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Bedienungsanleitung - Qioptiq Q-Shop

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Bedienungsanleitung
Shearplate-Interferometer
Zur Kollimationsmessung von Laserstrahlen
Modelle:
G038-640-000: Strahldurchmesser 8 – 25 mm
G038-641-000: Strahldurchmesser 3 – 8 mm
G038-642-000: Strahldurchmesser 1 – 3 mm
1. Ausgabe
Mai 2011
038 640 700 a
© Qioptiq Photonics GmbH & Co. KG
Qioptiq Photonics GmbH & Co. KG
Königsallee 23
D-37081 Göttingen
Tel. +49 (0) 5 51 69 35 0
Fax +49 (0) 5 51 69 35 166
E-mail: sales@qioptiq.de
Internet: www.qioptiq.de
038 640 700
Seite 2
Shearplate-Interferometer
1 Wichtige Hinweise
1.1 Informationen zum Gebrauch
Die Shearplate-Interferometer sind präzise optische Messinstumente. Es
wurde ein besonderer Wert auf die Kompatibilität zum bestehenden
Linos/Qioptiq Portfolio gelegt. Bei Fehlfunktionen ist die Serviceabteilung
zu kontaktieren. Qioptiq Photonics ist für unsachgemäßen Gebrauch,
direkte, indirekte, besondere, durch Fahrlässigkeit entstandene Schäden
oder Folgeschäden nicht haftbar, egal, ob sie auf Garantie, Vertrag, Delikt
oder einer weiteren juristischen Theorie beruhen.
Für die Eignung der jeweiligen Anwendungen übernimmt die Fa. Qioptiq
Photonics GmbH & Co. KG keine Gewähr.
Die Angaben dieser Bedienungsanleitung beschreiben die Eigenschaften der
Produkte, ohne diese zuzusichern.
Wir haben diese Produktdokumentation mit großer Sorgfalt geprüft. Es wird
jedoch keine Gewährleistung bezüglich der Fehlerfreiheit übernommen.
Der Inhalt dieses Dokumentes ist geistiges Eigentum der Qioptiq Photonics
GmbH & Co. KG und unterliegt dem Copyright. Ein Vervielfältigen ist nur
mit unserer schriftlichen Genehmigung erlaubt.
Mit diesen Informationen wird kein Anspruch auf Vollständigkeit erhoben.
Bei Fragen und Problemen sprechen Sie bitte die Fa. Qioptiq Photonics
GmbH & Co. KG an.
Alle Warenzeichen werden anerkannt auch wenn diese nicht gesondert
gekennzeichnet sind. Eine fehlende Kennzeichnung bedeutet nicht, dass
eine Ware oder ein Zeichen frei sind.
Unsere Produkte werden ständig weiterentwickelt und wir behalten uns das
Recht vor, Veränderungen ohne Anmerkung und Ankündigung vorzunehmen.
Neueste
Informationen
und
ggf.
Informationen
über
weitere
Montagemöglichkeiten und Anwendungen erhalten sie unter der
Internetadresse http://www.qioptiq-shop.com.
Shearplate-Interferometer
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038 640 700
1.2 Sicherheitshinweise
Achtung! Diese Aufstellung zeigt die wesentlichen Sicherheits- und
Warnhinweise und erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
 Beachten Sie alle Sicherheitsanweisungen, auch die Sicherheitsanweisungen weiterer Geräte die im Messaufbau integriert sind.
 Lesen Sie die Bedienungsanleitung. Sie ermöglicht Ihnen, die ShearplateInterferometer optimal zu nutzen und verhindert Probleme und Schäden.
 Halten Sie die Bedienungsanleitung immer griffbreit.
 Setzen Sie das Gerät niemals direkter Sonneneinstrahlung, hoher
Feuchtigkeit, Schmutz oder extremen Temperaturen aus.
 Die Verwendung der Shearplate-Interferometer ist nur im Bereich von 1530°C und bis 70% relativer Luftfeuchte erlaubt.
 Lagern Sie die Shearplate-Interferometer nicht unter -25°C und über
70°C und nur bis 80% relativer Luftfeuchte.

Das Verändern der Shearplate-Interferometer ist verboten und führt zu
Garantieverlust
Diese Anleitung ist Bestandteil des Produktes und ist immer
griffbereit zu halten. Bei Weitergabe des Produktes an andere
Personen oder durch Veräußerung, gilt diese Anleitung als
Bestandteil des Produktes.
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Shearplate-Interferometer
1.3 Lasersicherheit
Es gelten die zur Zeit der Anwendung gültigen Laserschutzvorschriften. Bei
Fragen wenden Sie sich an einen Laserschutzbeauftragten oder die
Berufsgenossenschaft.
