Wellenfront messen.
Aberrationen erkennen.
Optische Leistung gezielt verbessern.
Shack-Hartmann-Wellenfrontsensoren ermöglichen eine präzise und berührungslose Charakterisierung optischer Systeme. Die Sensoren erfassen die lokalen Neigungen der einfallenden Wellenfront und rekonstruieren daraus in Echtzeit die vollständige optische Wellenfront.
Auf Basis der rekonstruierten Wellenfront lassen sich Aberrationen, Zernike-Koeffizienten, Strehl-Verhältnis, Point Spread Function (PSF), Modulation Transfer Function (MTF), Fokuslage und weitere optische Kenngrößen bestimmen. Damit eignen sich die Wellenfrontsensoren für die Charakterisierung und Optimierung von Lasern, Optiken und optischen Messaufbauten in Forschung, Entwicklung und industrieller Messtechnik.
Key Features unserer Wellenfrontsensoren
Rekonstruktion der vollständigen optischen Wellenfront zur Analyse von Aberrationen, Strahlqualität und optischer Performance
Bewährte Shack-Hartmann-Technologie ermöglicht schnelle, zerstörungsfreie Messungen mit hoher Wiederholgenauigkeit
Sensorvarianten mit UV-, VIS-, NIR- und SWIR-Anwendungen für unterschiedliche Messaperturen, Dynamikbereiche und räumliche Auflösungen
Intuitive Software und einfache Integration in bestehende Messaufbauten erleichtern den Einsatz im Labor, in der Entwicklung und in der automatisierten Qualitätskontrolle
Wellenfrontsensoren – Eigenschaften und Design
Das Produktportfolio von TOPAG umfasst universelle Wellenfrontsensoren der HASO-Serie, hochauflösende LIFT-Systeme sowie spezialisierte Sensoren für UV, DUV, EUV, SWIR und Vakuumanwendungen. Damit lassen sich Laserstrahlen, optische Komponenten und komplette optische Systeme präzise charakterisieren. Alle Systeme rekonstruieren die vollständige Wellenfront mit nur einer Aufnahme.
Wichtige, bestimmbare Kenngrößen
- Wellenfrontfehler
- Aberrationen höherer Ordnung
- Zernike-Koeffizienten
- Fokuslage und Defokus
- Strahlneigung und Verkippung
- Point Spread Function (PSF)
- Modulation Transfer Function (MTF)
- Strehl-Verhältnis
So können Sie die optische Qualität objektiv bewerten, Fehlerquellen identifizieren und Laser sowie Präzisionsoptiken gezielt optimieren.
HASO Serie – Universelle Wellenfronsensoren
Die HASO-Serie umfasst eine breite Auswahl an Shack-Hartmann-Wellenfrontsensoren für Laserdiagnostik, Optikprüfung und adaptive Optik. Die verschiedenen Modelle sind auf unterschiedliche Messaufgaben ausgelegt und unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich Spektralbereich, Messapertur, räumlicher Auflösung und Messgeschwindigkeit.
Das Portfolio reicht von kompakten Wellenfrontsensoren für einzelne Wellenlängen und OEM-Anwendungen bis hin zu breitbandigen, großaperturigen und besonders schnellen Sensoren. Damit bietet die HASO-Serie passende Lösungen für die präzise Wellenfrontmessung und die Charakterisierung von Laserstrahlen und optischen Systemen.
