DE102019127968B4 - Laser system - Google Patents
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Abstract
Lasersystem (11) mit:- einer Laserstrahlquelle (13) zum Ausgeben von Laserstrahlung (13A),- einem optischen Filtersystem (17), das eine Lichtleitfaser (18) zum Führen der Laserstrahlung von einem ersten Ende (19A) zu einem zweiten Ende (19B) aufweist, wobei die aus dem zweiten Ende (19B) der Lichtleitfaser (18) austretende Laserstrahlung (21) eine Fernfeldverteilung (2) im Fernfeld (33) ausbildet, die einen zentralen Strahlbereich (35) und um den zentralen Strahlbereich (35) der Fernfeldverteilung (2) angeordnete Nebenmaxima (37) aufweist, und das eine Raumfilterblende (F) zur optischen Filterung von aus der Lichtleitfaser (18) austretender Laserstrahlung (21) aufweist, wobei die Raumfilterblende (F) dazu ausgebildet ist, im Fernfeld (33) mindestens eines der Nebenmaxima (37) aus der Fernfeldverteilung (2) zu entfernen, und- einer Fasereinkopplungseinheit (15) zum Einkoppeln der Laserstrahlung (13A) in die Lichtleitfaser (18).Laser system (11) with: - a laser beam source (13) for emitting laser radiation (13A), - an optical filter system (17) which has an optical fiber (18) for guiding the laser radiation from a first end (19A) to a second end ( 19B), wherein the laser radiation (21) emerging from the second end (19B) of the optical fiber (18) forms a far-field distribution (2) in the far field (33), which has a central beam area (35) and around the central beam area (35) the far field distribution (2) arranged secondary maxima (37), and which has a spatial filter aperture (F) for optical filtering of laser radiation (21) emerging from the optical fiber (18), the spatial filter aperture (F) being designed to be in the far field (33 ) to remove at least one of the secondary maxima (37) from the far field distribution (2), and a fiber coupling unit (15) for coupling the laser radiation (13A) into the optical fiber (18).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lasersystem, beispielsweise für die Materialbearbeitung.The present invention relates to a laser system, for example for material processing.
Die Strahlqualität optischer Felder, die z.B. als Laserstrahlung von Hochleistungs-Ultrakurzpulslasern emittiert werden, unterscheidet sich häufig leicht von der idealen Beugungsgrenze. Beispielsweise kann eine Strahlqualität M2 im Bereich von 1,0 bis ca. 1,3 vorliegen, wobei die Strahlqualität M2 (beam propagation factor) die Abweichung des Messstrahls von einem beugungsbegrenzten Gauß-Strahl hinsichtlich Strahldurchmesser und Divergenzwinkel beschreibt. Letzterer besitzt ein M2 von 1. Bei einem M2 von typischerweise kleiner oder gleich 1,3 spricht man zwar noch von Laserstrahlung in der Grundmode bzw. von einer nahezu beugungsbegrenzten Strahlqualität, jedoch können die vom Gauß-Strahl abweichenden Strahlanteile negative Auswirkungen bei der Nutzung der Laserstrahlung hervorrufen. Beispielsweise können sie zu einer vergrößerten Fokuszone, zu einem oder mehreren Nebenfokussen oder auch zu einer unerwünschten Erwärmung von optischen Komponenten führen. Derartige Strahlanteile können ferner in Kombination mit strahlformenden Elementen, die z.B. einen Flattop-Fokus erzeugen sollen, die Homogenität im Intensitätsprofil reduzieren und damit inhomogene Abtrags- oder Bohrergebnisse bewirken. Des Weiteren können derartige Strahlanteile bei der Formung eines Bessel-Strahls aus einem Grundmoden-Strahl Modulationen entlang der optischen Achse hervorrufen und damit verschieden starke Modifikationen in der länglichen Fokuszone im transparenten Material bewirken.The beam quality of optical fields, which are emitted as laser radiation from high-power ultrashort pulse lasers, often differs slightly from the ideal diffraction limit. For example, a beam quality M 2 can be present in the range from 1.0 to approximately 1.3, with the beam quality M 2 (beam propagation factor) describing the deviation of the measuring beam from a diffraction-limited Gaussian beam with regard to beam diameter and divergence angle. The latter has an M 2 of 1. With an M 2 of typically less than or equal to 1.3, one still speaks of laser radiation in the basic mode or of an almost diffraction-limited beam quality, but the beam components that deviate from the Gaussian beam can have negative effects on the Use of laser radiation. For example, they can lead to an enlarged focus zone, to one or more secondary foci or to undesirable heating of optical components. Such beam components, in combination with beam-shaping elements that are intended to produce a flattop focus, for example, can reduce the homogeneity in the intensity profile and thus cause inhomogeneous removal or drilling results. Furthermore, when forming a Bessel beam from a fundamental mode beam, such beam components can cause modulations along the optical axis and thus cause modifications of varying degrees in the elongated focus zone in the transparent material.
Die US 2008 / 0 219 620 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Umwandeln einer Mode höherer Ordnung in eine nahezu fundamentale Gaußsche Form.US 2008/0 219 620 A1 discloses a device for converting a higher order mode into a near-fundamental Gaussian form.
Die
Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System für eine zuverlässige Filterung von unerwünschten Strahlanteilen aus einer Laserstrahlung anzugeben. Eine weitere Aufgabe kann darin liegen, für eine nachfolgende Strahlführung eine sich nahezu im (Freifeld-) Grundmode ausbreitende Laserstrahlung zu erzeugen.One aspect of this disclosure is based on the task of specifying a system for reliable filtering of unwanted beam components from laser radiation. Another task can be to generate laser radiation that propagates almost in the (free field) fundamental mode for subsequent beam guidance.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch ein Lasersystem nach Anspruch 1. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.At least one of these tasks is solved by a laser system according to claim 1. Further developments are specified in the subclaims.
Das Lasersystem weist ein optisches Filtersystem mit einer Lichtleitfaser zum Führen von Laserstrahlung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende auf, wobei die aus dem zweiten Ende der Lichtleitfaser austretende Laserstrahlung eine Fernfeldverteilung im Fernfeld ausbildet, die einen zentralen Strahlbereich und um den zentralen Strahlbereich der Fernfeldverteilung angeordnete Nebenmaxima aufweist. Ferner weist das optische Filtersystem eine Raumfilterblende auf, die dazu ausgebildet ist, im Fernfeld mindestens eines der Nebenmaxima aus der Fernfeldverteilung zu entfernen.The laser system has an optical filter system with an optical fiber for guiding laser radiation from a first end to a second end, the laser radiation emerging from the second end of the optical fiber forming a far-field distribution in the far field, which has a central beam region and around the central beam region of the far-field distribution arranged secondary maxima. Furthermore, the optical filter system has a spatial filter aperture which is designed to remove at least one of the secondary maxima from the far field distribution in the far field.
