Die LINOS Gitter. Gitter
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- Emil Bergmann
- vor 8 Jahren
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Transkript
1 Die LINOS
2 Linsen, Mikrolinsen Machine Vision Zoom- und Arrays, Flüssiglinsen Achromate Laseroptik Objektive Mikroskopoptik Planoptik Polarisationsoptik Spiegel Die LINOS Qioptiq bietet eine breite Auswahl an gittern, holographischen n und Transmissionsgittern in verschiedenen Abmessungen und mit unterschiedlichen konstanten für Wellenlängenbereiche von UV bis ins nahe Infrarot. Unsere Qualitätskriterien: Qualitativ hochwertige etablierter Hersteller Hohe thermische Beständigkeit! Extra: Auf Anfrage sind Schutzbeschichtungen zur Optimierung der Reflektivität im UV, Sichtbaren oder IR erhältlich Ideale Einsatzgebiete: Zum Einsatz in Spektrographen und Spektrometern sowohl im Labor als auch für die industrielle Messtechnik. 582 Free Call Fax +49(0)
3 Technische Erläuterungen 586 Zur Auswahl eines s 587 gitter gitter (Blaze-Wellenlänge 300 nm) 588 gitter (Blaze-Wellenlänge 500 nm) 589 gitter (Blaze-Wellenlänge 1000 nm) 590 Holographische Holographische für den UV Bereich 591 Holographische für den sichtbaren Spektralbereich 592 Transmissionsgitter Transmissionsgitter für den UV Bereich 593 Transmissionsgitter für den sichtbaren Spektralbereich 593 Transmissionsgitter für den nahen infraroten Spektralbereich 594 sales@qioptiq.de 583
4 Linsen, Mikrolinsen Machine Vision Zoom- und Arrays, Flüssiglinsen Achromate Laseroptik Objektive Mikroskopoptik Planoptik Polarisationsoptik Spiegel Technische Erläuterungen Beugungsgitter Ein Beugungsgitter besteht aus einer Anzahl äquidistanter Rillen in einer reflektierenden Beschichtung, die sich auf einem geeigneten Substrat befindet. Der Abstand zwischen benachbarten Rillen sowie der Winkel, unter dem sich die Rillen in Bezug zum Substrat befinden, beeinflussen sowohl die Dispersion als auch die Effizienz eines s. Wenn die Wellenlänge der einfallenden Strahlung wesentlich größer ist als der Abstand der Rillen, wird keine Beugung auftreten. Falls die Wellenlänge des einfallenden Lichts sehr viel kleiner ist als der Abstand der Rillen, werden die einzelnen Facetten der Rillen als Spiegel wirken und ebenfalls keine Beugung auftreten. Nach Art und Weise der Herstellung unterscheidet man grundsätzlich zwischen holographischen und gittern. Durch Gravieren von Rillen lassen sich gitter erzeugen. Holographische werden durch konstruktive Interferenz von Laserstrahlung und mit Hilfe eines fotolithographischen Prozesses erzeugt. - und holographische unterscheiden sich in ihren optischen Eigenschaften. Daher eignen sich beide Typen für spezifische Anwendungen. gleichung Die allgemeine gleichung lautet n λ d sin i sin i' wobei n die Beugungsordnung, λ die Wellenlänge, i den Einfallswinkel und i den Beugungswinkel (jeweils gemessen von der Normalen) bedeuten. d wird als konstante bezeichnet und gibt den Abstand benachbarter Rillen an. Für eine bestimmte Beugungsordnung und einen bestimmten Einfallswinkel besitzen unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Beugungswinkel. Dadurch wird polychromatisches Licht, das auf das fällt, in seine spektralen Bestandteile zerlegt., einfallende Strahlung Normale zur rillenfront normale winkel und -bezeichnungen i gebeugte Strahlung (1. Beugungsordnung) reflektierte Strahlung i' (0. Beugungsordnung) Die Herstellung von gittern Ein geeignetes