Die
Erfindung betrifft eine Laserstrahlungsquelle hoher Leistungsdichte
und hoher Energie, vorzugsweise zur Materialbearbeitung, mit einer
optischen Einheit zur Formung des Laserstrahls auf einer Bearbeitungsfläche.The
The invention relates to a laser source of high power density
and high energy, preferably for material processing, with a
optical unit for shaping the laser beam on a processing surface.
Bei
der Materialbearbeitung mit gebündelten Laserstrahlen
gibt es Anwendungsfälle
beispielsweise in der Drucktechnik bei der Erstellung von Druckformen
für den
Tiefdruck, bei denen Strukturen, nämlich sogenannte Näpfchen,
in der Oberfläche
eines Kupferzylinders erzeugt werden müssen, die hohe Anforderungen
an den gebündelten
Energiestrahl bezüglich
seiner Strahlgeometrie und der Fokussierbarkeit des Strahls stellen.
Gleichzeitig wird eine große
Stahlleistung benötigt.
Es sind aus der Fachliteratur und aus der Patentliteratur Anordnungen
bekannt, bei denen versucht wird, einen einzelnen Laserstrahl zu
bündeln
und damit Material abzutragen. Mit einer solchen Laseranordnung,
die aus einem einzigen Festkörperlaser
besteht, ist es zwar möglich,
Tiefdruckzylinder mit einer Zinkoberfläche zu bearbeiten, will man
aber die Vorteile der Kupferoberfläche nutzen und bei Kupferzylindern
bleiben und diese mit einem Laser gravieren, ist es unabdingbar,
die zum Eindringen in die Oberfläche
des Kupfers erforderliche hohe Leistungsdichte und die zum Aufschmelzen des
Kupfers erforderliche hohe Energie bei gleichzeitig präzise steuerbarer
Strahlgeometrie aufzubringen. Dies ist aber bisher mit Festkörperlasern
nicht gelungen.at
Material processing with bundled laser beams
there are use cases
For example, in the printing technology in the creation of printing forms
for the
Gravure printing, in which structures, namely so-called wells,
in the surface
a copper cylinder must be produced, the high demands
at the bundled
Energy ray re
its beam geometry and the focusability of the beam.
At the same time a big one
Steel power needed.
There are from the literature and the patent literature arrangements
known in which attempts are made to a single laser beam
bundle up
and thus remove material. With such a laser arrangement,
from a single solid-state laser
it is possible,
You want to machine gravure cylinders with a zinc surface
but to take advantage of the copper surface and copper cylinders
and engrave them with a laser, it's imperative
the penetration into the surface
of copper required high power density and the melting of the
Copper required high energy at the same time precisely controllable
Apply beam geometry. But this is so far with solid state lasers
failed.
Aus
der WO 95/16 294 A1 ist
eine Einrichtung mit einem miteinander verbundenen Vielfachlaserausgang
bekannt, bei dem eine Vielzahl einzelner Fiberlaser miteinander
verbunden sind, wobei eine Mehrzahl von Ausgängen phasenstarr miteinander verbunden
sind, so dass die Ausgangsenergie der Einrichtung einstellbar ist.From the WO 95/16294 A1 For example, there is known a device having a multi-laser output connected to one another, in which a multiplicity of individual fiber lasers are connected to one another, wherein a plurality of outputs are connected in a phase-locked manner, so that the output energy of the device can be adjusted.
Aus
der GB 2-154 364 A ist
ein einstellbares Laserschwingungssystem zur Herstellung eines einzigen
Laserausgangsstrahls bekannt, bei dem die phasenstarr verbundenen
Ausgangsstrahlen einer großen
Anzahl kleiner Laseroszillatoren einander addiert werden. Bei der
bekannten Anordnung wird der Ausgang einer Mehrzahl kleiner Laseroszillatoren
zusammengefasst, mit dem Ziel, einen einzelnen größeren Laseroszillator
zu schaffen, der in Abhängigkeit
von der Zahl der kleinen einzelnen verwendeten Oszillatoren einstellbar
ist.From the GB 2-154 364 A For example, an adjustable laser vibration system for producing a single laser output beam is known, in which the phase-locked output beams of a large number of small laser oscillators are added together. In the known arrangement, the output of a plurality of small laser oscillators is summarized, with the aim of creating a single larger laser oscillator, which is adjustable in dependence on the number of small individual oscillators used.
Weiter
offenbart die US 5 717
450 A eine Laserstrahlungsquelle mit einer optischen Einheit,
bei der mehrere diodengepumpte Fiberlaser vorgesehen sind, deren
Ausgänge
mit der zur Formung des Laserstrahls dienenden optischen Einheit
verbunden sind. Die optische Einheit weist eine Modulationseinheit
auf, auf deren Eingang die Ausgangsstrahlen der einzelnen Fiberlaser
gerichtet sind und durch welche die einzelnen Laserstrahlen jeweils
moduliert werden. Die aus der Modulationseinheit austretenden Laserstrahlen
werden mittels der optischen Einheit so zusammengefasst, dass die
Strahlen auf die Bearbeitungsfläche
auftreffen. Die optische Einheit weist dort weiter eine Übertragungseinheit
zur Übertragung
der aus den Fiberlasern austretenden Laserstrahlen auf die Bearbeitungsfläche auf.Next discloses the US 5 717 450 A a laser radiation source comprising an optical unit in which a plurality of diode-pumped fiber lasers are provided whose outputs are connected to the optical unit for shaping the laser beam. The optical unit has a modulation unit, on whose input the output beams of the individual fiber lasers are directed and by which the individual laser beams are respectively modulated. The laser beams emerging from the modulation unit are combined by means of the optical unit in such a way that the beams impinge on the processing surface. The optical unit further has there a transmission unit for transmitting the laser beams emerging from the fiber lasers to the processing surface.
Außerdem ist
aus der US 5 760 880
A eine Laserstrahlquelle mit einer optischen Einheit zur
Formung eines Laserstrahls aus der Laserstrahlquelle bekannt, wobei
ein mit der optischen Einheit verbundener Ausgang in einem ersten
Teil und die optische Einheit im ersten Teil und in einem zweiten
Teil einer mehrteiligen Aufnahme angeordnet sind. Die optische Einheit
umfasst eine Modulationseinheit zur Modulation des Laserstrahls
und eine Übertragungseinheit
zur Übertragung
des Laserstrahls auf eine Bearbeitungsfläche. Weiter ist dort eine Abfanganordnung
vorgesehen, mit der ein Teil der Laserstrahlung ausgeblendet werden
kann.Moreover, from the US Pat. No. 5,760,880 a laser beam source having an optical unit for shaping a laser beam from the laser beam source, wherein an output connected to the optical unit in a first part and the optical unit in the first part and in a second part of a multi-part recording are arranged. The optical unit comprises a modulation unit for modulating the laser beam and a transmission unit for transmitting the laser beam onto a processing surface. Next, there is provided a interception arrangement, with which a part of the laser radiation can be hidden.
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Laserstrahlungsquelle
extrem hoher Leistungsdichte und sehr hoher Energie zu schaffen, indem
eine Übertragungseinrichtung
verwendet wird, die eine Übertragung
der extrem hohen Leistungsdichte zur Bearbeitungsfläche und
eine größtmögliche Schärfentiefe
ermöglicht.
Die Nachteile der bekannten Anordnungen und Verfahren sollen grundsätzlich vermieden
werden. Außerdem
soll es möglich
sein, sowohl die Strahlform, was die Flexibilität, Präzision und die Strahlpositionierung
betrifft, als auch die Strahlleistung selbst bei wesentlich höheren Laserleistungen
exakt zu steuern.task
Therefore, it is the object of the present invention to provide a laser radiation source
To create extremely high power density and very high energy by
a transmission device
is used, which is a transmission
the extremely high power density to the working surface and
a maximum depth of field
allows.
The disadvantages of the known arrangements and methods should be avoided in principle
become. Furthermore
should it be possible
Both the beam shape, flexibility, precision and beam positioning
as well as the beam power even at much higher laser powers
to control exactly.
Diese
Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Laserstrahlungsquelle gemäß Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis
96 beschrieben. In der parallellaufenden, gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung
eingereichten deutschen Patentanmeldung DE 198 40 926 A1 „Verfahren
und Anordnung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen", wird eine solche
Laserstrahlungsquelle beschrieben, welche die Nachteile der bekannten
Anordnungen und Verfahren grundsätzlich
vermeidet. Außerdem
ist es möglich,
sowohl die Strahlform, was die Flexibilität, Präzision und die Strahlpositionierung
betrifft, als auch die Strahlleistung selbst bei wesentlich höheren Laserleistungen
exakt zu steuern.This object is achieved by the laser radiation source according to the invention according to claim 1. Advantageous developments of the invention are described in the subclaims 2 to 96. In the parallel running, filed simultaneously with the present application German patent application DE 198 40 926 A1 "Method and Arrangement for Material Processing by Laser Beams" describes such a laser radiation source, which basically avoids the disadvantages of the known arrangements and methods, and it is possible to vary the beam shape in terms of flexibility, precision and beam positioning as well as the beam power Precisely control even at much higher laser powers.
Die
Laserstrahlungsquelle besteht aus mehreren diodengepumpten Fiberlasern,
auch Faserlaser genannt, deren Ausgangsstrahlenbündel mittels der optischen
Einheit am Bearbeitungsort nebeneinander und/oder übereinander
oder in einem Punkt oder Bündel
auftreffen und somit die Erzeugung eines in Form und Größe gezielt
variablen Bearbeitungsflecks auch bei sehr hohen Laserleistungen
und extrem hohen Leistungsdichten ermöglichen. Diese Fiberlaser können gemäß der Erfindung
als Dauerstrichlaser oder als gütegeschaltete
Laser, auch Q-switch Laser genannt, ausgeführt sein, wobei sie in vorteilhafter
Weise intern oder extern moduliert werden und/oder einen zusätzlichen
Modulator aufweisen. Q-switch-Laser
haben den Vorteil, daß sie
kurze Pulse hoher Leistung aussenden, was kurzzeitig zu einer hohen
Leistungsdichte führt.
Es wird im gepulsten Betrieb durch die kurzzeitigen Unterbrechungen im
Bearbeitungsvorgang eine vorteilhafte Abführung des geschmolzenen und
verdampften Materials ermöglicht.
Man kann statt der Schaltung der Güte auch mittels interner oder
externer Modulation einen gepulsten Betrieb erzeugen. Der Bearbeitungsfleck kann
gezielt in Form und Größe verändert werden,
indem von den vorgesehenen Lasern verschieden viele zur Formgebung
des Bearbeitungsflecks eingeschaltet werden können. Hierbei ist besonders
vorteilhaft, daß die
Tiefe der ausgehobenen Näpfchen unabhängig von
ihrer Form und Größe durch
die Laserenergie bestimmt werden kann. Weiterhin kann durch eine
Steuerung der Energie der einzelnen Laser jedes beliebige Strahlprofil
innerhalb des Bearbeitungsflecks und damit auch innerhalb der Näpfchen erzeugt
werden.The laser radiation source consists of a plurality of diode-pumped fiber lasers, also called fiber lasers, their output beams by means of the optical unit at the processing site next to each other and / or one above the other or in one point or bundles and thus enable the production of a shape and size selectively variable processing spot even at very high laser powers and extremely high power densities. According to the invention, these fiber lasers can be designed as continuous-wave lasers or as Q-switched lasers, also called Q-switch lasers, wherein they are advantageously modulated internally or externally and / or have an additional modulator. Q-switch lasers have the advantage that they emit short pulses of high power, which leads for a short time to a high power density. It is possible in pulsed operation by the short-term interruptions in the machining process, an advantageous discharge of the molten and vaporized material. Instead of switching the quality, it is also possible to generate a pulsed operation by means of internal or external modulation. The processing spot can be selectively changed in shape and size by different numbers of the lasers provided for shaping the processing spot can be turned on. It is particularly advantageous that the depth of the excavated wells regardless of their shape and size can be determined by the laser energy. Furthermore, by controlling the energy of the individual lasers, any desired beam profile can be generated within the processing spot and thus also within the cells.
Bei
der Materialbearbeitung ist es erwünscht, die Laserenergie mittels
Lichtleitfasern möglichst
nahe an die Bearbeitungsfläche
heranzuführen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber den bekannten Laserstrahlungsquellen
besteht darin, daß das
Einkoppeln der Strahlung von einem Festkörperlaser in eine Lichtleitfaser
entfallen kann, aber der Ausgang des Fiberlasers, der bereits die
Faser darstellt, beugungsbegrenzte Strahlung liefert, die gemäß der Erfindung
auf unter 10 μm
Fleckdurchmesser fokussiert werden kann, wodurch eine extrem hohe
Leistungsdichte bei größtmöglicher
Schärfentiefe
erreicht wird.at
the material processing, it is desirable to use the laser energy
Optical fibers as possible
close to the working surface
introduce.
An advantage of the present invention over the known laser radiation sources
is that the
Coupling the radiation from a solid-state laser into an optical fiber
can be omitted, but the output of the fiber laser, which already has the
Fiber provides diffraction-limited radiation, according to the invention
to less than 10 microns
Spot diameter can be focused, creating an extremely high
Power density at the highest possible
depth of field
is reached.
Bei
einer herkömmlichen
Anordnung mit Festkörperlasern
liegt die Größe des Bearbeitungsflecks
im Bereich von etwa 100 μm.
Es ergibt sich also bei der vorliegenden Erfindung eine etwa um den
Faktor 100 verbesserte Leistungsdichte und eine etwa um den Faktor
100 verbesserte Gestaltungsmöglichkeit
des Bearbeitungsflecks.at
a conventional one
Arrangement with solid-state lasers
lies the size of the processing spot
in the range of about 100 microns.
Thus, it results in the present invention, approximately to the
Factor 100 improved power density and about a factor
100 improved design options
of the processing spot.
Ein
weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Wirkungsgrad einer solchen
Anordnung mit Fiberlasern wesentlich höher ist, als der Wirkungsgrad
von Festkörperlasern,
denn für
Fiberlaser werden Absorptionswirkungsgrade von über 60% erreicht, die bei herkömmlichen
diodengepumpten Festkörperlasern
nur bei etwa bei der Hälfte
liegen und bei lampengepumpten Festkörperlasern noch geringer sind.One
Another advantage of the invention is that the efficiency of such
Arrangement with fiber lasers is much higher than the efficiency
of solid-state lasers,
because for
Fiber lasers achieve absorption efficiencies of over 60% compared to conventional ones
diode-pumped solid-state lasers
only at about half
lie and are even lower in lamp-pumped solid state lasers.