Weiter weist das Lasersystem eine Laserstrahlquelle zum Ausgeben von Laserstrahlung und ein wie zuvor beschriebenes optisches Filtersystem auf, das eine Lichtleitfaser und eine Raumfilterblende zur optischen Filterung von aus der Lichtleitfaser austretender Laserstrahlung aufweist. Ferner umfasst das Lasersystem eine Fasereinkopplungseinheit zum Einkoppeln der Laserstrahlung in die Lichtleitfaser und optional eine Fokussiereinheit zum Fokussieren der mit der Raumfilterblende optisch gefilterten Laserstrahlung, insbesondere zur Materialbearbeitung. Das Lasersystem kann als Laserverstärkersystem ausgebildet sein, bei dem die Laserstrahlquelle als Laserverstärkerstufe ausgebildet ist. Alternativ oder ergänzend kann das Lasersystem eine Laserverstärkerstufe zum Verstärken der mit der Raumfilterblende optisch gefilterten Laserstrahlung umfassen. Optional kann dann eine Fokussiereinheit zum Fokussieren von mit der Laserverstärkerstufe verstärkten Laserstrahlung, insbesondere zur Materialbearbeitung, vorgesehen sein.The laser system further has a laser beam source for emitting laser radiation and an optical filter system as described above, which has an optical fiber and a spatial filter aperture for optically filtering laser radiation emerging from the optical fiber. Furthermore, the laser system comprises a fiber coupling unit for coupling the laser radiation into the optical fiber and optionally a focusing unit for focusing the laser radiation optically filtered with the spatial filter aperture, in particular for material processing. The laser system can be designed as a laser amplifier system in which the laser beam source is designed as a laser amplifier stage. Alternatively or additionally, the laser system can include a laser amplifier stage for amplifying the laser radiation optically filtered with the spatial filter aperture. Optionally, a focusing unit can then be provided for focusing laser radiation amplified by the laser amplifier stage, in particular for material processing.
Die Raumfilterblende kann einen zentralen Transmissionsbereich und mindestens einen an den Transmissionsbereich heranragenden Blendenbereich aufweisen. Der Transmissionsbereich und der zentrale Strahlbereich sind derart in der Größe aufeinander abgestimmt, dass der zentrale Strahlbereich die Raumfilterblende passiert, und der mindestens eine Blendenbereich in seiner Lage mit der Lage des mindestens einen der Nebenmaxima zusammenfällt und dieses blockt.The spatial filter aperture can have a central transmission area and at least one aperture area protruding from the transmission area. The transmission area and the central beam area are coordinated in size in such a way that the central beam area Spatial filter aperture happens, and the position of the at least one aperture area coincides with the position of at least one of the secondary maxima and blocks this.
Das optische Filtersystem kann insbesondere zum Filtern von ungewünschten Strahlanteilen aus einer Laserstrahlung ausgebildet sein sowie zum Bereitstellen von Laserstrahlung, die sich weitgehend in einem Grundmode für eine nachfolgende Nutzung, beispielsweise zur Fokussierung des Laserstrahls auf ein Werkstück bei der Materialbearbeitung, ausbreitet.The optical filter system can be designed in particular to filter unwanted beam components from laser radiation and to provide laser radiation that propagates largely in a basic mode for subsequent use, for example to focus the laser beam on a workpiece during material processing.
In einigen Weiterbildungen kann die Lichtleitfaser derart ausgebildet sein, dass die Laserstrahlung, in der Lichtleitfaser in einer (Grund-) Mode geführt wird, wobei in der Fernfeldverteilung nach der Lichtleitfaser, die sich optional nach einer Kollimationsoptikeinheit ausbildet, ein Phasensprung zwischen dem zentralen Strahlbereich und den Nebenmaxima vorliegt. Dabei kann die Fernfeldverteilung, insbesondere aufgrund des Phasensprungs, (erste) intensitätsfreie Bereiche zwischen dem zentralen Strahlbereich und den Nebenmaxima aufweist. Weitere intensitätsfreie Bereiche und Phasensprünge können sich (in radialer Richtung) weiter außen ausbilden. Dabei kann die Raumfilterblende einen Transmissionsbereich und mindestens einen Blendenbereich aufweisen, wobei der Transmissionsbereich auf die Raumfilterblende einfallende Laserstrahlung passieren (durchtreten) lässt, und der mindestens eine Blendenbereich auf die Raumfilterblende (F) einfallende Laserstrahlung blockt (eine weitere Ausbreitung in Strahlrichtung verhindert). Ein geometrischer Verlauf des Übergangs zwischen dem Transmissionsbereich und dem mindestens einen Blendenbereich kann an den Verlauf der intensitätsfreien Bereiche angepasst sein und die Raumfilterblende kann derart im Strahlengang angeordnet sein, dass die Raumfilterblende den zentralen Strahlbereich transmittiert und (in radialer Richtung) außerhalb der ersten intensitätsfreien Bereiche liegende Laserstrahlung blockt, insbesondere abschneidet oder ablenkt.In some developments, the optical fiber can be designed in such a way that the laser radiation in the optical fiber is guided in a (basic) mode, with a phase jump between the central beam region and in the far field distribution after the optical fiber, which optionally forms after a collimation optics unit the secondary maxima is present. The far field distribution can have (first) intensity-free regions between the central beam region and the secondary maxima, in particular due to the phase jump. Further intensity-free areas and phase jumps can form further out (in the radial direction). The spatial filter aperture can have a transmission region and at least one aperture region, the transmission region allowing laser radiation incident on the spatial filter aperture to pass through (pass through), and the at least one aperture region blocking laser radiation incident on the spatial filter aperture (F) (preventing further propagation in the beam direction). A geometric course of the transition between the transmission region and the at least one aperture region can be adapted to the course of the intensity-free regions and the spatial filter aperture can be arranged in the beam path in such a way that the spatial filter aperture transmits the central beam region and (in the radial direction) outside the first intensity-free regions lying laser radiation blocks, in particular cuts off or deflects.