HASO-Serie Überblick
| Produkt | Bild |
Aperturgröße (mm²) |
Max. Erfassungs- frequenz (Hz) |
Wellenlängen- bereich (nm) |
Besonders geeignet für |
Datenblatt |
|---|---|---|---|---|---|---|
| HASO FIRST |
|
4,5 × 3,7 | 125 | 350–1100 | Einzelwellenlängen, Mikroskopie und OEM | |
| HASO BROADBAND |
|
6,9 × 5,1 | 58 | 350–1100 | Breitbandmessung von 350 bis 1100 nm | |
| HASO FAST |
|
1,85 × 1,85 | 980 | 350–1100 | Schnelle adaptive Optik und Strahloptimierung | |
| HASO 126 BROADBAND |
|
13,8 × 10,2 | 30 | 350–1100 | Breitbandmessung mit hoher Abtastdichte | |
| HASO 126 VIS |
|
13,8 × 10,2 | 30 | 400–750 | Freiformoptiken und hochfrequente Aberrationen | |
| HASO LP |
|
22 × 22 | 10 | 400–1100 | Große Strahlen ohne Relaisoptik | |
| HASO SWIR |
|
9,30 × 7,44 | 150 | 980–1650 | Telekommunikation, LiDAR und SWIR-Laser | |
| HASO SWIR FAST |
|
1,9 × 1,9 | 4500 | 1000–1700 | Schnelle SWIR-Turbulenzmessung und Strahloptimierung |
HASO-Serie Application Notes
Absolute measurement – why is it important and how do you know if your wavefront sensor is capable?
Numerical aperture measurement with HASO and LIFT wavefront sensors
Eyewear and smart glass quality control with HASO Shack-Hartmann wavefront sensor
LIFT-Serie – Höchste räumliche Auflösung
Die LIFT-Serie richtet sich an Messaufgaben, bei denen eine besonders hohe räumliche Auflösung erforderlich ist. Eine zusätzliche Phasenrekonstruktion auf Ebene der einzelnen Mikrolinsen erhöht die Zahl der rekonstruierten Phasenpunkte und macht feine Wellenfrontstrukturen sowie räumlich hochfrequente Aberrationen sichtbar. Damit eignet sich die Serie besonders für Freiformoptiken, Metasurfaces, große Optiken und die Kontrolle von Polierprozessen. Modelle für große Aperturen und den SWIR-Bereich erweitern die Einsatzmöglichkeiten.
LIFT-Serie Überblick
| Produkt | Bild |
Aperturgröße (mm²) |
Max. Erfassungs- frequenz (Hz) |
Wellenlängen- bereich (nm) |
Besonders geeignet für |
Datenblatt |
|---|---|---|---|---|---|---|
| LIFT 272 |
|
7,0 × 5,2 | 58 | 400–750 | Kosteneffiziente ultrahochauflösende Prüfung | |
| LIFT 680 |
|
13,78 × 10,21 | 30 | 400–750 | Ultrahochauflösende Prüfung großer Optiken | |
| LIFT SWIR 160 |
|
9,30 × 7,4 | 150 | 980–1650 | Hochauflösende SWIR-Optikprüfung | |
| LIFT LP 512 |
|
22 × 22 | 10 | 400–1100 | Hochauflösende Messung großer Aperturen |
LIFT-Serie Application Notes
Numerical aperture measurement with HASO and LIFT wavefront sensors
Spezial-Wellenfrontsensoren – Außergewöhnliche Wellenlängen & Messbedingungen
Die Spezial-Wellenfrontsensoren sind für Messaufgaben ausgelegt, die außerhalb der Spektral- oder Umgebungsbereiche universeller Modelle liegen. Dazu gehören Sensoren für DUV, EUV und harte Röntgenstrahlung, eine vakuumtaugliche Ausführung sowie ein spektral aufgelöstes System für breitbandige Laserstrahlen. Diese Modelle kommen unter anderem in der Halbleiterlithografie, an Synchrotron- und FEL-Beamlines, in der Laserfusionsforschung, in Vakuumkammern und bei der Analyse räumlich-spektraler Kopplungen zum Einsatz.