Des
Weiteren ergibt sich bei einer Mehrfachanordnung von Lasern der
Vorteil, daß der
Ausfall eines Lasers weniger kritisch ist als bei einer einkanaligen
Anordnung. Fällt
bei der einkanaligen Anordnung der eine Laser während der Gravur eines Druckzylinders
aus, ist der gesamte Druckzylinder unbrauchbar. Fällt aber
bei einer Mehrfachanordnung ein Laser aus, dann kann man die Leistung
der verbleibenden Laser geringfügig
erhöhen,
um den Ausfall zu kompensieren. Nach dem Abschluß der Gravur kann dann der
ausgefallene Laser ersetzt werden.Of
Further results in a multiple arrangement of lasers of
Advantage that the
Failure of a laser is less critical than with a single-channel
Arrangement. falls
in the single-channel arrangement of a laser during the engraving of a printing cylinder
off, the entire impression cylinder is useless. But falls
in a multiple array, a laser, then you can see the performance
the remaining laser slightly
increase,
to compensate for the failure. After completing the engraving can then
failed lasers are replaced.
Die
Laserstrahlungsquelle gemäß der Erfindung
kann mit Vorteil auch für
alle anderen Arten der Materialbearbeitung oder Materialübertragung
eingesetzt werden, bei denen es auf hohe Leistungsdichte, hohe Energie
und große
Präzision
oder auch auf hohe optische Auflösung
ankommt. Neben der Gravur von Tiefdruckformen aus Kupfer können andere Materialien
wie z. B. alle Metalle, Keramik, Glas, Halbleitermaterialien, Gummi
oder Kunststoffe bearbeitet werden und/oder Materialien von speziell
präparierten
Trägermaterialien
abgelöst
und auf andere Materialien mit hoher Geschwindigkeit und hoher Präzision übertragen
werden. Außerdem
können
neben unbeschichteten auch mit Masken beschichtete Tiefdruckzylinder,
Druckplatten oder Druckzylinder sowie alle Arten von Druckformen
mit hoher Geschwindigkeit und mit hoher Auflösung für den Offset-, Hoch-, Sieb-,
Flexodruck und alle anderen Druckverfahren hergestellt bzw. bearbeitet
werden. Beispielsweise können
ebenfalls die für
den Druck sehr hoher Auflagen im Offsetdruck verwendeten Offsetdruckplatten
mit Metallbeschichtung (Bimetallplatten) und ähnliche Artikel umweltfreundlich
bebildert werden, die bisher nur mittels Ätzung hergestellt werden konnten.The
Laser radiation source according to the invention
can also be beneficial for
all other types of material processing or material transfer
be used, where there is high power density, high energy
and big
precision
or even high optical resolution
arrives. In addition to the engraving of intaglio printing forms of copper, other materials
such as All metals, ceramics, glass, semiconductor materials, rubber
or plastics are processed and / or materials of special
groomed
support materials
superseded
and transferred to other materials at high speed and high precision
become. Furthermore
can
in addition to uncoated gravure coated with masks,
Printing plates or printing cylinders as well as all types of printing plates
high-speed and high-resolution for offset, portrait, screen,
Flexographic printing and all other printing processes produced or processed
become. For example, you can
also the for
the printing of very high runs in offset printing used offset printing plates
with metal coating (bimetal plates) and similar products environmentally friendly
be imaged, which could previously be produced only by etching.
Weiterhin
können
Materialien bearbeitet werden, die eine magnetisierbare Oberfläche enthalten, indem
die durch einen Vormagnetisierungsprozeß großflächig magnetisierten Partien
des Materials durch kurzzeitiges Erhitzen ausgewählter Bearbeitungspunkte auf
Temperaturen, die über
dem Curiepunkt liegen, mittels der Laserstrahlungsquelle gemäß der Erfindung
entmagnetisiert werden. Für
Anwendungen in der Drucktechnik kann das in solcher Weise bebilderte
Material in Verbindung mit einem entsprechenden Toner als Druckvorlage
dienen.Farther
can
Materials are processed that contain a magnetizable surface by
the large areas magnetized by a Vormagnetisierungsprozeß games
of the material by briefly heating selected processing points
Temperatures above
the Curie point, by means of the laser radiation source according to the invention
be demagnetized. For
Applications in the printing industry can be illustrated in such a way
Material in conjunction with a corresponding toner as a print template
serve.
Die
Anwendung der Laserstrahlungsquelle gemäß der Erfindung ist aber nicht
auf Anwendungen in der Druckindustrie beschränkt, sondern sie kann überall dort
eingesetzt werden, wo es darauf ankommt, mit Lasern bei hoher Auflösung und
hoher Geschwindigkeit durch Energieeinstrahlung Material abzutragen
oder in seinen Eigenschaften zu verändern.However, the use of the laser radiation source according to the invention is not limited to applications in the printing industry, but it can be used wherever it matters with lasers at high resolution and high speed by energy irradiation material ablate or change its properties.
Ein
erheblicher Vorteil der Laserstrahlungsquelle gemäß der Erfindung
ist, daß sie
ein geringes Volumen hat und über
eine flexible Verbindung, nämlich
den Laserfibern oder angeschlossener Fasern zwischen der Pumpquelle
und dem Austritt der Strahlung am Bearbeitungsort verfügt und dadurch
alle denkbaren Betriebslagen zuläßt. Deshalb
gibt es auch für
die Anordnung der Bearbeitungsfläche
keine Grenzen, sie kann beliebig angeordnet werden.One
considerable advantage of the laser radiation source according to the invention
is, that you
has a low volume and over
a flexible connection, namely
the laser fibers or connected fibers between the pump source
and the exit of the radiation at the processing location and thereby
all conceivable operating conditions permits. Therefore
is also available for
the arrangement of the working surface
no limits, it can be arranged arbitrarily.
Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Strahlenbündel der
einzelnen Laser mit definierten Werten in Strahldurchmesser, Strahldivergenz,
Zentrierung und Winkelrichtung in den Abschlußstücken genau und dauerhaft gefaßt werden können, um
eine fertigungs- und servicegerechte Anordnung zu erhalten und die
Laserstrahlung gezielt auf die Bearbeitungsfläche zu führen. In der parallellaufenden,
gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten deutschen
Patentanmeldung DE 198
40 935 A1 "Abschlußstück für Lichtleitfasern", und in der parallellaufenden,
gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten deutschen
Gebrauchsmusteranmeldung DE
298 16 108 U1 „Abschlußstück für Lichtleitfasern", sind verschiedene Ausführungsbeispiele
für solche
Abschlußstücke beschrieben.
Die Strahlenbündel
können
gemäß der Erfindung
dabei je nach Anwendungsfall z. B. als parallele Laserstrahlen ausgekoppelt
werden, divergieren oder z. B. in einem gewissen Abstand von der Austrittsstelle
fokussiert sein. Durch diese Abschlußstücke wird die Lage der jeweiligen
Faser, aus der die Laserenergie austritt, in dem Abschlußstück (Termiator)
genau fixiert und die Lage des austretenden Strahlenbündels genau
zu justiert. Mit dieser genauen Justierung und einer gemäß der Erfindung
entsprechend räumlich
kleinen Ausführung
der Abschlußstücke, die
infolge einer besonderen Formgebung zudem noch besonders einfach
aneinander gereiht werden können,
wird es möglich,
die Strahlenbündel
mehrerer Fiberlaser so zusammenzufassen und zu bündeln, daß die jeweils gestellte Aufgabe
gelöst
wird und gleichzeitig eine wirtschaftliche Fertigung sowie eine
kostengünstige
Wartung der Laserstrahlungsquelle ermöglicht wird.Another advantage of the invention is that the beams of the individual lasers with defined values in beam diameter, beam divergence, centering and angular direction in the end pieces can be accurately and permanently taken to obtain a manufacturing and service-oriented arrangement and the laser radiation targeted to the Leading machining surface. In the parallel running, filed simultaneously with the present application German patent application DE 198 40 935 A1 "Terminator for optical fibers", and in the parallel running, filed simultaneously with the present application German utility model application DE 298 16 108 U1 According to the invention, the radiation beams can be coupled out, for example, as parallel laser beams, diverge or, for example, be focused at a certain distance from the exit point, depending on the application. By means of these terminators, the position of the respective fiber from which the laser energy emerges is precisely fixed in the terminator (termiator) and the position of the emerging bundle of rays is precisely adjusted. which also due to a special shape also particularly easy to string together, it is possible to summarize the bundle of fibers of several fiber lasers and bundle that each set task is solved and at the same time economical production and a cost low maintenance of the laser radiation source is made possible.
Die
Erfindung wird im folgenden anhand der 1 bis 14a näher
erläutert.
Es zeigen:The invention will be described below with reference to the 1 to 14a explained in more detail. Show it:
1 eine
Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Laserstrahlungsquelle, 1 a schematic diagram of a laser radiation source according to the invention,
2 eine
Prinzipdarstellung eines Fiberlasers (Stand der Technik), 2 a schematic diagram of a fiber laser (prior art),
2a eine
verkürzte
Darstellung der Fiber des Fiberlasers (Stand der Technik), 2a a shortened representation of the fiber of the fiber laser (prior art),
3 eine
Darstellung der optischen Einheit in einer mehrteiligen Aufnahme
zu einer Laserstrahlungsquelle mit einer Mehrfachanordnung von Fiberlasern, 3 a representation of the optical unit in a multi-part recording to a laser radiation source with a multiple array of fiber lasers,
3a eine
perspektivische Darstellung zu der 3, 3a a perspective view of the 3 .
3b eine
Erweiterungsmöglichkeit
zu 3, 3b an extension option too 3 .
3c eine
andere Erweiterungsmöglichkeit zu 3, 3c another extension option too 3 .
3d ein
Beispiel für
eine Mehrfachfassung für
mehrere Abschlußstücke, 3d an example of a multiple socket for several end pieces,
3e eine
Linse, die von einem Kühlmittel umflossen
wird, 3e a lens that is surrounded by a coolant,
3f einen
Schnitt durch eine Fassung für die
Objektivlinse, 3f a section through a socket for the objective lens,
4 eine
Darstellung der optischen Einheit einer erfindungsgemäßen Laserstrahlungsquelle, 4 a representation of the optical unit of a laser radiation source according to the invention,
5 eine
Darstellung der optischen Einheit einer weiteren erfindungsgemäßen Laserstrahlungsquelle, 5 a representation of the optical unit of a further laser radiation source according to the invention,
6 ein
Beispiel für
ein Abschlußstück mit quadratischem
Querschnitt, 6 an example of a conclusion piece with square cross section,
6a ein
Querschnitt durch das Abschlußstück gemäß 6, 6a a cross section through the end piece according to 6 .
7 ein
Beispiel für
ein Abschlußstück mit rechteckförmigem Querschnitt
und einer trapezförmigen
Draufsicht, 7 an example of a terminator with a rectangular cross-section and a trapezoidal plan view,
7a einen
Längsschnitt
durch das Abschlußstück gemäß 7, 7a a longitudinal section through the end piece according to 7 .
7b einen
Querschnitt durch das Abschlußstück gemäß 7, 7b a cross section through the end piece according to 7 .
8 eine
Anordnung mit einem elektrooptischen Modulator, 8th an arrangement with an electro-optical modulator,
9 eine
Draufsicht auf einen vierkanaligen akustooptischen Modulator, 9 a top view of a four-channel acousto-optic modulator,
9a einen
Schnitt durch den Modulator nach 9, 9a a section through the modulator after 9 .
10 einen
prinzipiellen Strahlengang für eine
Draufsicht zu 3, 10 a basic beam path for a top view 3 .
11 einen
prinzipiellen Strahlengang für eine
Draufsicht zu 4, 11 a basic beam path for a top view 4 .
12 einen
prinzipiellen Strahlengang für eine
Draufsicht zu 5, 12 a basic beam path for a top view 5 .
13 einen
Strahlengang für
Abschlußstücke, die
unter einem Winkel zueinander angeordnet sind, 13 a beam path for terminators, which are arranged at an angle to each other,
14 eine
Variante der 13, die einen mehrkanaligen
akustooptischen Modulator enthält, und 14 a variant of 13 containing a multi-channel acousto-optic modulator, and
14a ein Detail zu 14, wobei
die 3, 10, 13 und 14 keine
erfindungsgemäße Laserstrahlungsquelle
zeigen. 14a a detail too 14 , where the 3 . 10 . 13 and 14 show no laser radiation source according to the invention.
In 1 ist
eine Laserstrahlungsquelle 1 dargestellt, die aus mehreren,
gemäß der Erfindung vorzugsweise
als Module ausgeführten,
diodengepumpten Fiberlasern bzw. Faserlasern (2) besteht, die
von einer vorzugsweise modularen Versorgung 32 mit elektrischer
Energie beaufschlagt werden, die teilweise in Laserstrahlung umgesetzt
wird. Weiterhin ist eine Steuerung 33 vorgesehen, über die
die Modulation der Strahlung vorgenommen wird und die für das Zusammenwirken
der Laserstrahlungsquelle mit ihrer Peripherie sorgt. Die Ausgangsstrahlen
der Laser treten am Strahlungseingang 9 in die optische Einheit 8 ein
und am Strahlungsausgang 10 aus der optischen Einheit aus.
Durch die optischen Einheit 8 wird die Laserstrahlung zu
einem Bearbeitungsfleck 24 auf einer Bearbeitungsfläche 81 geformt.In 1 is a laser radiation source 1 shown, which consists of several, preferably embodied as modules according to the invention, diode-pumped fiber lasers or fiber lasers ( 2 ) consists of a preferably modular supply 32 be subjected to electrical energy, which is partially converted into laser radiation. Furthermore, there is a controller 33 provided, via which the modulation of the radiation is made and which ensures the interaction of the laser radiation source with its periphery. The output beams of the lasers appear at the radiation input 9 in the optical unit 8th on and at the radiation output 10 out of the optical unit. Through the optical unit 8th the laser radiation becomes a processing spot 24 on a working surface 81 shaped.
