisches Material einer nicht verschwindenden Dispersion durchdringt, akkumuliert es eine wellenlängenabhängige optische Phase. Bei Laserpulsen, die quasi eine lineare Überlagerung von harmonischen Schwingungen unterschiedlicher Wellenlängen darstellen, beeinflusst dies die Pulsform. In einer zweiten Näherungsordnung für Gauss-Pulse wird die zeitliche Dehnung des Laserpulses nur durch die zweite Ableitung der Phasenänderung in Bezug auf die Lichtfrequenz, auch Gruppenverzögerungsdispersion (GDD) genannt, bestimmt.

Anwendungsrelevanz

Eine zeitliche Dehnung des Laserpulses reduziert dessen maximale Intensität. Dies kann schwerwiegende Auswirkungen auf die Anwendungsleistung haben. Um das Problem zu langer Pulse am Werkstück durch Pulsdehnung zu beheben, könnte man Laser mit noch kürzeren Ausgangspulsen verwenden. Dies kann die Intensität über die Schadensschwelle des beteiligten optischen Systems erhöhen. Eine andere Möglichkeit wäre eine Vorkompensation der induzierten GDD durch Gitter, Prismen und mikrooptische Elemente.

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