Rhomboidprismen

Produktübersicht

Im Gegensatz zu Keilprismen (die Strahlen in einem Winkel ablenken) oder rechtwinkligen Prismen (die die Richtung ändern) verschieben Rhomboidprismen die Strahlachse horizontal oder vertikal, während sie parallel zum ursprünglichen Pfad bleibt. Diese reine Übersetzung ist entscheidend für die Vermeidung von Vignettierung (teilweise Blockierung des Strahls) in kompakten optischen Aufbauten, wie z. B. Mikroskopiesystemen, bei denen der Platz zwischen den Komponenten begrenzt ist. Unsere Rhomboidprismen behalten die Kollimation (Strahlparallelität) mit einer Abweichung von <0,1° bei und stellen so sicher, dass die Eigenschaften des Strahls (Durchmesser, Intensitätsprofil) nach der Translation unverändert bleiben – wichtig für Präzisionsanwendungen wie Laserspektroskopie oder medizinische Bildgebung.

Produktmerkmale

• Materialauswahl : Erhältlich in Schott-Glas (BK7 für Anwendungen im sichtbaren Bereich, >92 % Transmission bei 550 nm, ideal für allgemeine Bildgebung), Saphir (hohe Härte – Mohs 9 – und Hochtemperaturbeständigkeit, geeignet für raue Umgebungen wie Industriesensoren) und IR-Kristallen (z. B. ZnSe für mittleres IR, 2–12 μm oder Ge für langwelliges IR, 2–14 μm). BK7 ist für sichtbare Anwendungen (z. B. Mikroskopoptiken) kostengünstig, während Saphir für Anwendungen bevorzugt wird, die Vibrationen oder Staub ausgesetzt sind (z. B. Fabrikautomatisierungskameras). IR-Kristalle eignen sich für Wärmebild- oder Gassensorsysteme, die über das sichtbare Spektrum hinaus arbeiten.

• Präzisionsmetriken : Eine Winkeltoleranz von <2 Bogensekunden stellt sicher, dass der verschobene Strahl parallel zum ursprünglichen Pfad bleibt – selbst eine Abweichung von 5 Bogensekunden kann bei langen optischen Pfaden zu einer Fehlausrichtung des Strahls führen (z. B. würde eine Pfadlänge von 1 m zu einem Versatz von 0,2 mm am Detektor führen). Die Ebenheit PV < 1/10λ (bei 632,8 nm) auf allen optischen Oberflächen minimiert die Wellenfrontverzerrung, die für laserbasierte Anwendungen (z. B. Interferometrie) von entscheidender Bedeutung ist, bei denen Wellenfrontfehler die Messgenauigkeit beeinträchtigen. Die beiden Reflexionsflächen sind auf eine Parallelität von <1 Bogensekunde poliert, was eine gleichmäßige Verschiebung über den Strahl hinweg gewährleistet.

• Oberflächenqualität : 20-10 Scratch-Dig- Finish (Standardqualität, für die meisten Anwendungen geeignet) mit optionalen AR-Beschichtungen, die auf bestimmte Wellenlängen zugeschnitten sind. Bei sichtbaren Anwendungen reduzieren AR-Beschichtungen Reflexionsverluste auf <0,5 % pro Oberfläche; Bei IR-Anwendungen reduzieren Beschichtungen auf ZnSe- oder Ge-Prismen die Verluste auf <1 %. Geschwärzte nichtoptische Oberflächen unterdrücken Streulicht (Streulicht <0,5 %) und verhindern so Geisterbilder, die die Bildqualität beeinträchtigen würden. Für hochempfindliche Systeme (z. B. Astronomie bei wenig Licht) ist eine Oberflächenqualitätsstufe 10-5 erhältlich, um die Streuung weiter zu reduzieren.