In
den 2 und 2a wird der prinzipielle Aufbau
einer Fiberlaser-Anordnung 2, auch Faserlaser genannt,
gezeigt. In 2 wird die Energie einer Pumpquelle
wie z. B. einer Laserdiode, hier Pumpquelle 2 genannt, über eine
Einkoppeloptik 3 zu einem geeigneten Pumpfleck 4 geformt
und in die Laserfiber 5 eingekoppelt. Solche Pumpquellen
sind z. B. in der parallel laufenden deutschen Patentanmeldung mit
dem Aktenzeichen DE
196 03 704 A1 schrieben. Typische Pumpquerschnitte der
Laserfibern liegen etwa zwischen 100 μm und 600 μm bei einer numerischen Apertur
von etwa 0,4. Die Laserfiber 5 ist auf der Einkoppelseite 6 mit
einem Einkoppelspiegel 7 versehen, der die Pumpstrahlung
ungehindert durchläßt, für die Laserstrahlung
aber eine 100%ige Reflexion aufweist. Der Einkoppelspiegel 7 kann
mit einer geeigneten Halterung oder durch Kleben an dem Faserende
befestigt sein, er kann aber auch durch direktes Aufdampfen einer
geeigneten Schicht, wie sie bei Einkoppelspiegeln für Laser
verwendet wird, auf das Faserende realisiert werden. Auf der Auskoppelseite 11 der
Laserfiber 5 ist ein für die
Laserstrahlung teildurchlässiger
Auskoppelspiegel 12 angebracht, durch den die Laserstrahlung 13 ausgekoppelt
wird. In vorteilhafter Weise weist der Auskoppelspiegel für die Pumpstrahlung
eine 100%ige Reflexion auf. Hierdurch wird die restliche Pumpstrahlung
wieder zurück
in die Lichtleitfaser reflektiert, was vorteilhaft ist, da die Pumpenergie
besser ausgenutzt wird und außerdem
nicht bei der Anwendung der Laserstrahlung stört. Der Auskoppelspiegel kann
wie der Einkoppelspiegel, ebenfalls durch Aufdampfen hergestellt
werden.In the 2 and 2a is the basic structure of a fiber laser array 2 , also called fiber laser, shown. In 2 the energy of a pump source such. B. a laser diode, here pump source 2 called, via a Einkoppeloptik 3 to a suitable pump leak 4 shaped and into the laser fiber 5 coupled. Such pump sources are z. B. in the parallel German patent application with the file number DE 196 03 704 A1 wrote. Typical pump cross-sections of the laser fibers are approximately between 100 .mu.m and 600 .mu.m with a numerical aperture of about 0.4. The laser fiber 5 is on the feed-in side 6 with a coupling mirror 7 provided that passes the pump radiation unhindered, but for the laser radiation has a 100% reflection. The coupling mirror 7 can be attached to the fiber end with a suitable support or by gluing, but it can also be realized by direct vapor deposition of a suitable layer, as used in coupling mirrors for lasers, on the fiber end. On the decoupling side 11 the laser fiber 5 is a partially transparent for the laser radiation Auskoppelspiegel 12 attached by the laser radiation 13 is decoupled. The output mirror for the pump radiation advantageously has a 100% reflection. As a result, the remaining pump radiation is reflected back into the optical fiber, which is advantageous because the pump energy is better utilized and also does not interfere with the application of laser radiation. The coupling-out mirror, like the coupling-in mirror, can likewise be produced by vapor deposition.
In 2a ist
der Einkoppelvorgang der Pumpstrahlung in den Pumpquerschnitt 14 der
Laserfiber 5 näher
dargestellt. Die Energie im Pumpfleck 4 regt auf ihrem
Weg durch die Faser die Laserstrahlung im Kern 15 der Laserfiber 5 an.
Der Pumpkern 16 ist von einem Mantel 17 umgeben.
Der etwa 5 μm
bis 10 μm
starke Kern der Laserfiber ist vorwiegend mit Seltenen Erden dotiert.
Infolge des gezielt hergestellten, sehr geringen Faserkerndurchmessers
liefert der Fiberlaser am Austritt eine praktisch beugungsbegrenzte
Laserstrahlung 13. Man kann man an den aktiven Ausgang
von Fiberlasern auch passive Fasern 28 ankoppeln.In 2a is the coupling process of the pump radiation in the pump cross section 14 the laser fiber 5 shown in more detail. The energy in the pump leak 4 stimulates the laser radiation in its core on its way through the fiber 15 the laser fiber 5 at. The pump core 16 is from a coat 17 surround. The approximately 5 μm to 10 μm thick core of the laser fiber is predominantly doped with rare earths. As a result of the deliberately manufactured, very small fiber core diameter, the fiber laser at the outlet delivers a laser beam that is virtually diffraction-limited 13 , One can also connect passive fibers to the active output of fiber lasers 28 Docking.
In 3 ist
ein Schnitt durch ein Anwendungsbeispiel für eine mehrteilige Aufnahme
zur Adaption der optischen Einheit einer Laserstrahlungsquelle mit
sechzehn Fiberlasern, die über
Abschlußstücke 26 angekoppelt
sind, und mit zwei mehrkanaligen akustooptischen Modulatoren 34 gezeigt.
Die Aufnahme enthält
Fassungen 29 (3a) mit Paßflächen für die Passung oder Passungen
der Abschlußstücke 26,
Mittel zum Zusammenführen
der einzelnen Laserstrahlen, die Modulationseinheit, die Übertragungseinheit
zum Übertragen
der Laserstrahlung, die einen Bearbeitungseffekt hervorrufen soll, auf
die Bearbeitungsfläche 81 sowie
eine Anordnung zum Unschädlichmachen
der Laserstrahlung, die keinen Bearbeitungseffekt hervorrufen soll.
An der mehrteiligen Aufnahme kann die Anord nung zum Entfernen des
von der Bearbeitungsfläche
abgetragenen Materials angeordnet sein, die aber auch auf andere
Weise in der Nähe
der Bearbeitungsfläche angebracht
werden kann.In 3 is a section through an application example of a multi-part receptacle for the adaptation of the optical unit of a laser radiation source with sixteen fiber lasers, which via terminators 26 coupled with two multi-channel acousto-optic modulators 34 shown. The recording contains versions 29 ( 3a ) with mating surfaces for the fit or fits of the terminators 26 , Means for merging the individual laser beams, the modulation unit, the transmission unit for transmitting the laser radiation, which is to cause a processing effect, on the processing surface 81 and an arrangement for rendering the laser radiation harmless, which should not cause a processing effect. At the multi-part recording, the Anord tion for removing the removed from the processing surface material may be arranged, but can also be attached in other ways in the vicinity of the processing surface.
3a ist
eine perspektivische Darstellung zu 3. 3a is a perspective view too 3 ,
In 4 ist
eine Variante zu 3 gezeigt, bei der die Strahlenbündel der
einzelnen Fiberlaser nicht wie in 3 parallel
verlaufen, sondern unter einem Winkel zueinander, was aber aus der
Schnittzeichnung in 3 nicht ersichtlich ist und
deshalb in den 10 bis 14 näher erläuert wird.In 4 is a variant too 3 shown in which the beams of each fiber laser not as in 3 parallel, but at an angle to each other, but what the sectional drawing in 3 is not apparent and therefore in the 10 to 14 is explained in more detail.
In 5 ist
eine Variante zu 4 gezeigt, die infolge einer
anders ausgeführten Übertragungseinheit
eine vorteilhafte, wesentlich kompaktere Bauform ermöglicht.In 5 is a variant too 4 shown, which allows an advantageous, much more compact design due to a differently executed transmission unit.
Es
wird zunächst
die 3 unter Zuhilfenahme der 3a ausführlich erläutert. Diese
Erläuterungen
gelten sinngemäß auch für die 4 und 5.It will be the first 3 with the help of the 3a explained in detail. These explanations apply mutatis mutandis to the 4 and 5 ,
In
einem Gehäuse 35 sind
am Strahlungseintritt 9 (1) jeweils
4 Fiberlaser FHD1 bis FHD4,
FVD1 bis FVD4, FHR1 bis FHR4, FVR1 bis FVR4 über FHD1 bis FHD4, FVD1 bis FVD4, FHR1 bis FHR4, FVR1 bis FVR4 über die
Abschlußstücke 26 mittels
der Fassungen 29 in jeweils vier Spuren zu je einem Strahlenpaket
nebeneinander in einer Ebene angeordnet. Die Ausführungsform der
in 3 verwendeten Abschlußstücke 26, ist in den 6, 6a, 7, 7a und 7b näher beschrieben.
Die Abschlußstücke sollen
vorzugsweise gasdicht in das Gehäuse 35 eingesetzt
werden, wozu Dichtungen 36 (3a) verwendet
werden können.
Es können
anstelle der dargestellten Abschlußstücke auch anders geformte Abschlußstücke verwendet
werden, wenn entsprechende Fassungen 29 im Gehäuse 35 vorgesehen
sind. Die Fiberlaser FHD1 bis FHD4 bzw.
FVR1 bis FVR4 sollen
beispielsweise eine andere Wellenlänge haben, als die Fiberlaser FVD1 bis FVD4 bzw.
FHR1 bis FHR4. Zum
Beispiel sollen FHD1 bis FHD4 und
FVR1 bis FVR4 eine
Wellenlänge
von 1100 nm haben, während
FVD1 bis FVD4 bzw.
FHR1 bis FHR4 eine
Wellenlänge
von 1060 nm haben sollen, was durch eine entsprechend Dotierung
des laseraktiven Kernmaterials der Laserfiber 5 erreicht werden kann.
Es können
aber auch alle Fiberlaser unterschiedliche Wellenlängen aufweisen,
wenn sie entsprechend zusammengestellt werden.In a housing 35 are at the radiation entrance 9 ( 1 ) each 4 fiber lasers F HD1 to F HD4 , F VD1 to F VD4 , F HR1 to F HR4 , F VR1 to F VR4 via F HD1 to F HD4 , F VD1 to F VD4 , F HR1 to F HR4 , F VR1 to F VR4 over the terminators 26 by means of the versions 29 arranged in each case in four tracks, each one beam packet side by side in a plane. The embodiment of in 3 used terminators 26 , is in the 6 . 6a . 7 . 7a and 7b described in more detail. The terminators are preferably gas-tight in the housing 35 be used, including seals 36 ( 3a ) can be used. It can also be used differently shaped terminators instead of the illustrated terminators, if appropriate versions 29 in the case 35 are provided. The fiber lasers F HD1 to F HD4 or F VR1 to F VR4 , for example, should have a different wavelength than the fiber lasers F VD1 to F VD4 or F HR1 to F HR4 . For example, F HD1 to F HD4 and F VR1 to F VR4 should have a wavelength of 1100 nm, while F VD1 to F VD4 or F HR1 to F HR4 should have a wavelength of 1060 nm, resulting in a corresponding doping of the laser-active core material the laser fiber 5 can be achieved. However, all fiber lasers can also have different wavelengths if they are combined accordingly.
Über wellenlängenabhängige Spiegel 37 als Mittel
zum Zusammenführen
werden die Strahlenpakete der Fiberlaser FHD1 bis
FHD4 mit denen der Fiberlaser FVD1 bis
FVD4 sowie die Strahlenpakete der Fiberlaser
FVR1 bis FVR4 mit
denen der Fiberlaser FHR1 bis FHR4 zu
jeweils einem Strahlenpaket FD1 bis FD4 sowie FR1 bis
FR4 (3a) vereinigt.
Es gibt auch andere Möglichkeiten,
die Wellenlänge
der Fiberlaser zu beeinflussen, zum Beispiel können im Bereich der Laserfiber
zwischen Einkoppelspiegel 7 und Auskoppelspiegel 12 wellenlängenselektierende
Elemente wie Brewsterplatten, Beugungsgitter oder Schmalbandfilter
eingebracht werden. Auch ist es möglich, mindestens einen der
beiden Laserspiegel 7 oder 12 mit einer solchen
Spiegelschicht zu versehen, die nur für die gewünschte Wellenlänge ausreichend
hoch reflektierend ist. Die Ausführung
der Strahlzusammenführung
ist aber gemäß der Erfindung
nicht auf die Verwendung von Fiberlasern unterschiedlicher Wellenlänge beschränkt. Neben
Fiberlasern, die keine Vorzugsrichtung in der Polarisation der abgegebenen
Laserstrahlung haben, können
auch Fiberlaser verwendet werden, die polarisierte Laserstrahlung abgeben.
Wenn man den wellenlängenabhängignen Spiegel
durch einen solchen ersetzt, der so polarisationsabhängig ist,
daß er
eine Polarisationsrichtung durchläßt, während er die andere Polarisationsrichtung
reflektiert, müssen
nur zwei unterschiedlich polarisierte Lasertypen verwendet werden,
um beide mittels des polarisationsabhängigen Spiegels zu vereinigen.
In diesem Fall ist die Verwendung des Abschlußstückes 26 nach den 6 und 6a mit quadratischem
Querschnitt besonders geeignet, da man durch Wenden des Abschlußstücks um 90° vor der
Montage in das Gehäuse 35 jeweils
die eine oder die andere Polarisationsrichtung mit dem gleichen
Fiberlaser erzeugen kann.About wavelength-dependent mirrors 37 as means for merging the beam packets of the fiber lasers F HD1 to F HD4 with those of the fiber lasers F VD1 to F VD4 and the beam packets of the fiber lasers F VR1 to F VR4 with those of the fiber lasers F HR1 to F HR4 to a radiation packet F D1 to F D4 and F R1 to F R4 ( 3a ) united. There are other ways to influence the wavelength of the fiber laser, for example, in the range of laser fiber between Einkoppelspiegel 7 and Auskoppelspiegel 12 wavelength-selecting elements such as Brewster plates, diffraction gratings or narrow band filters are introduced. It is also possible to have at least one of the two laser mirrors 7 or 12 to be provided with such a mirror layer, which is sufficiently highly reflective only for the desired wavelength. However, the beam splicing implementation is not limited to the use of fiber lasers of different wavelengths according to the invention. In addition to fiber lasers, which have no preferential direction in the polarization of the emitted laser radiation, it is also possible to use fiber lasers which emit polarized laser radiation. By replacing the wavelength-dependent mirror with one that is polarization-dependent to pass one direction of polarization while reflecting the other direction of polarization, only two differently polarized types of laser need to be used to combine both by means of the polarization-dependent mirror. In this case, the use of the end piece 26 after the 6 and 6a Particularly suitable with square cross-section, as you by turning the end piece by 90 ° before mounting in the housing 35 each can produce one or the other polarization direction with the same fiber laser.
Ein
besonderer Vorteil der Zusammenführung
mehrerer Laser zu einem einzigen Fleck, nämlich zu jedem der den einzelnen
Bearbeitungspunkte B1 bis Bn (zum
Beispiel B1 bis B4 in 10 bis 12)
ist die Erzielung einer höheren
Leistungsdichte bei vorgegebener Fleckgröße auf der Bearbeitungsfläche 81.A particular advantage of combining several lasers into a single spot, namely to each of the individual processing points B 1 to B n (for example B 1 to B 4 in FIG 10 to 12 ) is to achieve a higher power density at a given spot size on the processing surface 81 ,
Man
kann man durch Weglassen von Fiberlasern bzw. Spuren je nach Bedarf
die Anschaffungskosten für
eine solche Anordnung senken und später je nach Bedarf Fiberlaser
nachrüsten.
Man kann zum Beispiel mit einem Fiberlaser und einer Spur beginnen.
Die fehlenden Abschlußstücke der
nicht eingesetzten Fiberlaser werden dazu durch baugleiche Abschlußstücke, die
aber keine durchgehende Öffnung
und keine Laserfiber enthalten und nur zum Verschluß dienen,
ersetzt, um das Gehäuse 35 so
zu verschließen,
als ob es mit allen Abschlußstücken bestückt wäre.By omitting fiber lasers or tracks as required, it is possible to reduce the initial cost of such an arrangement and later to retrofit fiber lasers as needed. For example, you can start with a fiber laser and a track. The missing terminators of unused fiber lasers are replaced by identical terminators, but no through hole and no laser fiber and serve only for closure, replaced to the housing 35 to shut up as if it were equipped with all final pieces.
