Photonik & Lasertechnik
Wie Laserbauer, Optiklabore und Faserlaser-Ingenieure wirklich über Licht sprechen.
Das Vokabular der Photonik gehört den Menschen, die Laser bauen, justieren und betreiben: Doktoranden an optischen Tischen, Ingenieure, die Faserlaser zum Schneiden und Schweißen entwerfen, Techniker, die Femtosekundensysteme für eine Nutzereinrichtung stabil halten, und Telekommunikationsingenieure, die Licht durch Verstärker leiten. Es wird in dunklen Laboren hinter verriegelten Türen und in Fabrikhallen gesprochen, wo Kilowattstrahlen zur Routine gehören.
Die formelle Seite stammt aus der Laserphysik und Optik. Stimulated emission (stimulierte Emission), population inversion (Besetzungsinversion) und die lasing threshold (Laserschwelle) erklären, warum ein Laser überhaupt funktioniert. Gespräche über Strahlen drehen sich um den TEM00 mode, die beam waist (Strahltaillle), die Rayleigh range (Rayleigh-Länge) und M-squared (Beugungsmaßzahl), die einzige Zahl, die jeder für die Strahlqualität zitiert. Gepulste Laser bringen Q-switching (Güteschaltung), mode locking (Modenkopplung), chirp und chirped pulse amplification mit sich, und die Frequenzkonversion fügt second harmonic generation (Frequenzverdopplung), phase matching (Phasenanpassung) und den walk-off hinzu, der sie begrenzt. Fachleute für Faserlaser ergänzen die Mischung um double-clad fiber, ASE, SBS und photodarkening.
Der Laborjargon ist ebenso spezifisch. Man macht ein walk the beam durch zwei Blenden, führt ein peak up der Einkopplung durch und überprüft den Modus auf einer IR card oder einem burn paper shot. Der Ti:sapph braucht einen kick, um zu pulsen, der regen bestimmt die rep rate, und der doubler sitzt in seinem Ofen. Ein CW breakthrough auf dem Spektrum oder double pulsing auf dem Autokorrelator bedeutet, dass der Laser unzufrieden ist. Ghosts, glints und clipping sind Gefahren und Ärgernisse, die aufgespürt werden müssen, und eine Komponente, die durch zu viel Licht zerstört wurde, ist einfach fried.
Insider verraten sich dadurch, dass sie bei Einheiten und Bedingungen sehr genau sind: Eine damage threshold (Zerstörschwelle) bedeutet nichts ohne Wellenlänge und Pulsdauer, fluence (Fluenz) und peak power (Spitzenleistung) sind unterschiedliche Grenzwerte, und Schutzbrillen schützen nur bei den auf ihnen aufgedruckten Wellenlängen.
Laseringenieure, optische Physiker, Photonikforscher und Doktoranden, Designer von Faserlasern, Laserservicetechniker, Personal in Ultrakurzpulslaboren, Laserschutzbeauftragte und Ingenieure für industrielle Laseranwendungen.
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Die zehn Wörter, die ein Neuling im Fachgebiet Photonik zuerst braucht.
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Authentisch klingende Sätze aus der Praxis, bei denen jedes Insider-Wort entschlüsselt wird. Tippen Sie auf ein hervorgehobenes Wort.
came up after the power blip, kick it and check for before the users get here.Klares DeutschDer Titan-Saphir-Laser ist nach einer Stromunterbrechung ohne Pulsieren neu gestartet. Stören Sie den Resonator, um das mode locking zu starten, und überprüfen Sie das Spektrum auf eine verbleibende continuous-wave Spitze.
is 1.6 at full , that's the , the was designed for half the power.Klares DeutschDie Strahlqualität verschlechtert sich bei voller Pumpleistung, da die Erwärmung im Verstärkungskristall wie eine Linse wirkt, die beim Resonatordesign nicht berücksichtigt wurde.
through both irises, then the fiber launch on the power meter.Klares DeutschRichten Sie den Strahl mit zwei Umlenkspiegeln auf zwei Blenden aus und nehmen Sie dann eine Feinabstimmung vor, um die maximale Leistung in die Faser einzukoppeln.
's dumping a round trip early, the timing drifted and the energy's down a third.Klares DeutschDer regenerative Verstärker gibt seinen Puls zu früh ab, weil sein elektrooptischer Schalter falsch getaktet ist, sodass die Ausgangspulsenergie gesunken ist.
Backward power jumped and the 's hot, we hit , broaden the before you try that again.Klares DeutschEin rückwärts gerichteter Lichtstoß zeigt, dass die stimulated Brillouin scattering begonnen hat. Verbreitern Sie die linewidth des Seed-Lasers, um die Schwelle anzuheben, bevor Sie die Leistung erhöhen.
's but there's IR on the meter, and those are 2 at 1064.Klares DeutschDie Frequenzverdopplungsstufe ist optimiert, aber restliches Infrarotlicht gelangt in den Strahl, und die verwendete Schutzbrille ist bei dieser Infrarotwellenlänge viel zu schwach.
There's a off the lens focusing right on the SESAM, that's why it keeps getting burn spots.Klares DeutschEine streuende Reflexion von der Rückseite wird auf den sättigbaren Absorberspiegel fokussiert und beschädigt diesen wiederholt.
Das Glossar
Alle 209 Begriffe, nach Themen gruppiert.
Laserphysik
19 BegriffeWie Laser Licht erzeugen: gain, pumping, inversion, threshold und die gängigen Lasertypen.
- ASEauch amplified spontaneous emissionVerstärkte spontane Emission (Amplified Spontaneous Emission): zufällige spontane Photonen, die in einem gain medium verstärkt werden, ein breitbandiges Rauschen im Hintergrund.