• Verschiebungsbereich : Standardmodelle bieten eine seitliche Verschiebung von 1 mm bis 50 mm . Eine Verschiebung von 1 mm ist ideal für die Feinabstimmung der Strahlausrichtung in Laborinstrumenten (z. B. Spektrometer), während eine Verschiebung von 50 mm in großen optischen Systemen (z. B. Teleskopkameras, bei denen das Prisma den Strahl verschiebt, um mechanische Komponenten zu vermeiden) verwendet wird. Für spezielle Anwendungen wie Bildgebungssysteme in der Luft- und Raumfahrt sind kundenspezifische Verschiebungsbereiche (bis zu 100 mm) verfügbar. Der Verschiebungsabstand wird durch die Länge und den Brechungsindex des Prismas bestimmt – für BK7 (n=1,5168) sorgt ein 50 mm langes Prisma für eine Verschiebung von ~10 mm.

• Mechanische Stabilität : Robuste Konstruktion mit rechteckiger Form, die problemlos in Standard-Optikhalterungen passt (z. B. 1-Zoll- oder 2-Zoll-Objektivtuben). Die solide Geometrie des Prismas widersteht vibrationsbedingten Fehlausrichtungen – entscheidend für Industriesysteme (z. B. Laserscanner auf Förderbändern) oder mobile Geräte (z. B. Drohnenkameras). Für Umgebungen mit starken Vibrationen können Prismen in stoßdämpfenden Halterungen (mit Gummidichtungen) montiert werden, die die Vibrationsübertragung um >80 % reduzieren. Die Prismen verfügen außerdem über eine hohe Druckfestigkeit (BK7: 800 MPa, Saphir: 2000 MPa), wodurch sie bei der Handhabung bruchsicher sind.

Anwendungen

Rhomboidprismen sind unverzichtbar bei:

• Lasertechnologie : Anpassen von Strahlengängen in der Spektroskopie (z. B. Raman-Spektroskopie, bei der das Prisma den Laserstrahl verschiebt, um ihn an der Probe auszurichten) und Mikroskopie (Fluoreszenzmikroskopie, bei der das Prisma den Anregungsstrahl bewegt, um eine Blockierung des Detektors zu vermeiden). Bei der Raman-Spektroskopie ist eine präzise Strahlausrichtung entscheidend für die Erkennung schwacher Raman-Signale – selbst eine Fehlausrichtung von 0,1 mm kann die Signalintensität um 50 % reduzieren. In der Mikroskopie ermöglicht die Translation des Prismas die Positionierung des Anregungsstrahls, ohne die Probe zu bewegen, wodurch das Risiko einer Probenbeschädigung verringert wird.

• Instrumentierung : Ausrichten optischer Bänke (wird in der Laborforschung zum Aufbau von Laserexperimenten verwendet) und Kompensieren von Detektorpositionsversätzen (z. B. bei IR-Kameras, bei denen der Detektor möglicherweise leicht mit der optischen Achse ausgerichtet ist). Optische Bänke verwenden rhomboide Prismen zur Feinabstimmung der Strahlengänge – zum Beispiel zur Verschiebung eines Laserstrahls um 5 mm, um ihn an einem Spiegel oder einer Linse auszurichten. Durch die Kompensation des Detektorversatzes wird sichergestellt, dass der Strahl den aktiven Bereich des Detektors trifft, wodurch Signalverluste oder -verzerrungen verhindert werden.

• Verteidigung : Verschieben von Strahlen in Zielsystemen (z. B. an Panzern montierte Laser-Entfernungsmesser), um Verdeckungen durch mechanische Komponenten (z. B. Geschützrohre oder Sensoren) zu vermeiden. Bei Entfernungsmessern verschiebt das Prisma den Laserstrahl um den Waffenlauf und sorgt so dafür, dass der Strahl das Ziel erreicht, ohne blockiert zu werden. Durch dieses Design kann der Entfernungsmesser in den Turm des Panzers integriert werden, ohne dass die Zielgenauigkeit beeinträchtigt wird.