Substrat in der Regel Glas oder Kupfer wird zunächst poliert bevor es mit einer dünnen Aluminiumlage beschichtet wird. Als nächstes werden die parallelen Rillen mit gleichen Abständen geritzt. Dies ist ein langwieriger Prozess, dem ein sehr exaktes Ausrichten und Testen, das einige Tage in Anspruch nehmen kann, vorausgeht. Die Eigenschaften des s hängen entscheidend von der Genauigkeit der Positionierung der Diamantschneidewerkzeuge ab: sowohl Schneidtiefe als auch Parallelität der Rillen müssen sehr exakt kontrolliert werden. Dazu wird eine Anzahl Testrillen geritzt und das so entstehende auf Effizienz, Rillenprofil und Streulicht geprüft. Nach jedem Test werden gegebenenfalls minimale mechanische Korrekturen durchgeführt. Es kann dabei bis zu einer Woche dauern, ein optimiertes Rillenprofil mit bestimmten optischen Eigenschaften zu erzeugen. Erst danach wird ein Master- in ein größeres Substrat geritzt. Da dieser Prozess sehr aufwändig und teuer ist, finden gitter erst eine weite Verbreitung, seit ein effizienter Replikationsprozess zur Verfügung steht. i d q Die Herstellung von holographischen n Wie bei einem gerillten beginnt die Herstellung eines holographischen s mit der Auswahl eines geeigneten, polierten Substrats. Für die Herstellung eines holographischen s wird das Substrat jedoch mit einem lichtempfindlichen Material (Fotolack) beschichtet. Das so beschichtete Substrat wird zwischen zwei sich überlappenden Strahlen eines interferenzfähigen Laserstrahls positioniert und belichtet. Die sich überlappenden Strahlen erzeugen eine Reihe paralleler, äquidistanter Interferenzstreifen mit einem sinusförmigen Intensitätsprofil. Dieses Muster belichtet den Fotolack unterschiedlich. Da die Löslichkeit des Fotolacks von der Belichtung abhängt, überträgt der Entwicklungsprozess die unterschiedlichen Intensitäten des Interferenzmusters auf die Oberfläche des Fotolacks. Danach wird das Substrat mit einem reflektierenden Material beschichtet und kann direkt als verwendet werden oder als Master zur Replikation weiterer dienen. Da holographische über einen optischen Prozess hergestellt werden, sind form und -abstand perfekt einheitlich. Holographische sind daher frei von periodischen oder zufälligen Fehlern, die für Geister- und Streulicht bei gittern sorgen. Holographische erzeugen daher wesentlich weniger Streulicht als gitter. 584 Free Call Fax +49(0)
5 Effizienz Blaze-Winkel und Blaze-Wellenlänge Dispersion Die Effizienz eines s hängt hauptsächlich ab von der Form der Rille, dem Einfallswinkel sowie der Reflektivität des Coatings. Die absolute Effizienz eines s ist der Prozentsatz des einfallenden monochromatischen Lichts, das in die gewünschte Ordnung gebeugt wird. Im Gegensatz dazu vergleicht die relative Effizienz den Anteil des Lichts, das in die gewünschte Ordnung gebeugt wird mit der eines ebenen Spiegels, der mit demselben Material beschichtet ist wie das. Eine Kurve, die eine relative Effizienz darstellt, wird daher immer höhere Werte zeigen als die entsprechende Kurve der absoluten Effizienz. Die Kurven in diesem Kapitel stellen immer die absolute Effizienz dar. Der Einfallswinkel spielt bei der Beurteilung der Eigenschaften eines s eine wichtige Rolle. Um zu vergleichbaren Ergebnissen zu kommen wird die Littrow- (oder Autokollimations-) Anordnung als Standard benutzt. Bei dieser Anordnung ist das gebeugte Licht der gewählten Wellenlänge und Beugungsordnung entgegen der