Photothermischer Absorptions- Messplatz
excellence in laser beam and optics characterization

Die beim Betrieb von Hochleistungslasern eingesetzten Strahlführungsoptiken sind aufgrund von Strahlungsabsorption in den optischen Materialien thermischen Belastungen unterworfen, die zu einer transienten Verzerrung der Wellenfront der durchtretenden Laserstrahlung führen. Dieser als thermische Linse bekannte Effekt führt zu unerwünschten leistungsabhängigen Instabilitäten in der Prozessführung („Fokus shift“ bei Bearbeitungslaser-Optiken).

Photothermik Setup


Die ProOpto GmbH vertreibt ein am Laser-Laboratorium Göttingen entwickeltes photothermisches Messsystem zur quantitativen Erfassung dieses Effektes. Es basiert auf einem extrem empfindlichen Hartmann-Shack-Wellenfrontsensor, der auf einer abgetasteten Fläche von einigen Quadrat-Zentimetern Wellenfrontänderungen im Bereich λ/10.000 (< 100pm) nachweisen kann. Der Vorteil gegenüber interferometrischen Verfahren besteht neben der hohen Empfindlichkeit in der Kompaktheit und Flexibilität des Verfahrens. Die Aufnahme der Wellenfront erfolgt in Echtzeit.  Demonstrationsaufbau zur photothermischen Absorptionsmessung

Gezeigt ist die photothermische Messung an einer Quarzplatte, die von einem Faserlaser (1070nm) mittlerer Leistung bestrahlt wurde. Die ebene Wellenfront eines kollimierten Testlasers ‚verbiegt’ sich nach Einschalten des Faserlasers innerhalb weniger Sekunden durch Brechungsindexänderung sowie thermische Ausdehnung der Quarzplatte zu einer rotationssymmetrischen Mulde, was der Ausformung einer Konvexlinse entspricht. Deren Brennweite (Defokus) beträgt im gezeigten Bespiel rund 1 km (!) bei einer Gesamtauslenkung der Wellenfront (Spitze-Spitze) von etwa 2 nm.
Mit dem neuen Verfahren lassen sich einerseits die induzierten Wellenfrontveränderungen durch Zernike-Analyse genau vermessen, so dass Maßnahmen zur Kompensation ergriffen werden können. Andererseits kann die photothermische Messung auch zur schnellen Absorptionsbestimmung in optischen Komponenten eingesetzt werden.