- CWauch continuous wave, CW modeDauerstrichbetrieb (Continuous Wave): Laserbetrieb mit einem kontinuierlichen Ausgangsstrahl anstelle von Pulsen.
- Four-level laserauch four-level systemEin Laser, dessen unteres Laserniveau über dem Grundzustand liegt und sich schnell entleert, sodass eine Inversion leicht zu erreichen ist.
- Gain mediumauch active medium, laser mediumDas Material im Inneren eines Lasers oder Verstärkers, das Licht verstärkt, sobald es gepumpt wird: ein Kristall, Glas, Gas, Halbleiter oder eine dotierte Faser.
- Gain saturationauch saturationDer Abfall der Verstärkung eines Verstärkers, wenn das Signal so stark wird, dass es die gespeicherte Inversion abbaut.
- Kinkauch LI kinkEin plötzlicher Knick oder Sprung in der Leistungs-Strom-Kennlinie einer Laserdiode, meist ein Zeichen für einen Modenwechsel.
- Laserlicht erzeugen, wie in der Resonator lasert oder er lasert unter 2 Ampere nicht. Werkstattjargon
- Laser diodeauch diode laser, LDEin durch elektrischen Strom betriebener Halbleiterlaser, der als eigenständige Lichtquelle und zum Pumpen anderer Laser verwendet wird.
- Eine Klasse medizinischer Verfahren, bei denen ultraviolette oder infrarote Laser eingesetzt werden, um die Hornhaut neu zu formen und Fehlsichtigkeiten zu korrigieren.
- Lasing thresholdauch threshold, threshold currentDas Pumpniveau, bei dem die Verstärkung die Resonatorverluste genau ausgleicht und die Laseremission beginnt.
- N-Vauch NV center, nitrogen-vacancyEin Stickstoff-Fehlstellen-Zentrum in einem Diamantgitter, das für Quantenoptik und Magnetometrie verwendet wird.
- Population inversionauch inversionDer Zustand, in dem mehr Atome das obere Laserniveau besetzen als das untere, was ein Medium benötigt, um Verstärkung zu liefern.
- Der Prozess der Erhöhung der Ausgangsleistung eines Lasers unter Beibehaltung seiner Strahlqualität und Architektur.
- Pumpauch pumping, pump lightDie Energiequelle, die ein gain medium anregt, oder der Vorgang dieser Energiezufuhr, meist mit Dioden, Blitzlampen oder Strom.
- Slope efficiencyauch differential efficiency, slopeDie Rate, mit der die Laserausgangsleistung pro Einheit zusätzlicher Pumpleistung oberhalb der Schwelle ansteigt.
- Smileauch bar smileDie leichte Krümmung der Emitterlinie auf einem Laserdiodenbarren, die die Kollimation der schnellen Achse beeinträchtigt.
- Stimulated emissionauch induced emissionEmission eines Photons durch ein angeregtes Atom, ausgelöst durch ein einfallendes Photon und identisch mit diesem in Farbe, Phase und Richtung.
- Ti:sapphauch Ti:sapphire, Ti:Al2O3Titan-dotierter Saphir, der breitbandig abstimmbare Laserkristall hinter den meisten Femtosekunden-Oszillatoren und -Verstärkern. Werkstattjargon
- YAGauch Nd:YAG, YAG laserKurzbezeichnung für Yttrium-Aluminium-Granat und in der Praxis für den Nd:YAG-Laser bei 1064 nm. Werkstattjargon
Resonatoren & Strahlen
16 BegriffeCavities, modes und die Zahlen, die die Größe, Ausbreitung und Qualität eines Strahls beschreiben.
- Beam waistauch waist, w0Die engste Stelle eines fokussierten oder sich ausbreitenden Laserstrahls, an der seine Wellenfront flach ist.
- Divergenceauch beam divergence, far-field angleWie schnell sich ein Laserstrahl mit der Entfernung weit entfernt von seiner Taille ausbreitet, angegeben als Winkel in Milliradian.
- Doughnut modeauch donut mode, TEM01*Eine ringförmige Lasermode mit einer dunklen Mitte, meist ein Zeichen für Dejustage oder Überhitzung in einem TEM00-Laser. Werkstattjargon
- Finesseauch cavity finesseDie Schärfe der Resonanzen eines optischen Resonators: freier Spektralbereich geteilt durch die Resonanzlinienbreite.
- Free spectral rangeauch FSR, mode spacingDer Frequenzabstand zwischen benachbarten Resonanzen eines Laserresonators, Etalons oder Interferometers.
- Gaussian beamauch Gaussian, TEM00 beamEin Strahl, dessen Intensität von der Mitte aus wie eine Glockenkurve abfällt, die Form eines idealen Singlemode-Lasers.
- Hot spotauch hotspotEin kleiner Bereich eines Strahls mit viel höherer Intensität als der Rest, eine häufige Ursache für Schäden an Optiken. Werkstattjargon
- Longitudinal modeauch axial modeEine der diskreten Frequenzen, bei denen eine stehende Welle eine ganzzahlige Anzahl von Halbwellenlängen in den Resonator einpasst.
- M-squaredauch M2, M²Der Strahlqualitätsfaktor: wie viel schlechter ein Strahl fokussiert und divergiert als ein idealer Gauß-Strahl derselben Wellenlänge.
- Mode hopauch mode hopping, mode jumpEin plötzlicher Sprung der Ausgangsfrequenz eines Lasers von einer Resonatormode zu einer benachbarten.
- Output couplerauch OC, partial reflectorDer teilweise durchlässige Resonatorspiegel, durch den der Laserstrahl den Resonator verlässt.
