Messung und Auswertung der räumlichen Strahleigenschaften eines Femtosekundenlasers

Abstract

Laser sind komplexe Geräte, die in vielen Bereichen der Technik nicht mehr wegzudenken sind. Egal in welchem Bereich sie verwendet werden ist es notwendig, dass die Eigenschaften des Lasers kontrolliert und für die jeweilige Anwendung optimiert werden. Damit das möglich ist, müssen die Strahleigenschaften des Lasers bekannt sein. Es gibt verschiedene Methoden wie diese bestimmt werden können. Eine davon basiert auf der Methode der zweiten Momente, welche in der DIN EN ISO 11146 beschrieben ist. Diese Methode verwendet die mit einer pixelbasierten Kamera aufgenommenen Strahlprofile um und in der Strahltaille eines Laserstrahls und berechnet daraus die Strahleigenschaften des Lasers. Im Zuge dieser Arbeit und auf Basis der Norm wurde ein Messaufbau und eine automatisierte Mess- und Auswertungssoftware entwickelt, mit der die Eigenschaften von stigmatischen und leicht astigmatischen Strahlen bestimmt werden können. Um die Ergebnisse der automatisierten Messung zu verifizieren wurden die aufgenommenen Strahlprofile mit Brandlöchern verglichen. Dabei konnte festgestellt werden, dass das Verhältnis der Strahlabmessungen des Messsystems und der Brandlöcher proportional zum Verhältnis der Brennweiten der verwendeten Linsen ist und bestätigt, dass sowohl der Messaufbau, als auch die automatisierten Mess- und Auswertungssoftware funktioniert. Für den Messaufbau ist zu beachten, dass die verwendete Kamera, die optischen Elemente und die mechanische Komponenten speziell für einen Ti:Saphir Femtosekundenlaser ausgewählt wurden. Sollte ein anderer Laser das Ziel der Messung sein, muss der Messaufbau mit passenden Komponenten adaptiert werden.

Lasers are complex devices that have become indispensable in many areas of technology. No matter in which field they are used, it is necessary that the properties of the laser are controlled and optimized for the respective application. For this to be possible, the beam properties of the laser must be known. There are several methods how these can be determined. One of them is based on the second moment method, which is described in DIN EN ISO 11146. This method uses the beam profiles around and in the beam waist of a laser beam taken with a pixel-based camera and calculates the beam properties of the laser from them. In the course of this work and based on the standard, a measurement setup and automated measurement and evaluation software were developed to determine the properties of stigmatic and slightly astigmatic beams. To verify the results of the automated measurement, the recorded beam profiles were compared with burn holes. It was found that the ratio of the beam dimensions of the measurement system and the burn holes is proportional to the ratio of the focal lengths of the lenses used, confirming that both the measurement setup and the automated measurement and evaluation software work. For the measurement setup, it should be noted that the camera, optical elements and mechanical components used were specifically selected for a Ti:Sapphire femtosecond laser. If another laser is the target of the measurement, the measurement setup must be adapted with suitable components.