Die
Anzahl der Ebenen, in denen die Abschlußstücke angeordnet sind, ist nicht
auf die beschriebene eine Ebene beschränkt und die Anzahl der Spuren
nicht auf die beschriebenen 4 Spuren. In 3b ist
z. B. eine Anordnung mit 3 Ebenen und n Spuren angegebenThe number of levels in which the terminators are arranged is not limited to the one level described and the number of tracks is not limited to the 4 tracks described. In 3b is z. B. an arrangement with 3 levels and n tracks specified
Über je einen
vierkanaligen akustooptischen Modulator 34, dessen Wirkungsweise
und Ausführungsform
in den 9 und 9a näher erläutert wird, werden die jeweiligen
Strahlenpakete der Fiberlaser moduliert. Durch den akustooptischen
Modulator 34, der vom Prinzip her ein Ablenker ist, wird
in dem dargestellten Fall die nicht erwünschte Energie aus der ursprünglichen
Strahlrichtung I0 in die Srahlrichtung I1 abgelenkt (3a), so
daß sie
später
im Strahlengang einfach abgefangen und unschädlich gemacht werden kann.
Die Modulation kann vorzugsweise digital erfolgen, d. h. es wird
in den einzelnen Modulatorkanälen
nur zwischen zwei Zuständen, nämlich „EIN" und „AUS" unterschieden, was
besonders einfach zu steuern ist; sie kann aber auch analog erfolgen,
indem die Laserleistung in jedem Modulatorkanal auf beliebige Werte
eingestellt werden kann. Die Modulation ist nicht darauf beschränkt, daß die Energie
aus der Strahlrichtung I0 für die Bearbeitung
verwendet wird und die Energie aus der Richtung I1 unschädlich gemacht
wird. In der parallellaufenden, gleichzeitig mit der vorliegenden
Anmeldung eingereichten deutschen Patentanmeldung DE 198 40 926 A1 „Verfahren
und Anordnung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen", sind Beispiele
angege ben, in denen die abgebeugte Strahlrichtung I1 zur Bearbeitung
verwendet wird und die Energie aus der Richtung I0 unschädlich gemacht
wird.Each with a four-channel acousto-optic modulator 34 , its mode of action and embodiment in the 9 and 9a is explained in more detail, the respective beam packets of the fiber lasers are modulated. Through the acousto-optic modulator 34 , which is a deflector in principle, is deflected in the illustrated case, the unwanted energy from the original beam direction I 0 in the beam direction I 1 ( 3a ), so that they can be easily intercepted later in the beam path and rendered harmless. The modulation can preferably be done digitally, ie it is different in the individual modulator channels only between two states, namely "ON" and "OFF", which is particularly easy to control; but it can also be done analogously by the laser power in each modulator channel can be set to any value. The modulation is not limited to that the energy from the beam direction I 0 is used for the machining and the energy from the direction I 1 is rendered harmless. In the parallel running, filed simultaneously with the present application German patent application DE 198 40 926 A1 "Method and arrangement for material processing by means of laser beams", examples are given ben in which the deflected beam direction I 1 for Machining is used and the energy from the direction I 0 is rendered harmless.
Der
mehrkanalige akustooptische Modulator 34 ist vorzugsweise
auf einem zylindrischen Modulatorgehäuse 41 befestigt,
das verdrehbar in einer Öffnung 48 in
dem Gehäuse 35 gelagert
ist. Nach dem Einjustieren des Modulatorgehäuses auf den erforderlichen
Bragg-Winkel αB wird das Modulatorgehäuse mittels einer Verbindung 42 fixiert.
Mittels einer Dichtung 43 ist dafür gesorgt, daß jedes
Modulatorgehäuse
gasdicht zum Gehäuse 35 abschließt. Aus dem
Modulatorgehäuse 41 ragt
eine speziell präparierte
Leiterplatte 171 in den inneren Raum 44 des Gehäuses 35, über die
die elektrischen Verbindungen zu den piezoelektrischen Wandlern 45 hergestellt
werden. Die vorzugsweise Ausführung
der Modulatoren wird in den 9 und 9a ausführlicher beschrieben.The multi-channel acousto-optic modulator 34 is preferably on a cylindrical modulator housing 41 attached, that rotatable in an opening 48 in the case 35 is stored. After the modulator housing has been adjusted to the required Bragg angle α B , the modulator housing is connected by means of a connection 42 fixed. By means of a seal 43 is ensured that each modulator housing gas-tight to the housing 35 concludes. From the modulator housing 41 protrudes a specially prepared circuit board 171 in the inner space 44 of the housing 35 , about which the electrical connections to the piezoelectric transducers 45 getting produced. The preferred embodiment of the modulators is in the 9 and 9a described in more detail.
Nach
dem Durchlaufen der akustooptischen Modulatoren werden die Strahlenpakete
FD1 bis FD4 und
FR1 bis FR4 zu einem
Streifenspiegel 46 geführt, der
streifenförmig
in Abständen
abwechselnd transparent und verspiegelt ist. Das Strahlenpaket FD1 bis FD4 ist bezüglich des
Streifenspiegels 46 so angeordnet, daß es den Streifenspiegel unbehindert
durchlaufen kann. Die Laserstrahlenbündel des Strahlenpaketes FR1 bis FR4 sind aber
gegenüber
dem Strahlenpaket FD1 bis FD4 um
einen halben Spurabstand versetzt und treffen auf die streifenförmig angeordneten
verspiegelten Streifen des Streifenspiegels. Dadurch werden sie
in ihrer Richtung umgelenkt und liegen nun in einer Ebene mit den
Laserstrahlbündeln FD1 bis FD4. Damit
ergibt sich nunmehr eine achtspurige Anordnung, bei der in jeder
Spur außerdem
noch zwei Laser verschiedener Wellenlänge überlagert sind, so daß insgesamt 16 Laser
zusammengeführt worden
sind und zur Wirkung kommen. Oberhalb dieser Ebene I0 befinden
sich die im akustooptischen Modulator 34 abgebeugten Strahlen
I1. Bei einer anderen Justierung des akustooptischen
Modulators 34 können
die abgebeugten Strahlen auch unterhalb der Ebene von I0 liegen,
wie in den 4 und 5 gezeigt
wird.After passing through the acousto-optic modulators, the ray packets F D1 to F D4 and F R1 to F R4 become a streak mirror 46 guided, the strip-shaped at intervals alternately transparent and mirrored. The beam packet F D1 to F D4 is relative to the strip mirror 46 arranged so that it can pass through the streak mirror unhindered. However, the laser beams of the beam set F R1 to F R4 are offset from the beam packet F D1 to F D4 by half a track pitch and strike the strip-shaped mirrored strips of the strip mirror. As a result, they are deflected in their direction and are now in one plane with the laser beam bundles F D1 to F D4 . This results in an eight-track arrangement, in which in each track also two lasers of different wavelengths are superimposed, so that a total of 16 Lasers have been brought together and come to effect. Above this level I 0 are those in the acousto-optic modulator 34 rejected beams I 1 . In another adjustment of the acousto-optic modulator 34 The diffracted rays may also lie below the plane of I 0 , as in the 4 and 5 will be shown.
Ein
bedeutender Vorteil der Anordnung nach der Erfindung ist, daß die Symmetrieachse
der Strahlenpakete FHD1 bis FHD4 und
FD1 bis FD4 auf
der Achse des Gehäuses 35 liegen,
die durch die Bohrung 47 definiert ist und die Strahlachsen
der zugehörigen Strahlenpakete
jeweils parallel oder rechtwinklig zu dieser Achse liegen, was eine
einfache und präzise Herstellung
erlaubt. Es ist aber auch möglich,
die Strahlenpakete unsymmetrisch und unter anderen Winkeln anzuordnen.A significant advantage of the arrangement according to the invention is that the axis of symmetry of the beam packets F HD1 to F HD4 and F D1 to F D4 on the axis of the housing 35 lie through the hole 47 is defined and the beam axes of the associated beam packets are each parallel or perpendicular to this axis, which allows a simple and accurate production. However, it is also possible to arrange the beam packets asymmetrically and at different angles.
Weiterhin
ist es möglich,
kleine Differenzen in der Lage der Strahlenpakete durch Verstellung
der wellenlängenabhängigen Spiegel 37 und
des Streifenspiegels 46 zu korrigieren. Es ist möglich, die
Abschlußstücke nach
der Montage in ihrer Lage und ihrer Winkelzuordnung noch nachzujustieren,
was aber in den Figuren nicht gezeigt ist.Furthermore, it is possible to have small differences in the position of the beam packets by adjusting the wavelength-dependent mirror 37 and the streak mirror 46 to correct. It is possible to readjust the terminators after installation in their position and their angle assignment, but this is not shown in the figures.
Es
liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Anzahl der Spuren reduziert,
aber auch weiter erhöht werden
kann, z. B. kann durch Aneinanderreihen von jeweils acht statt vier
Abschlußstücken, die
mit Fiberlasern verbunden sind, zu einem Strahlenpaket eine Verdopplung
der Spurenzahl vorgenommen werden. Dazu müßten zwei 8-kanalige akustooptische
Modulatoren eingesetzt werden. Es sind akustooptische Modulatoren
mit 128 getrennten Kanälen
auf einem Kristall erhältlich.It
is within the scope of the invention that reduces the number of tracks,
but also be further increased
can, for. B. can by stringing together eight instead of four
End pieces, the
connected to fiber lasers, doubling to a beam packet
the number of lanes are made. This would require two 8-channel acousto-optic
Modulators are used. They are acousto-optic modulators
with 128 separate channels
available on a crystal.
Ebenfalls
ist es gemäß der Erfindung
möglich,
zur Erhöhung
der Leistung je Spur, die Fiberlaser in verschiedenen Ebenen anzuordnen
und ihre Leistung auf der Bearbeitungsfläche zu überlagern, was in der 3b dargestellt
wird.It is also possible according to the invention, to increase the power per track, to arrange the fiber lasers in different planes and to superimpose their power on the working surface, which is in the 3b is pictured.
Es
können
auch direkt modulierbare Fiberlaser eingesetzt werden. In diesem
Fall entfallen die akustooptischen Modulatoren und es ergibt sich
ein besonders einfacher Aufbau.It
can
also directly modulatable fiber lasers can be used. In this
Case eliminates the acousto-optic modulators and it arises
a particularly simple construction.
Der
Betrieb mit mehreren Spuren von Lasern und mehreren Lasern in einer
Spur ermöglicht
hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten bei geringer Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Laserstrahl und dem des Werkstück. Auch kann hiermit die Bearbeitungsgeschwindigkeit
optimal an die Zeitkonstante der Wärmeableitung des Materials
angepaßt
werden. Bei längerer
Bearbeitungszeit fließt
nämlich
zuviel Energie nutzlos in die Umgebung ab.Of the
Operation with several tracks of lasers and several lasers in one
Track allows
high processing speeds with low relative speed
between the laser beam and that of the workpiece. Also, this can be the processing speed
optimally to the time constant of the heat dissipation of the material
customized
become. For longer
Processing time flows
namely
too much energy useless in the environment.
Das
Gehäuse 35 ist
mit einem Deckel und einer Dichtung, die beide nicht in den Figuren
gezeigt sind, gasdicht verschlossen. An das Gehäuse 35 ist im Bereich
der Bohrung 47 ein zylindrisches Rohr 51 angeflanscht
und über
eine Dichtung 52 abgedichtet. Das zylindrische Rohr enthält als Übertragungseinheit
eine Optik, nämlich
zwei Tuben 53 und 54 mit je einem optischen Abbildungssystem,
die die acht Laserstrahlenbündel
FD1 bis FD4 und
FR1 bis FR4 am Strahlungsaustritt 10 (1)
auf die Bearbeitungsfläche
im richtigen Maßstab
abbilden. Es sind vorzugsweise zwei optische Abbildungssysteme hintereinander
angeordnet, da sich sonst insgesamt eine sehr große Baulänge oder
ein sehr geringer Abstand zwischen der Objektivlinse und der Bearbeitungsfläche ergeben
würden,
was beides nachteilig ist, da ein langer Strahlengang mittels Spiegel
gefaltet werden müßte und
ein zu geringer Abstand zwischen Objektivlinse und Bearbeitungsfläche zu einer
zu großen Gefahr
für die
Verunreinigung der Objektivlinse führen könnte.The housing 35 is gas-tight with a lid and a seal, both of which are not shown in the figures. To the case 35 is in the area of the hole 47 a cylindrical tube 51 flanged and over a seal 52 sealed. The cylindrical tube contains as a transmission unit optics, namely two tubes 53 and 54 each with an optical imaging system, the eight laser beams F D1 to F D4 and F R1 to F R4 at the radiation exit 10 ( 1 ) on the working surface to the correct scale. There are preferably two optical imaging systems arranged one behind the other, otherwise altogether a very large length or a very small distance between the objective lens and the processing surface would result, both of which is disadvantageous because a long beam path would have to be folded by means of mirrors and too small a distance between the objective lens and the processing surface could lead to an excessive risk of contamination of the objective lens.
Der
Strahlengang ist in 3 als Seitenansicht dargestellt.
In 10 ist der prinzipielle Strahlengang als Draufsicht
für das
Strahlenpaket FHD1 bis FHD4 gezeigt.
Die wellenlängenabhängigen Spiegel, die
Modulatoren und der Streifenspiegel sind dort nicht gezeigt. In
den Figuren sind vorwiegend Plankonvexlinsen dargestellt, es ist
jedoch auch möglich, in
allen Figuren andere Linsenformen wie z. B. bikonvexe oder konkav-konvexe
Linsen oder solche mit asphärischer
Form einzusetzen. Es können
auch Linsensysteme, die jeweils aus mehreren Linsenkombinationen
bestehen, zur Verwendung kommen.The beam path is in 3 as a page shown. In 10 the principal ray path is shown as a plan view for the radiation packet F HD1 to F HD4 . The wavelength dependent mirrors, the modulators and the streak mirror are not shown there. In the figures, plano-convex lenses are mainly shown, but it is also possible in all figures other lens shapes such. B. biconvex or concave-convex lenses or use those with aspherical shape. Lens systems, each consisting of several combinations of lenses, may also be used.
Um
die Laserenergie so effizient wie möglich zu übertragen und die Erwärmung der
optischen Bauelemente in Grenzen zu halten, sind alle in den verschiedenen
Ausführungen
der Laserstrahlungsquelle vorkommenden optischen Flächen für den in Frage
kommenden Wellenlängenbereich
mit höchster
Qualität
entspiegelt.Around
to transfer the laser energy as efficiently as possible and to warm up the
Limiting optical components are all in the different
versions
the laser radiation source occurring optical surfaces for the in question
coming wavelength range
with highest
quality
non-reflective.
Es
gibt noch weitere vorteilhafte Lösungen für die Übertragungseinheit,
um die Baulänge
der Übertragungseinheit
zu verkürzen
und dabei trotzdem einen ausreichend großen Abstand zwischen der Objektivlinse
und der Bearbeitungsfläche
zu erzielen, wie unter anderem in den 4 und 5 noch
näher dargestellt
wird.There are still further advantageous solutions for the transfer unit to shorten the overall length of the transfer unit and still achieve a sufficiently large distance between the objective lens and the processing surface, such as in the 4 and 5 is shown in more detail.