• Biotechnologie : Positionierung von Anregungsstrahlen in Fluoreszenzmikroskopen (zur Abbildung von Zellen oder Geweben), ohne die Probenausrichtung zu stören. Bei der Bildgebung lebender Zellen kann das Bewegen der Probe zur Ausrichtung auf den Strahl dazu führen, dass Zellen aus dem Fokus geraten oder beschädigt werden. Rhomboidprismen beseitigen dieses Problem, indem sie stattdessen den Strahl verschieben, und ermöglichen so eine langfristige Abbildung (Stunden oder Tage) lebender Zellen mit konsistenter Fokussierung. Die Prismen werden auch in der Durchflusszytometrie verwendet, wo sie den Laserstrahl so verschieben, dass er sich am Zellflussweg ausrichtet, wodurch die Effizienz der Zellerkennung verbessert wird.

FAQ

F: Wie wird der Verschiebungsabstand bestimmt?

A: Der Verschiebungsabstand hängt von zwei Schlüsselfaktoren ab: der Länge des Prismas (dem Abstand zwischen der Eingangs- und Ausgangsoberfläche) und dem Brechungsindex (n) des Materials. Die Formel für die Verschiebung (d) lautet ungefähr d = L × (n – 1) / n, wobei L die Länge des Prismas ist. Für Standardmodelle:

• BK7-Prismen (n=1,5168) mit L=50 mm bieten eine Verschiebung von ~10 mm.

• Saphirprismen (n=1,768) mit L=50 mm sorgen für eine Verschiebung von ~13 mm.

• ZnSe-Prismen (n=2,402) mit L=50 mm bieten eine Verschiebung von ~19 mm.

Kundenspezifische Prismen können mit bestimmten Längen entworfen werden, um die gewünschte Verschiebung zu erreichen – beispielsweise bietet ein 100 mm langes BK7-Prisma eine Verschiebung von ca. 20 mm.

F: Können sie mit Hochleistungslasern arbeiten?

A: Ja, wenn es aus hitzebeständigen Materialien hergestellt und mit HDT-Beschichtungen (High Damage Threshold) beschichtet ist. Saphir- oder Siliziumprismen bevorzugt: Für den Hochleistungseinsatz werden

• Saphirprismen verarbeiten Dauerstrichlaserleistungen (CW) bis zu 1 kW/cm² im sichtbaren Bereich, dank hoher Wärmeleitfähigkeit (46 W/m·K) und geringer Absorption.

• Siliziumprismen bewältigen bis zu 5 kW/cm² im NIR-Bereich (1–6 μm), wodurch sie für Faserlaser (1064 nm) oder CO₂-Laser (10,6 μm, wobei ZnSe für CO₂ bevorzugt wird) geeignet sind.

HDT-AR-Beschichtungen (dielektrische Beschichtungen anstelle von Metallbeschichtungen) werden verwendet, um Beschichtungsschäden zu verhindern – diese Beschichtungen haben Schadensschwellenwerte von >10 kW/cm² für CW-Laser und >1J/cm² für gepulste Laser. Für Ultrahochleistungsanwendungen (z. B. Industrielaser mit mehr als 10 kW) können Prismen wassergekühlt werden, um die Wärme abzuleiten.

F: Führen rhomboide Prismen zu Polarisationsänderungen?

A: Polarisationsänderungen sind minimal, aber sie hängen vom Polarisationszustand des einfallenden Lichts und dem Material des Prismas ab. P-polarisiertes Licht (parallel zur Einfallsebene polarisiert) behält seinen Polarisationszustand besser bei als S-polarisiertes Licht, wobei die Polarisationsdrehung bei BK7-Prismen <1° beträgt. S-polarisiertes Licht kann eine Drehung um bis zu 3° erfahren, hauptsächlich aufgrund der Doppelbrechung (eine Eigenschaft, bei der sich Licht in zwei Polarisationen aufspaltet) im Prismenmaterial. Für polarisationsempfindliche Anwendungen (z. B. Polarisationsmikroskopie) empfehlen wir:

• Verwendung von P-polarisiertem Licht zur Minimierung der Rotation.

• Angabe von Prismen aus Materialien mit geringer Doppelbrechung (z. B. Quarzglas mit einer Doppelbrechung <1 nm/cm).