Spezial-Wellenfrontsensoren Überblick
HASO EUV
EUV-Strahlcharakterisierung und Mikro-/Nanofokussierung
- Aperturgröße: 13 x 13 mm2
- Erfassungsfrequenz: 1 Hz
- Wellenlängenbereich: 4-40 nm
- Absolute Messgenauigkeit: ~ λ/50 RMS @ 13.5 nm
HASO DUV
DUV-Lithografie und Excimerlaser-Anwendungen
- Aperturgröße:7 x 7.7 mm2
- Erfassungsfrequenz: 25 Hz
- Wellenlängenbereich: 240-410 nm
- Absolute Messgenauigkeit: < 4 nm RMS
HASO HXR
Harte Röntgenstrahlung und Beamline-Justage
- Aperturgröße: 3 x 3 mm2
- Erfassungsfrequenz: 10 Hz
- Wellenlängenbereich: 50 pm – 250 pm
- Absolute Messgenauigkeit: < λ/10 RMS
HASO VACUUM
Vakuum-Wellenfrontmessung bis 10⁻⁶ mbar
- Aperturgröße: 3 x 4.1mm2 | 6.5 x 4.1mm2
- Erfassungsfrequenz: 160 Hz
- Wellenlängenbereich: 350-1100 nm
- Absolute Messgenauigkeit: λ/100 RMS
HASO Multispectral
Spektral aufgelöste Wellenfrontanalyse, Kompressorjustage-Optimierung und Spatio-Temporal Couplings (STC)
- Aperturgröße: 5 x 5 mm2
- Erfassungsfrequenz: 125 Hz
- Wellenlängenbereich: 550-1100 nm
- Absolute Messgenauigkeit: λ/100 RMS
Spezial-Wellenfrontsensoren Application Notes
Optimization of high harmonic beam line: from the source to the focal spot
Characterize & optimize your HHG beamline using adaptive optics & wavefront sensing technologies
Enhancement of the optical quality of microtraps for single atoms with HASO4 FIRST
Sind Fragen offen?
Wir beraten Sie gerne oder organisieren für Sie eine Demo-Messung
Welcher Wellenfrontsensor passt zu Ihrer Anwendung?
| Anwendung / Anforderung | Empfohlener Sensor | Warum dieser Sensor? |
|---|---|---|
| Universelle Wellenfrontmessung | HASO BROADBAND | Vielseitiger Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor für Forschung, Entwicklung und industrielle Messtechnik (350–1100 nm). |
| Kleine Laserstrahlen und OEM-Systeme | HASO FIRST | Kompakte Bauform für kleine Strahlquerschnitte und die Integration in Labor- und OEM-Systeme. |
| Schnelle Wellenfrontmessung | HASO FAST | Hohe Bildrate für dynamische Laserprozesse, adaptive Optik und Echtzeitmessungen. |
| Große Laserstrahlen | HASO LP | Große Messapertur zur direkten Vermessung großer Laserstrahlen ohne Strahlverkleinerung. |
| Hochauflösende VIS-/NIR-Wellenfrontmessung | HASO 126 | Hohe räumliche Auflösung für komplexe Aberrationen im sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich. |
| SWIR-Laser und Infrarotoptiken | HASO SWIR | Optimiert für SWIR-Wellenfrontmessungen von 980 bis 1650 nm. |
| Schnelle SWIR-Wellenfrontmessung | HASO SWIR FAST | Hohe Bildrate für die Echtzeitanalyse dynamischer SWIR-Laserstrahlen. |
| DUV-, EUV- und Vakuumoptik | HASO DUV / HASO EUV / HASO VACUUM | Optimiert für DUV- und EUV-Wellenfrontmessungen sowie optische Messsysteme im Vakuum. |
| Höchste räumliche Auflösung | LIFT-Serie | Maximale Phasenpunktauflösung für Präzisionsoptiken, Freiformoptiken und optische Metrologie. |
| Große Optiken mit maximaler Detailauflösung | LIFT 680 | Hochauflösende Wellenfrontmessung großer Optiken und Spiegel. |
| SWIR mit höchster Auflösung | LIFT SWIR 160 | Höchste Auflösung für präzise SWIR-Wellenfrontanalysen und Infrarotoptiken. |
FAQ – Wellenfrontsensoren für Laser und optische Systeme
Wie funktioniert ein Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor?
Ein Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor besteht im Wesentlichen aus einem Mikrolinsenarray und einem Kamerasensor. Das Mikrolinsenarray zerlegt die einfallende Wellenfront räumlich in zahlreiche Teilbereiche. Jede Mikrolinse fokussiert den jeweiligen Teilstrahl auf den Kamerasensor und erzeugt einen Lichtpunkt, dessen Intensitätsschwerpunkt (Centroid) bestimmt wird.