Die
Linsen 55 und 56 können durch Verschraubungen
oder durch Verklebungen mit dem Tubus 53 verbunden sein,
sie können
aber vorzugsweise an ihren Rändern
metallisiert und an den Tubus 53 gelötet sein. Das gleiche gilt
für die
Linsen 57 und 61 in dem Tubus 54. Damit
ergibt sich eine gasdichte Abdichtung der Linsen und eine gute Wärmeübertragung
von den Linsen zu den Tuben. Der Tubus 54 ist vorzugsweise
mit einer Dichtung 62 gegenüber dem zylindrischen Rohr 51 gasdicht
abgeschlossen. Für den
Raum 63 gelten bezüglich
der Dichtheit und Sauberkeit die gleichen Bedingungen, wie für den Raum 44 und
ebenso für
die Räume 64 und 65 innerhalb der
Tuben 53 und 54. Die Kammern 66 und 67 sind vorzugsweise über Bohrungen 71 mit
den Räumen 44 und 63 verbunden.
Die Tuben 53 und 54 können vorzugsweise Öffnungen 72 aufweisen.The lenses 55 and 56 can be screwed or glued to the tube 53 be connected, but they can preferably metallized at their edges and to the tube 53 be soldered. The same goes for the lenses 57 and 61 in the tube 54 , This results in a gas-tight seal of the lenses and a good heat transfer from the lenses to the tubes. The tube 54 is preferably with a seal 62 opposite the cylindrical tube 51 sealed gas-tight. For the room 63 The same conditions apply to tightness and cleanliness as to the room 44 and also for the rooms 64 and 65 inside the tubes 53 and 54 , The chambers 66 and 67 are preferably via holes 71 with the rooms 44 and 63 connected. The tubes 53 and 54 may preferably have openings 72 exhibit.
Eine
Abfanganordnung 73 zum Unschädlichmachen der Laserstrahlung,
die auf der Bearbeitungsfläche
keinen Bearbeitungseffekt hervorrufen soll und die einen hoch reflektierenden
Spiegel 74 und eine Zerstreuungslinse (Konkavlinse) 75 aufweist,
ragt in den Raum 63 hinein. Die Abfanganordnung 73 ist
mit einer Dichtung 76 eingesetzt, und die Konkavlinse 75,
die auch durch ein anderes optisches Element, beispielsweise eine
Glasplatte ersetzt werden kann, in die Abfanganordnung eingeklebt
oder vorzugsweise in ihrer Randzone metallisiert und zur besseren
Wärmeableitung
an die Abfanganordnung angelötet.
Damit ist der Raum 63 gasdicht von der Umgebung abgeschlossen.
Durch die beschriebenen Maßnahmen
ergibt sich, daß der
gesamte Innenraum der mehrteiligen Aufnahme gasdicht von der Umgebung
abgeschlossen ist. Die Räume 44, 63, 64 und 65 und
die Kammern 66 und 67, also der gesamte Innenraum
der mehrteiligen Aufnahme, können
vorzugsweise evakuiert oder mit einem Schutzgas gefüllt werden.
Die Räume
und Kammern sollen möglichst
frei von solchen Komponenten sein, die Gase oder Partikel absondern,
weil sich damit Schmutz auf den hochbelasteten optischen Flächen absetzen
könnte,
was zum frühzeitigen
Ausfall der Anordnung führen
würde.
Deshalb wird auch an die zu verwendenden Dichtungen die Forderung
gestellt, daß sie
keine Partikel oder Gase absondern. Bei der Montage wird auf größte Reinheit
der zu montierenden Teile und der Umgebung Wert gelegt, bis die
optische Einheit verschlossen ist. Nach dem Verschließen der
optischen Einheit kann über
das Ventil 77 eine Evakuierung des gesamten Innenraumes
der mehrteiligen Aufnahme vorgenommen werden, oder ein Schutzgas
eingefüllt
werden. Der Vorteil einer Füllung
des Innenraumes mit einem Schutzgas ist, daß sie einfacher erneuert werden
kann, indem man im Betrieb an das Ventil 77 eine nicht
gezeigte Gasflasche über
ein Druckminderventil anschließt,
aus der bei Bedarf Gas in das Gehäuse nachgefüllt werden kann. Ein weiterer
Vorteil ist, daß,
wenn zum Tausch eines Fiberlasers ein Abschlußstück aus dem Gehäuse entfernt
und durch ein anderes ersetzt werden soll oder wenn das Gehäuse bzw.
das zylindrische Rohr aus irgend einem Grund beim Anwender geöffnet werden
muß, man
während
des Vorgangs ständig
eine geringe Menge des Schutzgases durch das Gehäuse strömen lassen kann, um so das
Eindringen von Schmutzpartikeln in den geschützten Raum zu verhindern. Man
kann auch ständig
eine geringe Menge des Gases durch das Gehäuse strömen lassen und durch Öffnungen 120 (3f),
vorzugsweise in der Nähe
der Objektivlinse, so entweichen lassen, so daß diese Strömung auch eine Verunreinigung
der Objektivlinse durch solche Schmutzpartikel verhindert, die bei
dem Bearbeitungsvorgang freigesetzt werden. Man kann auch auf die
Evakuierung oder die Schutzgasfüllung
verzichten, wenn man eine kürzere
Lebensdauer der Laserstrahlungsquelle in Kauf nimmt.An interception arrangement 73 to make harmless the laser radiation, which should cause no processing effect on the processing surface and a highly reflective mirror 74 and a diverging lens (concave lens) 75 protrudes into the room 63 into it. The interception arrangement 73 is with a seal 76 used, and the concave lens 75 , which can also be replaced by another optical element, such as a glass plate, glued into the interceptor or preferably metallized in its edge zone and soldered for better heat dissipation to the interceptor. This is the room 63 Completed gas-tight from the environment. By the measures described results that the entire interior of the multi-part recording gas-tight is completed by the environment. The rooms 44 . 63 . 64 and 65 and the chambers 66 and 67 , So the entire interior of the multi-part recording, can preferably be evacuated or filled with a protective gas. The spaces and chambers should be as free as possible of components that secrete gases or particles, because it could settle dirt on the highly loaded optical surfaces, which would lead to premature failure of the arrangement. Therefore, the requirement is made to the seals to be used that they do not secrete particles or gases. During installation, great importance is attached to maximum purity of the parts to be assembled and the environment until the optical unit is closed. After sealing the optical unit can over the valve 77 an evacuation of the entire interior of the multi-part recording are made, or a protective gas are filled. The advantage of filling the interior with an inert gas is that it can be more easily renewed by operating the valve 77 connects a gas cylinder, not shown, via a pressure reducing valve, from which gas can be refilled into the housing if necessary. Another advantage is that when replacing a fiber laser one end piece is to be removed from the housing and replaced by another or if the housing or the cylindrical tube has to be opened by the user for some reason, one constantly during the process small amount of the inert gas can flow through the housing, so as to prevent the ingress of dirt particles in the protected space. You can also constantly a small amount of gas flow through the housing and through openings 120 ( 3f ), preferably in the vicinity of the objective lens, so that this flow also prevents contamination of the objective lens by such dirt particles that are released in the machining process. One can also do without the evacuation or the inert gas filling, if one takes a shorter life of the laser radiation source into account.
Vorteilhaft
in der Anordnung nach 3 ist, daß der Winkel zwischen den Strahlenpaketen
der ursprünglichen
Strahlrichtung I0 des akustooptischen Modulators
und der abgebeugten Strahlrichtung I1 durch
das Abbildungssystem aus den Linsen 55 und 56 deutlich
vergrößert wird,
so daß es
einfach ist, mittels des hochreflektierenden Spiegels 74 an
der Abfanganordnung 73 das unerwünschte Strahlenpaket der abgelenkten
Strahlrichtung abzufangen. Der Spiegel 74 ist vorzugsweise
aus Metall gefertigt und mit einer hoch reflektierenden Schicht
versehen, um die Erwärmung
infolge absorbierter Laserenergie gering zu halten. Er ist zur bes seren
Wärmeableitung über einen kräftigen
Flansch der Abfanganordnung 73 mit dem Rohr 51 verbunden.
Der Vorteil der Anordnung nach 3 besteht
darin, daß an
die optischen Bauelemente in den beiden Tuben geringe Anforderungen
gestellt werden. Man könnte
sogar beide Tuben völlig
gleich ausführen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Achsen der Abschlußstücke 26 parallel
zueinander liegen. Der Abstand zwischen der Objektivlinse 61 und
der Bearbeitungsfläche 81 darf nicht
zu klein sein, damit wegfliegende Partikel aus der Materialoberfläche nicht
auf die Objektivlinse gelangen. Verschmutzt sie nämlich, dann
absorbiert die hindurchtretende Laserenergie und wird zerstört und damit
unbrauchbar. Um die Verschmutzung zu verhindern, ist zwischen der
Objektivlinse 61 und der Bearbeitungsfläche 81 ein besonderes
Mundstück 82 angeordnet,
das in dem parallellaufenden, gleichzeitig mit de vorliegenden Anmeldung
eingereichten deutschen Gebrauchsmuster DE 298 16 110 U1 „Anordnung
zum Entfernen von Material, das durch eine Laserstrahlungsquelle
bei der Materialbearbeitung von einer Bearbeitungsfläche abgetragen
wird", beschrieben
ist.Advantageous in the arrangement according to 3 is that the angle between the beam packets of the original beam direction I 0 of the acousto-optic modulator and the deflected beam direction I 1 through the imaging system of the lenses 55 and 56 is significantly increased, so that it is easy, by means of the highly reflective mirror 74 at the interception assembly 73 to intercept the unwanted radiation packet of the deflected beam direction. The mirror 74 is preferably made of metal and provided with a highly reflective layer to minimize the heating due to absorbed laser energy. He is for better heat dissipation over a strong flange of the interception assembly 73 with the pipe 51 connected. The advantage of the arrangement after 3 is that low demands are placed on the optical components in the two tubes. You could even do both tubes completely the same. Another advantage is that the axes of the end pieces 26 lie parallel to each other. The distance between the objective lens 61 and the working surface 81 must not be too small, so that flying particles from the material surface do not reach the objective lens. If it is contaminated, it absorbs the laser energy and is destroyed and thus unusable. To prevent contamination is between the objective lens 61 and the working surface 81 a special mouthpiece 82 arranged in the parallel running, simultaneously filed with the present application German utility model DE 298 16 110 U1 "Arrangement for removing material that is removed by a laser radiation source in the material processing from a processing surface" is described.
Die
mehrteilige Aufnahme der optischen Einheit ist innerhalb der Anordnung
zur Materialbearbeitung beispielsweise auf einem Prisma 83 um
die durch die Objektivlinse 61 bestimmte optische Achse,
die der Achse des Rohres entspricht, drehbar und in Richtung der
optischen Achse verschiebbar gelagert und beispielsweise mit einem
Spannband 85 oder mit mehreren Spannbändern in ihrer Lage fixiert.
Dadurch ist eine genaue Zustellung der optischen Einheit zu der
Bearbeitungsfläche 81 möglich. Durch
die Verdrehung kann der Spurabstand der einzelnen Bearbeitungsspuren
der Laser auf der Bearbeitungsfläche 81 verändert werden.
Außerhalb
des Prismas 83 befindet sich eine Platte 86, die Öffnungen 87 aufweist,
durch die ein Kühlmittel
gepumpt werden kann. Die Aufgabe dieser Platte 86 ist es,
die aus dem Strahlengang abgefangene Laserenergie, die keinen Bearbeitungseffekt
hervorrufen soll, aufzufangen und abzuleiten. Zwischen der Platte 86 und dem
Rohr 51, 95, 113 befindet sich eine Wärmedämmung, die
aber nicht in den Figuren dargestellt ist. Die Platte ist über isolierende
Flansche 91 mit dem Rohr 51, 95, 113 verbunden.
Die Flansche 91 verhindern auch das Austreten von Laserstrahlung.The multi-part recording of the optical unit is within the arrangement for material processing, for example on a prism 83 around the through the objective lens 61 certain optical axis corresponding to the axis of the tube, rotatably mounted and slidably mounted in the direction of the optical axis and, for example, with a clamping band 85 or fixed in place with several tension straps. As a result, an accurate delivery of the optical unit to the processing surface 81 possible. Due to the rotation of the track spacing of the individual processing tracks of the laser on the processing surface 81 to be changed. Outside the prism 83 there is a plate 86 , the openings 87 has, through which a coolant can be pumped. The task of this plate 86 is to absorb and dissipate the laser energy intercepted from the beam path, which is not intended to cause any processing effect. Between the plate 86 and the tube 51 . 95 . 113 There is a thermal insulation, but not shown in the figures. The plate is over insulating flanges 91 with the pipe 51 . 95 . 113 connected. The flanges 91 also prevent the leakage of laser radiation.
Infolge
der hohen Laserleistung werden sich die optischen Elemente im Strahlengang
erwärmen, da
sie einen, wenn auch sehr geringen, Teil der Laserenergie absorbieren.
Vorzugsweise werden daher die kritischen optischen Bauelemente statt
aus Glas aus einem Material mit besserer Wärmeleitfähigkeit, zum Beispiel aus Saphir
hergestellt. Die Verlustwärme
wird bei Metallisierung der Verbindungsflächen der optischen Bauelemente
durch die Lötverbindungen
zu den Fassungen und an das Gehäuse
abgeleitet. Das Gehäuse
wird zur besseren Wärmeabgabe mit
Kühlrippen 92 ausgeführt, die
durch einen nicht dargestellten Lüfter gekühlt werden können. Ebenfalls
ist eine Durchsetzung des Gehäuses 35 sowie der übrigen Bauteile
der Laserstrahlungsquelle mit Bohrungen, insbesondere in den kritischen
Bereichen an den Linsenfassungen und Fassungen für die Abschlußstücke 26,
möglich,
durch die ein Kühlmittel gepumpt
werden kann, was in den 3d und 3e dargestellt
ist.Due to the high laser power, the optical elements in the beam path will heat up because they absorb a, albeit very small, part of the laser energy. Preferably, therefore, the critical optical components instead of glass made of a material with better thermal conductivity, for example made of sapphire. The loss of heat is dissipated by metallization of the bonding surfaces of the optical components through the solder joints to the sockets and to the housing. The housing is for better heat dissipation with cooling fins 92 executed, which can be cooled by a fan, not shown. Also, an enforcement of the housing 35 and the other components of the laser radiation source with holes, especially in the critical areas on the lens frames and sockets for the terminators 26 , possible through which a coolant can be pumped, resulting in the 3d and 3e is shown.
Da
bei der Materialbearbeitung, wie im Vorangehenden dargelegt, sehr
hohe Laserleistungen erforderlich sind, ist es gemäß der Erfindung
wesentlich, die Anzahl der optischen Elemente, insbesondere der
Linsen, im Strahlengang so gering wie möglich zu halten, um die optischen
Verluste und die Gefahr der Verschmutzung der Optik, die immer zu
einem frühzeitigen
Ausfall führen
würde,
so gering wie möglich
zu halten. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, daß die Objektivlinse
(61, 103 und 112) mit einer Wechselfassung
(3f) ausgestattet ist, damit sie vom Benutzer der
Laserstrahlungsquelle bei Bedarf rasch getauscht werden kann, sei
es, daß sie
im Betrieb verschmutzt worden ist oder daß ein anderer Abbildungsmaßstab gewünscht wird.
Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, daß im optischen Strahlengang
Maßnahmen
getroffen werden, daß keine
Laserenergie zurück
in die Laser gelangen kann. Es ist angebracht, daß die Laserstrahlung
nicht senkrecht, sondern unter einem Winkel auf das zu bearbeitende
Material auftrifft, so daß die
an der Materialoberfläche
reflektierte Strahlung nicht in die Laserstrahlungsquelle zurück gelangen
kann. Weiterhin ist in den 3, 4, 5 und 8 gezeigt,
daß die
zu vernichtende Laserstrahlung durch eine schräg gestellte Konkavlinse 75 in
einen Sumpf, bestehend aus einer schräg gestellte Platte 86,
die gekühlt
werden kann, geleitet wird. Gemäß der Erfindung
kann statt der Konkavlinse 75 auch ein anderes optisches
Bauelement, beispielsweise eine Platte oder eine Blende verwendet
werden. Dabei ist dieses optische Bauelement in seinem wirksamen
Durchmesser so bemessen, daß die
in den Sumpf geleitete Laserstrahlung gerade passieren kann, während solche
Strahlung, die vom dem Sumpf zurück
reflektiert oder zurück
gestreut wird, weitgehend zurückgehalten
wird, so daß keine
Energie zurück
in die Laser gelangen kann. Gemäß der Erfindung
kann die Oberfläche
der Platte 86, die in den Figuren als ebene Oberfläche dargestellt
ist, auch ballig oder hohl ausgeführt werden und vorzugsweise
aufgerauht werden, um ein Höchstmaß an Strahlung
zu absorbieren und ein Minimum an Strahlung zu reflektieren bzw.
zu streuen.Since in the material processing, as set forth above, very high laser powers are required, it is essential according to the invention to keep the number of optical elements, in particular the lenses, as small as possible in the beam path to the optical losses and the risk of Pollution of the optics, which would always lead to premature failure, to keep as low as possible. It is also within the scope of the invention that the objective lens ( 61 . 103 and 112 ) with an exchange certificate ( 3f ), so that it can be swapped quickly by the user of the laser radiation source if necessary, whether it has been contaminated during operation or that a different magnification is desired. It is also within the scope of the invention that measures are taken in the optical beam path that no laser energy can get back into the laser. It is appropriate that the laser radiation does not impinge perpendicularly but at an angle on the material to be processed, so that the radiation reflected on the material surface can not return to the laser radiation source. Furthermore, in the 3 . 4 . 5 and 8th shown that the laser radiation to be destroyed by an obliquely placed concave lens 75 in a swamp, consisting of a slanted plate 86 which can be cooled is passed. According to the invention, instead of the concave lens 75 also another optical component, such as a plate or a diaphragm can be used. In this case, this optical component is dimensioned in its effective diameter so that the guided into the sump laser radiation can happen just while such radiation, which is reflected back from the sump or scattered back, is largely retained, so that no energy back into the laser can get. According to the invention, the surface of the plate 86 , which is shown in the figures as a flat surface, are also performed spherical or hollow and preferably roughened to absorb the highest level of radiation and to reflect a minimum of radiation or to scatter.
Es
liegt im Rahmen der Erfindung, von der beschriebenen Ausführung abweichende
Ausführungen
der optischen, mechanischen und elektrischen Anordnung zur 3 zu
wählen.
Beispielsweise könnte
man alle parallel angeordneten Strahlenpakete FD1 bis
FD4 und FR1 bis
FR4 mit einer Linse so auf die Bearbeitungsfläche fokussieren,
daß alle
Bearbeitungspunkte auf den gleichen Fleck treffen, was zwar eine
sehr hohe Leistungsdichte ergibt, aber nicht so gut die Form des
Bearbeitungsflecks darstellen kann, da alle Bearbeitungspunkte aufeinander
liegen und zu einem gemeinsamen Fleck vereinigt sind.It is within the scope of the invention, of the described embodiment deviating embodiments of the optical, mechanical and electrical arrangement for 3 to choose. For example, one could use all parallel ray packets Focus F D1 to F D4 and F R1 to F R4 onto the processing surface with a lens so that all processing points hit the same spot, which gives a very high power density, but can not represent the shape of the processing spot as well all processing points lie on top of each other and are united into a common spot.
Das
Prinzip der beschriebenen Anordnung von Laserausgängen in
mehreren Ebenen oder in mehreren Spuren oder in mehreren Spuren
und in mehreren Ebenen oder überlappend
in einem Punkt gilt gemäß der Erfindung
auch für
die auf der Bearbeitungsfläche 81 auftreffenden
Laserstrahlen. Nach diesem Ordnungsprinzip können auf der Bearbeitungsfläche ebenfalls
mehrere Spuren oder mehrere Ebenen oder mehrere Spuren und mehrere
Ebenen von Laserstrahlen angeordnet werden, oder es können die
Laserstrahlen überlappend
in einem Punkt angeordnet werden.The principle of the described arrangement of laser outputs in multiple levels or in multiple tracks or in multiple tracks and in multiple levels or overlapping in one point according to the invention also applies to those on the processing surface 81 incident laser beams. According to this ordering principle, a plurality of tracks or a plurality of planes or a plurality of tracks and a plurality of planes of laser beams may also be arranged on the processing surface, or the laser beams may be arranged overlapping one another at one point.
In 3b ist
gezeigt, wie die Abstände
der Strahlen aus den Abschlußstücken in
einer Richtung verändert
werden können,
beispielsweise, um die Strahlen aus mehreren Ebenen durch den gleichen Modulator
zu leiten. Bei der parallelen Anordnung der Spuren kann das dargestellte
Abbildungssystem mit den zylindrischen Linsen 202 und 203,
auch Zylinderoptik genannt, beispielsweise sinngemäß zu einer Anordnung
wie die der 3 hinzugefügt werden. Wenn die einzelnen
Spuren aber unter einem Winkel gemäß den 13 oder 14 verlaufen
sollen, werden vorzugsweise Abschlußstücke 94 nach den 7, 7a und 7b verwendet.
Auch in dieser Anordnung bleiben die Strahlenbündel der einzelnen Ebenen parallel,
die Passungen der Abschlußstücke 94 sollen
hierfür
in der Seitenansicht 7a parallel verlaufen. Wenn
die Achsen der Strahlenbündel
für die
Spuren unter einem Winkel zueinander verlaufen, kann die Zylinderoptik
mit den Linsen 203 und 203 beispielsweise sinngemäß zu Anordnungen
gemäß den 5 oder 6 hinzugefügt werden.
Die aus den Abschlußstücken austretenden
Strahlenbündel 144 sind
auf die konvexe Zylinderlinse 202 gerichtet, die die Strahlen
aus den einzelnen Ebenen in ihrem Fokus zu einem Strich mit der
Länge des
Strahldurchmessers vereinigen würde.
Im Bereich des Fokus ist eine konkave Zylinderlinse 203 mit
geringerer Brennweite als sie die Zylinderlinse 202 hat,
so angebracht, daß ihr
Fokus mit dem Fokus der Zylinderlinse 202 übereinstimmt.
Dadurch werden die Strahlen, die die Linse 203 verlassen,
wieder parallel. Die Abstände
zwischen den einzelnen Ebenen haben sich aber gegenüber den
Abständen,
den die Strahlenbündel
beim Verlassen der Abschlußstücke 26, 94 hatten,
um das Verhältnis
der Brennweiten der beiden Zylinderlinsen reduziert. In Richtung
der Spuren sind die Abstände
der Strahlenbündel
unverändert geblieben,
da in die Zylinderlinsen in dieser Richtung keine Wirkung zeigen.
Dadurch ergeben sich in dem Modulator elliptische Strahlquerschnitte.
Der Zweck dieser Anordnung ist beispielsweise, die gesamte Höhe der 3 übereinander
liegenden Ellipsen so klein zu machen, daß sie in etwa der langen Achse
der Ellipsen entspricht, um in den Kanälen des akustooptischen Modulators ähnliche
Verhältnisse
zu schaffen, wie bei einem runden Strahlquerschnitt, damit beispielsweise ähnlich kurze
Schaltzeiten erzielt werden.In 3b It is shown how the distances of the beams from the terminators can be changed in one direction, for example to guide the beams of several levels through the same modulator. In the parallel arrangement of the tracks, the illustrated imaging system with the cylindrical lenses 202 and 203 , also called cylinder optics, for example, mutatis mutandis to an arrangement such as the 3 to be added. If the individual tracks but at an angle in accordance with 13 or 14 should run, are preferably terminators 94 after the 7 . 7a and 7b used. Also in this arrangement, the beams of the individual planes remain parallel, the fits of the terminators 94 should this in the side view 7a run parallel. If the axes of the beams for the tracks are at an angle to each other, the cylindrical optics may be aligned with the lenses 203 and 203 For example, mutatis mutandis to arrangements according to the 5 or 6 to be added. The emerging from the terminators beams 144 are on the convex cylindrical lens 202 directed, which would unite the rays from the individual planes in their focus to a line with the length of the beam diameter. In the area of the focus is a concave cylindrical lens 203 with a shorter focal length than the cylindrical lens 202 has, so appropriate, that their focus with the focus of the cylindrical lens 202 matches. This will cause the rays to be the lens 203 leave, again in parallel. The distances between the individual levels have, however, in relation to the distances between the beams when leaving the terminators 26 . 94 had reduced the ratio of the focal lengths of the two cylindrical lenses. In the direction of the tracks, the distances of the beams have remained unchanged, since in the cylinder lenses in this direction have no effect. This results in the modulator elliptical beam cross-sections. The purpose of this arrangement, for example, is to make the total height of the three superimposed ellipses small enough to correspond approximately to the long axis of the ellipses to provide similar ratios in the channels of the acousto-optic modulator as in a circular beam cross-section For example, similar short switching times can be achieved.
Die
Zylinderoptik (202, 203) wird in 3b zwischen
den Abschlußstücken (26, 94)
und dem Modulator (34) gezeigt. Es kann aber in Strahlrichtung
vor oder nach der Zylinderoptik ein wellenlängen- oder polarisationsabhängiger Spiegel 37 an geordnet
sein. Es kann auch eine Zylinderoptik (202, 203)
im Strahlengang nach dem Modulator, vor oder nach dem Streifenspiegel 46 angeordnet
sein. Vorzugsweise wird die Zwischenabbildung im Strahlengang an
den in 4a mit „E" bezeichneten Orten eingesetzt.The cylinder optics ( 202 . 203 ) is in 3b between the end pieces ( 26 . 94 ) and the modulator ( 34 ). However, it can be in the beam direction before or after the cylinder optics, a wavelength or polarization-dependent mirror 37 be ordered to. It can also be a cylinder optics ( 202 . 203 ) in the beam path after the modulator, before or after the streak mirror 46 be arranged. Preferably, the intermediate image in the beam path to the in 4a used with "E" designated places.
In 3c ist
gezeigt, wie die Abstände
der Strahlen aus den Abschlußstücken in
beiden Richtungen verändert
werden können.
Es wird eine verkleinernde Zwischenabbildung mittels der Linsen 191 und 192 angegeben,
so daß der
Abstand zwischen den einzelnen Abschlußstücken 26, 94 größer sein darf,
als der Abstand zwischen den einzelnen Modulatorkanälen T1 bis
T4 auf dem mehrkanaligen akustooptischen Modulator 34.
Das Abbildungsverhältnis entspricht
dem Verhältnis
der Brennweiten der beiden Linsen 191 und 192.
Die Zwischenabbildung wird vorzugsweise telezentrisch ausgebildet,
indem der Abstand der Linse 191 zu den Linsen 133 der
Abschlußstücke 26 bzw. 94 und
zu dem Überkreuzungspunkt 193 gleich
ihrer Brennweite ist und indem der Abstand vom Überkreuzungspunkt 193 zu
der Linse 192 sowie der Abstand der Linse 192 zum
Modulatorkristall 34 gleich ihrer Brennweite ist. Es kann durch
Verstellen des Abstands zwischen den beiden Linsen aber auch erreicht
werden, daß die
aus der Linse 192 austretenden Strahlen nicht mehr parallel verlaufen,
sondern in einem Winkel zueinander, um daran einen Strahlengang
gemäß den 11 oder 12 anzuschließen. Die
Zwischenabbildung (191, 192) wird in 3c zwischen
den Abschlußstücken (26, 94)
und dem Modulator (34) gezeigt. Es kann aber in Strahlrichtung
vor oder nach der Zwischenabbildung ein wellenlängen- oder polarisationsabhängiger Spiegel 37 angeordnet
sein. Es kann auch eine Zwischenabbildung (191, 192)
im Strahlengang nach dem Modulator, vor oder nach dem Streifenspiegel 46 angeordnet
sein. Vorzugsweise wird die Zwischenabbildung im Strahlengang an
den in 3a mit „E" bezeichneten Orten eingesetzt.In 3c It is shown how the distances of the beams from the terminators can be changed in both directions. There is a miniaturizing intermediate image by means of the lenses 191 and 192 indicated so that the distance between the individual end pieces 26 . 94 may be greater than the distance between the individual modulator channels T1 to T4 on the multi-channel acousto-optic modulator 34 , The imaging ratio corresponds to the ratio of the focal lengths of the two lenses 191 and 192 , The intermediate image is preferably formed telecentric by the distance of the lens 191 to the lenses 133 the final pieces 26 respectively. 94 and to the crossover point 193 is equal to their focal length and by the distance from the crossover point 193 to the lens 192 as well as the distance of the lens 192 to the modulator crystal 34 is equal to their focal length. It can be achieved by adjusting the distance between the two lenses but also that of the lens 192 emanating rays no longer run parallel, but at an angle to each other, to it a beam path according to the 11 or 12 to join. The intermediate picture ( 191 . 192 ) is in 3c between the end pieces ( 26 . 94 ) and the modulator ( 34 ). However, it may be in the beam direction before or after the intermediate image, a wavelength or polarization-dependent mirror 37 be arranged. It can also be an intermediate image ( 191 . 192 ) in the beam path after the modulator, before or after the streak mirror 46 be arranged. Preferably, the intermediate image in the beam path to the in 3a used with "E" designated places.