Richtung des einfallenden Lichts (i = i ) gerichtet. Diese Anordnung wird häufig beim Tunen von Lasern eingesetzt, während für die meisten anderen Anwendungen eine Winkelabweichung zwischen einfallendem und gebeugtem Strahl günstig ist. Kleinere Abweichungen von der Littrow-Anordnung haben bis auf eine Begrenzung des nutzbaren Wellenlängenbereichs meist einen zu vernachlässigenden Effekt auf die Leistungsfähigkeit des s. Die in diesem Katalog gezeigten Daten beziehen sich stets auf Messungen in Littrow-Anordnung. Die Furchen eines gerillten s besitzen ein Sägezahnprofil, bei dem eine Flanke länger als die andere ist. Der Winkel zwischen der längeren Seite der Furche und der ebene heißt Blaze-Winkel. Durch eine Veränderung dieses Winkels kann für einen bestimmten Wellenlängenbereich die effizienz erhöht werden; die Wellenlänge mit der maximalen Effizienz heisst daher auch Blaze-Wellenlänge. Holographische besitzen im Vergleich zu gittern eine geringere Effizienz, da hier im Allgemeinen kein Blaze-Winkel erzeugt werden kann. Durch spezielle Prozesse kann jedoch für UV Anwendungen ein Sägezahnprofil mit einer Blaze-Wellenlänge von 250 nm erzeugt werden, so dass holographische mit hoher Effizienz und geringem Streulichtanteil möglich werden. Auflösungsvermögen Das theoretische Auflösungsvermögen eines s entspricht dem Produkt aus der genutzten Beugungsordnung und der Anzahl der Rillen N, auf die das einfallende Licht trifft: λ λ N n Das tatsächliche Auflösungsvermögen eines s hängt von der Genauigkeit der Herstellungsprozesse ab und liegt bei einem qualitativ hochwertigen bei % des theoretischen Wertes. Vom Auflösungsvermögen des s muss die Auflösung des gesamten optischen Systems unterschieden werden, in dem ein bestimmtes eingesetzt wird. Hierbei spielen noch weitere mechanische und optische Eigenschaften eine Rolle. Dazu gehören Brennweite, Spaltbreite, die optische Qualität der Komponenten sowie die Justage des Systems. Die Auflösung eines optischen Systems wird üblicherweise angegeben durch das Rayleigh-Kriterium R = λ/δλ und gemessen durch spektral eng benachbarte Emissions- oder Absorptionslinien, die noch getrennt werden können. Die Winkeldispersion eines s ist das Produkt aus Einfallswinkel und Abstand der Rillen. Sie kann durch Vergrößerung des Einfallswinkels oder durch Verkleinerung des Abstands benachbarter Rillen vergrößert werden. Ein mit einer hohen Winkeldispersion ermöglicht kompakte optische Systeme mit einer hohen Auflösung. Beugungsordnungen Für gegebene Winkel i und i sowie bei gegebenem Abstand der Rillen gilt die gleichung für mehr als eine Wellenlänge, was zu mehreren Beugungsordnungen führt. Eine Verstärkung (konstruktive Interferenz) des an benachbarten Rillen gebeugten Lichts tritt auf, wenn die Strahlen einen Phasenunterschied besitzen, der ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge beträgt. Die Anzahl der Beugungsordnungen ist durch den abstand (konstante) und den Einfallswinkel (< 90 ) begrenzt. Für höhere Beugungsordnungen nehmen Beugungseffizienz und Freier Spektralbereich ab, während die Winkeldispersion zunimmt. Eine Überlappung der Beugungsordnungen kann durch geeignete Wahl von Lichtquellen, Detektoren und Filtern kompensiert werden und stellt kein grundlegendes Problem für dar, die in der Regel bei niedrigen Beugungsordnungen eingesetzt werden. einfallender Strahl 3. Ordnung 2. Ordnung Beugungsordnungen Oberflächennormale 1. Ordnung 0. Ordnung -1. Ordnung sales@qioptiq.de 585
