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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR LIMITING OPTICAL POWER, POWER LIMITER AND APPARATUS EQUIPPED THEREWITH
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/162050
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an optical power limiter (1) which is characterized by a non-linear attenuation and which contains carbon nanohorns (2). The invention further relates to an optical apparatus equipped therewith and to a method for limiting optical power, light being attenuated by a power limiter (1), said power limiter containing carbon nanohorns.

Inventors:
DENGLER STEFANIE (DE)
HEGE CORDULA (DE)
EBERLE BERND (DE)
MULLER OLIVIER (FR)
Application Number:
PCT/EP2015/057506
Publication Date:
October 13, 2016
Filing Date:
April 07, 2015
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER GES FORSCHUNG (DE)
FRENCH-GERMAN RES INST OF SAINT-LOUIS (FR)
International Classes:
G02B5/22; G02B5/02; G02F1/35
Domestic Patent References:
WO2010104600A12010-09-16
Foreign References:
DE202010002568U12010-06-17
DE102013201139A12014-07-24
EP1619524A12006-01-25
Other References:
NAN HE ET AL: "Preparation and optical limiting properties of multiwalled carbon nanotubes with pi-conjugated metal-free phthalocyanine moieties", JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY, AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, US, vol. 113, no. 30, 1 January 2009 (2009-01-01), pages 13029 - 13035, XP002620311, ISSN: 0022-3654, [retrieved on 20090708], DOI: 10.1021/JP9006813
Attorney, Agent or Firm:
FRIESE GOEDEN PATENTANWÄLTE (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Optischer Leistungsbegrenzer (1), welcher eine

nichtlineare Dämpfung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbegrenzer Carbon-Nanohorns (2) enthält.

2. Leistungsbegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbon-Nanohorns (2) in einem Trägermaterial (3) eingebettet sind, welches in zumindest einem Teilbereich des elektromagnetischen Spektrums transparent ist oder

dass die Carbon-Nanohorns (2) auf ein Trägermaterial (3) aufgebracht sind, welches in zumindest einem Teilbereich des elektromagnetischen Spektrums transparent ist.

3. Leistungsbegrenzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (3) ein Polymer oder ein Duroplast oder ein Glas oder eine Flüssigkeit enthält .

4. Leistungsbegrenzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (3) PMMA oder Polycarbonat oder oder Polyesther oder Kunstharz oder Wasser oder Aceton enthält.

5. Leistungsbegrenzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass die Carbon-Nanohorns (2) eine Länge von etwa 50 nm bis etwa 500 nm aufweisen und/oder

dass die Carbon-Nanohorns (2) einen Durchmesser von etwa 10 nm bis etwa 50 nm aufweisen oder

dass die Carbon-Nanohorns (2) eine Länge von etwa 100 nm bis etwa 300 nm aufweisen und/oder

dass die Carbon-Nanohorns (2) einen Durchmesser von etwa 15 nm bis etwa 30 nm aufweisen.

6. Leistungsbegrenzer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass CNH oder Aggregate von CNH in einer Flächenbelegung vorhanden sind, welche unterhalb der nichtlinearen Schwelle im Wellenlängenbereich

zwischen 400 nm und 800 nm eine mittlere Transmission von mehr als etwa 70% oder mehr als etwa 80% bewirkt.

7. Leistungsbegrenzer nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

weiterhin enthaltend zumindest einen Farbstoff und/oder Nanopartikel .

8. Leistungsbegrenzer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbstoff ausgewählt ist aus einem oder mehreren Porphyrinen und/oder Phtalocyaninen und/oder Stilbenen und/oder

dass die Nanopartikel zumindest ein Metall oder zumindest einen Halbleiter enthalten und/oder

dass die Nanopartikel zumindest Gold und/oder Silber und/oder Kupfer und/oder Galliumarsenid und/oder

Zinkselenid enthalten.

9. Leistungsbegrenzer nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass dieser bei einer Wellenlänge von 532 nm eine nichtlineare Schwelle von etwa 0,02 μJ bis etwa 2 bis etwa 0,2 oder von etwa 0, fweist, wenn der

Leistungsbegrenzer im Zwischenfokus eines Linsensystems mit Blendenzahl 5 angeordnet ist.

