Die Auswahl der passenden Linse

Bei der Auswahl der richtigen Linse sind verschiedene Faktoren zu berücksichtigen: Die Linsenform, das Konjugationsverhältnis, das Öffnungsverhältnis, die Transmission, die Wellenfrontverzerrung, das Streulicht, die Entspiegelung und der Preis spielen eine wichtige Rolle. Die nachstehenden Tabellen helfen bei der Auswahl der passenden Linse aus unserem umfangreichen Angebot.

Durch die Auswahl der geeigneten Linsenform erreicht man geringe Abbildungsfehler. Wenn man mit unendlichem oder nahezu unendlichem Konjugationsverhältnis arbeitet (kollimiertes Licht auf einer Seite der Linse), setzt man am besten plankonvexe/plankonkave oder Achromatlinsen ein. Bei endlichem Konjugationsverhältnis nahe 1:1 hingegen eignen sich bikonvexe/bikonkave Formen besser. Manchmal ist es bei einem Konjugationsverhältnis nahe 1:1 sogar vorteilhafter, zwei Linsen für unendliches Konjugationsverhältnis in symmetrischer Anordnung einzusetzen.

Positive Linsen

D– Geeignet
Ø– Besser
◊– Ideal

Negative Linsen

Verwendet man eine positive Linse, um einen kollimierten Strahl zu fokussieren, spielt das Öffnungsverhältnis (f-number, f-Zahl, f/#) der Linse eine wichtige Rolle. Bei Öffnungsverhältnissen über 10 ist die Linsenform für die Fleckgröße nicht mehr entscheidend. Bei f/2 bildet hingegen eine achromatische Dublettlinse den kleinsten Brennpunkt. Die anderen Linsenformen fokussieren nicht beugungsbegrenzt.

Positive Linsen

Plankonvexlinsen eignen sich am besten, um parallele Lichtstrahlen auf einen Punkt - oder bei der Zylinderlinse auf eine Linie - zu fokussieren. Die Asymmetrie dieser Linsen reduziert die sphärische Aberration, wenn sich Objekt und Bild in unterschiedlichen Abständen zur Linse befinden. Im optimalen Fall befindet sich das Objekt im Unendlichen (parallel gerichtete Strahlen treten in die Linse ein) und das Bild sitzt im Brennpunkt. Obwohl Plankonvexlinsen für unendliches Konjugationsverhältnis (Objektabstand/Bildabstand) optimal sind, minimieren sie sphärische Abberationen bis zu einem Konjugationsverhältnis von etwa 5:1. Optimale Leistung wird erreicht, indem man die gekrümmte Oberfläche zur längeren Distanz hin bzw. zum parallel einfallenden Strahl ausrichtet.
Bikonvexlinsen ähneln Plankonvexlinsen darin, dass sie eine positive Brennweite haben und parallel gerichtete Strahlen auf einen Punkt fokussieren. Beide Oberflächen sind sphärisch und haben den gleichen Krümmungsradius. Sphärische Aberrationen werden minimiert, wenn Objekt und Bild in gleichen oder ähnlichen Abständen von der Linse angeordnet sind. Sind Objekt- und Bildabstand gleich (1:1-Abbildung), wird nicht nur die sphärische Aberration, sondern auch Koma und Verzeichnung minimiert. In der Regel setzt man Bikonvexlinsen bei Konjugationsverhältnissen zwischen 5:1 und 1:5 ein. Außerhalb dieses Bereiches eignen sich Plankonvexlinsen besser.
Plankonkav- und Bikonkavlinsen brechen parallel einfallende Strahlen so, dass sie auf der Austrittsseite auseinanderlaufen, und haben daher eine negative Brennweite. Obwohl die Ausgangsstrahlen sich nicht real in einem Brennpunkt kreuzen, scheinen sie von einem virtuellen Brennpunkt auf der Objektseite der Linse auseinander zu laufen. Bei absoluten Konjugationsverhältnissen über 5:1 und unter 1:5 sind Plankonkavlinsen fast Linsen bester Form und reduzieren sphärische Aberration, Koma und Verzerrung. Wie bei Plankonvexlinsen richtet man die gekrümmte Oberfläche in Richtung des größeren Abstandes aus. Lediglich bei Hochleistungsslasern kehrt man die plane Seite dem Laser zu, um einen Sekundärfokus zu vermeiden. Bei Konjugationsverhältnissen um 1:1 sind Bikonkavlinsen die bessere Wahl.

Für Anwendungen im sichtbaren und Infrarotbereich bis 2,1 mm bietet BK7 gute Leistungen zu einem günstigen Preis. Im UV-Bereich bis zu 185 nm empfehlen wir Fused Silica (Quarzglas). Fused Silica bietet auch im sichtbaren und IR-Bereich bis 2,1 mm eine exzellente Transmission, eine bessere Homogenität und einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als BK7. Für Anwendungen im tiefen UV- oder IR-Bereich eignen sich am besten CaF₂ und MgF₂.

Anmerkung: Newport verwendet CaF₂ und MgF₂ nur für kundenspezifische Optiken.

Die Anforderungen an die Oberflächenform und -qualität hängen von der Anwendung ab. Ist die Erhaltung der Wellenfront entscheidend, sollte man Linsen mit maximalen Abweichungen von l/4 bis l/8 wählen. Ist sie nicht so entscheidend, reichen kostengünstigere Linsen mit einer maximalen Abweichung von l/2 aus. Je niedriger die Zahl der Kratzer/Aussprünge, desto geringer ist die Streuung. Bei anspruchsvollen Laser- und Imaging-Systemen sind Werte von 20-10 bis 40-20 am besten geeignet. Bei Anwendungen, bei denen eine geringe Streuung nicht so entscheidend ist, reichen kostengünstigere Linsen mit Werten von 60-40.

Formabweichung

Für Newport Linsen wird der PV-Wert (peak to valley) pro Fläche spezifiziert, wenn nichts anderes angegeben ist.

Oberflächenqualität

Newport bietet eine Reihe von breitbandigen Entspiegelungen an, die den Spektralbereich vom UV über das NIR und IR bis zum FIR abdecken. Breitbandige Mehrschicht-Entspiegelungen bieten exzellente Reflexionsminderung über einen breiten Spektralbereich. Die breitbandige Einschicht-Entspiegelung mit MgF₂, die bei unseren Achromaten der Standard und bei unseren VALUMAX^®-Linsen eine Option ist, bietet sehr gute Leistung bei niedrigstem Preis. Mehrlagige V-Coatings für Laserlinien bieten minimale Reflexion und maximale Transmission.

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