In einigen Weiterbildungen kann das Filtersystem eine Kollimationsoptikeinheit (z.B. als Faserauskopplungseinheit ausgebildet) umfassen, die zum Kollimieren der austretenden Laserstrahlung angeordnet ist und insbesondere als fokussierende Linsen- und/oder Spiegeleinheit oder als Mikroskop-Objektiv ausgebildet ist. Dabei ist die Kollimationsoptikeinheit derart vom zweiten Ende der Lichtleitfaser beabstandet, dass sich strahlabwärts der Kollimationsoptikeinheit ein Strahlengangabschnitt ausbildet, in dem (im Wesentlichen) die Fernfeldverteilung gegeben ist und in dem die Raumfilterblende angeordnet ist.In some developments, the filter system can comprise a collimation optics unit (e.g. designed as a fiber coupling unit) which is arranged to collimate the emerging laser radiation and is in particular designed as a focusing lens and/or mirror unit or as a microscope objective. The collimation optics unit is spaced from the second end of the optical fiber in such a way that a beam path section is formed downstream of the collimation optics unit, in which (essentially) the far-field distribution is given and in which the spatial filter diaphragm is arranged.
In einigen Weiterbildungen kann die Lichtleitfaser des optischen Filtersystems derart ausgebildet sein, dass, insbesondere für Laserstrahlung, die mit der Lichtleitfaser in einer (Grund-) Mode geführt wird, in der Fernfeldverteilung ein Phasensprung zwischen dem zentralen Strahlbereich und den Nebenmaxima vorliegt. Die Fernfeldverteilung kann, insbesondere aufgrund des Phasensprungs, intensitätsfreie Bereiche zwischen dem zentralen Strahlbereich und den Nebenmaxima aufweisen.In some developments, the optical fiber of the optical filter system can be designed such that, in particular for laser radiation that is guided with the optical fiber in a (basic) mode, there is a phase jump in the far field distribution between the central beam area and the secondary maxima. The far field distribution can have intensity-free regions between the central beam region and the secondary maxima, particularly due to the phase jump.
In einigen Weiterbildungen kann die Lichtleitfaser des optischen Filtersystems als Single-Mode-Lichtleitfaser, insbesondere als Hohlkern-Lichtleitfaser oder Stufenindex-Lichtleitfaser, ausgebildet sein, die im Wesentlichen Laserstrahlung nur in einem Grundmode führt. Zusätzlich oder alternativ kann die Lichtleitfaser als Ultrakurzpuls-Lichtleitfaser, insbesondere als Hohlkern-Lichtleitfaser, photonische Kristall-Lichtleitfaser wie Kagome-Lichtleitfaser oder Tubular-Lichtleitfaser oder als multimodale Hohlkern-Lichtleitfaser, ausgebildet sein.In some developments, the optical fiber of the optical filter system can be designed as a single-mode optical fiber, in particular as a hollow-core optical fiber or step-index optical fiber, which essentially carries laser radiation only in a basic mode. Additionally or alternatively, the optical fiber can be designed as an ultra-short pulse optical fiber, in particular as a hollow core optical fiber, photonic crystal optical fiber such as Kagome optical fiber or tubular optical fiber or as a multimodal hollow core optical fiber.
In einigen Weiterbildungen kann die Lichtleitfaser als Hohlkern-Lichtleitfaser des Kagome-Typs mit sieben oder neun Nebenmaxima im Fernfeld ausgebildet sein und der Transmissionsbereich der Raumfilterblende kann eine entsprechend sieben-zählige oder neun-zählige Rotationssymmetrie aufweisen. Optional kann die Raumfilterblende eine mehreckige den Transmissionsbereich ausbildende Öffnung aufweisen.In some developments, the optical fiber can be designed as a hollow core optical fiber of the Kagome type with seven or nine secondary maxima in the far field and the transmission range of the spatial filter diaphragm can have a corresponding seven-fold or nine-fold rotational symmetry. Optionally, the spatial filter panel can have a polygonal opening forming the transmission region.
In einigen Weiterbildungen kann die Lichtleitfaser als Hohlkern-Lichtleitfaser des Tubular-Typs mit vier bis zehn, optional acht, Glasstegringen und entsprechend vier bis zehn, optional acht, Nebenmaxima im Fernfeld ausgebildet sein und der Transmissionsbereich der Raumfilterblende kann eine entsprechende Zähligkeit in der Rotationssymmetrie aufweisen. Die Raumfilterblende kann optional eine mehreckige den Transmissionsbereich ausbildende Öffnung aufweisen.In some developments, the optical fiber can be designed as a hollow core optical fiber of the tubular type with four to ten, optionally eight, glass web rings and correspondingly four to ten, optionally eight, secondary maxima in the far field and the transmission range of the spatial filter diaphragm can have a corresponding number of rotational symmetry . The spatial filter panel can optionally have a polygonal opening forming the transmission region.
In einigen Weiterbildungen des optischen Filtersystems kann der zentrale Strahlbereich eine konstante Phase aufweisen. Insbesondere kann der zentrale Strahlbereich ein Bereich des Feldverlaufs mit einer konstanten Phase sein.In some developments of the optical filter system, the central beam area can have a constant phase. In particular, the central beam area can be an area of the field profile with a constant phase.
In einigen Weiterbildungen kann die Lichtleitfaser des optischen Filtersystems als Hohlkern-Lichtleitfaser ausgebildet sein, die einen hohlen Kern aufweist, der von einer Materialstruktur, insbesondere von Glasstegen, umgeben ist. Die Materialstruktur kann eine Hohlkerninnenwand ausbilden, die sich abschnittsweise einem Zentrum des hohlen Kerns annähert und/oder die einen Querschnittsverlauf mit einer ganzzahligen Rotationssymmetrie (mit einer ganzen Zahl größer 1, d.h. n-zählig mit n > 1; allgemein steht hierin „n“ für eine natürliche Zahl) aufweist und/oder deren Querschnittsverlauf sich einer mehreckigen Grundgeometrie, insbesondere einer hexagonalen oder einer oktogonalen Geometrie, annähert.In some developments, the optical fiber of the optical filter system can be designed as a hollow core optical fiber, which has a hollow core that is surrounded by a material structure, in particular glass webs. The material structure can form a hollow core inner wall, which approaches a center of the hollow core in sections and / or which has a cross-sectional profile with an integer rotational symmetry (with an integer greater than 1, ie n-fold with n >1; in general, "n" stands for a natural number) and/or whose cross-sectional shape approximates a polygonal basic geometry, in particular a hexagonal or an octagonal geometry.