10. Leistungsbegrenzer nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass dieser bei einer Wellenlänge von 1064 nm eine nichtlineare Schwelle von etwa 0,1 ]i bis etwa 10 \iJ oder von 0,15 \iJ bis etwa 1 \iJ oder von 0,2 aufweist, wenn der

Leistungsbegrenzer im Zwischenfokus eines Linsensystems mit Blendenzahl 5 angeordnet ist.

11. Optisches Gerät mit einem Leistungsbegrenzer nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

12. Verfahren zur Begrenzung einer optischen Leistung, bei welchem Licht von einem Leistungsbegrenzer (1)

abgeschwächt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der

Leistungsbegrenzer Carbon-Nanohorns enthält.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass CNH oder Aggregate von CNH in einer Flächenbelegung verwendet werden, welche unterhalb der nichtlinearen Schwelle im Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und

800 nm eine mittlere Transmission von mehr als etwa 70% oder mehr als etwa 80% bewirkt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht nichtlinear absorbiert und/oder gestreut wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbegrenzer (1) bei

eintreffen einer optischen Energie von mehr als 1 J'cm"2 zerstört wird.

Description:
Verfahren zur Begrenzung einer optischen Leistung, Leistungsbegrenzer und damit ausgestattetes Gerät

Die Erfindung betrifft einen optischen Leistungsbegrenzer, welcher eine nichtlineare Dämpfung aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Begrenzung einer optischen Leistung, bei welchem Licht von einem Leistungsbegrenzer abgeschwächt wird. Vorrichtungen und Verfahren dieser Art können zum Schutz elektronischer Bildsensoren oder des menschlichen Auges verwendet werden.

Der Einsatz von verschiedenen Laserquellen nimmt stetig zu, beispielsweise für industrielle Anwendungen oder in der Medizintechnik. Hierdurch steigt das Gefährdungspotenzial sowohl für das menschliche Auge, als auch für abbildende oder nicht abbildende Sensoren. Sofern die Wellenlänge der Laserstrahlung bekannt ist, kann mittels eines schmal - bandigen Filters ein hinreichender Schutz erzielt werden. Sofern jedoch unterschiedliche Laser unterschiedlicher

Wellenlänge zum Einsatz kommen oder die Wellenlänge

eintreffender Laserstrahlung nicht im Voraus bekannt ist, bieten solche konventionellen Schutzkonzepte keinen

ausreichenden Schutz .

Aus L. Weber Tutt und T. F. Boggess: „A Review of Optical Limiting Mechanisms and Devices Using Organics, Fullerenes, Semiconductors and Other Materials", Prog . Quant. Electr., 1993, 17, 2099 sind breitbandige optische Leistungsbegrenzer bekannt, welche eine nichtlineare optische Absorption aufweisen. Hierdurch nimmt die Transmission mit zunehmender Energiedichte der eintreffenden Laserstrahlung ab. Somit kann bei geringer Intensität eine hohe Transmission

realisiert werden, welche die Leistung eines Sensors bzw. eine optische Abbildung nur im geringen Maße beeinträchtigt. Bei Eintreffen einer gefährlich hohen Intensität steigt die Dämpfung an, sodass die auf den Sensor bzw. das Auge einwirkende Intensität unterhalb eines kritischen Grenzwertes bleibt .

Keines der bisher der bekannten Materialien erfüllt jedoch alle Anforderungen an solche Leistungsbegrenzer, nämlich hohe nichtlineare Dämpfung, niedrige nichtlineare Schwelle, breitbandige Wirkung, Farbneutralität und hohe lineare

Transmission .

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, einen optischen Leistungsbegrenzer mit verbesserter Wirkung anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Leistungsbegrenzer nach Anspruch 1, ein optisches Gerät gemäß Anspruch 11 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein optischer Leistungsbegrenzer mit einer nichtlinearen Dämpfung vorgeschlagen. Der Leistungsbegrenzer enthält Carbon-Nanohorns (CNH) . Die erfindungsgemäß verwendeten CNH enthalten graphitisch gebundenen, sp 2 - hybridisierten Kohlenstoff. Die Kohlenstoffatome bilden Tuben mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Die CNH laufen am zweiten Ende konisch zu und können am zweiten Ende geschlossen sein. Der Öffnungswinkel des Konus am zweiten Ende kann zwischen etwa 15° und etwa 25° betragen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Öffnungs- winkel etwa 20° betragen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält die Wandung der CNH nur eine einzige Atomlage. Dies führt zur Quantisierung elektronischer Zustände, wie dies bereits von Carbon-Nanotubes (CNT) bekannt ist.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung können einzelne CNH einen Durchmesser von etwa 1 nm bis etwa 15 nm aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann der Durchmesser zwischen etwa 2 nm und etwa 10 nm betragen. In einigen