- Rayleigh rangeauch Rayleigh length, zRDer Abstand von der Strahltaille bis zu der Stelle, an der sich die Querschnittsfläche verdoppelt hat, ein Maß für die Schärfentiefe.
- Resonatorauch cavity, optical cavityDie Anordnung von Spiegeln, die das Licht wiederholt durch das gain medium schickt, um eine Laseroszillation aufzubauen.
- TEM00auch fundamental mode, single transverse modeDie transversale Grundmode eines Lasers: ein einzelner runder Fleck mit einem Gaußschen Intensitätsprofil.
- Thermal lensingauch thermal lensDer Linseneffekt, den ein erwärmtes Verstärkungsmedium oder eine Optik erzeugt, wenn sich deren Mitte stärker erwärmt als die Ränder.
- Top-hatauch flat-top, top hat profileBeschreibt einen Strahl mit flacher, gleichmäßiger Intensität über seine Breite und steilen Kanten anstelle einer Gaußschen Spitze. Werkstattjargon
Gepulster Betrieb
21 BegriffeQ-switched und mode-locked Laser, Pulsmessung und der Jargon von Ultrakurzpulslaboren.
- Autocorrelatorauch ACEin Messgerät, das die Dauer ultrakurzer Pulse bestimmt, indem es einen Puls mit einer verzögerten Kopie seiner selbst überlagert.
- Chirpauch frequency chirpEine Änderung der Momentanfrequenz über einen Puls hinweg, sodass seine Farben zeitlich versetzt ankommen.
- CPAauch chirped pulse amplificationChirped Pulse Amplification: Streckung eines kurzen Pulses vor der Verstärkung und anschließende Rekomprimierung.
- CW breakthroughauch CW spikeEine schmale Dauerstrich-Spitze im Spektrum eines modengekoppelten Lasers, die zeigt, dass ein Teil der Leistung nicht gepulst ist. Werkstattjargon
- Ein Fehler, bei dem ein gepulster Laser zwei Pulse statt eines einzigen abgibt, verursacht durch zu hohe Verstärkung oder falsches Schalt-Timing. Werkstattjargon
- Femtoauch femtosecond, fsKurzform von Femtosekunde, für Laser und Pulse mit einer Dauer von einigen wenigen bis zu einigen hundert Billiardsteln einer Sekunde. Werkstattjargon
- Fluenceauch energy densityPulsenergie pro Flächeneinheit, meist in J/cm², die Größe, die Ablation und optische Zerstörung bestimmt.
- Kickauch kick-startEinen Kerr-Linsen-modengekoppelten Laser durch eine kurze Störung des Resonators starten, damit sich ein Puls bilden kann. Werkstattjargon
- Der stabile, eingerastete Zustand eines Lasers, entweder im modengekoppelten Pulsbetrieb oder frequenzstabilisiert auf eine Referenz. Werkstattjargon
- Mode lockingauch modelocking, MLFestlegen der Phasen vieler longitudinaler Moden, sodass sie sich zu einer Kette ultrakurzer Pulse addieren.
- Peak powerauch peak, PpkDie höchste Momentanleistung, die während eines Laserpulses erreicht wird, grob berechnet als Pulsenergie geteilt durch die Pulsdauer.
- Ein niedriger, breiter Lichthintergrund unter oder um einen ultrakurzen Puls herum, der Energie außerhalb des Hauptpeaks trägt.
- Pockels cellauch PCEin elektrooptischer Kristall, der die Polarisation eines Strahls ändert, wenn eine hohe Spannung angelegt wird, verwendet als schneller optischer Schalter.
- Pulse durationauch pulse width, pulse lengthWie lange ein Laserpuls dauert, normalerweise angegeben als Halbwertsbreite (FWHM) seiner Intensität.
- Erzeugung kurzer, intensiver Laserpulse, indem die Resonatorverluste hoch gehalten werden, während sich Energie aufbaut, und diese dann plötzlich gesenkt werden.
- Regenauch regenerative amplifierKurzform von Regenerative Amplifier (Regenerativverstärker): der Resonator, der einen Seedpuls für viele Verstärkungsdurchgänge einfängt, bevor er ihn freigibt. Werkstattjargon
- Rep rateauch repetition rate, PRFKurzform von Repetition Rate: Wie viele Pulse pro Sekunde ein gepulster Laser abgibt. Werkstattjargon
- Repetition timeauch pulse periodDas Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden optischen Pulsen, die von einem Laser emittiert werden.
- Saturable absorberauch bleachable absorberEin Material, dessen Absorption bei hoher Intensität abfällt, verwendet, um Q-switching oder mode locking passiv zu starten und aufrechtzuerhalten.
- Shotauch pulseEin einzelner Laserpuls, insbesondere bei Systemen mit hoher Energie oder niedriger Wiederholrate. Werkstattjargon
- Transform-limitedauch Fourier-limited, bandwidth-limitedBeschreibt einen Puls, der so kurz ist, wie es seine spektrale Bandbreite zulässt, ohne verbleibenden Chirp.
Nichtlineare Optik
12 BegriffeFrequenzverdopplung, phase matching, parametrische Quellen und intensitätsgesteuerte Effekte.
- Bleed-throughauch leak-throughVerbleibende unerwünschte Wellenlänge, wie etwa Reste des infraroten Pumplichts, die durch Filter in den Nutzstrahl gelangen. Werkstattjargon
- Doublerauch SHG crystal, doubling crystalWerkstattjargon für den Frequenzverdopplerkristall oder das Modul, das einen Infrarotlaser in seine zweite Harmonische umwandelt. Werkstattjargon
- Ein räumliches optisches Soliton, das sich beugungsfrei durch einen nematischen Flüssigkristall ausbreitet.