In einigen Weiterbildungen kann die Hohlkerninnenwand einen Querschnittsverlauf aufweisen, welcher zu der Fernfeldverteilung des Grundmodes führt.In some developments, the hollow core inner wall can have a cross-sectional shape which leads to the far field distribution of the fundamental mode.
Ferner kann die Raumfilterblende kann Blendenstruktur aufweisen, die einen Transmissionsbereich der Laserstrahlung abgrenzen, der dem Querschnittsverlauf der Fernfeldverteilung eines Freifeld-Grundmodes unter Ausschluss der Nebenmaxima angenähert ist.Furthermore, the spatial filter diaphragm can have a diaphragm structure which delimits a transmission region of the laser radiation which approximates the cross-sectional course of the far-field distribution of a free-field fundamental mode, excluding the secondary maxima.
In einigen Weiterbildungen können die Nebenmaxima der Lichtleitfaser azimutal, insbesondere mit einer n-zähligen Rotationssymmetrie mit einer ganzen Zahl n > 1, um den zentralen Strahlbereich verteilt sein, und die Raumfilterblende kann einen Transmissionsbereich und Blendenbereiche aufweisen. Dabei sind die Blendenbereiche ebenso azimutal, und insbesondere mit der gleichen n-zähligen Rotationssymmetrie mit n > 1 um den Transmissionsbereich verteilt angeordnet.In some developments, the secondary maxima of the optical fiber can be distributed azimuthally, in particular with an n-fold rotational symmetry with an integer n > 1, around the central beam area, and the spatial filter diaphragm can have a transmission area and aperture areas. The aperture areas are also arranged azimuthally, and in particular with the same n-fold rotational symmetry with n > 1, distributed around the transmission area.
In einigen Weiterbildungen der Materialstruktur kann diese eine Hohlkerninnenwand bilden, deren Querschnittsverlauf eine Form einer Grundmode der Lichtleitfaser im Nahfeld ausbildet. Ferner kann die Raumfilterblende einen Transmissionsbereich und Blendenbereiche derart aufweisen, dass ein geometrischer Verlauf des Übergangs zwischen dem Transmissionsbereich und den Blendenbereichen der Form der Grundmode angepasst ist. Optional kann der geometrische Verlauf des Übergangs zwischen dem Transmissionsbereich und den Blendenbereichen zumindest abschnittsweise dem Verlauf des Phasenwechsels folgen. Alternativ oder ergänzend kann der geometrische Verlauf den zentralen Strahlbereich, der insbesondere durch eine konstante Phase der Laserstrahlung gegeben ist, im Wesentlichen umgeben.In some developments of the material structure, this can form a hollow core inner wall, the cross-sectional shape of which forms a form of a fundamental mode of the optical fiber in the near field. Furthermore, the spatial filter aperture can have a transmission area and aperture areas such that a geometric progression of the transition between the transmission area and the aperture areas is adapted to the shape of the basic mode. Optionally, the geometric course of the transition between the transmission region and the aperture regions can follow the course of the phase change at least in sections. Alternatively or additionally, the geometric course can essentially surround the central beam area, which is in particular given by a constant phase of the laser radiation.
In einigen Weiterbildungen des optischen Filtersystems können von einer Rotationssymmetrie im engeren Sinne (circular symmetry) abweichende Intensitätsanteile einer (Freifeld-) Grundmode mit der Raumfilterblende aus der Fernfeldverteilung entfernt werden. Alternativ oder ergänzend kann Laserstrahlung in mindestens einem der Nebenmaxima der Fernfeldverteilung mit der Raumfilterblende wechselwirken, insbesondere von dieser absorbiert oder abgelenkt werden.In some developments of the optical filter system, intensity components of a (free-field) fundamental mode that deviate from rotational symmetry in the narrower sense (circular symmetry) can be removed from the far-field distribution using the spatial filter diaphragm. Alternatively or additionally, laser radiation in at least one of the secondary maxima of the far field distribution can interact with the spatial filter diaphragm, in particular be absorbed or deflected by it.
In einigen Weiterbildungen kann das optische Filtersystem eine Rotationseinheit umfassen, an der die Raumfilterblende oder die Hohlkern-Lichtleitfaser angebracht ist und die zum Anpassen der azimutalen Orientierung (um die Strahlachse) der Raumfilterblende an die Fernfeldverteilung ausgebildet ist. Mit der Rotationseinheit können die Winkelstellungen von Blendenbereichen derart einstellbar sein, dass sie den Winkelpositionen der Nebenmaxima der Fernfeldverteilung entsprechen.In some developments, the optical filter system can comprise a rotation unit to which the spatial filter aperture or the hollow core optical fiber is attached and which is designed to adapt the azimuthal orientation (around the beam axis) of the spatial filter aperture to the far field distribution. With the rotation unit, the angular positions of aperture areas can be adjusted in such a way that they correspond to the angular positions of the secondary maxima of the far field distribution.
Die hierin beschriebenen Konzepte können einen (hoch-) leistungstauglichen Modenfilter ermöglichen, an dessen Ausgang Laserstrahlung im Wesentlichen im Gauß-Mode vorliegt.The concepts described herein can enable a (high) performance mode filter, at the output of which laser radiation is essentially in the Gaussian mode.
Hierin werden Konzepte offenbart, die es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeit aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
-
1 eine schematische Skizze eines Lasersystems mit einem optischen Filtersystem basierend auf einer ersten beispielhaften Lichtleitfaser und -
2 eine schematische Skizze eines Lasersystems mit einem optischen Filtersystem basierend auf einer zweiten beispielhaften Lichtleitfaser.
-
1 a schematic sketch of a laser system with an optical filter system based on a first exemplary optical fiber and -
2 a schematic sketch of a laser system with an optical filter system based on a second exemplary optical fiber.
Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass eine (leistungstaugliche) optische Faser, wie eine (Hohlkern-) photonische Kristallfaser (hollow-core photonic crystal fiber: HC-PCF), als Teil eines „Moden“-Filters (hierin auch als optisches Filtersystem bezeichnet) eingesetzt werden kann. Eine HC-PCF stellt einen Lichtführungsmechanismus bereit, der auf photonischen Bandlücken (photonic bandgaps) oder einer gehemmten Kopplung (inhibited coupling) basiert. Man unterscheidet Fasern vom Typ „Kagome“ (mit 7 oder 19 Zellen, wobei die Anzahl der Zellen der Anzahl der fehlenden sternartigen Zellen im Kern entspricht) und Fasern vom Typ „Tubular“ (mit einer Anzahl von 4, 5, 6, ... Tubes bzw. (Glassteg-) Ringen im Brechzahlprofil).Aspects described herein are based in part on the knowledge that a (high-performance) optical fiber, such as a (hollow-core) photonic crystal fiber (HC-PCF), can be used as part of a “mode” filter (also herein referred to as an optical filter system). An HC-PCF provides a light guidance mechanism based on photonic bandgaps or inhibited coupling. A distinction is made between fibers of the “Kagome” type (with 7 or 19 cells, where the number of cells corresponds to the number of missing star-like cells in the core corresponds) and fibers of the “tubular” type (with a number of 4, 5, 6, ... tubes or (glass web) rings in the refractive index profile).