Aus der Verschiebung der Lichtpunkte lassen sich die lokalen Wellenfrontneigungen bzw. Wellenfrontableitungen bestimmen. Die Neigung ergibt sich dabei aus der Verschiebung des Centroids relativ zur Referenzposition und der Brennweite der jeweiligen Mikrolinse.
Aus den ermittelten lokalen Wellenfrontneigungen wird anschließend die gesamte optische Wellenfront rekonstruiert. Dadurch lassen sich unter anderem Wellenfrontfehler, Aberrationen und weitere optische Kenngrößen quantitativ bestimmen.
Unsere HASO-Wellenfrontsensoren erweitern dieses Messprinzip durch patentierte Technologien wie den SpotTracker™ und eine werksseitige Absolutkalibrierung. Dadurch werden hohe Genauigkeit, großer Dynamikbereich sowie eine einfache und schnelle Ausrichtung des Sensors erreicht.
Welche optischen Kenngrößen können gemessen werden?
Ein moderner Wellenfrontsensor liefert deutlich mehr Informationen als nur den Wellenfrontfehler. Je nach Anwendung können unter anderem folgende Parameter bestimmt werden:
- Wellenfrontfehler
- Aberrationen (z. B. Astigmatismus, Koma oder sphärische Aberration)
- Aberrationen höherer Ordnung
- Zernike-Koeffizienten
- Fokuslage und Defokus
- Strahlverkippung (Tilt)
- Point Spread Function (PSF)
- Modulation Transfer Function (MTF)
- Strehl-Verhältnis
- Strahlqualität (M²)
- Divergenz und Strahlrichtung (Pointing Stability)
Diese Messgrößen ermöglichen eine umfassende Bewertung der optischen Qualität von Lasern, Linsen, Spiegeln und kompletten optischen Systemen.
Wofür werden Wellenfrontsensoren eingesetzt?
Wellenfrontsensoren kommen überall dort zum Einsatz, wo optische Systeme präzise vermessen oder optimiert werden müssen. Typische Anwendungen sind:
- Laserdiagnostik und Strahlcharakterisierung
- Messung der Strahlqualität (M²)
- Prüfung von Linsen, Spiegeln und Freiformoptiken
- Qualitätskontrolle in der Optikfertigung
- Ausrichtung komplexer optischer Systeme
- Adaptive Optik
- Mikroskopie
- Halbleiter- und Lithografieanwendungen
- Astronomie
- Freistrahlkommunikation (Free Space Optics)
Durch die berührungslose Echtzeitmessung eignen sich Wellenfrontsensoren sowohl für Forschung und Entwicklung als auch für industrielle Produktions- und Prüfprozesse.
Welches Problem beheben Wellenfrontmessungen?
Die optischen Eigenschaften eines Systems werden häufig anhand seiner Konstruktion oder einzelner Komponenten beurteilt. Im praktischen Einsatz verändern jedoch Linsen, Spiegel, Fenster, thermische Effekte, Justagefehler oder mechanische Belastungen die tatsächliche Wellenfront. Diese Aberrationen wirken sich direkt auf Strahlqualität, Fokus, Abbildungsleistung und Effizienz des gesamten Systems aus.
Gerade bei Hochleistungslasern, adaptiven Optiken, Präzisionsoptiken oder komplexen Strahlengängen reicht die Betrachtung von Strahldurchmesser oder Fokuslage allein nicht aus. Entscheidend ist, wie die reale Wellenfront aussieht und welche optischen Fehler die Performance beeinflussen.
Shack-Hartmann-Wellenfrontsensoren rekonstruieren die optische Wellenfront und ermöglicht somit die Bestimmung von Kenngrößen, wie Aberrationen, Zernike-Koeffizienten, Strehl-Verhältnis, Point Spread Function (PSF), Modulation Transfer Function (MTF) und Fokuslage. Über die Bestimmung von Kenngrößen liefern Wellenfronsensoren ein vollständiges Bild der optischen Qualität eines Systems und schaffen somit die Grundlage für die gezielte Optimierung von Lasern, Optiken und kompletten Messaufbauten. Kurz: Eine Wellenfrontmessung zeigt, was im realen Strahlengang passiert.