Ausführungsformen der Erfindung kann die Länge eines der CNH zwischen etwa 20 nm und etwa 300 nm betragen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Länge zwischen etwa 50 nm und etwa 100 nm betragen.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die CNH Aggregate bilden, welche eine Mehrzahl von CNH enthalten. Die Aggregate können einen Durchmesser von etwa 100 nm bis etwa 1000 nm oder einen Durchmesser von etwa 200 nm bis etwa 500 nm aufweisen.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung sind die CNH bzw. die Aggregate der CNH in ein Trägermaterial eingebettet, welches in zumindest einem Teilbereich des elektromagnetischen Spektrums transparent ist. Somit kann die Nutzstrahlung das Trägermaterial nahezu ungehindert passieren. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Dämpfung im Trägermaterial in zumindest einem Spektralbereich weniger als etwa 10% oder weniger als etwa 5% oder weniger als etwa 2% betragen. Dementsprechend ist die Transmission größer als 90%, größer als 95% oder größer als 98%. Das Trägermaterial kann eine planparallele Platte sein, welche die optischen Eigenschaften eines optischen Gerätes nicht oder nur in geringem Umfang beeinflusst.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung sind die CNH als Beschichtung auf ein Trägermaterial aufgebracht, welches in zumindest einem Teilbereich des elektromagnetischen

Spektrums transparent ist. Somit kann die Nutzstrahlung durch das Trägermaterial nahezu ungehindert passieren. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Dämpfung im Trägermaterial in zumindest einem Spektralbereich weniger als etwa 10% oder weniger als etwa 5% oder weniger als etwa 2% betragen. Das Trägermaterial kann eine planparallele Platte sein, welche die optischen Eigenschaften eines optischen Gerätes nicht oder nur in geringem Umfang

beeinflusst. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Trägermaterial eine Linse, ein Spiegel oder eine andere optische Komponente sein, so dass der Leistungsbegrenzer einfach in ein Objektiv, ein Fernglas oder ein anderes optisches Gerät integrierbar ist.

Aufgrund der nichtlinearen Dämpfung durch die CNH kann

Strahlung geringer Intensität den Leistungsbegrenzer nahezu unbeeinflusst passieren. Der Benutzer einer solchen

Schutzvorrichtung bzw. eines mit der Schutzvorrichtung ausgestatteten Gerätes wird die Anwesenheit der CNH daher normalerweise nicht oder nur unwesentlich wahrnehmen. Bei Eintreffen einer hohen Intensität, beispielsweise direkte Laserstrahlung, welche zur Zerstörung eines Bildsensors oder des menschlichen Auges führen würde, steigt die Dämpfung der CNH aufgrund der nichtlinearen Absorption und/oder durch Streuung des eintreffenden Lichtes an, sodass die

transmittierte Leistung unterhalb eines Grenzwertes bleibt. Unter einer hohen Intensität soll für die Zwecke der

vorliegenden Erfindung eine Lichtintensität oberhalb der nichtlinearen Schwelle des verwendeten Leistungsbegrenzers, gemessen am Ort des Leistungsbegrenzers, verstanden werden. Die nichtlineare Schwelle kann von der Wellenlänge abhängig sein, d.h. unterschiedliche Wellenlängen weisen unterschiedliche nichtlineare Schwellen auf. Für die Zwecke der

vorliegenden Erfindung soll die nichtlineare Schwelle diejenige Intensität sein, bei welcher die Transmission durch den Leistungsbegrenzer bei zunehmender Intensität auf die Hälfte des Ursprungswertes abgefallen ist.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Trägermaterial Teilbereiche des elektromagnetischen Spektrums absorbieren oder reflektieren. Beispielsweise kann zum