Beispiele für Hohlkernfasern umfassen allgemein single-mode oder multimodale Hohlkern-Lichtleitfaser. Weitere Beispiele für Single-Mode-Lichtleitfasern sind insbesondere Stufenindex-Lichtleitfasern, die im Wesentlichen Laserstrahlung nur in einem (Faser-) Grundmode führen.
Ausgehend von der aus der Faser austretenden Laserstrahlung wurde erkannt, dass mit der Kombination aus Faser und einem in einem erzeugten Fernfeld angeordneten Raumfilter die Strahlqualität verbessert werden kann, indem Leistungsbereiche geblockt/gefiltert werden, die nicht der (Freiraum-) Grundmode zugeordnet werden. (Unter Freiraum wird hierin die Ausbreitung von Laserstrahlung im freien Raum, z.B. in Luft oder in einem Gas oder in Vakuum verstanden, im Unterschied zur in einer Faser geführten Ausbreitung von Laserstrahlung.) Ein derartiges optisches Filtersystem kann es insbesondere ermöglichen, eine fast „ideale“ Strahlqualität mit M2 ~ 1 zur Verwendung in der Materialbearbeitung für hochintensive Laserpulse zu liefern. Hierzu kann man ein Überlappintegral I_Überlapp_gefiltert des gefilterten optischen Feldes (U_gefiltert) zum Feld eines Gauß-förmigen Grundmodes (U Grundmode) betrachten, das gegeben ist durch:
Based on the laser radiation emerging from the fiber, it was recognized that with the combination of fiber and a spatial filter arranged in a generated far field, the beam quality can be improved by blocking/filtering power ranges that are not assigned to the (free space) fundamental mode. (Free space here is understood to mean the propagation of laser radiation in free space, for example in air or in a gas or in a vacuum, in contrast to the propagation of laser radiation guided in a fiber.) Such an optical filter system can in particular make it possible to achieve an almost “ideal “To deliver beam quality with M 2 ~ 1 for use in material processing for high-intensity laser pulses. For this purpose, one can consider an overlap integral I_Overlapp_filtered of the filtered optical field (U_filtered) to the field of a Gaussian-shaped fundamental mode (U fundamental mode), which is given by:
Bei entsprechend angepassten räumlichen Skalierungsparametern können Überlappungswerte von (weit) über 99% erreicht werden. Liegt ein Überlappintegral des gefilterten optischen Feldes zum Feld eines Gauß-förmigen Grundmodes vor, das größer als 99% ist, kann von einer (nahezu) „idealen“ Strahlqualität gesprochen werden.With appropriately adjusted spatial scaling parameters, overlap values of (well) over 99% can be achieved. If there is an overlap integral of the filtered optical field to the field of a Gaussian-shaped fundamental mode that is greater than 99%, one can speak of (almost) “ideal” beam quality.
Es wurde ferner erkannt, dass die Verwendung einer Hohlkernfaser es ermöglichen kann, dass je nach Art und Grad der Aberrationen beim Einkoppeln von wellenfront-aberrierten oder Multi-Moden-optischen Feldern ein signifikanter Anteil an Leistung der eingekoppelten Laserstrahlung vom Grundmode der Hohlkernfaser geführt wird. Abweichungen von der Feldverteilung des Grundmodes beim Einkoppeln werden jedoch meist nicht stabil von der Hohlkernfaser geführt. Abweichungen können beispielsweise mit einem Moden-Überlappintegral (I_Moden-Überlapp) bestimmt werden, das gegeben ist durch:
Allgemein kann die aus der Hohlkernfaser austretende Laserstrahlung bereits eine (erhöhte) hohe Strahlqualität M2 im Bereich von z.B. ca. 1,1 bis 1,2 aufweisen. Die hierin vorgeschlagenen Konzepte ermöglichen es nun, die Strahlqualität M2 durch Raumfrequenzfilterung näher bzw. nahezu ganz an die Beugungsgrenze heran zu transformieren.In general, the laser radiation emerging from the hollow core fiber can already have an (increased) high beam quality M 2 in the range of, for example, approximately 1.1 to 1.2. The concepts proposed here now make it possible to transform the beam quality M 2 closer or almost completely to the diffraction limit through spatial frequency filtering.
Mit anderen Worten erfolgt das Erreichen einer verbesserten (nahezu „idealen“) Strahlqualität mittels Hohlkernfaser und Raumfrequenzfilterung am Beispiel eines Hochleistungs-Ultrakurzpulslasers in zwei Stufen:
- Stufe 1:
- Eine potentiell aberrierte Laserstrahlung (1,0 < M2 < ca. 1,3) des Hochleistungs-Ultrakurzpulslasers wird mittels einer Fasereinkopplungseinheit (z.B. ein Mikroskop-Objektiv) in die Hohlkernfaser eingekoppelt. Von der Hohlkernfaser wird lediglich die Grundmode geführt. Abhängig von der Strahlqualität des eingekoppelten Feldes kann es zu Transmissionsverlusten kommen. Am Ausgang einer beispielsweise wenige Dezimeter langen Hohlkernfaser kann bereits eine verbesserte Strahlqualität vorliegen, die durch die Strahlqualität des (Faser-) Grundmodes der Hohlkernfaser vorgegeben ist.
- Stufe 2:
- Je nach Faserdesign der Hohlkernfaser kann der (Freiraum-) Grundmode der austretenden Laserstrahlung im Nahfeld eine nicht „rotationssymmetrisch im engeren Sinne“, allgemeine eine n-zählig rotationssymmetrische Geometrien mit n > 1, beispielsweise mehreckige wie z.B. hexagonal-artige, Feldverteilung aufweisen. Diese Feldverteilung unterscheidet sich leicht von der idealen (Freiraum-) Grundmode und kann z.B. eine Strahlqualität M2 von ca. 1,1 aufweisen.
