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OptiXplorer
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Einführung in die Themengebiete des OptiXplorer
Licht kann an dynamisch modifizierbaren optischen Elementen, wie beispielsweise den
Flüssigkristallzellen eines räumlichen Lichtmodulators, gebeugt werden. Die Beugung ist
abhängig von den Transmissionseigenschaften des Flüssigkristallmaterials, welche
wiederum aus den elektrooptischen Eigenschaften hergeleitet werden können. Nach
Transmission durch das beugende Element entstehen durch die Ausbreitung des Lichtes
abstandsabhängige, charakteristische Beugungsmuster.
Auf Beugung beruhende diffraktive optische Elemente (DOEs) haben inzwischen viele
Anwendungen gefunden. Räumliche Lichtmodulatoren bieten die Möglichkeit einer
dynamischen, d. h. schaltbaren Realisierung diffraktiver optischer Elemente.
Um die optische Funktion eines Elementes hauptsächlich durch Beugungseffekte zu
erzielen, werden kleine Strukturen in der Größenordnung der Lichtwellenlänge benötigt.
Die Herstellung solch kleiner Strukturen wurde durch die Entwicklung von Mikroelektronik
und
Nanotechnologien
möglich.
Neben
der
Verfügbarkeit
der
lithographischen
Herstellungsmethoden sind die Fortschritte bei den Replikationstechnologien zur
Massenproduktion der Schlüssel für die weite Verbreitung diffraktiver Elemente.
Diffraktive optische Elemente können als Linsen, Prismen oder Strahlteiler verwendet
werden, aber auch komplexe Lichtmuster wie z. B. Schriftzüge oder Bilder generieren.
Gegenüber refraktiven Elementen gleicher Funktion (falls solche existieren!) haben sie
ein geringeres Gewicht und weniger Platzbedarf.
Relativ bekannt ist der Einsatz von DOEs im Massenmarkt für Endkundenprodukte als
Mustergenerator-Aufsatz auf Laserpointern, die beispielsweise die Generierung von
Pfeilen, Kreuzen oder dergleichen Mustern erlauben. Weniger bekannt ist beispielsweise,
dass im Autofokussystem von Digitalkameras DOEs mit einer schwachen und daher
augensicheren Infrarot-Laserdiode zum Einsatz kommen.
Im Bereich technischer Geräte der Einsatz als Strahlteiler zur Erzeugung eines
wohldefinierten Grids von Lichtpunkten oder -strahlen von Bedeutung, zum Beispiel zur
Messfeldvisualisierung von Messgeräten. Es können mit diffraktiv-optischen Strahlteilern
auch viele Strahlen gleicher Intensität in einem geometrischen Raster erzeugt und damit
z. B. Objektive und Teleskopspiegel einfacher, schneller und genauer vermessen werden
als dies mit einem einzelnen Strahl und einer mechanischen Scan-Einrichtung möglich
wäre.
In den vorliegenden Versuchsteilen wird zur Realisierung diffraktiv optischer Elemente
und zur Untersuchung dynamischer Beugungsstrukturen ein Flüssigkristall-Mikrodisplay
als räumlicher Lichtmodulator verwendet, dessen Funktionsweise und physikalische
Eigenschaften ebenfalls im Rahmen dieser Versuche untersucht und verstanden werden
sollen.
Flüssigkristall-Mikrodisplays mit Pixelgrößen kleiner 100μm finden Verwendung in
Anzeigen
beispielsweise
von
Digitaluhren,
Digitalthermometern,
Taschenrechnern,
Dateien- und Videoprojektoren sowie Rückprojektionsfernsehern. Die LCDs (Liquid Crystal
Displays) sind kompakt, robust, preiswert und elektrisch schaltbar bei geringem
Energieverbrauch, weswegen sie in vielen Bereichen anderen Technologien weit
überlegen sind.
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