6 Linsen, Mikrolinsen Machine Vision Zoom- und Arrays, Flüssiglinsen Achromate Laseroptik Objektive Mikroskopoptik Planoptik Polarisationsoptik Spiegel Technische Erläuterungen Freier Spektralbereich Der Freie Spektralbereich FSB ist definiert als die maximale spektrale Bandbreite, die in einer bestimmten Beugungsordnung ohne spektrale Überlappung mit angrenzenden Beugungsordnungen vorhanden ist. Mit abnehmender konstante nimmt der Freie Spektralbereich zu. Mit höheren Beugungsordnungen wird er kleiner. Mit der oberen bzw. unteren Grenze λ 1 bzw. λ 2 gilt: FSB λ λ 1 /n 2 1 λ Höhere Beugungsordnungen und Freier Spektralbereich n=1 n=2 n=3 Geister und Streulicht Unter Geistern versteht man scheinbare Spektrallinien, die ihre Ursache in periodischen Fehlern beim Erzeugen der rillen haben. Diese Fehler lassen sich durch interferometrische Kontrolle beim Herstellen von gittern minimieren; bei holographischen n tritt dieser Fehler nicht auf. Streulicht entsteht bei gittern durch zufällige Fehler und Unregelmäßigkeiten auf den reflektierenden Oberflächen. Holographische sind weniger anfällig für Streulicht, weil deren optischer Herstellungsprozess nicht diesen mechanischen Unregelmäßigkeiten unterliegt. Transmissionsgitter Transmissionsgitter ermöglichen ein einfaches und kompaktes Optikdesign für Anwendungen mit festen n wie beispielsweise bei Spektrographen. Sie sind sehr unempfindlich gegenüber einigen typischen Justagefehlern. Transmissionsgitter besitzen relativ grobe konstanten, um hohe Beugungseffizienzen erreichen zu können. Da die Beugungswinkel mit kleineren konstanten ansteigen, begrenzen die refraktiven Eigenschaften des verwendeten Materials die Transmission bei höheren Wellenlängen und die Leistung fällt ab. Die Dispersionscharakteristik dieser ermöglicht den Bau kompakter Systeme und kleiner Detektor Arrays. Transmissionsgitter sind darüberhinaus relativ unempfindlich gegenüber der Polarisation des einfallenden Lichts. Die Beugungseffizienz von Transmissionsgittern ist meist vergleichbar mit der von Reflektionsgittern, die für denselben Spektralbereich optimiert sind. Wir bieten Transmissionsgitter für den ultravioletten Spektralbereich bis zu 235 nm, für den sichtbaren sowie den nahen infraroten Spektralbereich an. 586 Free Call Fax +49(0)
7 Zur Auswahl eines s Bei der Auswahl eines s sollten folgende Punkte mit berücksichtigt werden: Effizienz Im Allgemeinen besitzen gitter eine höhere Effizienz als holographische. Für Anwendungen wie Fluoreszenzanregung oder strahlungsinduzierte Reaktionen sind gitter zu empfehlen. Die exakten Effizienzkurven finden Sie bei den einzelnen Produkten. Als Abschätzung gilt, dass bei 2/3 bzw. 3/2 der Blaze-Wellenlänge die Effizienz der ersten Beugungsordnung auf etwa die Hälfte abfällt. Blaze-Wellenlänge gitter besitzen aufgrund ihres Sägezahnprofils der Rillen ein verhältnismäßig ausgeprägtes Maximum um die Blaze-Wellenlänge, während holographische sich meist durch einen flacheren Verlauf der Effizienzkurve auszeichnen. Daher bieten sich für Anwendungen, die in einem schmalen Wellenlängenintervall um die Blaze- Wellenlänge arbeiten, gitter an. Wellenlängenbereich Der Spektralbereich, der von einem abgedeckt wird, ist abhängig von der konstante und somit für gerillte und holographische mit derselben Konstante gleich. Das theoretische Maximum, bis zu dem ein arbeitet, liegt beim zweifachen der