- Step 1:
- A potentially aberrated laser radiation (1.0 <M 2 <approx. 1.3) from the high-power ultrashort pulse laser is coupled into the hollow core fiber by means of a fiber coupling unit (eg a microscope lens). Only the basic mode is carried by the hollow core fiber. Depending on the beam quality of the coupled field, transmission losses can occur. At the output of a hollow core fiber, for example a few decimeters long, there can already be an improved beam quality, which is determined by the beam quality of the basic (fiber) mode of the hollow core fiber.
- Level 2:
- Depending on the fiber design of the hollow core fiber, the basic (free space) mode of the emerging laser radiation in the near field can have a field distribution that is not “rotationally symmetrical in the narrower sense”, generally an n-fold rotationally symmetrical geometries with n > 1, for example polygonal such as hexagonal-like. This field distribution differs slightly from the ideal (free space) basic mode and can, for example, have a beam quality M 2 of approximately 1.1.
Für die vorliegenden Betrachtungen ist die ideale (Freiraum-) Grundmode rotationssymmetrisch im engeren Sinne, wobei hierin unter „rotationssymmetrisch im engeren Sinne“ verstanden wird, dass eine Feldverteilung um eine Rotationsachse um beliebige Winkel gedreht werden kann, ohne dass die Feldverteilung sich ändert. Eine ganzzahlige Rotationssymmetrie einer Feldverteilung (mit einer ganzen Zahl größer 1, d.h. n-zählig mit n > 1; allgemein steht hierin „n“ für eine natürliche Zahl) liegt vor, wenn die Feldverteilung nur um vorgegebene Winkel (z.B. 360°/n) um eine Rotationsachse gedreht werden kann, ohne dass die Feldverteilung sich ändert.For the present considerations, the ideal (free space) basic mode is rotationally symmetric in the narrower sense, whereby “rotationally symmetric in the narrower sense” is understood to mean that a field distribution can be rotated about an axis of rotation by any angle without the field distribution changing. An integer rotational symmetry of a field distribution (with an integer greater than 1, i.e. n-fold with n >1; generally "n" here stands for a natural number) exists if the field distribution only extends by predetermined angles (e.g. 360°/n). can be rotated around an axis of rotation without changing the field distribution.
Die aus der Hohlkernfaser austretende Laserstrahlung wird kollimiert. Durch die Kollimation der Laserstrahlung kann man eine zugehörige Fernfeldverteilung erhalten, bei der die Feldanteile, die die Strahlqualität verschlechtern, räumlich getrennt vom Nutzstrahl (d.h. versetzt zur Strahlachse/offaxis), vorliegen. Hinsichtlich der Fernfeldverteilung kann eine Raumfrequenzfilterung, also das Blockieren der unerwünschten Strahlanteile, mit einer geometrisch angepassten, bspw. hexagonalen, leistungstauglichen Blende vorgenommen werden. Die Blende kann beispielsweise refraktiv oder diffraktiv ausgebildet sein. Auf diese Weise kann ein Laserstrahl mit einer (nahezu) idealen, wohldefinierten Strahlqualität nach erneuter Fokussierung z.B. auf ein zu bearbeitendes Werkstück geführt werden.The laser radiation emerging from the hollow core fiber is collimated. By collimating the laser radiation, an associated far field distribution can be obtained in which the field components that impair the beam quality are spatially separated from the useful beam (i.e. offset from the beam axis/offaxis). With regard to the far field distribution, spatial frequency filtering, i.e. blocking the unwanted beam components, can be carried out with a geometrically adapted, for example hexagonal, high-performance aperture. The aperture can, for example, be designed to be refractive or diffractive. In this way, a laser beam with an (almost) ideal, well-defined beam quality can be guided, for example, onto a workpiece to be processed after renewed focusing.
Es wird angemerkt, dass im ersten Schritt die optische Filterung auch mittels einer mehrmodigen (multi-modalen) Hohlkernfaser (auch als few-mode HCF bezeichnet) umgesetzt werden kann, wobei die Strahlanteile höherer Moden entweder als Teil der gefilterten Laserstrahlung beibehalten werden oder ähnlich wie die Nebenmaxima der Grundmode der Hohlkernfaser mit dem Raumfilter aus der Laserstrahlung entfernt werden.It is noted that in the first step the optical filtering can also be implemented using a multi-mode hollow core fiber (also referred to as few-mode HCF), whereby the beam components of higher modes are either retained as part of the filtered laser radiation or in a similar way the secondary maxima of the fundamental mode of the hollow core fiber are removed from the laser radiation using the spatial filter.
Bezugnehmend auf
Das Lasersystem 11 ist beispielsweise ein Laseroszillator oder ein Laserverstärkungssystem und erzeugt Laserstrahlung 13A, beispielsweise gepulste hochintensive Laserstrahlung mit Pulsdauern im Nanosekunden- bis Femtosekundenbereich und Pulsenergien im Bereich von 1 µJ bis 100 mJ. Die erzeugte Laserstrahlung 13A kann eine Strahlqualität aufweisen, die von einer idealen Gauß-Strahlqualität abweicht. Um wie bereits angesprochen Nachteile beim Einsatz derartiger Laserstrahlung zu vermeiden, kann das hierin vorgeschlagene optische Filtersystem 17 eingesetzt werden.The laser system 11 is, for example, a laser oscillator or a laser amplification system and generates laser radiation 13A, for example pulsed high-intensity laser radiation with pulse durations in the nanosecond to femtosecond range and pulse energies in the range from 1 µJ to 100 mJ. The generated laser radiation 13A may have a beam quality that deviates from an ideal Gaussian beam quality. In order to avoid disadvantages when using such laser radiation, as already mentioned, the optical filter system 17 proposed here can be used.
Das optische Filtersystem 17 umfasst eine Hohlkern-Lichtleitfaser 18, eine Kollimationsoptikeinheit 23 (auch als Kollimationseinheit oder Faserauskopplungseinheit bezeichnet) und eine Raumfilterblende F. Die Kollimationsoptikeinheit 23 (und auch die Fasereinkopplungseinheit 15) kann beispielsweise eine Linsen- und/oder Spiegeleinheit oder ein Mikroskop-Objektiv umfassen, die zum Kollimieren der austretendem Laserstrahlung 21 (Fokussieren der Laserstrahlung 13A) konfiguriert und angeordnet ist. Beispielsweise ist die Kollimationsoptikeinheit 23 derart vom zweiten Ende 19B beabstandet, dass sich strahlabwärts ein Strahlengangabschnitt ausbildet, in dem die Fernfeldverteilung 2 gegeben ist, die als Fernfeld der ausgekoppelten Laserstrahlung betrachtet werden kann.The optical filter system 17 comprises a hollow core optical fiber 18, a collimation optics unit 23 (also referred to as a collimation unit or fiber coupling unit) and a spatial filter diaphragm F. The collimation optics unit 23 (and also the fiber coupling unit 15) can be, for example, a lens and / or mirror unit or a microscope Include lens that is configured and arranged to collimate the emerging laser radiation 21 (focusing the laser radiation 13A). For example, the collimation optics unit 23 is spaced from the second end 19B in such a way that a beam path section is formed downstream of the beam in which the far field distribution 2 is given, which can be viewed as the far field of the coupled-out laser radiation.
