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Im Gegensatz zu einfachen Aperturen (die nur die Strahlgröße steuern) dienen diese Platten als Strukturelemente in optischen Systemen und bieten eine starre Plattform für die Strahlmanipulation bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Ausrichtung. Sie sind in einer breiten Palette von Materialien erhältlich, um den Anwendungsanforderungen gerecht zu werden: Quarzglas (für UV-NIR-Transparenz, 190–2500 nm), N-BK7 (kostengünstiges sichtbares NIR, 400–2000 nm) und Spezialmetalle wie Titan (für reflektierende oder Hochtemperaturanwendungen). Typische Konfigurationen umfassen Löcher mit einem Durchmesser von 3 bis 5 mm und Toleranzen von ± 0,1 mm – Größen, die so gewählt sind, dass sie sich an gängige Laserstrahldurchmesser (1 bis 4 mm) anpassen und gleichzeitig die Strahlbeschneidung minimieren. Die Position des Lochs kann vollständig angepasst werden: zentriert (für koaxiale Strahlengänge), außeraxial (für Strahlverschiebung) oder in Arrays (für Mehrstrahlsysteme), wodurch sie für verschiedene Aufbauten von Laborinterferometern bis hin zu industriellen Lasermaschinen geeignet sind.
Präzise Lochbearbeitung für minimale Strahlverzerrung : Standardlochdurchmesser von 3 mm und 5 mm werden mittels Laserablation (für Glassubstrate) oder CNC-Fräsen (für Metallsubstrate) gebohrt, was zu ultrasauberen Kanten (Grathöhe <3 µm) und hoher Rundheit (<0,01 mm Abweichung vom perfekten Kreis) führt. Diese Präzision stellt sicher, dass das Loch als saubere Apertur fungiert und Strahlstreuung (Streuungsverlust <0,5 %) vermieden wird, die die Bildqualität oder Messgenauigkeit beeinträchtigen würde. Es stehen kundenspezifische Lochgrößen (0,1 mm bis 20 mm) zur Verfügung, wobei Laserbohren kleinere Löcher (<1 mm) und CNC-Fräsen für größere, dickere Platten (>10 mm Dicke) ermöglicht.
Vielfältige Materialoptionen, abgestimmt auf Wellenlänge und Umgebung :
Quarzglas : Ideal für UV- (190–380 nm) und Hochleistungsanwendungen, mit hoher Durchlässigkeit (>90 % bei 300 nm) und Laserschadensbeständigkeit (LIDT >10 J/cm² bei 355 nm, 10 ns Impulse). Aufgrund seiner geringen Wärmeausdehnung (0,55 × 10⁻⁶ /°C) eignet es sich für temperaturstabile Systeme.
N-BK7 : Kostengünstig für sichtbares NIR (400-2000 nm), mit Durchlässigkeit (>92 % bei 550 nm) und guter mechanischer Festigkeit (E-Modul 82 GPa). Ideal für allgemeine Aufbauten wie Strahlvereiniger.
Titan : Wird für reflektierende oder Hochtemperaturanwendungen verwendet, mit hohem Reflexionsgrad (>85 % bei 1064 nm) und thermischer Beständigkeit (Betriebstemperatur bis zu 300 °C). Aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit (beständig gegen Salzwasser und Säuren) ist es für den Einsatz in Meeres- oder Industrieumgebungen geeignet.
Optische Oberflächenqualität für geringe Streuung : Glasplatten verfügen über eine 60-40-Kratz-Graben-Oberflächenbeschaffenheit (gemäß MIL-PRF-13830B-Standards), was bedeutet, dass keine Kratzer tiefer als 60 µm oder Vertiefungen (Gruben) größer als 40 µm vorhanden sind. Dies minimiert die Lichtstreuung (Streuverlust <1 % bei 550 nm), was für Bildgebungssysteme von entscheidender Bedeutung ist, bei denen Streulicht den Kontrast verringert. Metallplatten (z. B. Titan) haben eine matte Oberfläche (Ra <1 µm), um Blendung bei reflektierenden Anwendungen zu reduzieren.
Enge Maßtoleranzen für die Ausrichtung : Die Dickentoleranz beträgt ±0,1 mm (z. B. 5 mm dicke Platte ±0,1 mm), wodurch eine gleichmäßige Strahlweglänge über mehrere Platten in einem System gewährleistet wird. Die Parallelität zwischen den beiden flachen Oberflächen beträgt ≤5 Bogenminuten (0,083°), wodurch eine Strahlneigung (Neigung <0,1°) verhindert wird, die zu einer Fehlausrichtung nachgeschalteter Komponenten führen würde. Für hochpräzise Systeme (z. B. Interferometer) kann die Parallelität auf ≤1 Bogenminute (0,017°) verschärft werden.
Kundenspezifische Konfigurationen für spezielle Anforderungen : Über die standardmäßigen Einzellochdesigns hinaus können Platten mit mehreren Löchern (Anordnungen von 2 bis 100 Löchern) für Mehrstrahlsysteme (z. B. Laserdruck) hergestellt werden. Zu den Kantenbehandlungen gehören Fasen (45°-Winkel, 0,5 mm Breite), um Absplitterungen während der Montage zu verhindern, und schwarze Eloxierung (für Metallplatten), um Streulicht zu reduzieren. Es sind auch Beschichtungen erhältlich: AR-Beschichtungen (für Glasplatten, <0,5 % Reflexionsgrad pro Oberfläche) zur Erhöhung der Transmission oder hochreflektierende (HR) Beschichtungen (für Metallplatten, >95 % Reflexionsgrad) zur Strahllenkung.
