Wellenfront-Sensor (Hartmann Shack)
excellence in laser beam and optics characterization

Laser Beam Profiler

Bei einer Vielzahl von Laseranwendungen wird neben der Intensitätsverteilung des Strahls auch dessen Ausbreitungscharakteristik benötigt, die wesentlich von seiner Wellenfront bestimmt wird. Die Kenntnis der Wellenfront ist z.B. unerlässlich zur Optimierung des Fokus oder bei der Beurteilung der Güte optischer Strahlführungskomponenten. Diese Information lässt sich mit einem Wellenfrontsensor nach dem Hartmann-Shack-Verfahren gewinnen. Das Grundprinzip stammt bereits aus dem Jahre 1900 und beruht auf der Aufteilung des Lichtsignals in eine große Anzahl von Einzelstrahlen mit einer Lochmaske (Hartmann-) oder einem Mikrolinsen-Array (Hartmann-Shack). Jeder der Teilstrahlen erzeugt auf einem Detektor hinter der Maske eine Spotverteilung, deren Schwerpunkt bezüglich einer Referenzposition die lokale Ausbreitungsrichtung festlegt. Aus der Gesamtheit der lokalen Richtungen lässt sich dann die Phasenverteilung (Wellenfront) rekonstruieren; zusätzlich kann durch Integration über die Spots das Strahlprofil bestimmt werden.

Wellenfront Bild

Alle Strahlparameter aus einer Messung

Aus Wellenfront und Strahlprofil lassen sich für kohärente Quellen sämtliche Strahlkenngrößen wie Durchmesser, Divergenz und M2 in Echtzeit mit einer Genauigkeit im Prozentbereich ermitteln, und zwar aus nur einer einzigen Messung, was vor allem bei gepulsten oder fluktuierenden Lasern von Bedeutung ist. Zusätzlich kann über eine Fresnel-Kirchhoff-Integration das Intensitätsprofil für beliebige Positionen im Strahlverlauf vorhergesagt werden. Das gilt insbesondere auch für das Profil im Bereich der Strahltaille, das aufgrund zu hoher Intensitäten der Messung oft nicht zugänglich ist. Weiterhin erlaubt eine in Echtzeit durchgeführte Zernike-Analyse die genaue Erfassung und Beurteilung von Strahl-Aberrationen (z.B. Astigmatismus, Koma), die entweder intrinsischer Natur oder durch externe Optiken bedingt sein können. Auf diese Weise kann die Fokussierung des Strahls optimiert werden.

ProOpto bietet in Kooperation mit dem Laser-Laboratorium Göttingen bereits seit mehreren Jahren kamerabasierte Hartmann-Shack-Sensoren zur umfassenden Charakterisierung von Laserstrahlung an. Für die Wellenfrontmessung können je nach geforderter Winkel- oder Ortsauflösung diverse Mikrolinsenarrays (Brennweite, Linsendurchmesser) adaptiert werden.

Strahlprofil und Wellenfront-Aberrationen von Ti:Sa fs-Laser