Ferner kann das optische Filtersystem 17 eine Rotationseinheit R, R' umfassen, die zur relativen Ausrichtung der Hohlkern-Lichtleitfaser 18 bezüglich der Raumfilterblende F vorgesehen ist. Die Rotationseinheit R, R' kann z.B. die Hohlkernfaser oder die Raumfilterblende um die Strahlachse rotieren und damit im Rotationswinkel zueinander ausrichten. Die Rotationseinheit ist zum Anpassen der Orientierung der Raumfilterblende F an die Fernfeldverteilung 2 ausgebildet. Allgemein sind die Winkelstellungen der Blendenbereichen 43 bezüglich der Strahlachse einstellbar und entsprechen bevorzugt Winkelpositionen der Nebenmaxima 37 der Fernfeldverteilung 2.Furthermore, the optical filter system 17 can comprise a rotation unit R, R', which is provided for the relative alignment of the hollow core optical fiber 18 with respect to the spatial filter diaphragm F. The rotation unit R, R' can, for example, rotate the hollow core fiber or the spatial filter diaphragm about the beam axis and thus align it to one another at the rotation angle. The rotation unit is designed to adapt the orientation of the spatial filter diaphragm F to the far field distribution 2. In general, the angular positions of the aperture areas 43 are adjustable with respect to the beam axis and preferably correspond to angular positions of the secondary maxima 37 of the far field distribution 2.
Ferner erkennt man in
Hinsichtlich des Strahlengangs der von der Laserstrahlquelle 13 erzeugten Laserstrahlung 13A wird die Laserstrahlung in
Wie in
In
Man erkennt, dass die Geometrie des Hohlkerns 53 nicht rotationssymmetrisch im engeren Sinne ausgebildet ist, sondern eine ganzzahlige Anzahl (hier beispielhaft 6) von am weitesten in Richtung des Zentrums Z hineinragenden Kristallzellen aufweist. Der Querschnitt der Hohlkerninnenwand 59 ist rotationssymmetrisch mit der Zähligkeit 6 („6-fold rotational symmetric“). Entsprechend ist die (Faser-) Grundmode der Hohlkern-Lichtleitfaser 18 nicht rotationssymmetrisch, und auch das Strahlprofil der an einem zweiten Ende 19A der Hohlkern-Lichtleitfaser 18 austretenden Laserstrahlung 21 weicht von einer Rotationssymmetrie im engeren Sinne ab.It can be seen that the geometry of the hollow core 53 is not rotationally symmetrical in the narrower sense, but rather has an integer number (here, for example, 6) of crystal cells that protrude furthest in the direction of the center Z. The cross section of the hollow core inner wall 59 is rotationally symmetrical with a count of 6 (“6-fold rotationally symmetric”). Accordingly, the basic (fiber) mode of the hollow core optical fiber 18 is not rotationally symmetrical, and the beam profile of the laser radiation 21 emerging at a second end 19A of the hollow core optical fiber 18 also deviates from rotational symmetry in the narrower sense.
Die Feldverteilung 31 im Nahfeld wird durch die Fokussiereinheit 27, z.B. ebenfalls ein Mikroobjektiv, in eine Fernfeldverteilung in einem Fernfeld 33 überführt.The field distribution 31 in the near field is converted into a far field distribution in a far field 33 by the focusing unit 27, for example also a micro lens.
Beispielhaft wurde für die abgebildeten Feldverteilungen im Nahfeld und im Fernfeld 33 eine Strahlqualität M2eff von ungefähr 1,12 bestimmt.As an example, a beam quality M2eff of approximately 1.12 was determined for the field distributions shown in the near field and in the far field 33.
Im Fernfeld 33 ist die Raumfilterblende F angeordnet. Die Raumfilterblende F ist derart geformt und bezüglich der Geometrie der Fernfeldamplitudenverteilung 2 ausgerichtet, dass die gewünschte optische Filterung eintritt. Mit anderen Worten wird die Fernfeldamplitudenverteilung 2 (bzw. die aus der Faser ausgetretene Laserstrahlung 21) nach der Kollimation mit einer angepassten Blende raumfrequenzgefiltert. Die gesamte Feldverteilung im Fernfeld wird als Raumfrequenzverteilung bezeichnet. Im Fernfeld werden nun die Raumfrequenzen gefiltert, deren Phase sich gerade um „Pi“ (π) von der zentralen Verteilung mit konstanter Phase unterscheiden. In weiter außen liegenden Bereichen gibt es noch weitere Raumfrequenzen, die wieder den Phasenwert „0“ aufweisen, d.h. wieder in Phase mit dem Hauptmaximum sind. Diese Bereiche weisen allerdings wenig Leistung auf und können somit vernachlässigt und damit ebenfalls gefiltert werden.The spatial filter diaphragm F is arranged in the far field 33. The spatial filter aperture F is shaped and aligned with respect to the geometry of the far-field amplitude distribution 2 so that the desired optical filtering occurs. In other words, the far field amplitude distribution 2 (or the laser radiation 21 emerging from the fiber) is spatial frequency filtered after collimation with an adapted aperture. The entire field distribution in the far field is called the spatial frequency distribution. In the far field, the spatial frequencies whose phase differs from the central distribution with constant phase by just “Pi” (π) are now filtered. In areas further out there are further spatial frequencies that again have the phase value “0”, i.e. are again in phase with the main maximum. However, these areas have little performance and can therefore be neglected and thus also filtered.
