Design und Analyse von Strahlformungssystemen hoher numerischer Apertur

Schweitzer, Hagen GND

Die Erzeugung maßgeschneiderten Lichts steht heute im Mittelpunkt vieler innovativer Anwendungen. Eine Möglichkeit der flexiblen Manipulation von Licht ist die Laserstrahlformung. Ziel ist es dabei, das Intensitätsprofil eines Laserstrahls in ein gewünschtes Profil umzuformen. Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Modellierung und Ausbreitung von Laserlicht in paraxialen und nicht-paraxialen Strahlformungssystemen sowie die Optimierung dieser Systeme mittels eines generalisierten Projektionsalgorithmus. Dieser Algorithmus wird zur Optimierung von punktweise, mittels Asphärenformel oder Polynomen parametrisierten Strahlformungsoberflächen eingesetzt. Es wird gezeigt, dass während der Optimierung eine Berücksichtigung von Beugung, Interferenz und Aberrationen möglich ist. Letztere können nicht nur berücksichtigt, sondern gezielt zur Strahlformung genutzt werden. Letztendlich wird gezeigt, dass die Aberrationen von sphärischen Kataloglinsen für einige Strahlformungsanwendungen bereits ausreichend sind. Die Wirksamkeit des entwickelten Optimierungsalgorithmus wird sowohl an paraxialen als auch nicht-paraxialen Strahlformungsbeispielen mit einer numerischen Apertur von bis zu 0,62 demonstriert. Abschließend werden in der vorliegenden Arbeit Konzepte zur Achromatisierung und zum Wellenlängenmultiplexing eingeführt, die auf dem Einsatz mehrerer Oberflächen und Materialien unterschiedlicher Dispersion beruhen. Während sich die Achromatisierung damit beschäftigt, die optische Funktion eines Strahlformungssystems wellenlängenunabhängig zu machen, versucht das Wellenlängenmultiplexing gezielt unterschiedliche optische Funktionen für mehrere Designwellenlängen zu realisieren.

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Schweitzer, Hagen: Design und Analyse von Strahlformungssystemen hoher numerischer Apertur. 2010.

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