Wann sollte ich einen HASO-Wellenfrontsensor einsetzen?
Die HASO-Serie ist die optimale Wahl für die meisten Anwendungen der Laserdiagnostik und optischen Messtechnik. Sie bietet eine ausgezeichnete Kombination aus Messgenauigkeit, Dynamikbereich, Robustheit und einfacher Bedienung.
Je nach Modell stehen Varianten für kleine oder große Laserstrahlen, hohe Messgeschwindigkeiten sowie UV-, VIS-, NIR- und SWIR-Wellenlängenbereiche zur Verfügung. Damit eignet sich die HASO-Serie sowohl für Forschungslabore als auch für industrielle Messaufgaben.
Wann ist die LIFT-Serie die bessere Wahl?
Die LIFT-Serie empfiehlt sich, wenn höchste räumliche Auflösung erforderlich ist. Durch eine innovative Phasenrekonstruktion erreicht sie eine deutlich höhere Anzahl an Phasenpunkten als klassische Shack-Hartmann-Sensoren.
Dadurch eignet sich LIFT besonders für:
- Präzisionsoptiken
- Freiformoptiken
- große Spiegel
- hochauflösende Metrologie
- interferometrienahe Messaufgaben
- komplexe optische Systeme mit feinsten Oberflächenstrukturen
Die LIFT-Technologie schließt damit die Lücke zwischen klassischer Shack-Hartmann-Messtechnik und interferometrischen Verfahren.
Welche Wellenlängen können gemessen werden?
Je nach Sensormodell decken die Wellenfrontsensoren Spektralbereiche vom tiefen UV über den sichtbaren Bereich bis in den SWIR-Bereich ab.
Verfügbare Modelle unterstützen unter anderem:
- DUV (ca. 190–410 nm)
- VIS und Broadband (350–1100 nm)
- NIR
- SWIR (900–1700 nm)
- Speziallösungen für EUV und Vakuumanwendungen
Dadurch lassen sich nahezu alle gängigen Laserquellen und optischen Systeme charakterisieren.
Welche Vorteile bieten Shack-Hartmann-Wellenfrontsensoren gegenüber Interferometern?
Shack-Hartmann-Wellenfrontsensoren arbeiten berührungslos, sind vibrationsunempfindlich und bieten einen großen Dynamikbereich. Dadurch lassen sich auch stark aberrierte oder divergierende Laserstrahlen zuverlässig vermessen.
Im Vergleich zu klassischen Interferometern sind sie einfacher zu integrieren, benötigen meist weniger aufwendige Justage und eignen sich hervorragend für Echtzeitmessungen sowie für den Einsatz in industriellen Produktionsumgebungen.
Können Wellenfrontsensoren in adaptive Optiken integriert werden?
Ja. Shack-Hartmann-Wellenfrontsensoren sind ein zentraler Bestandteil vieler adaptiver Optiksysteme. Sie messen die Wellenfront in Echtzeit und liefern die notwendigen Daten, um deformierbare Spiegel oder andere adaptive Elemente anzusteuern.
Dadurch können optische Aberrationen kontinuierlich kompensiert und die Strahlqualität sowie das Strehl-Verhältnis deutlich verbessert werden. Anwendungen finden sich unter anderem in der Lasertechnik, Mikroskopie, Astronomie und Freistrahlkommunikation.
Kann ich einen Wellenfrontsensor vor dem Kauf bei TOPAG testen?
Ja. Für viele Anwendungen unterstützen wir Sie bei der Auswahl des passenden Wellenfrontsensors und bieten auf Wunsch eine Demo-Messung an oder eine Evaluierung mit Ihrer Laserquelle bzw. Ihrem optischen System.
So können Sie bereits vor der Investition prüfen, welches Sensorsystem hinsichtlich Wellenlängenbereich, Messapertur, Auflösung und Messgeschwindigkeit optimal zu Ihrer Anwendung passt.