Schutz des menschlichen Auges der infrarote Spektralanteil dauerhaft und unabhängig von dessen Intensität im Trägermaterial des Leistungsbegrenzers abgeschwächt werden. Hier- durch wird der Farbeindruck der beobachteten Szene nicht beeinflusst, da das sichtbare Spektrum das Trägermaterial weiter ungehindert passieren kann. Bei Eintreffen einer unzulässig hohen Intensität im infraroten Spektralbereich, wird diese weiterhin durch die Filterwirkung des Trägermaterials abgeschwächt. Bei Eintreffen einer unzulässig hohen Intensität im sichtbaren Spektralbereich kommt die nichtlineare Dämpfung der CNH zum tragen. Auf diese Weise ist der Benutzer des Leistungsbegrenzers in allen Wellenlängenbereichen vor Schädigung durch Laserstrahlung

geschützt. In gleicher Weise, wie vorstehend anhand des infraroten Spektralbereichs erläutert, kann der Schutz auch auf andere Spektralbereiche ausgedehnt werden.

Beispielsweise kann das Trägermaterial auch im ultravioletten Spektralbereich absorbieren. Zum Schutz eines Infrarotsensors kann das Trägermaterial im sichtbaren und/oder ultravioletten Spektralbereich absorbieren, sodass die nichtlineare Dämpfung der CNH das Transmissionsverhalten des Leistungsbegrenzers nur im infraroten Spektralbereich dominiert .

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Trägermaterial ein Polymer oder ein Duroplast und/oder ein Glas und/oder Quarz und/oder eine Silicaverbindung und/oder eine Flüssigkeit sein oder eine solche enthalten. Ein flüssiges Trägermaterial weist dabei den Vorteil auf, dass der

Leistungsbegrenzer auch nach Dämpfung sehr großer optischer Leistungen eine Selbstheilung zeigt. Zum einen können beschädigte CNH durch Diffusion vom Ort der Schädigung entfernt werden. Ungeschädigte CNH, welche zuvor keine hohe Strahlungsleistung absorbieren mussten, können durch

Diffusion an den Ort der Strahlungseinwirkung gelangen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Flüssigkeit mit den CNH zusätzlich durch eine Fördereinrichtung

umgewälzt werden, sodass beschädigte CNH stets aus dem

Leistungsbegrenzer entfernt und durch neues Material ersetzt werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Trägermaterial als mehrschichtiges Material aufgebaut sein und beispielsweise Hydroxyethylmethacrylat auf Quarz

enthalten oder daraus bestehen.

Sofern das Trägermaterial ein Polymer oder ein Duroplast ist oder ein solches enthält, können CNH in der unpoly- merisierten Flüssigkeit dispergiert werden. Durch

polymerisieren des Monomers zum Polymer, beispielsweise durch Zufügen eines Radikalstarters, werden die CNH im

Trägermaterial festgelegt bzw. örtlich lokalisiert. In einigen Ausführungsformen der Erfindung weist dieses

Herstellungsverfahren den Vorteil auf, dass die CNH bzw. die Aggregate der CNH in der Flüssigkeit fein dispergiert werden können und nur im geringen Umfang größere Agglomerate bilden, welche ein anderes Dämpfungsverhalten aufweisen könnten .

In gleicher Weise kann ein Leistungsbegrenzer hergestellt werden, indem CNH oder deren Aggregate in einer Glasschmelze dispergiert werden. Dadurch ergibt sich nach Abkühlen des Glases ein haltbarer und chemisch inerter Leistungsbegrenzer, welcher auch in aggressiven Umgebungen eingesetzt werden kann.

Ein Polymer oder ein Duroplast kann in einigen Ausführungs- formen der Erfindung gewählt sein aus Polymethylacrylat und/oder Hydroxyethylmethacrylat und/oder Polycarbonat und/oder Polyester und/oder Polyphosphorester . Diese

Materialien sind einfach herstellbar und CNH oder deren Aggregate lassen sich gut in diese Materialien dispergieren . In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Trägermaterial ein Kunstharz enthalten, beispielsweise ein

Epoxidharz, ein Phenolharz oder ein Polyesterharz. Sofern das Trägermaterial eine Flüssigkeit enthält, kann diese ausgewählt sein aus Wasser oder Aceton oder einem Alkohol oder einem kohlenwasserstoffhaltigen Lösemittel,

beispielsweise Toluol . Wahlweise können auch Mischungen dieser Flüssigkeiten zum Einsatz kommen. In einigen