- OPOauch optical parametric oscillatorOptischer parametrischer Oszillator: eine abstimmbare Quelle, die Pumpphotonen in einem nichtlinearen Kristall in zwei längerwellige Strahlen aufteilt.
- Ovenauch crystal oven, crystal heaterDie temperaturgeregelte Halterung, die einen nichtlinearen Kristall auf seiner Phasenanpassungstemperatur hält. Werkstattjargon
- Phase matchingauch PMKonstanthalten der Phase wechselwirkender Wellen in einem nichtlinearen Kristall, damit sich das erzeugte Licht verstärkt statt auszulöschen.
- Ein doppelbrechendes Material, bei dem der außerordentliche Brechungsindex größer als der ordentliche Index ist.
- Quasi-phase matchingauch QPMPhasenanpassung durch periodisches Umkehren der nichtlinearen Orientierung eines Kristalls, anstatt sich auf Doppelbrechung zu verlassen.
- Self-phase modulationauch SPMSpektrale Verbreiterung eines intensiven Pulses, die dadurch verursacht wird, dass seine eigene Intensität den Brechungsindex des durchquerte Mediums verändert.
- SHGauch second harmonic generation, frequency doublingSecond Harmonic Generation (Frequenzverdopplung): Umwandlung von Licht in genau die doppelte Frequenz (halbe Wellenlänge) in einem nichtlinearen Kristall.
- Supercontinuumauch SC, white-light laserExtrem breites, räumlich kohärentes Weißlichtspektrum, das durch das Senden intensiver Pulse durch eine nichtlineare Faser entsteht.
- Das Auseinanderdriften wechselwirkender Strahlen in einem Kristall, entweder räumlich durch Doppelbrechung oder zeitlich durch Geschwindigkeitsunterschiede.
Faserlaser & Verstärker
13 BegriffeDotierte Fasern, Verstärker, Gitter und die Grenzen, an die Hochleistungsfasersysteme stoßen.
- Double-clad fiberauch DCF, double-cladFaser mit einem kleinen dotierten Kern für das Laserlicht innerhalb eines viel größeren inneren Mantels, der das multimodige Pumplicht führt.
- EDFAauch erbium amplifier, erbium-doped fiber amplifierErbium-Doped Fiber Amplifier: der optische Verstärker, der Signale nahe 1550 nm verstärkt, ohne sie in Elektronik umzuwandeln.
- Fiber Bragg gratingauch FBG, Bragg gratingEin periodisches Indexmuster, das in einen Faserkern eingeschrieben ist, das ein schmales Wellenlängenband reflektiert und den Rest durchlässt.
- Fiber fuseauch fuse effectEine glühende Schadenswelle, die sich in einer Faser zurück zum Laser bewegt und eine Spur von Blasen im Kern hinterlässt.
- Fiber laserauch fibre laserEin Laser, dessen aktives Medium eine optische Faser mit einem seltenerddoterten Kern ist, die durch Dioden gepumpt wird.
- LMAauch large mode area fiber, LMA fiberLarge Mode Area: Faser mit vergrößertem Kern, die das Licht verteilt, um die Grenzen für Nichtlinearitäten und Schäden anzuheben.
- MOPAauch master oscillator power amplifier, MOFAMaster Oscillator Power Amplifier: ein Laseraufbau aus einem schwachen Seed-Laser gefolgt von Verstärkerstufen zur Leistungserhöhung.
- Photodarkeningauch photo-darkeningEin langsamer, dauerhafter Anstieg der Hintergrundverluste in seltenerddoterten Fasern unter Pumpeinstrahlung, der die Ausgangsleistung mindert.
- PM fiberauch polarization-maintaining fiber, PMFPolarisationserhaltende Faser (Polarization-maintaining fiber): Faser mit eingebauter mechanischer Spannung, die linear polarisiertes Licht in seiner Einkoppelausrichtung hält.
- Pump combinerauch tapered fiber bundle, TFBEine verschmolzene Faserkomponente, die die Ausgänge mehrerer Pumpdioden in den inneren Mantel einer Double-clad fiber zusammenführt.
- SBSauch stimulated Brillouin scattering, BrillouinStimulierte Brillouin-Streuung: Rückwärtsstreuung von schmalbandigem Licht an Schallwellen, die es selbst in der Faser erzeugt.
- Seedauch seed laser, seederDer Laser geringer Leistung, dessen Ausgangssignal in einem MOPA oder einer Verstärkerkette verstärkt wird und dessen Timing und Spektrum bestimmt. Werkstattjargon
- Ein optischer Halbleiterverstärker, der ein Lichtsignal verstärkt, ohne es in Elektrizität umzuwandeln.
Kohärenz & Dispersion
6 BegriffeLinewidth, Kohärenz und die Dispersionseffekte, die Spektren und Pulse formen.
- Chromatic dispersionauch dispersion, CDDie Änderung des Brechungsindex mit der Wellenlänge, die Farben in Prismen trennt und Pulse zeitlich verbreitert.
- Die Wegdifferenz, über die eine Lichtquelle eine feste Phasenbeziehung beibehält und noch Interferenzstreifen bilden kann.
- Etalonauch Fabry-Perot etalon, FPEin Paar paralleler reflektierender Oberflächen, das ein Kammgitter scharfer Frequenzpeaks durchlässt, um Wellenlängen auszuwählen oder zu messen.
- GVDauch group velocity dispersion, beta2Gruppengeschwindigkeitsdispersion (Group Velocity Dispersion): Wie stark sich die Gruppengeschwindigkeit eines Materials mit der Wellenlänge ändert, was kurze Pulse zeitlich dehnt.