In 3d sind
Fassungen 29 in einem Gehäuse 145 für mehrere
konisch ausgeführte
Abschlußstücke 26 gezeigt,
wie sie in 13 dargestellt sind und die
eine zylindrische Form und zwei zylindrische Passungen aufweisen,
von denen die der Linse 133 zugewendete Passung eine konische
Form hat. Es ist eine Anordnung in 2 parallelen Ebenen ausschnittsweise
vorgesehen. Die Achsen der Abschlußstücke können in Richtung der Spuren
parallel oder in einem Winkel zu einander verlaufen. Das Gehäuse 145 mit
den Fassungen 27 für
die Abschlußstücke ist
Bestandteil des Gehäuses 35, 93,
es kann mit ihm aus einem Stück
gefertigt oder als getrenntes Stück
hergestellt und gasdicht mit ihm verbunden sein. Um die Verlustwärme abzuführen, kann
das Gehäuse 145 gemäß der Erfindung
mit Bohrungen 87 versehen sein, durch die ein Kühlmittel
geleitet wird.In 3d are versions 29 in a housing 145 for several conical terminators 26 shown how they are in 13 shown are and which have a cylindrical shape and two cylindrical fits, of which the lens 133 facing fit has a conical shape. It is an arrangement in 2 parallel planes provided in sections. The axes of the terminators may be parallel or at an angle to each other in the direction of the tracks. The housing 145 with the versions 27 for the terminators is part of the housing 35 . 93 , It can be made with him in one piece or manufactured as a separate piece and be connected to him gas-tight. To dissipate the heat loss, the housing can 145 according to the invention with holes 87 be provided, through which a coolant is passed.
3e zeigt
eine Linse 101, deren Fassung Bohrungen 87 enthält, die
die Linse vorzugsweise in mehreren Windungen umschließen sollen
und von einem Kühlmittel
durchflossen sind. Bei Anordnungen mit hoher Leistung kann man die
Absorption des optischen Mediums der Linsen nicht außer acht
lassen. Außerdem
wird von jeder optischen Fläche
auch bei bester Vergütung
eine geringer Anteil der Strahlung gestreut und von den Fassungsteilen
absorbiert. Deshalb ist eine Kühlung
der Linsenfassungen sinnvoll. Es wurde bereits erwähnt, daß für die am
höchsten
beanspruchten Linsen Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit und geringer Absorption
wie z. B. Saphir vorteilhaft sind. Saphir hat außerdem den Vorteil, daß die Linsenoberfläche infolge
der großen
Härte des
Materials beim Reinigen nicht verkratzt. Auch ist für eine gute
Kontaktierung des optischen Mediums zu der Fassung zu sorgen, was
vorteilhaft durch eine Metallisierung der Randzone des optischen
Elementes und eine Verlötung 223 mit
der Fassung vorgenommen wird, da metallische Lote eine bessere Wärmeleitung
haben als Glaslote, zumal diese auch nur bei bestimmten Glassorten
verwendet werden können. 3e shows a lens 101 whose socket holes 87 contains, which are preferably to enclose the lens in several turns and are traversed by a coolant. With high power devices, one can not disregard the absorption of the optical medium of the lenses. In addition, a small proportion of the radiation is scattered by each optical surface and absorbed by the socket parts, even with the best compensation. Therefore, a cooling of the lens frames makes sense. It has already been mentioned that for the most highly stressed lenses materials with high thermal conductivity and low absorption such. B. sapphire are advantageous. Sapphire also has the advantage that the lens surface does not scratch during cleaning due to the high hardness of the material. It is also necessary to ensure a good contact of the optical medium to the socket, which is advantageous by a metallization of the edge zone of the optical element and a soldering 223 is made with the socket, as metallic solders have a better heat conduction than glass solders, especially since these can be used only in certain types of glass.
3f zeigt
einen Schnitt durch eine Fassung 118 gemäß der Erfindung
für die
Objektivlinse 61, 103, 112, die beispielsweise
mit einem Gewinde an dem Tubus 65, 96, oder der
Fassung 116 befestigt und mit einer Dichtung 125 gedichtet
wird. Die Objektivlinse kann in die Fassung geklebt oder vorzugsweise
an ihrem Rand metallisiert und in die Fassung gelötet werden
(223). Die Fassung kann mit einer oder mehreren Bohrungen 120 versehen
sein, durch die ein Schutzgas, das aus dem Innenraum der optischen
Einheit 8 kommt, ausströmt
und beispielsweise mittels einer Nut 119 über die
zu der Bearbeitungsfläche
weisende Seite der Ob jektivlinse 61, 103, 112 geleitet
wird, um eine Verunreinigung der Objektivlinse durch Materialpartikel
oder Gase, die bei der Bearbeitung freigesetzt werden zu vermeiden. 3f shows a section through a socket 118 according to the invention for the objective lens 61 . 103 . 112 , for example, with a thread on the tube 65 . 96 , or the version 116 attached and with a seal 125 is sealed. The objective lens can be glued into the socket or preferably metallized at its edge and soldered into the socket ( 223 ). The socket can be fitted with one or more holes 120 be provided, through which a protective gas coming from the interior of the optical unit 8th comes, flows out and for example by means of a groove 119 over the side of the objective lens facing the working surface 61 . 103 . 112 is directed to avoid contamination of the objective lens by material particles or gases that are released during processing.
In 4 wird
eine weitere mehrteilige Aufnahme für die optische Einheit einer
Laserstrahlungsquelle gezeigt, die sich in folgenden Punkten von
der in 3 dargestellten unterscheidet:
- – Gehäuse 93,
- – Abschlußstücke 94,
- – zylindrisches
Rohr 95,
- – Tubus 96 und
- – hoch
reflektierender Spiegel 97
In 4 a further multi-part recording for the optical unit of a laser radiation source is shown, which in the following points from the in 3 differentiates: - - Casing 93 .
- - End pieces 94 .
- - cylindrical tube 95 .
- - tube 96 and
- - highly reflective mirror 97
Das
Gehäuse 93 hat
zu den Abschlußstücken 94 passende
Fassungen 29. Die Abschlußstücke 94 entsprechen
vorzugsweise denen der 7, 7a und 7b,
die Achsen Strahlenbündel
laufen bei Aneinanderreihung der Abschlußstücke in den betreffenden Strahlenpaketen
nicht parallel, sondern etwa auf das Zentrum der Konkavlinse 101 zu, was
in der Draufsicht 11 gezeigt ist. Es können aber
auch andere Formen der Abschlußstücke verwendet
werden, wenn dafür
gesorgt ist, daß die
Fassungen 29 dafür
unter einem entsprechenden Winkel angeordnet sind, wie beispielsweise
in 13 gezeigt. In dem Tubus 96 befindet
sich als Übertragungseinheit
eine Abbildungsoptik, die aus 3 Linsen besteht, nämlich eine
Zerstreuungslinse, also eine Konkavlinse 101 und zwei Sammellinsen,
also Konvexlinsen 102 und 103, wobei die Linse 103 vorzugsweise
als auswechselbare Objektivlinse ausgeführt ist. Für die Montage der Linsen bezüglich Dichtheit und
Wärmeableitung
gilt das unter 3 Gesagte, ebenso für die Materialwahl
bezüglich
der Wärmeleitung.
Der Tubus 96 kann in dem Raum zwischen den Linsen 101 und 102 evakuiert
sein oder mit einem Schutzgas gefüllt sein oder vorzugsweise über eine Bohrung 104 mit
dem Raum 105 verbunden sein, der seinerseits über eine
Bohrung 106 mit dem Raum 107 verbunden ist. Der
Raum 107 ist mit dem Raum 111 über die Bohrung 47 verbunden,
der seinerseits gasdicht abgeschlossen ist, wie unter 3 beschrieben.
Der Raum zwischen den Linsen 102 und 103 kann über eine
Bohrung 72, 104 (3f) mit dem
Raum 105 verbunden sein, insbesondere wenn die Fassung
des Objektives gasdicht abgeschlossen ist oder wie unter 3 beschrieben
ständig
eine geringe Menge des Schutzgases durch die optische Einheit fließt und in
der Nähe
der Objektivlinse austritt, was in 3f gezeigt
ist. Der gesamte Innenraum der Aufnahme für die optische Einheit, bestehend
aus den Räumen 111, 105, 107,
ist vorzugsweise evakuiert oder mit einem Schutzgas gefüllt bzw. von
einem Schutzgas durchströmt,
wie unter 3 detailliert beschrieben wurde.
Die nicht gewünschten Strahlenbündel werden
mit einem hoch reflektierenden Spiegel 97 abgefangen. Der
Abstand zwischen dem hochreflektierenden Spiegel und den Modulatoren
ist entsprechend groß gehalten,
um eine ausreichende räumliche
Trennung der Strahlenpakete I0 und I1 zu erzielen. Der optische Strahlengang
der Übertragungseinheit
in 4 stellt eine Seitenansicht dar, in 11 ist
ein prinzipieller Strahlengang für
eine Draufsicht zu 4 angegeben. Der Strahlengang
der Linsen 101 und 102 entspricht dem eines umgekehrten
Galiläi-Teleskops;
er läßt sich
aber auch als ein umgekehrtes Kepler-Teleskop ausführen, wenn man die kurzbrennweitige
Konkavlinse 101 gegen eine Konvexlinse austauscht. Solche
Teleskope sind beschrieben in dem Lehrbuch "Optik" von Klein und Furtak, Springer 1988,
S. 140 bis 141. Der Vorteil der Anordnung nach 4 ist,
daß für die Übertragungseinheit
nur 3 Linsen erforderlich sind. Der Nachteil, daß die Strahlenbündel der
einzelnen Abschlußstücke nicht
parallel verlaufen, wird durch Abschlußstücke gemäß den 7, 7a und 7b behoben.The housing 93 has to the final pieces 94 suitable versions 29 , The final pieces 94 preferably correspond to those of 7 . 7a and 7b , The axes of the beam bundles run parallel to each other when the terminators are arranged in the respective bundles of rays, but approximately to the center of the concave lens 101 to what in the plan view 11 is shown. But it can also be used other forms of terminators, if it is ensured that the versions 29 are arranged at a corresponding angle, such as in 13 shown. In the tube 96 is located as a transmission unit imaging optics, which consists of 3 lenses, namely a diverging lens, ie a concave lens 101 and two converging lenses, so convex lenses 102 and 103 , where the lens 103 is preferably designed as a replaceable objective lens. For the installation of the lenses with regard to tightness and heat dissipation, see under 3 Said, as well as for the choice of material regarding the heat conduction. The tube 96 can be in the space between the lenses 101 and 102 be evacuated or filled with an inert gas or preferably via a bore 104 with the room 105 be connected, in turn, via a hole 106 with the room 107 connected is. The space 107 is with the room 111 over the hole 47 connected, which in turn is sealed gas-tight, as under 3 described. The space between the lenses 102 and 103 can have a hole 72 . 104 ( 3f ) with the room 105 be connected, in particular if the version of the lens is gas-tight manner or as under 3 described constantly a small amount of inert gas flows through the optical unit and exits near the objective lens, which in 3f is shown. The entire interior of the receptacle for the optical unit, consisting of the rooms 111 . 105 . 107 is preferably evacuated or filled with an inert gas or by a protective gas flows through, as under 3 has been described in detail. The unwanted beams are provided with a highly reflective mirror 97 intercepted. The distance between the highly reflecting mirror and the modulators is kept sufficiently large in order to achieve a sufficient spatial separation of the beam packets I 0 and I 1 . The optical beam path of the transmission unit in 4 represents a side view, in 11 is a principal ray path for a top view 4 specified. The beam path of the lenses 101 and 102 corresponds to the egg its inverted Galilee telescope; but it can also be implemented as an inverted Kepler telescope, if one uses the short focal length concave lens 101 exchanged for a convex lens. Such telescopes are described in the textbook "Optics" by Klein and Furtak, Springer 1988, pp. 140 to 141. The advantage of the arrangement according to 4 is that only 3 lenses are required for the transmission unit. The disadvantage that the beams of the individual terminators are not parallel, is provided by terminators according to the 7 . 7a and 7b Fixed.
Man
könnte
auch eine Linse 55 verwenden, um die Strahlenbündel in
die gewünschte
Richtung umzulenken, wie in 10 dargestellt
wurde. Dann würden
die einzelnen Laserstrahlenbündel
zwischen den Abschlußstücken 26 und
der Linse 55, die wie in 3 angeordnet
wird, parallel zueinander verlaufen und es ergibt sich bezüglich des
Gehäuses
und der Abschlußstücke bzw.
ihrer Anordnung kein Unterschied zu 3. Da aber
die Linse 55 neben der ablenkenden Wirkung auch eine sammelnde
Wirkung auf die einzelnen Strahlenbündel ausübt, würden am Ort der Konkavlinse 101 nicht
die gleichen Verhältnisse
entstehen wie in 11. Dies kann aber durch eine
andere Justierung des Abstands der Faser 28 bzw. der Laserfiber 5 zu
der Linse 133 oder eine Modifikation der Linse 133 in
den Abschlußstücken 26 ausgeglichen
werden, d. h. der Strahlenkegel der Laserstrahlenbündel aus
den einzelnen Abschlußstücken würde jeweils
so eingestellt, daß sich
auf der Bearbeitungsfläche
am Ort der Punkte B1 bis Bn jeweils
ein scharfes Bild ergibt. Es ist gemäß der Erfindung auch möglich, die
Linsen 102 und 103 zu einer einzigen, gemeinsamen
Linse zusammenzufassen. Dann ergibt sich eine Übertragungseinheit mit nur
2 Linsen.You could also use a lens 55 use to redirect the beams in the desired direction, as in 10 was presented. Then the individual laser beams would be between the terminators 26 and the lens 55 that like in 3 is arranged, run parallel to each other and there is no difference with respect to the housing and the terminators or their arrangement 3 , But there the lens 55 In addition to the distracting effect also exerts a collecting effect on the individual beam, would be in place of the concave lens 101 not the same conditions arise as in 11 , But this can be done by another adjustment of the distance of the fiber 28 or the laser fiber 5 to the lens 133 or a modification of the lens 133 in the final pieces 26 be compensated, ie the beam cone of the laser beam from the individual terminators would each be set so that there is a sharp image on the processing surface at the location of the points B 1 to B n . It is also possible according to the invention, the lenses 102 and 103 into a single, common lens. Then there is a transmission unit with only 2 lenses.
An
der mehrteiligen Aufnahme ist ein besonderes Mundstück 82 vorgesehen,
das eine Verschmutzung der Objektivlinse 112 verhindern
soll und das in dem parallellaufenden, gleichzeitig mit der vorliegenden
Anmeldung eingereichten deutschen Gebrauchsmuster DE 298 16 110 U1 "Anordnung zum Entfernen
von Material, das durch eine Laserstrahlungsquelle bei der Materialbearbeitung
von einer Bearbeitungsfläche
abgetragen wird",
beschrieben ist.At the multipart recording is a special mouthpiece 82 provided that contamination of the objective lens 112 and in the parallel running, simultaneously filed with the present application German utility model DE 298 16 110 U1 "Arrangement for removing material that is removed by a laser radiation source in the material processing from a processing surface" is described.
5 zeigt
eine mehrteilige Aufnahme, die noch wesentlich kompakter ausgeführt ist,
als die der 3 und 4. Als Übertragungseinheit
wird in Verbindung mit einer Spiegelanordnung eine Objektivlinse 112 verwendet,
die zum Erzielen verschiedener Abbildungsmaßstäbe ausgetauscht werden kann 5 unterscheidet
sich von 4 in folgenden Punkten. Das
zylindrische Rohr 95 wird ersetzt durch ein exzentrisches
Rohr 113. Der Tubus 96 wird vorzugsweise ersetzt
durch eine Platte 114 mit einem Hohlspiegel 115 und
eine Fassung 116 mit einer Objektivlinse 112 und
einer hoch vergüteten
Platte 117. Die Abfangeinheit 73 erhält oberhalb
des hochreflektierenden Spiegels 97 einen gewölbten (konvexen) Spiegel 121.