Die auf die im Faserquerschnitt 51 abgestimmte Raumfilterblende F umfasst einen hexagonal ausgebildeten Transmissionsbereich 41 sowie Blendenbereiche 43, die den Seiten des Hexagons zugeordnet sind. Die Blendenbereiche 43 blocken die Nebenmaxima 37 der Fernfeldamplitudenverteilung 2, wobei allgemein mindestens ein Blendenbereich 43 in seiner Lage mit der Lage des mindestens einen der Nebenmaxima 37 zusammenfällt. Der Transmissionsbereich 41 und der zentrale Strahlbereich 35 sind jedoch derart in der Größe aufeinander abgestimmt, dass der zentrale Strahlbereich 35 die Raumfilterblende F passiert. Beispielhaft ist in
In anderen Worten weist die Raumfilterblende F eine Blendenstruktur auf, die einen Transmissionsbereich für die Laserstrahlung abgrenzt, wobei der Transmissionsbereich in seine Geometrie dem Querschnittsverlauf einer Fernfeldverteilung eines Freifeld-Grundmodes unter Ausschluss der Nebenmaxima angenähert ist.In other words, the spatial filter diaphragm F has a diaphragm structure which delimits a transmission region for the laser radiation, the geometry of the transmission region approximating the cross-sectional course of a far-field distribution of a free-field fundamental mode, excluding the secondary maxima.
Zur weiteren Ergänzung zeigt
Im Vergleich von Filtergeometrie und Phasenverlauf erkennt man in
Wird jedoch die gefilterte Laserstrahlung 25 mit der Fokussiereinheit 27 fokussiert, weist die Laserstrahlung im Fokus eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Nahfeldamplitudenverteilung 4 auf. Der fokussierten Laserstrahlung kann entsprechend ebenfalls eine Strahlqualität M2eff von ungefähr 1,02 zugeordnet werden.
Mithilfe der optischen Filterung wird somit ein nahezu beugungsbegrenzter Laserstrahl erzeugt, der beispielsweise hochpräzise Materialbearbeitung erlaubt.With the help of optical filtering, an almost diffraction-limited laser beam is generated, which allows, for example, high-precision material processing.
Im Faserquerschnitt 51' erkennt man acht kreisförmig aneinander angeordnete Glasstegringe 57' (tubes). Somit ergibt sich für das Nahfeld eine 8-zählige Rotationssymmetrie. Diese ist in den Nahfeldamplitudenverteilung 101 und 101' erkennbar und wurde in den Fernfeldamplitudenverteilung 102' schematisch hervorgehoben. Der Nahfeldamplitudenverteilung 101 und der Fernfeldamplitudenverteilung 102 können eine Strahlqualität M2eff von ungefähr 1,14 zugeordnet werden.In the fiber cross section 51' you can see eight glass web rings 57' (tubes) arranged in a circle next to each other. This results in an 8-fold rotational symmetry for the near field. This can be seen in the near-field amplitude distribution 101 and 101' and was highlighted schematically in the far-field amplitude distribution 102'. The near-field amplitude distribution 101 and the far-field amplitude distribution 102 can be assigned a beam quality M2eff of approximately 1.14.
Die Raumfilterblende F' weist eine achteckige Öffnung auf, wobei die Orientierung bezüglich der Nebenmaxima 37' derart ausgerichtet ist, dass die Raumfilterblende F' für die Nebenmaxima 37' als Raumfilter wirkt. Entsprechend werden, wie an der Phasenverteilung 61' gesehen werden kann, die Intensitätsbereiche der kollimierten Laserstrahlung mit abweichender Phase (hier mit „Pi“ gekennzeichnet) geblockt. Die Öffnung hindert somit die Ausbreitung der Laserstrahlung, die (in radialer Richtung zur Strahlachse) außerhalb eines zentrealen Strahlbereichs mit konstanter Phase vorliegt.The spatial filter diaphragm F' has an octagonal opening, with the orientation relative to the secondary maxima 37' being aligned in such a way that the spatial filter diaphragm F' acts as a spatial filter for the secondary maxima 37'. Accordingly, as can be seen from the phase distribution 61', the intensity ranges of the collimated laser radiation with a different phase (marked here with “Pi”) are blocked. The opening thus prevents the propagation of the laser radiation, which is present (in the radial direction to the beam axis) outside a central beam area with a constant phase.
Den gefilterten Fernfeldamplitudenverteilungen 103, 103' und Nahfeldamplitudenverteilung 104, 104' können Strahlqualitäten von ungefähr 1,03 zugeordnet werden. Man erkennt dies auch an den hinsichtlich der Rotationssymmetrie verbesserten Feldverläufen (nahezu Rotationssymmetrie im engeren Sinne). Allgemein kann die Raumfilterung z.B. Strahlqualitäten größer 1,1 für ungefilterte Laserstrahlung auf Strahlqualitäten kleiner 1,1 für gefilterte Laserstrahlung verbessern, welche sodann für den weiteren Einsatz bereitsteht.Beam qualities of approximately 1.03 can be assigned to the filtered far-field amplitude distributions 103, 103' and near-field amplitude distributions 104, 104'. This can also be seen in the improved field profiles in terms of rotational symmetry (almost rotational symmetry in the narrower sense). In general, spatial filtering can, for example, improve beam qualities greater than 1.1 for unfiltered laser radiation to beam qualities less than 1.1 for filtered laser radiation, which is then available for further use.
Hinsichtlich
In den
Die
Allgemein wurde jedoch festgestellt, dass Leistungsverluste bei der Raumfrequenzfilterung unter 2% betragen können.However, it has generally been found that power losses in spatial frequency filtering can be less than 2%.
Ferner wird angemerkt, dass die hierin beschriebenen Konzepte eines optischen Filtersystems am Ausgang eines jeden Lasersystems, insbesondere auch am Ausgang von Verstärkerstufen oder vor und zwischen Verstärkerstufen, eingesetzt werden können, um eine wohldefinierte, reproduzierbare Schnittstelle hinsichtlich der Parameter Ort, Winkel und Strahlqualität für eine nachfolgende Anwendung zu liefern. Beispielhaft ist in
Es wird angemerkt, dass in einigen Ausführungsformen die Fasereinkopplungseinheit als Teil des optischen Filtersystems ausgeführt sein kann.It is noted that in some embodiments the fiber coupling unit can be designed as part of the optical filter system.
Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder jede mögliche Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.It is expressly emphasized that all features disclosed in the description and/or the claims are considered to be separate and independent from each other for the purpose of the original disclosure as well as for the purpose of limiting the claimed invention, regardless of the combinations of features in the embodiments and/or the claims should. It is expressly stated that all range statements or statements of groups of units disclose every possible intermediate value or subgroup of units for the purpose of the original disclosure as well as for the purpose of limiting the claimed invention, in particular also as a limit of a range statement.
Claims (14)
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