- Linewidthauch laser linewidth, spectral linewidthDie spektrale Breite der Emission eines Einfrequenzlasers, meist angegeben in Hz, kHz oder MHz bei Halbwertsbreite.
- Speckleauch laser speckle, speckle patternDas körnige Muster aus hellen und dunklen Flecken, das entsteht, wenn kohärentes Laserlicht an einer rauen Oberfläche gestreut wird.
Komponenten & Laborpraxis
51 BegriffeOptiken, Halterungen, Sicherheit und die praktischen Justiergewohnheiten in aktiven Laserlaboren.
- Achromatauch achromatic doublet, doubletEine optische Baugruppe zur Minimierung der chromatischen Aberration.
- Achromatic lensauch achromatEine Verbundlinse zur Korrektur der chromatischen Aberration.
- Die Untersuchung und Anwendung der Wechselwirkung von Licht mit Schallwellen in einem Medium.
- Antireflectiveauch ARBehandelt, um das Zurückwerfen von Licht an einer optischen Oberfläche zu minimieren.
- Ein spezialisiertes Instrument zur Messung der numerischen Apertur von Mikroskopobjektiven.
- AR coatingauch antireflection coating, ARAntireflexbeschichtung (Antireflection coating): Dünne dielektrische Schichten, die Oberflächenreflexionen von etwa 4 Prozent auf einen Bruchteil eines Prozents senken.
- Beam dumpauch dump, beam stopEine Vorrichtung (Strahlfalle), die einen unerwünschten oder ungenutzten Laserstrahl vollständig und sicher absorbiert, ohne ihn zu reflektieren.
- Beam expanderauch telescopeEin als Teleskop angeordnetes Linsenpaar, das den Durchmesser eines kollimierten Strahls vergrößert und seine Divergenz verringert.
- Beam profilerauch profilerEin Messgerät, meist eine Kamera oder ein rotierender Spalt, das die Intensitätsverteilung und Breite eines Laserstrahls misst.
- Der Prozess der Aufteilung eines einzelnen Lichtstrahls in zwei oder mehr separate Pfade.
- Breadboardauch optical breadboardEine starre, flache Platte mit einem Raster von Gewindebohrungen, auf der Optiken montiert werden, kleiner als ein vollständiger optischer Tisch.
- Burn paperauch zap paperPapier, das sich dort verfärbt oder schwärzt, wo ein Laserpuls auftrifft, und so eine schnelle Aufzeichnung von Strahlposition und -form liefert. Werkstattjargon
- Class 4auch Class IV, class fourDie höchste Laserschutzklasse für Strahlen, die Augen und Haut selbst durch diffuse Reflexion verletzen und Brände verursachen können.
- Ein Strahl, der durch eine Blende, Halterung oder Kante teilweise abgeschnitten wird, was zu Leistungsverlust, Beugungsringen und Hotspots führt. Werkstattjargon
- Damage thresholdauch LIDT, laser damage thresholdDie maximale Energiedichte oder Leistungsdichte, die eine Optik vertragen kann, bevor sie dauerhaft beschädigt wird.
- Ein Instrument zur Messung des Vergrößerungsbedarfs eines Mikroskops oder optischen Systems.
- Ein Beleuchtungsverfahren, bei dem das Licht von der Oberfläche des beobachteten Objekts reflektiert wird.
- Ein Festkörper-Optikschalter, der einen ferroelektrischen Kristall zwischen gekreuzten Polarisatoren nutzt.
- Friedauch toasted, cookedLaborjargon für eine Laserdiode, Optik, Beschichtung oder einen Detektor, die durch zu viel Licht oder Strom zerstört wurden. Werkstattjargon
- Ghostauch ghost reflection, ghost beamEin schwacher Streustrahl durch Reflexion an einer Rückseite, der in eine unerwartete Richtung verläuft oder an einer Stelle fokussiert, an der er es nicht sollte. Werkstattjargon
- Glan-Foucault prismauch Glan-air prismEin polarisierendes Prisma aus zwei Calcitkeilen, die durch einen Luftspalt getrennt sind.
- Ein polarisierendes Prisma aus zwei zusammengekitteten Calcitkeilen.
- Eine kurze, helle Reflexion eines Laserstrahls an einem glänzenden Objekt wie einem Werkzeug, einem Schraubenkopf, einer Halterung oder Schmuck. Werkstattjargon
- Gogglesauch laser goggles, laser safety eyewearLaborjargon für Laserschutzbrillen, die nach ihrer optischen Dichte bei bestimmten Wellenlängen zertifiziert sind. Werkstattjargon
- HeNeauch helium-neon laser, He-NeEin Helium-Neon-Gaslaser, meist rot bei 632,8 nm, der klassische Justier- und Referenzlaser mit geringer Leistung. Werkstattjargon
- IR cardauch viewer card, detector cardEine kleine, mit Leuchtstoff beschichtete Karte, die dort sichtbar leuchtet, wo ein unsichtbarer Infrarotstrahl auftrifft, verwendet zur Ausrichtung. Werkstattjargon
- Kinematic mountauch kinematicEin verstellbarer Optikhalter, der Dreipunktkontakt und Feingewindeschrauben nutzt, um Neigung und Kippung wiederholbar einzustellen.
- Lambda over tenauch lambda/10, tenth-waveKurzbezeichnung für eine Optik, die bis auf ein Zehntel einer Wellenlänge eben ist, verwendet als Synonym für hochwertige Laseroptiken. Werkstattjargon
- Ein dispergierendes Prisma mit einer verspiegelten Rückseite, die das Licht entlang seines ursprünglichen Pfades zurückwirft.