Ausführungsformen der Erfindung können die CNH oder deren Aggregate in zumindest einem Methylacrylat und/oder Carbonat und/oder Ester und/oder Phosphorester dispergiert werden.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der

Leistungsbegrenzer zusätzlich einen Farbstoff und/oder

Nanopartikel enthalten. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Nanopartikel oder der Farbstoff dazu eingesetzt werden, die CNH zu funktionalisieren . Hierdurch kann die Dämpfung der CNH ansteigen, die nichtlineare

Schwelle sinken und/oder eine breitbandigere Schutzwirkung erzielt werden.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Farbstoff ausgewählt sein aus einem oder mehreren Porphyrinen und/oder Phthalocyaninen und/oder Stilbenen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Farbstoff Nanopartikel enthalten oder daraus bestehen, welche zumindest ein Metall oder zumindest einen Halbleiter enthalten. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Nanopartikel zumindest Gold und/oder Silber und/oder Kupfer und/oder Galliumarsenid und/oder Zinkselenid enthalten.

Diese Farbstoffe können in einigen Ausführungsformen der Erfindung als UV-Farbstoff wirken, welche im sichtbaren Spektralbereich transparent sind, jedoch bei höheren Intensitäten eine 2- oder Mehr-Photonenabsorption zeigen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann eine Mehrzahl von Farbstoffen eingesetzt werden.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der

Leistungsbegrenzer bei einer Wellenlänge von 532 nm eine nichtlineare Schwelle von etwa 0,02 \iJ bis etwa 2 \iJ oder von etwa 0,03 oder von etwa 0,04 bis etwa 0,1 ]i aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Leistungsbegrenzer bei einer Wellenlänge von 1064 nm eine nichtlineare Schwelle von etwa 0,1 ]i bis etwa 10 ]i oder von 0,15 ]i bis etwa 1 ]i oder von 0,2 \iJ bis etwa 0,5 ]i aufweisen. Zur Bestimmung der nichtlinearen Schwelle wird ein Leistungsbegrenzer mit einer linearen Transmission von etwa 70% im Zwischenfokus eines Linsensystems angeordnet. Die Blendenzahl weist etwa den Wert 5 auf. Die Blendenzahl bezeichnet dabei den Quotient aus

Brennweite und Apertur der fokussierenden Linse bzw. des Linsensystems. Die nichtlineare Schwelle ist derjenige Wert, bei welchem die Transmission auf 50% des Ausgangswertes abgefallen ist.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der

Leistungsbegrenzer bei einer Bestrahlung mit mehr als

1 J'cm "2 zerstört werden. Hierdurch kann bei Auftreffen einer entsprechend großen optischen Leistung die Transmission zuverlässig reduziert werden.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der

vorgeschlagene Leistungsbegrenzer im Zwischenfokus einer optischen Abbildung angeordnet sein. Hierdurch wird die Leistungsdichte im Leistungsbegrenzer erhöht, sodass bei geringeren einfallenden Intensität bereits eine nichtlineare Dämpfung auftritt. Dadurch kann die nichtlineare Schwelle bzw. das Einsetzen der Schutzwirkung zu niedrigeren

Leistungsdichten bzw. Intensitäten verschoben sein.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der

vorgeschlagene Leistungsbegrenzer eine Dicke von etwa 1 mm bis etwa 3 mm aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der vorgeschlagene Leistungsbegrenzer eine Dicke von etwa 1,5 mm bis etwa 2,5 mm aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der vorgeschlagene Leistungsbegrenzer eine Dicke von etwa 2 mm aufweisen.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der vorgeschlagene Leistungsbegrenzer CNH oder Aggregate von CNH in einer Konzentration bzw. Flächenbelegung aufweisen, welche unterhalb der nichtlinearen Schwelle im Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 800 nm eine mittlere Transmission von mehr als etwa 60% oder mehr als etwa 70% oder mehr als etwa 80% bewirkt. Als Flächenbelegung wird dabei die über den Strahlengang des Lichtes integrierte Volumenkonzentration bezeichnet . Eine Flächenbelegung kann daher auch bei

Leistungsbegrenzern größerer Dicke angegeben werden.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne

Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt

Figur 1 eine schematische Darstellung eines optischen

Gerätes mit einem erfindungsgemäßen Leistungsbegrenzer .

