Vergleich von Divergenzeinstellungen mit Dreh- und Schiebetechnik bei Strahlaufweitern

Laserstrahlaufweiter weiten den Durchmesser des kollimierten Eingangsstrahls zu einem größeren kollimierten Ausgangsstrahl auf und sind wichtige Komponenten in vielen Lasersystemen. Strahlaufweiter besitzen typischerweise eine mechanische Divergenzeinstellung, um die Optik an verschiedene Eingangsdivergenzen oder Wellenlängen anzupassen. Variable Strahlaufweiter können sogar so stark mechanisch verstellt werden, dass sich ihre Vergrößerung oder Aufweitung ändert. Es gibt zwei Haupttypen der Strahlaufweiterfokussierung: rotierend oder verschiebend.

Wie der Name schon sagt, werden bei der rotierenden Divergenzeinstellung (z.B. bei Fokustuben mit Gewinde) die optischen Elemente des Strahlaufweiters bei der Einstellung gedreht. Oft sind diese Mechanismen kostengünstiger als Schiebemechanismen, da die Mechanik einfacher zu konstruieren ist, aber es tritt häufiger eine Strahlwanderung auf, auch als Strahlversatz bezeichnet. (Abbildung 1).

Abbildung 1: Eine überspitzte Darstellung des Strahlversatzes bei der rotierenden Divergenzeinstellung.

Über verschiebende Divergenzeinstellungen, wie z. B. ein Helikoid-Gewinde, können die internen optischen Elemente ohne Rototation verschoben werden, was die Strahlwanderung minimiert. Die Mechanik, die hinter verschiebenden Divergenzeinstellungen steckt, ist allerdings wesentlich komplexer als die von rotierenden Divergenzeinstellungen und dies führt zu höheren Kosten. Für einen Aufpreis erhält man somit durch den Schiebemechanismus eine qualitativ höhere Divergenzeinstellung als durch den Drehmechanismus.

Schlecht designte Strahlaufweiter mit Schiebemechanismus können möglicherweise zu viel Spiel bei der Bewegung haben, was zu einem Strahlversatz führt, der sich bei der Verstellung nicht mitdreht. Dieser Strahlversatz kann größer sein, als der von Drehmechanismen erzeugte. Laserstrahlaufweiter mit Verschiebemechanismus sind außerdem oft schwerer als Aufweiter mit Drehmechanismus und haben aufgrund der komplexeren Mechanik einen größeren Außendurchmesser. Dies macht Drehmechanismen vorteilhafter für Systeme mit strengen Größen- und Gewichtsvorgaben.