- Ein hochgradig miniaturisiertes zweigliedriges Linsensystem, das häufig mittels Lithografie oder fluidischen Verfahren hergestellt wird.
- Eine physische Abweichung der Oberflächenform einer optischen Komponente von ihrem beabsichtigten Design. Werkstattjargon
- Ein traditioneller Polarisatortyp, der aus zwei zusammengekitteten Hälften eines Calcitkristalls besteht.
- Ein modifiziertes Wollaston-Prisma, das in der Differentialinterferenzkontrast-Mikroskopie verwendet wird.
- ODauch optical density, OD ratingOptische Dichte (Optical Density): Ein logarithmisches Maß dafür, wie stark ein Filter oder eine Laserschutzbrille Licht bei einer bestimmten Wellenlänge blockiert.
- Optical isolatorauch isolator, Faraday isolatorEin Einwegventil für Licht, das einen Strahl in Vorwärtsrichtung durchlässt und Reflexionen daran hindert, zum Laser zurückzukehren.
- Die Hardware und Konstruktion zur Halterung, Positionierung und Ausrichtung optischer Komponenten.
- Peak upauch peak, tweak upDas Feinjustieren von Einstellknöpfen unter Beobachtung eines Leistungsmessers oder Signals, bis der Maximalwert erreicht ist. Werkstattjargon
- Pellicleauch pellicle beam splitterEine ultradünne Membran, die als Strahlteiler oder als Staubschutzabdeckung verwendet wird.
- Ein Paar übereinander angeordneter Spiegel, das die Höhe eines Laserstrahls über dem Tisch verändert und optional seine Polarisation dreht.
- Pickoffauch pick-off, beam samplerEine Optik, meist ein unbeschichteter Keil, die einen kleinen Bruchteil eines Strahls auskoppelt und an ein Diagnosegerät leitet. Werkstattjargon
- PIVauch Particle Image VelocimetryEin Laserdiagnoseverfahren zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten in Fluiden.
- Polyhedronauch polygon mirror, polyscopeEin mehrflächiges optisches Element, das zum Teilen oder Ablenken eines Strahls verwendet wird.
- Hochfrequenz (HF), das elektronische Signalband zur Ansteuerung von akustooptischen und elektrooptischen Modulatoren. Werkstattjargon
- Scratch-digauch S-D, scratch and digDie Oberflächengüteklasse für Optiken, angegeben als zwei Zahlen wie 20-10 für die zulässigen Kratzer und Vertiefungen.
- Ein Monochromator mit sphärischem Gitter ist ein Gerät, das mithilfe eines gekrümmten Beugungsgitters bestimmte Wellenlängen des Lichts isoliert.
- SLDauch SLEDSuperlumineszenzdiode, eine breitbandige Halbleiterlichtquelle, die auf verstärkter Spontanemission basiert.
- Ein Instrument, das den Polarisationszustand von Licht über verschiedene Wellenlängen hinweg misst.
- Ein Präzisionsinstrument zur Messung des Krümmungsradius einer sphärischen Linse oder eines Spiegels.
- Walk the beamauch beam walking, walking the mirrorsEinen Strahl mithilfe von zwei Justierspiegeln, die abwechselnd auf zwei Ziele oder Blenden ausgerichtet werden, auf eine Bahn bringen. Werkstattjargon
- Waveplateauch wave plate, retarderEine doppelbrechende Platte (Verzögerungsplatte), die die Phase zwischen zwei Polarisationskomponenten verschiebt, um die Polarisation zu drehen oder umzuwandeln.
- WSSauch wavelength selective switchEin wellenlängenselektiver Schalter, der zur Weiterleitung bestimmter optischer Kanäle in Glasfasernetzen verwendet wird.
Geometrische Optik
42 BegriffeRay tracing, Linsen, Spiegel, Aberrationen und die Formeln zur Berechnung von Lichtwegen.
- Beschreibt ein optisches System ohne Netto-Brechkraft.
- Beschreibt ein optisches System oder eine Linse, die alle einfallenden Lichtstrahlen erfolgreich in einem einzigen Brennpunkt zusammenführt.
- Der Winkel, den der Rand eines optischen Elements vom Brennpunkt aus gesehen einschließt.
- Apertureauch clear apertureEine physische Öffnung, die das durch ein System fallende Lichtbündel begrenzt.
- Aplanatauch aplanatic lensEine Linse, die so konstruiert ist, dass sie frei von sphärischer Aberration und Koma ist.
- Gekennzeichnet durch das Fehlen von sphärischer Aberration und Koma in einem optischen System.
- Der optische Zustand der Freiheit von sphärischer Aberration und Koma.
- Apochromatauch APOEin hochgradig korrigiertes Objektiv, das drei verschiedene Wellenlängen des Lichts auf denselben Brennpunkt bringt.
- Apochromaticauch apoBeschreibt eine Linse oder ein optisches System, das für chromatische Aberration bei drei verschiedenen Wellenlängen korrigiert ist.
- Der Zustand der Korrektur von chromatischer und sphärischer Aberration über mehrere Wellenlängen hinweg.
- Eine einzelne sphärische Linse, die mit spezifischen Oberflächenkrümmungen konstruiert wurde, um die sphärische Aberration zu minimieren.
- Biconcaveauch double concaveBeschreibt eine Linse mit zwei nach innen gewölbten Oberflächen.
- Beschreibt eine Linsenoberfläche, die zwei verschiedene sphärische Profile kombiniert.
- Beschreibt ein optisches System, das sowohl Linsen als auch Spiegel verwendet.
- Der Zweig der Optik, der sich mit Systemen befasst, die Spiegel und Linsen kombinieren.
