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Laserobjektive und LaseroptikLaserstrahlhomogenisierer, Theoretische EinführungViele Anwendungen, von der Mikroskopiebis zur Materialbearbeitung,benötigen eine möglichst gleichmäßigeVerteilung des Lichtes in der Objektebene.Homogenisierer auf Basis von Mikrolinsenkönnen heutzutage für eine Vielzahlvon Lichtquellen, vom Excimer-Laser biszur Hochenergie-LED, verwendetwerden. Generell unterscheidet manzwischen abbildenden und nichtabbildenden Homogenisierern. In beidenTypen werden entweder Arrays mitgekreuzten Zylinderlinsen oder quadratischenMikrolinsen (s. Kapitel Einzellinsen)verwendet, die den einfallendenStrahl in kleine Teilstrahlen aufspalten.Diese Teilstrahlen werden durch einesphärische Linse in deren Brennebeneüberlagert, wodurch sich ein homogenausgeleuchtetes Feld ergibt. Da die Linsepraktisch eine zweidimensionaleFouriertransformation ausführt, wird sieauch als Fourierlinse bezeichnet.Die Wahl zwischen abbildendem undnicht abbildendem Homogenisiererhängt stark von der Lichtquelle und dergeplanten Anwendung ab. Eine Orientierungshilfegibt die Fresnel-Zahl, die fürMikrolinsen-Strahlhomogenisiererdefiniert ist als:Hierbei ist P LAder Pitch des Mikrolinsenarrays,DFT die Größe des Flat-Tops in derHomogenisierungsebene, f FLdieBrennweite der Fourierlinse und l dieWellenlänge. Die Fresnelzahl ist diewichtigste Kenngröße bei der Laserstrahlhomogenisierungmit Mikrolinsenarrays.Je größer die Fresnelzahl ist, destobesser ist die Uniformität des Flat-Tops.Nicht abbildende HomogenisiererNicht abbildende Homogenisiererbestehen aus einem Mikrolinsenarrayund einer sphärischen Linse (s. Abb.). DieHomogenisierungsebene befindet sich inder Fokusebene der Fourierlinse (FL), dieMaße der homogenen Intensitätsverteilungergeben sich aus:Nicht abbildende Homogenisierer zeigenhäufig starke Beugungs-effekte alsResultat der Fresnelbeugung amMikrolinsenarray. Fresnelzahlen FN > 10,besser FN > 100, führen in der Praxis zugleichmäßigen Intensitätsverteilungen.Aufgrund der Proportionalität vonFresnelzahl und Größe des Flat-Topseignen sich nicht abbildende Homogenisierersomit am besten für die Ausleuchtunggrößerer Flächen. Für kleineFresnelzahlen FN < 10 oder sehr gleichmäßigeVerteilungen ist abbildendenHomogenisierern der Vorzug zu geben.Abbildende HomogenisiererAbbildende Homogenisierer bestehenaus zwei Mikrolinsenarrays und einersphärischen Linse (s. Abb.). Die Homogenisierungsebenebefindet sich in derFokusebene der Fourierlinse (FL), dieMaße der homogenen Intensitätsverteilungergeben sich aus:mitHierbei bezeichnet a 12den Abstand derbeiden Mikrolinsenarrays. Bei diesemHomogenisierer zerteilt das ersteMikrolinsenarray den einfallenden Strahlin viele kleine Teilstrahlen. Das zweiteArray verhält sich in Kombination mit dersphärischen Linse wie ein Array vonObjektivlinsen, das die Bilder derTeilstrahlen des ersten Arrays in derHomogenisierungsebene überlagert. Dain diesem Fall die Größe des Flat-Topsvom Abstand der beiden Arrays abhängt,lässt sie sich leicht durch Verschiebungdes zweiten Arrays beeinflussen.Allerdings ist darauf zu achten, das Arraynicht durch fokussierte Laserstrahlung zubeschädigen.Üblicherweise bestehen abbildendeHomogenisierer aus zwei gleichen Arraysmit identischem Pitch. QuadratischeMikrolinsen generieren eine quadratischeIntensitätsverteilung, runde oderhexagonale Mikrolinsen generierendementsprechend runde oder hexagonaleFlat-Tops.Laseroptiksales@linos.de www.linos.de425