Figur 2 zeigt einen Leistungsbegrenzer in einer ersten

Ausführungsform .

Figur 3 zeigt einen Leistungsbegrenzer in einer zweiten

Ausführungsform .

Figur 4 zeigt das Transmissionsverhalten einer

Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leistungsbegrenzers im sichtbaren Spektralbereich und

Figur 5 zeigt das Transmissionsverhalten einer

Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leistungsbegrenzers im infraroten Spektralbereich.

Figur 1 zeigt einen optischen Leistungsbegrenzer 1. Der Leistungsbegrenzer 1 enthält zumindest ein Trägermaterial 3 sowie Aggregate von CNH 2. Die Dichte der CNH bzw. der Aggregate von CNH ist so gewählt, dass unterhalb der nichtlinearen Schwelle im Wellenlängenbereich zwischen

400 nm und 800 nm eine mittlere Transmission von mehr als etwa 70% oder mehr als etwa 80% vorhanden ist. Der Leistungsbegrenzer 1 ist im Zwischenfokus 35 eines optischen Gerätes angeordnet. Im dargestellten

Ausführungsbeispiel enthalt das optische Gerät lediglich zwei Linsen 31 und 32. Selbstverständlich kann der

Leistungsbegrenzer auch in aufwändigeren optischen Geräten eingesetzt werden. Insbesondere kann jede der Linsen 31 und 32 durch ein Linsensystem aus mehreren Sammel- und/oder Zerstreuungslinsen ersetzt werden. Das optische Gerät kann daher beispielsweise ein an sich bekanntes Spektiv, ein Fernrohr, ein Fernglas, ein Objektiv, ein Entfernungsmesser oder ein weiteres, hier nicht genanntes Gerät sein. Die Anordnung des Leistungsbegrenzers 1 im Zwischenfokus 35 führt dazu, dass auf einer Teilfläche des Leistungsbegrenzers 1 eine höhere Lichtintensität vorhanden ist, sodass die Schutzwirkung des Leistungsbegrenzers bereits bei einer geringeren einfallenden Intensität 36 einsetzt.

Neben den in Figur 1 dargestellten Komponenten kann das optische Gerät weitere, an sich bekannte Bauteile aufweisen, beispielsweise Filter oder Blenden.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der

Leistungsbegrenzer Teil einer Vorrichtung sein, welche zumindest ein selbstfokussierendes Element enthält.

Beispielsweise kann eine Linse 31 durch zumindest ein selbstfokussierendes Element ersetzt werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann ein selbst- fokussierendes Element mit zumindest einer Linse 31

kombiniert werden. Zumindest ein selbstfokussierendes

Element kann mit dem Trägermaterial 3 mit den darin

angeordneten CNH zu einer einzelnen Baugruppe vereinigt werden .

Am Ausgang 37 des optischen Gerätes kann ein digitaler

Bildsensor vorhanden sein, beispielsweise eine CCD-Kamera. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann am

Ausgang 37 ein nicht abbildender Sensor vorhanden sein, beispielsweise eine Photodiode. In weiteren

Ausführungsformen der Erfindung kann am Ausgang 37 ein

Okular angeordnet sein, sodass eine Szene von einem

Beobachter unmittelbar wahrgenommen werden kann. In diesem Fall schützt der Leistungsbegrenzer das menschliche Auge vor unzulässig hoher optischer Leistung, welche zum Erblinden führen könnte .

Da die CNH 2 ein nichtlineares Dämpfungsverhalten aufweisen, werden geringe Intensitäten durch den Leistungsbegrenzer 1 transmittiert . Das Vorhandensein des Leistungsbegrenzers 1 beeinträchtigt daher die optische Qualität des Gerätes nicht oder nur unwesentlich. Bei Eintreffen einer größeren

