Strahlfokussierung

Strahlfokussierung bezeichnet den Prozess, bei dem ein Strahl aus Licht, elektromagnetischer Strahlung oder Teilchen so gelenkt wird, dass die Intensität in einem möglichst kleinen Raum maximal wird. In der Optik bedeutet dies, dass die Strahlen zu einem Brennfleck konvergieren; bei Teilchenstrahlen kommen magnetische oder elektrische Felder zum Einsatz, um den Strahl zu bündeln.

Das Grundprinzip besteht darin, die Divergenz des Strahls zu verringern. Die Qualität des Fokus wird oft durch die Beugung begrenzt. Typische Größen sind Brennweite f, der fokale Spotradius w0 und die numerische Apertur NA. In der Wellenoptik bestimmt die Form der Wellenfront den Fokus, wobei Beugungsbegrenzungen die minimale erreichbare Spotgröße festlegen.

Typische Fokussierungsinstrumente in der Optik sind Linsen und Spiegel; ergänzend kommen Phasenplatte oder räumliche Strahlformer zum Einsatz. In der Teilchenbeschleunigung und Spektroskopie verwenden Systeme magnetische Linsen wie Quadrupole- oder Oktupole-Fokussierer bzw. elektro-magnetische Linsen, um Elektronen, Protonen oder Ionen zu bündeln.

Anwendungen reichen von Mikroskopie und Laserbearbeitung über Lithografie bis hin zu Strahlfokussierung in Beschleunigern sowie in Neutronen- und Röntgenstrahlotechnik. In der medizinischen Bildgebung, der Materialprüfung und der industriellen Inspektion spielt die Fokusierung eine zentrale Rolle.

Begrenzungen ergeben sich durch optische Aberrationen (z. B. sphärische oder chromatische Aberration), Wellenfrontfehler und Beugung. Praktisch bleibt der Fokus eine endliche Region, deren Größe von Wellenlänge, Medium, Strahlparameter und Abbildungssystem abhängt.