periode; dies setzt voraus, dass einfallendes und gebeugtes Licht unter 90 zur normalen geneigt sind. Streulicht Für Anwendungen wie Raman-Spektroskopie, bei denen das Signal-Rausch- Verhältnis kritisch ist, sind holographische mit ihrem inhärent geringen Streulichtanteil von Vorteil. Auflösungsvermögen Im Auflösungsvermögen gibt es keinen Unterschied zwischen holographischen und gittern sowie Transmissionsgittern, solange mit derselben zahl verglichen werden. Holographische sind jedoch fertigungsbedingt mit größeren konstanten als gitter oder Transmissionsgitter erhältlich. sales@qioptiq.de 587
8 Linsen, Mikrolinsen Machine Vision Zoom- und Arrays, Flüssiglinsen Achromate Laseroptik Objektive Mikroskopoptik Planoptik Polarisationsoptik Spiegel gitter (Blaze-Wellenlänge 300 nm) gitter zum Einsatz in Spek tralphotometern, Spektrometern und Monochromatoren mit moderater Auflösung bei geringen Kosten, hoher Effizienz und niedrigem Streulichtan teil Pyrex-Substrat für gute thermische Stabilität konstanten von 300 1/mm bis 600 1/mm Blaze Wellenlänge 300 nm Weitere Typen auf Anfrage Gerilltes ; 300 / mm gitter (Blaze-Wellenlänge 300 nm) Dicke (mm) Substrat: Pyrex Dickentoleranz: ± 0.5 mm Planität: <λ/4 Effizienz bei Blaze Wellenlänge: 60 bis 80 % (gemessen in Littrow- Anord nung) Aluminiumbeschichtet Freie Apertur: 90 % Parallelität der Rillen zur Kante: ± 0.5 Gerilltes ; 600 / mm 12.7 x G ,00 25 x G ,00 50 x G , x G ,00 25 x G ,00 50 x G , Free Call Fax +49(0)
9 gitter (Blaze-Wellenlänge 500 nm) gitter zum Einsatz in Spek tralphotometern, Spektrometern und Monochromatoren mit moderater Auflösung bei geringen Kosten, hoher Effizienz und niedrigem Streulichtan teil Pyrex-Substrat für gute thermische Stabilität konstanten von 300 1/mm bis /mm Blaze Wellenlänge 500 nm Weitere Typen auf Anfrage Substrat: Pyrex Dickentoleranz: ± 0.5 mm Planität: <λ/4 Effizienz bei Blaze Wellenlänge: 60 bis 80 % (gemessen in Littrow- Anord nung) Aluminiumbeschichtet Freie Apertur: 90 % Parallelität der Rillen zur Kante: ± 0.5 Gerilltes ; 300 / mm Gerilltes ; 600 / mm Gerilltes ; 1200 / mm Gerilltes ; 1800 / mm gitter (Blaze-Wellenlänge 300 nm) Dicke (mm) 12.7 x G ,00 25 x G ,00 50 x G , x G ,00 25 x G ,00 50 x G , x G ,00 25 x G ,00 50 x G , x G ,00 25 x G ,00 50 x G ,00 sales@qioptiq.de 589
10 Linsen, Mikrolinsen Machine Vision Zoom- und Arrays, Flüssiglinsen Achromate Laseroptik Objektive Mikroskopoptik Planoptik Polarisationsoptik Spiegel gitter (Blaze-Wellenlänge 1000 nm) gitter zum Einsatz in Spek tralphotometern, Spektrometern und Monochromatoren mit moderater Auflösung bei geringen Kosten, hoher Effizienz und niedrigem Streulichtan teil Pyrex-Substrat für gute thermische Stabilität konstanten von 300 1/mm bis /mm Blaze Wellenlänge 1000 nm Weitere Typen auf Anfrage Gerilltes ; 300 / mm Gerilltes ; 1200 / mm gitter (Blaze-Wellenlänge 1000 nm) Dicke (mm) Substrat: Pyrex Dickentoleranz: ± 0.5 mm Planität: <λ/4 Effizienz bei Blaze Wellenlänge: 60 bis 80 % (gemessen in Littrow- Anord nung) Aluminiumbeschichtet Freie Apertur: 90 % Parallelität der Rillen zur Kante: ± 0.5 Gerilltes ; 600 / mm 12.7 x G ,00 25 x G ,00 50 x G , x G ,00 25 x G ,00 50 x G , x G ,00 25 x G ,00 50 x G , Free Call Fax +49(0)