Leistung führt die ansteigende Intensität zu einer

nichtlinearen Dämpfung der CNH 2, sodass die durch den

Leistungsbegrenzer 1 transmittierte optische Leistung einen vorgebbaren Grenzwert nicht überschreiten kann. Bei weiterem Anstieg der optischen Leistung, kann der erfindungsgemäße Leistungsbegrenzer als Opferelement verwendet werden, d.h. durch Zerstörung des Trägermaterials und/oder der CNH wird die Transmission dauerhaft herabgesetzt.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Leistungsbegrenzers 1. Der Leistungsbegrenzer 1 enthält ein Trägermaterial, beispielsweise ein Polymer, ein Duroplast oder ein Glas. Im Trägermaterial 3 sind CNH 2 eingebettet. Die CNH 2 können in das verflüssigte Trägermaterial 3 eingebracht werden, beispielsweise eine Lösung von Monomeren. Beispielsweise kann das verflüssigte Trägermaterial Methacrylsäuremethylester enthalten. Durch Rühren können die CNH im Methacrylsäuremethylester dispergiert werden, wobei Agglomerate aufgelöst werden können. Nach Zugabe von Dibenzoylperoxid als Radikal - Starter wird der Methacrylsäuremethylester zu Polymethyl- methacrylat (PMMA) polymerisiert . Nach vollständiger Polymerisation liegt das Trägermaterial 3 als Festkörper vor. Optional können die Lichteintritts- und -austrittstlächen poliert oder vergütet werden, um die optische Qualität in an sich bekannter Weise zu verbessern. Der Leistungsbegrenzer kann als planparallele Platte mit runder oder eckiger

Grundform ausgeführt sein.

In gleicher Weise wie vorstehend für PMMA erläutert, kann die Erfindung auch mit anderen Polymeren oder Duroplasten umgesetzt werden.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung können CNH 2 auch als Beschichtung auf einem Träger 3 aufgebracht werden. Eine solche Beschichtung kann eine Dicke von etwa 25 μπι bis etwa 500 μπι aufweisen. Das Beschichtungsmaterial kann ein

Duroplast enthalten, beispielsweise ein Epoxidharz oder einen Polyurethanlack. Die Beschichtung kann in an sich bekannter Weise durch Streichen, Spritzen, Aufrakeln, oder Spincoating erfolgen.

Anhand von Figur 3 wird eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leistungsbegrenzers 1 erläutert. Der

Leistungsbegrenzer 1 enthält CNH 2, welche in einem

flüssigen Trägermaterial 3 dispergiert sind. Das Trägermaterial 3 kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung Wasser oder Aceton oder einen Alkohol enthalten. Das Trägermaterial 3 ist in einem Behälter 4 aufgenommen, welcher zumindest Teilflächen aufweist, welche für die hindurchtretende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise transparent sind. Die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass der Leistungsbegrenzer selbstheilend ist, falls eine hohe optische Leistung auf den Leistungsbegrenzer trifft und zumindest ein Teil der CNH im Fokuspunkt durch die eintreffende Strahlungsenergie zerstört werden. In diesem Fall diffundieren die zerstörten CNH aus dem Fokuspunkt, wobei CNH aus dem Randbereich des Absorbers, welche bislang nicht bestrahlt wurden, in den Fokuspunkt diffundieren können. Anhand der Figuren 4 und 5 wird das Transmissionsverhalten eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leistungsbegrenzers gegen die eingestrahlte optische Leistung

erläutert. Dabei zeigt Figur 4 die Transmission für eine Wellenlänge von 532 nm und Figur 5 zeigt die Transmission für eine Wellenlänge von 1064 nm. Der Leistungsbegrenzer enthält jeweils Aggregate von CNH, welche in einer

Konzentration in Aceton dispergiert sind, bei welcher sich etwa 70% Transmission bei linearer Dämpfung ergeben. Die Schichtdicke beträgt etwa 2 mm.

Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung soll die nichtlineare Schwelle als diejenige Stelle definiert sein, an welcher die Transmission auf 50 % des Ursprungswerts abgefallen ist.

Wie Figur 4 und Figur 5 weiter zeigen, wurde die Transmission im linearen Bereich auf 1 normiert, so dass die Figuren nur die nichtlineare Absorption zeigen. Die Transmission ist in einem weiten Bereich nahezu konstant. Der erfindungsgemäße Leistungsbegrenzer führt zu einer nur geringfügigen Verringerung der Lichtstärke eines damit ausgestatteten optischen Gerätes. Jedoch nimmt die Transmission mit zunehmender Energie oberhalb der nichtlinearen Schwelle stark ab, sodass eine Schädigung des Benutzers oder von Bildsensoren zuverlässig vermieden wird.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsform beschränkt. Die

vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden

Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Merkmale aus unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung können jederzeit kombiniert werden, um so weitere Ausführungsformen der Erfindung zu erhalten.