- Causticauch caustic curve, caustic surfaceDie helle Einhüllende von Lichtstrahlen, die entsteht, wenn ein Strahl von einer gekrümmten Oberfläche reflektiert oder gebrochen wird.
- Ein zweidimensionaler Querschnitt der Einhüllenden, die durch reflektierte oder gebrochene Strahlen gebildet wird.
- Die dreidimensionale Einhüllende konzentrierter Lichtstrahlen, die durch Reflexion oder Brechung entsteht.
- Der minimale Einfallswinkel, der eine Totalreflexion erzeugt.
- Ein spezifischer Strahlengang, der einen definierten Quellpunkt mit einem bestimmten Empfänger verbindet.
- Equiconcaveauch bi-concaveMit zwei nach innen gekrümmten optischen Oberflächen mit identischen Krümmungsradien.
- Equiconvexauch bi-convexMit zwei nach außen gekrümmten optischen Oberflächen mit identischen Krümmungsradien.
- Eine Projektionsabbildung, die ein konstantes Verhältnis zwischen Bildfläche und Raumwinkel beibehält.
- Etendueauch optical extent, throughputEin Maß dafür, wie weit ein Lichtstrahl sowohl flächen- als auch winkelmäßig ausgedehnt ist.
- Eine Linse, die in oder nahe einer Bildebene platziert wird, um Randstrahlen in das nächste optische Element umzulenken.
- Field of viewauch FOVDie maximale winkelmäßige oder lineare Ausdehnung der sichtbaren Welt, die durch ein optisches System gesehen wird.
- Eine physische Blende, die das Sichtfeld in einem optischen System einschränkt.
- Ein unbeabsichtigter ebener Bereich auf einer gekrümmten optischen Oberfläche.
- Der Abstand entlang der optischen Achse zwischen den Brennpunkten von paraxialen und marginalen Strahlen.
- Beschreibt ein optisches System, das die konfokale Tiefensektionierung auf ein großes Sichtfeld anwendet.
- Korrigiert, um sowohl visuelle als auch fotografische Wellenlängen in dieselbe Brennebene zu bringen.
- Planachromaticauch plan achromatSowohl für chromatische Aberration als auch für Bildfeldwölbung korrigiert.
- Planapochromaticauch plan apochromatHochgradig korrigiert für drei Farben der chromatischen Aberration und Bildfeldwölbung.
- Planoconcaveauch plano-concave, PCVEine Linsenform mit einer flachen und einer nach innen gewölbten Oberfläche.
- Planoconvexauch plano-convex, PCXEine Linsenform mit einer flachen und einer nach außen gewölbten Oberfläche.
- Ein Bild, das durch das tatsächliche Zusammenlaufen von Lichtstrahlen an einem bestimmten Ort im Raum entsteht.
- Einen Lichtstrahl beim Übergang von einem Medium in ein anderes mit einem anderen Brechungsindex brechen.
- Die grundlegende Formel zur Berechnung, wie stark ein Lichtstrahl beim Übergang zwischen zwei verschiedenen transparenten Materialien gebrochen wird.
- Ein optischer Abbildungsfehler, bei dem Lichtstrahlen, die durch den Rand einer Linse gehen, an einem anderen Punkt fokussiert werden als zentrale Strahlen.
- Bezeichnung für eine Linse, die eine sphärische und eine zylindrische Krümmung kombiniert, um Licht asymmetrisch zu fokussieren.
- Bezeichnung für ein Linsensystem, bei dem die Hauptstrahlen parallel zur optischen Achse verlaufen, wodurch perspektivische Verzerrungen vermieden werden.
- Total internal reflectionauch TIRDie vollständige Reflexion eines Lichtstrahls an der Grenze zu einem Medium mit niedrigerem Brechungsindex.
Physikalische Optik
29 BegriffeWellenphänomene, Beugungsgrenzen, Interferenzmuster und die Regeln der Polarisation.
- Frei von Farbtrennung oder wellenlängenabhängiger Fokusverschiebung.
- Achromaticityauch achromatismDer Grad, in dem ein optisches System chromatische Dispersion vermeidet.
- Achromatismauch achromaticityDer Zustand eines optischen Systems, frei von chromatischer Aberration zu sein.
- Adaptive opticsauch AOEin optisches System, das Wellenfrontdeformationen aktiv misst und korrigiert.
- Der helle zentrale Fleck eines Beugungsmusters, das durch eine kreisförmige Apertur erzeugt wird.
- Das vollständige Beugungsmuster einer kreisförmigen Apertur mit einem zentralen Fleck und konzentrischen Ringen.
- Die Veränderung optischer Aberrationen über verschiedene Winkel in einem Sichtfeld.
- Arago spotauch Poisson spotEin heller Lichtpunkt, der aufgrund von Beugung im Zentrum des Schattens eines kreisförmigen Objekts erscheint.
- Beschreibt eine elektromagnetische Welle, die exponentiell abklingt, anstatt sich auszubreiten.
- Ein dimensionsloser Parameter, der den Beugungsbereich eines optischen Systems angibt.
- Eine Metamaterial-Linse, die evaneszente Wellen einfängt und vergrößert, um das Beugungslimit zu umgehen.
- Die scheinbare spektrale Breite einer perfekt monochromatischen Quelle, gemessen mit einem bestimmten optischen Instrument.
- Das Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, ein massives optisches System zur Detektion kosmischer Gravitationswellen.
- Die Änderung der Polarisation oder Phase einer elektromagnetischen Welle beim Durchgang durch ein Material, das einem Magnetfeld ausgesetzt ist.