11 Holographische für den UV Bereich Holograpische zum Einsatz in Spektralphotometern, Spektrometern und Monochromatoren mit moderater Auflösung bei geringen Kosten, hoher Effizienz und niedrigem Streulichtan teil Pyrex-Substrat für gute thermische Stabilität konstanten von 600 1/mm bis /mm Für den Einsatz im UV Weitere Typen auf Anfrage Substrat: Pyrex Dickentoleranz: ± 0.5 mm Planität: <λ/4 Effizienz bei Blaze Wellenlänge: 45 bis 65 % (gemessen in Littrow- Anord nung) Aluminiumbeschichtet Freie Apertur: 90 % Parallelität der Rillen zur Kante: ± 0.5 Holographisches ; 600 / mm Holographisches ; 1200 / mm Holographisches ; 1800 / mm Holographisches ; 2400 / mm Holographische für den UV Bereich Dicke (mm) 12.7 x G ,00 25 x G ,00 50 x G , x G ,00 25 x G ,00 50 x G , x G ,00 25 x G ,00 50 x G , x G ,00 25 x G ,00 50 x G ,00 sales@qioptiq.de 591
12 Linsen, Mikrolinsen Machine Vision Zoom- und Arrays, Flüssiglinsen Achromate Laseroptik Objektive Mikroskopoptik Planoptik Polarisationsoptik Spiegel Holographische für den sichtbaren Spektralbereich Holographische zum Einsatz z.b. in Spektralphotometern, Spektrome tern und Monochromatoren mit moderater Auflösung bei geringen Kosten, hoher Effizienz und niedrigem Streulichtanteil Pyrex-Substrat für gute thermische Stabilität konstanten von /mm bis /mm Für den Einsatz im sichtbaren Spek tralbereich Weitere Typen auf Anfrage Holographisches ; 1200 / mm Holographisches ; 2400 / mm Substrat: Pyrex Dickentoleranz: ± 0.5 mm Planität: <λ/4 Effizienz bei Blaze Wellenlänge: 45 bis 65 % (gemessen in Littrow- Anord nung) Aluminiumbeschichtet Freie Apertur: 90 % Parallelität der Rillen zur Kante: ± 0.5 Holographisches ; 1800 / mm Holographische für sichtbaren Spektralbereich Dicke (mm) 12.7 x G ,00 25 x G ,00 50 x G , x G ,00 25 x G ,00 50 x G , x G ,00 25 x G ,00 50 x G , Free Call Fax +49(0)
13 Transmissionsgitter für den UV Bereich Transmissionsgitter ermöglichen einfache und kompakte Optikdesigns beispielsweise für Spektrographen und mit kleinen Detektorarrays Optimiert für den Einsatz im UV bis 235 nm Polarisationsunempfindlich Beugungseffizienz vergleichbar mit Reflexionsgittern für den entsprechenden Spektralbereich Substrat: UV grade fused silica Dickentoleranz: ± 0.2 mm Transmissionsgitter; 300 / mm; 8.6 ; UV Transmissionsgitter für den UV Bereich Dicke (mm) 12.7 x G ,00 25 x G ,00 Transmissionsgitter für den sichtbaren Spektralbereich Transmissionsgitter ermöglichen einfache und kompakte Optikdesigns beispielsweise für Spektrographen und mit kleinen Detektorarrays Optimiert für den Einsatz im VIS Polarisationsunempfindlich Beugungseffizienz vergleichbar mit Reflexionsgittern für den entsprechenden Spektralbereich Substrat: Schott B270 Dickentoleranz: ± 0.5 mm Transmissionsgitter; 300 / mm; 17.5 ; VIS Transmissionsgitter für den sichtbaren Spektralbereich Dicke (mm) 12.7 x G ,00 25 x G ,00 sales@qioptiq.de 593
14 Linsen, Mikrolinsen Machine Vision Zoom- und Arrays, Flüssiglinsen Achromate Laseroptik Objektive Mikroskopoptik Planoptik Polarisationsoptik Spiegel Transmissionsgitter für den nahen infraroten Spektralbereich Transmissionsgitter ermöglichen einfache und kompakte Optikdesigns beispielsweise für Spektrographen und mit kleinen Detektorarrays Optimiert für den Einsatz im NIR Polarisationsunempfindlich Beugungseffizienz vergleichbar mit Reflexionsgittern für den entsprechenden Spektralbereich Substrat: Schott B270 Dickentoleranz: ± 0.5 mm Transmissionsgitter für den nahen infraroten Spektralbereich Dicke (mm) Transmissionsgitter; 300 / mm; 31.7 ; NIR 12.7 x G ,00 25 x G , Free Call Fax +49(0)
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