Die Qioptiq Shearplate-Interferometer wurden für die Kollimationsmessung
von Messlasern konzipiert. Sie eignen sich nicht zur Kollimationsmessung
von Bearbeitungslasern. Beachten Sie die Grenzwerte für die visuelle
Betrachtung von Laserstrahlen nach EN 60825-1.
Besondere
Vorsichtsmaßnahmen
sind
beim
Verwenden
der
Vergrößerungslupe (als Zubehör erhältlich) mit Messskala zu beachten. Die
Lupe darf lediglich im Wellenlängenbereich von 400 – 680 nm verwendet
werden. Dabei ist die Intensität auf ein Minimum zu reduzieren (z.B. über
entsprechende Neutralfilter).
Die Nichtbeachtung dieser Vorschriften kann zu dauerhaften Schäden am
Auge bis hin zur Erblindung führen.
Shearplate-Interferometer
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038 640 700
2 Inhalt
1 Wichtige Hinweise..................................... 3
1.1
Informationen zum Gebrauch....................................3
1.2
Sicherheitshinweise ...............................................4
1.3
Lasersicherheit.....................................................5
2 Inhalt..................................................... 6
3 Montagebohrungen.................................... 7
3.1
Montage auf Säule (M6) ..........................................7
3.2
Montage auf Schienensystem FLS40 ............................7
3.3
Mikrobankkompatibilität .........................................8
3.4
Nanobankkompatibilität..........................................9
3.5
Tubus-C-Kompatibilität......................................... 10
4
5
6
7
Einleitung .............................................. 11
Kollimationsmessung ................................ 11
Quantitative Auswertung des Interferogramms 12
Weitere Anwendungen .............................. 13
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Shearplate-Interferometer
3 Montagebohrungen
3.1 Montage auf Säule (M6)
Säule mit M6 Gewinde
3.2 Montage auf Schienensystem FLS40
Reiter FLR40-34 (G061373000)
Shearplate-Interferometer
2 x M4-Schrauben
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3.3 Mikrobankkompatibilität
1
4x M2,3-Schrauben
Aufnahmeplatte
mit Befestigungsbohrung
G061-041-000
2
Mikrobankstangen
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4x M2,3 Schrauben
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Shearplate-Interferometer
3.4 Nanobankkompatibilität
1
4x Mikrobankstangen
l=20 mm
G061-041-000
3
2
Aufnahmeplatte
mit Befestigungsbohrung
G061-005-000
Adapterplatte
Mikrobank- Nanobank
4
4x M2,3-Schrauben
G061-011-000
Nanobankstangen
Shearplate-Interferometer
Seite 9
4x M2,3-Schrauben
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3.5 Tubus-C-Kompatibilität
1.
4x Mikrobankstangen
l=20 mm
Aufnahmeplatte
mit Befestigungsbohrung
G061-041-000
2
Adapterplatte Tubus-C G061-659-000
3
4x M2,3-Schrauben
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Shearplate-Interferometer
4 Einleitung
Mit Hilfe eines Shearplate-Interferometer (SPI) lässt sich der Kollimationszustand von Laserstrahlen überprüfen. Ist ein optisches System nicht auf
Kollimation eingestellt, kann man es, unter zur Hilfenahme eines SPI, online
auf Kollimation einstellen. Das SPI liefert ein sofortiges Ergebnis. Eine
aufwendige Ausarbeitung der Messergebnisse mittels Software entfällt.
5 Kollimationsmessung
Laser
Aufweitungssystem
Shearplate-Interferometer
Abb. 1: Funktionsprinzip Kollimationsmessung
Der Laserstrahl wird an der keilförmigen Strahlteilerplatte des ShearplateInterferometers sowohl von der Vorder- als auch von der Rückseite
reflektiert. Mit Hilfe einer Streuscheibe wird das Interferenzmuster der
beiden überlagerten Teilstrahlen sichtbar und kann somit einfach
beobachtet werden. Sind die so erzeugten Interferenzstreifen parallel zur
Referenzlinie (auf der Streuscheibe), ist der Laserstrahl bzw. das optische
System auf Kollimation eingestellt. Fokussiert das Aufweitungssystem den
Laserstrahl positiv oder negativ, verdrehen sich die Interferenzstreifen im
bzw. gegen den Uhrzeigersinn (Abb. 2).
Shearplate-Interferometer
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038 640 700
Abb. 2: Interferogramme für divergentes (links), kollimiertes (Mitte) und
konvergentes Laserlichtbündel (rechts)
6 Quantitative Auswertung des
Interferogramms
Durch eine quantitative Auswertung des Interferogramms lässt sich der
Wellenfrontkrümmungsradius R bestimmen (Abb. 3; Gl.1). Dabei ist S der
Versatz der beiden Teilwellenfronten, df der Abstand zwischen zwei Interferenzstreifen,  die Wellenlänge des Lasers und  der Verdrehungswinkel
der Interferenzstreifen zur Referenzlinie. Durch Strahlbegrenzung mittels
Irisblende kann der „Shear“ am genauesten abgelesen werden.