Strahlkombination und -teilung : Ermöglicht die koaxiale Übertragung mehrerer Laserstrahlen in Spektroskopie- und Laserbearbeitungssystemen. Beispielsweise kombiniert in einem Raman-Spektroskopie-Aufbau eine Quarzglasplatte mit einem 3-mm-Loch den Anregungslaser (532 nm, der durch das Loch geht) und das gesammelte Raman-Streulicht (reflektiert von der AR-beschichteten Oberfläche der Platte) und leitet beides zu einem Detektor. Dieses koaxiale Design reduziert die Systemgröße im Vergleich zu Off-Axis-Combinern um 50 %.
Integration von Wellenplatten in Polarisationssystemen : Ermöglicht Rückstrahlwege in polarisationsempfindlichen Aufbauten (z. B. Ellipsometer, Polarimeter), bei denen Wellenplatten zur Manipulation der Polarisation verwendet werden. Eine Platte mit einem zentrierten Loch wird hinter einer Wellenplatte montiert: Der einfallende Strahl geht durch das Loch und die Wellenplatte, wird von einer Probe reflektiert und kehrt durch die Wellenplatte zurück – die flache Oberfläche der Platte reflektiert den Strahl dann zu einem Detektor, sodass kein separater Spiegel erforderlich ist.
Optische Filterung und Blendensteuerung : Kombinieren Sie die Blendensteuerung mit der Wellenlängenauswahl, wenn Sie farbige Glassubstrate verwenden (z. B. Schott BG39 zur IR-Blockierung). Beispielsweise fungiert eine BG39-Glasplatte mit einem 4-mm-Loch sowohl als IR-Filter (blockiert >99 % des Lichts >1100 nm) als auch als Blende (begrenzt den Strahldurchmesser auf 4 mm) und wird in sichtbaren Bildgebungssystemen verwendet, um thermisches Rauschen von IR-Licht zu reduzieren.
Systemausrichtungs- und Referenzmarkierungen : Dienen als Referenzziele in komplexen optischen Baugruppen (z. B. Teleskopsystemen, Lasertrackern) zur Kalibrierung der Komponentenpositionen. Eine Platte mit einem außeraxialen Loch (5 mm Versatz) wird als feste Referenz montiert – die Laser werden so ausgerichtet, dass sie durch das Loch verlaufen, wodurch sichergestellt wird, dass alle Komponenten innerhalb von ±0,01 mm von ihrer Konstruktionsposition positioniert sind. Dies reduziert die Ausrichtungszeit um 30–40 % im Vergleich zur Verwendung mehrerer Referenzspiegel.
Medizinische Geräte und minimalinvasive Chirurgie : Erleichtern Sie die Laserabgabe und Bildgebung in endoskopischen Systemen (z. B. laparoskopische Chirurgie). In die Endoskopspitze ist eine Titanplatte mit einem 2-mm-Loch integriert: Das Loch leitet den chirurgischen Laser (1064 nm) zum Gewebe, während die reflektierende Oberfläche der Platte das Bildlicht (400-700 nm) zurück zur Kamera leitet. Die Biokompatibilität des Titans (entspricht ISO 10993-Standards) gewährleistet die Sicherheit bei der Anwendung im Körper.
Die Materialauswahl hängt von der Wellenlängentransparenz und den Anwendungsanforderungen ab:
UV (190–380 nm) : UV-Quarzglas ist die einzige Wahl, da es >90 % des UV-Lichts durchlässt – N-BK7 absorbiert >50 % des UV-Lichts <300 nm. Quarzglas widersteht auch UV-induzierter Vergilbung (ein häufiges Problem bei anderen Gläsern).
Sichtbar (400–700 nm) : N-BK7 ist kostengünstig und lässt mehr als 92 % des sichtbaren Lichts durch, was es ideal für den allgemeinen Einsatz macht. Für sichtbare Hochleistungslaser (z. B. 532 nm, 10 W) wird Quarzglas aufgrund seines höheren LIDT (>10 J/cm² gegenüber 5 J/cm² für N-BK7) bevorzugt.
NIR (700–2500 nm) : Quarzglas (Transmission >90 % bis 2500 nm) oder Infrared (für mittleres IR, 2–14 µm, Transmission >40 % bei 10 µm) werden verwendet. Infrarot ist für sichtbares Licht undurchsichtig und erfordert daher IR-Ausrichtungswerkzeuge.
Reflektierende Anwendungen (jede Wellenlänge) : Titan (Reflexionsgrad >85 % 400-2000 nm) oder aluminiumbeschichtetes Glas (Reflexionsgrad >90 % sichtbares NIR) sind geeignet – Titan bietet eine bessere Korrosionsbeständigkeit für den Einsatz im Freien.
Zentrierte Löcher (Lochachse = optische Achse der Platte) sorgen für koaxiale Strahlengänge ohne seitliche Verschiebung. Außeraxiale Löcher führen zu einer seitlichen Verschiebung (Δx), berechnet als: Δx = Lochversatz × sin(θ), wobei θ der Einfallswinkel des Strahls relativ zur Plattennormalen ist. Zum Beispiel eine Platte mit einem Versatz von 5 mm und θ=10°: Δx = 5 × sin(10°) ≈ 0,87 mm. Diese Verschiebung ist in Systemen wie Strahlverschiebern beabsichtigt, bei denen die Platte den Strahl bewegt, ohne seine Richtung zu ändern. Um eine unbeabsichtigte Fehlausrichtung zu vermeiden, müssen außeraxiale Löcher eine Versatztoleranz von ±0,05 mm haben – größere Toleranzen (±0,1 mm) können zu einer Δx-Variation von 0,017 mm führen, was zu einer Fehlausrichtung von Systemen mit kleinem Strahl (<1 mm Durchmesser) führen kann.