- Die Änderung der Polarisation und Intensität von Licht, das von einer magnetisierten Oberfläche reflektiert wird.
- Ein Bildgebungs- oder Analyseverfahren, das Daten gleichzeitig auf mehreren räumlichen Skalen erfasst.
- Die Untersuchung und Manipulation von Licht-Materie-Wechselwirkungen auf der Nanometerskala.
- Nanoscopyauch super-resolution microscopyOptische Bildgebungsverfahren, die Strukturen auflösen, die kleiner als die Beugungsgrenze des Lichts sind.
- Ein doppelbrechender Kristall, bei dem der außerordentliche Brechungsindex kleiner als der ordentliche Brechungsindex ist.
- Plenopticauch light fieldErfassung sowohl der Intensität als auch der Richtung von Lichtstrahlen in einer Szene.
- Rayleigh's resolution limitauch Rayleigh criterionDer Mindestabstand, der zwischen zwei Punktquellen erforderlich ist, damit ein optisches System sie als getrennt auflösen kann.
- Serial time-encoded amplified microscopyauch STEAMEine ultraschnelle Bildgebungstechnik, die räumliche Informationen auf das Spektrum eines gechirpten Laserpulses abbildet.
- Ein Phänomen, bei dem die Gruppengeschwindigkeit eines optischen Pulses durch den Durchgang durch ein hochdispersives Medium drastisch reduziert wird.
- Eine Auflösungsgrenze, die durch den Punkt definiert ist, an dem die Senke zwischen zwei überlappenden Beugungsmustern verschwindet.
- Der theoretische minimale Winkelabstand, der erforderlich ist, um zwei Punktquellen aufzulösen.
- T-rayauch terahertz radiation, THz radiationElektromagnetische Strahlung im Terahertz-Band, die zwischen Mikrowellen und infrarotem Licht liegt. Werkstattjargon
- Das optische Phänomen, bei dem Lichtwellen, die an den oberen und unteren Grenzflächen einer dünnen Beschichtung reflektiert werden, miteinander interferieren.
- Ein großer Gravitationswellendetektor in Italien, der auf einem riesigen Michelson-Interferometer basiert.
- Voigt effectauch magnetic linear birefringenceDie induzierte Doppelbrechung in einem Medium, das einem transversalen Magnetfeld ausgesetzt ist.
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Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen Q-switching und mode locking?
Q-switching hält die Verluste des Laserresonators hoch, während sich Energie im Verstärkungsmedium aufbaut, und gibt diese dann als einen intensiven Puls von etwa 5 bis 100 Nanosekunden ab, bei Raten von Einzelschüssen bis zu Hunderten von kHz. Mode locking fixiert die Phasen vieler Resonatormoden, sodass sie einen Zug von Pikosekunden- oder Femtosekundenpulsen mit der Umlaufzeit des Resonators bilden, normalerweise im Bereich von zig MHz. Q-switching maximiert die Pulsenergie, mode locking minimiert die Pulsdauer.
Was bedeutet M-squared für einen Laserstrahl?
M-squared ist die Beugungsmaßzahl für die Strahlqualität. Sie vergleicht, wie ein realer Strahl fokussiert und sich ausbreitet, mit einem idealen Gauß-Strahl derselben Wellenlänge, der ein M-squared von 1 hat. Ein Strahl mit einem M-squared von 1.1 ist nahezu perfekt, industrielle Multimode-Laser können Werte von 10 oder mehr aufweisen. Höhere Werte bedeuten einen größeren fokussierten Punkt oder eine kürzere Schärfentiefe, weshalb Anwendungen wie Feinschneiden und Fasereinkopplung ein niedriges M-squared erfordern.
Was ist die Rayleigh range?
Die Rayleigh range (Rayleigh-Länge) ist der Abstand von der beam waist, dem schmalsten Punkt eines Strahls, bis zu dem Punkt, an dem sich die Querschnittsfläche des Strahls verdoppelt hat. Innerhalb dieser Distanz bleibt der Strahl nahezu kollimiert. Sie entspricht Pi mal dem Quadrat des Taillenradius geteilt durch die Wellenlänge, weiter reduziert durch M-squared. Ein enger Fokus ergibt einen kleinen Punkt, aber eine kurze Rayleigh range, weshalb in der Laserbearbeitung und Mikroskopie ständig ein Kompromiss zwischen Punktgröße und Schärfentiefe gesucht wird.
Was ist der Unterschied zwischen fluence und peak power?
Fluence (Fluenz) ist die Energie eines Pulses verteilt über eine Fläche, normalerweise in Joule pro Quadratzentimeter, und sie entscheidet darüber, ob ein Material abgetragen oder eine Optik beschädigt wird. Peak power (Spitzenleistung) ist die Energie geteilt durch die Pulsdauer, in Watt, und sie treibt nichtlineare Effekte wie Frequenzverdopplung und Selbstphasenmodulation an. Derselbe Puls kann in der einen Hinsicht sicher und in der anderen gefährlich sein, weshalb Ingenieure beides überprüfen.
Was ist ASE in einem Laser oder Verstärker?
ASE steht für amplified spontaneous emission (verstärkte spontane Emission). Atome in einem gepumpten Verstärkungsmedium emittieren spontan Photonen in zufällige Richtungen und Wellenlängen, und diejenigen, die sich entlang des Verstärkungspfads bewegen, werden verstärkt. Das Ergebnis ist ein breitbandiger, inkohärenter Hintergrund, der Rauschen hinzufügt und dem gewünschten Signal Energie entzieht. In Faserverstärkern mit hoher Verstärkung ohne ausreichendes Seed-Licht kann ASE zu parasitärem Lasern anwachsen, das Komponenten beschädigt.
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