R
S df
  sin 
Gl. 1: Berechnung des
Krümmungsradius
Abb. 3: Auswertung des Interferogramms
Anhand des Krümmungsradius und des Laserstrahldurchmessers lässt sich
über Gl. 2 die Divergenz des Laserstrahls bestimmen.
DIV 
d Strahl
R
Gl. 2: Berechnung der Divergenz
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Shearplate-Interferometer
7 Weitere Anwendungen
Durch die Möglichkeit, den Wellenfrontkrümmungsradius zu bestimmen,
ergeben sich weitere Anwendungen wie z.B. die Brennweitenbestimmung
von schwach fokussierenden optischen Systemen im Brennweitenbereich
von 8 – 100 m. Zum Erreichen einer optimalen Messgenauigkeit ist ein
Laserstrahl von 25 mm zu verwenden  Modell für Strahldurchmesser 8 – 25
mm.
Abb. 4:
Systemen
Messung der Brennweite von schwach fokussierenden opt.
In dieser Anwendung wird das Aufweitungssystem zunächst auf Kollimation
eingestellt (parallele Interferenzstreifen zur Referenzlinie). Dann bringt
man das zu messende optische System in den Strahlengang. Die
Interferenzstreifen verdrehen sich abhängig von der optischen Wirkung im
oder gegen den Uhrzeigersinn. Nach Abb. 3 und Gl. 1 wird nun der
Wellenfrontkrümmungsradius bestimmt. Ist dieser bekannt, lässt sich die
Brennweite des optischen Systems nach Gl. 3 bestimmen. Wobei L der
Abstand von der Streuscheibe bis zum optischen System ist. Für positiv
fokussierende optische Systeme ist in Gl. 3 ein positives Vorzeichen, bei
negative fokussierenden optische Systemen ein negatives Vorzeichen zu
verwenden [1]. Die Länge L beträgt bei den Qioptiq-ShearplateInterferometern mit 38  2 mm.
f sys.  ( R  L)
Gl. 3:
Shearplate-Interferometer
Brennweite des opt. Systems
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038 640 700
Eine weitere Messung, zu der sich ein Shearplate-Interferometer eignet, ist
die Bestimmung des Krümmungsradius eines schwach gekrümmten opt.
Spiegels im Bereich von 8 bis 50 m [2].
Abb. 5: Messung des Krümmungsradius eines konkaven Spiegels
In einem Aufbau nach Abb. 5 bringt man zuerst das ShearplateInterferometer in den Strahlengang eines kollimierten Laserstrahls. Ist der
Laserstrahl kollimiert, wird das Sheaplate-Interferometer um 180° um die
Y-Achse gedreht. Nun wird die vom Spiegel reflektierte Wellenfront in
Richtung Streuscheibe versetzt und überlappt abgebildet. Auch bei dieser
Anwendung bestimmt man zunächst den Wellenfrontkrümmungsradius nach
Gl. 1.
038 640 700
Seite 14
Shearplate-Interferometer
Danach lässt sich über Gl.4 der Krümmungsradius des Spiegels berechnen.
Der Abstand L ist der Abstand von der Streuscheibe zum Spiegel. Ist der
Spiegel konkav, wird ein positives Vorzeichen verwendet, ist er konvex ein
negatives.
RSpiegel  2  ( R  L)
Gl. 4:
Bestimmung des Krümmungsradius eines schwach
gekrümmten Spiegels
Desweiteren können folgende Anwendungen durchgeführt werden:
 Brechzahlbestimmung von planparallelen Platten
 Brennweitenbestimmung von Standardlinsen (f=8-200mm)
 Krümmungsradiusbestimmung von konkaven und konvexen Spiegeln
(R=8-200 mm)
 Analysieren der Messwellenfront bezüglich sphärischer Aberration
Quellen:
[1] Theory and Uses of Shear Plate Collimation Testers; entnommen von
www.optics.arizona.edu
[2] Murty, M.V.R.K.; Skula, R.P.; Measurement of Long Radius of Curvature. In OPTICAL
ENGINEERING VoL.22. No. 2, March/April 1983 231-235.
Literaturtipp für die Vertiefung der Grundlagen und weiterer Anwendungen:
Malacara, D.; Optical Shop Testing. Third Edition Wiley-Interscience Publication New
York 2007
Shearplate-Interferometer
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Shearplate-Interferometer
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