Das exzentrische Rohr ist auf einer Seite mit dem Gehäuse 93 verbunden.
Eine Dichtung 52 sorgt für die erforderliche Dichtheit.
In das exzentrische Rohr 113 ist eine Platte 114 eingesetzt,
die einen Durchlaß für die Strahlenpakete
I0 und I1 enthält und den
Hohlspiegel 115 trägt,
dessen Verlustwärme damit
gut an das exzentrische Rohr abgeleitet wird. Das exzentrische Rohr
hat zwei zueinander vorzugsweise parallele Achsen, nämlich erstens
die Symmetrieachse der eintretenden Strahlenpakete mit der Richtung
I0, die auf den gewölbte Spiegel gerichtet sind und
zweitens die Achse zwischen Hohlspiegel und Objektivlinse 112,
die als optische Symmetrieachse für die austretende Laserstrahlung
betrachtet werden kann. Gemäß der Erfindung
ist der Strahlengang mittels der beiden Spiegel 121 und 115 gefaltet. Der
gewölbte
Spiegel 121 ist vorzugsweise aus Metall gefertigt. Er ist
eng mit dem hoch reflektierenden Spiegel 97 verbunden und
vorzugsweise mit ihm zusammen aus einem Stück gefertigt. Die konvexe Fläche des
gewölbten
Spiegels kann sphärisch
oder asphärisch
geformt sein. Der Spiegel 115 ist konkav geformt, also
ein Hohlspiegel. Seine Fläche
kann sphärisch
geformt sein, ist aber vorzugsweise asphärisch geformt. Er besteht vorzugsweise
aus Metall. Metall hat den Vorteil der guten Abführung der Verlustwärme. Weiterhin
ergibt sich bei der Herstellung aus Metall ein erheblicher Vorteil
bei der Erzeugung asphärischer
Flächen,
die in diesem Fall nämlich,
wie auch sphärische
und plane Flächen,
durch bekannte Diamant-Polierdrehverfahren erzeugt werden können. Dadurch
können
der hoch reflektierende Spiegel 97 und der gewölbte Spiegel 121 aus
einem Stück
und vorzugsweise in einem Arbeitsgang mit der gleichen Form der
Oberfläche
hergestellt und gemeinsam verspiegelt werden, was besonders einfach
in der Herstellung und sehr vorteilhaft für die Positionsstabilität des gewölbten Spiegels
ist, denn bei der Modulation der Laserenergie mittels des akustooptischen
Modulators trifft sie entweder auf den gewölbten Spiegel 121 oder
auf den hochreflektierenden Spiegel 97. Die erzeugte Verlustwärme bleibt
in jedem Fall gleich und der gewölbte
Spiegel behält
seine Temperatur und damit seine Position bei, was sehr wichtig
ist, da er vorzugsweise mit einer kurzen Brennweite ausgeführt ist
und deshalb die Abbildungsgüte
der Anordnung sehr von seiner exakten Position abhängig ist. In
diesem Fall hat der gewölbte
Spiegel 121 die Funktion des hochreflektierenden Spiegels 97 in
vorteilhafter Weise mit übernommen.
Der hoch reflektierende Spiegel kann 97 aber auch eine
andere Form der Oberfläche
haben als der gewölbte
Spiegel 121 und beispielsweise ein Planspiegel sein. Der
Strahlengang ähnelt
dem eines umgekehrten Spiegelteleskops nach Herschel, das statt
des gewölbten
Spiegels aber eine Konvexlinse enthält, und ist in 12 näher beschrieben.
Spiegelteleskope sind in dem "Lehrbuch
der Experimentalphysik Band III, Optik" von Bergmann-Schäfer, 7. Auflage, De Gruyter
1978, auf der Seite 152 beschrieben. Man kann auch den gewölbten Spiegel
durch einen kurzbrenn weitigen Hohlspiegel ersetzen. Dadurch würde die
Baulänge geringfügig vergrößert und
es wären
andere Strahlenkegel der aus dem Abschlußstück austretenden Strahlenbündel einzustellen,
um in der Bildebene ein scharfes Bild zu erhalten. An dem exzentrische
Rohr ist die Abfanganordnung 73 über eine Dichtung 76 gasdicht
angebracht, über
die die nicht erwünschte Laserenergie,
wie unter den 3 und 4 beschrieben,
zu einer Kühlplatte 86 mit
Bohrungen 87 abgeleitet und unschädlich gemacht wird. Es ist
auch möglich,
bereits am Ort der Platte 114 die nicht erwünschte Laserstrahlung
aus dem Strahlenpaket I1 abzufangen und
unschädlich
zu machen. 5 shows a multi-part recording, which is designed to be much more compact than that of 3 and 4 , As a transmission unit in conjunction with a mirror arrangement, an objective lens 112 used, which can be exchanged to achieve different magnifications 5 differs from 4 in the following points. The cylindrical tube 95 is replaced by an eccentric tube 113 , The tube 96 is preferably replaced by a plate 114 with a concave mirror 115 and a version 116 with an objective lens 112 and a high tempered plate 117 , The interception unit 73 receives above the highly reflective mirror 97 a domed (convex) mirror 121 , The eccentric tube is on one side with the housing 93 connected. A seal 52 ensures the required tightness. Into the eccentric tube 113 is a plate 114 used, which contains a passage for the radiation packets I 0 and I 1 and the concave mirror 115 carries, whose heat loss is thus derived well to the eccentric tube. The eccentric tube has two mutually preferably parallel axes, namely, first, the axis of symmetry of the incoming beam packets with the direction of I 0 , which are directed to the curved mirror and second, the axis between the concave mirror and the objective lens 112 , which can be considered as an optical axis of symmetry for the exiting laser radiation. According to the invention, the beam path is by means of the two mirrors 121 and 115 folded. The arched mirror 121 is preferably made of metal. He is closely related to the highly reflective mirror 97 connected and preferably made with him together from one piece. The convex surface of the domed mirror may be spherically or aspherically shaped. The mirror 115 is concave, so a concave mirror. Its surface may be spherically shaped but is preferably aspherical in shape. It is preferably made of metal. Metal has the advantage of good dissipation of heat loss. Furthermore, in the production of metal there is a considerable advantage in the production of aspherical surfaces, which in this case, namely, as well as spherical and planar surfaces, can be produced by known diamond polishing processes. This allows the highly reflective mirror 97 and the arched mirror 121 manufactured in one piece and preferably in one operation with the same shape of the surface and mirrored together, which is particularly easy to manufacture and very advantageous for the positional stability of the curved mirror, because in the modulation of the laser energy by means of the acousto-optic modulator either on the arched mirror 121 or on the highly reflective mirror 97 , The heat loss generated in each case remains the same and the domed mirror maintains its temperature and thus its position, which is very important because it is preferably designed with a short focal length and therefore the imaging quality of the device is very dependent on its exact position. In this case, the arched mirror has 121 the function of the highly reflective mirror 97 taken over in an advantageous manner. The highly reflective mirror can 97 but also have a different shape of the surface than the arched mirror 121 and, for example, a plane mirror. The beam path is similar to that of a reverse mirror telescope according to Herschel, which instead of the curved mirror contains a convex lens, and is in 12 described in more detail. Mirror telescopes are described in the "Textbook of Experimental Physics Volume III, Optics" by Bergmann-Schäfer, 7th edition, De Gruyter 1978, on page 152. You can also replace the arched mirror with a short focal length concave mirror. As a result, the overall length would be slightly increased and it would be to adjust other radiation cone of emerging from the terminator beams to obtain a sharp image in the image plane. At the eccentric tube is the interceptor assembly 73 about a seal 76 attached gas-tight, over which the unwanted laser energy, as under the 3 and 4 described, to a cooling plate 86 with holes 87 derived and rendered harmless. It is also possible already at the place of the plate 114 to intercept the unwanted laser radiation from the radiation packet I 1 and render harmless.
Der
Raum 111 in dem Gehäuse 93 ist über die
Bohrung 122 mit dem Hohlraum 123 verbunden. Beide
Räume können evakuiert
oder vorzugsweise mit einem Schutzgas gefüllt bzw. von einem Schutzgas
durchströmt
werden wie bereits beschrieben. An dem Ende des exzentrischen Rohres 113,
das dem Gehäuse 93 gegenüberliegt,
ist die Fassung 116 angebracht, die die auswechselbare
Objektivlinse 112 aufnimmt. Eine Dichtung 124 schließt den Hohlraum 123 gasdicht
ab. Weiterhin kann die Fassung eine vergütete Platte 117 aufnehmen,
deren Rand vorzugsweise metallisiert ist, und die mit der Fassung vorzugsweise
gasdicht verlötet
ist. Ihre Aufgabe es ist, den Hohlraum 123 gasdicht zu
halten, wenn die Objektivlinse zum Reinigen entfernt wurde oder wenn
eine Objektivlinse mit anderer Brennweite eingesetzt werden soll,
um einen anderen Abbildungsmaßstab
zu erzeugen. Der Raum zwischen der Objektivlinse 112 und
der hoch vergüteten
Platte 117 kann auch über
eine Bohrung 104 mit dem Raum 123 verbunden sein,
insbesondere dann, wenn die gesamte optische Einheit wie unter 4 beschrieben, ständig von
einem Schutzgas durchströmt
wird, das in der Nähe
der Objektivlinse 112 austritt, was in der 3f gezeigt
ist. Die hoch vergütete
Platte 117 kann aber auch optische Korrekturfunktionen
enthalten, wie sie von der aus der Literatur bekannten Schmidt-Optik
bekannt sind, um damit die optische Abbildungsqualität der Anordnung
zu verbessern. Es ist aber auch möglich, die hoch vergütete Platte
wegzulassen, insbesondere, wenn sie keine optische Korrekturfunktion
enthält
und die Objektivlinse gasdicht eingesetzt wurde oder durch ein hindurch
strömendes Schutzgas
dafür gesorgt
ist, daß beim Wechseln
der Objektivlinse kein Schmutz in den Raum 123 eintreten
kann.The space 111 in the case 93 is over the hole 122 with the cavity 123 connected. Both rooms can be evacuated or preferably filled with a protective gas or flowed through by a protective gas as already described. At the end of the eccentric tube 113 that the case 93 is opposite, is the version 116 attached, which is the interchangeable objective lens 112 receives. A seal 124 closes the cavity 123 gastight. Furthermore, the version of a tempered plate 117 record, whose edge is preferably metallized, and which is preferably gas-tight soldered to the socket. Your job is the cavity 123 gas-tight if the objective lens has been removed for cleaning or if an objective lens with a different focal length is to be used to produce a different magnification. The space between the objective lens 112 and the high-tempered plate 117 can also have a hole 104 with the room 123 be connected, especially if the entire optical unit as under 4 described, is constantly flowed through by a protective gas, which is in the vicinity of the objective lens 112 what happens in the 3f is shown. The high tempered plate 117 but may also contain optical correction functions, as they are known from the Schmidt-Optik known from the literature, in order to improve the optical imaging quality of the arrangement. But it is also possible to omit the highly coated plate, in particular, if it contains no optical correction function and the objective lens was used gas-tight or by a protective gas flowing through it is ensured that when changing the objective lens no dirt in the room 123 can occur.
An
der mehrteiligen Aufnahme ist ein besonderes Mundstück 82 vorgesehen,
das eine Verschmutzung der Objektivlinse 112 verhindern
soll, wie es in der parallellaufenden, gleichzeitig mit der vorliegenden
Anmeldung eingereichten deutschen Gebrauchsmuster DE 298 16 110 U1 "Anordnung zum Entfernen
von Material, das durch eine Laserstrahlungsquelle bei der Materialbearbeitung
von einer Bearbeitungsfläche
abgetragen wird" beschrieben
ist.At the multipart recording is a special mouthpiece 82 provided that contamination of the objective lens 112 should prevent, as in the parallel running, simultaneously filed with the present application German utility model DE 298 16 110 U1 "Arrangement for removing material that is removed by a laser radiation source in the material processing of a processing surface" is described.
Das
exzentrische Rohr kann mit Kühlrippen 92 versehen
sein, die von einem nicht dargestellten Lüfter angeblasen werden können, um
die Verlustwärme
besser an die Umgebung abzugeben. Die mehrteilige Aufnahme ist in
einem Prisma um eine durch die Objektivlinse definierte Achse zwischen Hohlspiegel
und Objektivlinse drehbar gelagert, um den Spurabstand wie unter 3 beschrieben
einstellbar zu machen und den richtigen Abstand zu der Bearbeitungsfläche 81 einzustellen.
Die mehrteilige Aufnahme kann mit einem Spannband 85 fixiert
werden.The eccentric tube can with cooling fins 92 be provided, which can be blown by a fan, not shown, to better dissipate the heat loss to the environment. The multi-part recording is rotatably mounted in a prism about an axis defined by the objective lens between the concave mirror and the objective lens to the track spacing as shown in 3 described adjustable and the correct distance to the working surface 81 adjust. The multi-part recording can with a strap 85 be fixed.
Weiterhin
gelten alle Beschreibungen, die zu den 3, 3a und 4 gegeben
wurden, sinngemäß.Furthermore, all descriptions that apply to the 3 . 3a and 4 were given, mutatis mutandis.
Es
ist aber auch möglich,
anstelle des akustooptischen Modulators 34 andere Modulatoren,
z. B. sogenannte elektrooptische Modulatoren einzusetzen. Elektrooptische
Modulatoren sind unter den Begriffen „Lasermodulatoren", „Phasen-Modulatoren" und „Pockels-Zellen" auf den Seiten F16
bis F33 des Gesamtkatalogs G3, Bestell Nr. 650020 der Firma Laser
Spindler & Hoyer,
Göttingen
beschrieben. Es sind auch mehrkanalige elektrooptische Modulatoren verwendet
worden, was in der Druckschrift "Der
Laser in der Druckindustrie" von
Werner Hülsbuch,
Verlag W. Hülsbusch,
Konstanz, auf Seite 523 in 8–90a gezeigt ist. Verwendet man ein- oder mehrkanalige
elektrooptischen Modulatoren in Zusammenhang mit einem doppelbrechenden
Material, dann kann man jeden Laserstrahl in zwei Strahlen aufspalten,
die über
weitere Modulatoren getrennt mo duliert werden können. Eine solche Anordnung wird
in der Literatur auch als elektrooptischer Ablenker bezeichnet.But it is also possible, instead of the acousto-optic modulator 34 other modulators, e.g. B. use so-called electro-optical modulators. Electro-optical modulators are described under the terms "laser modulators", "phase modulators" and "Pockels cells" on pages F16 to F33 of the General Catalog G3, Order No. 650020 of the company Laser Spindler & Hoyer, Göttingen.These are also multichannel electro-optical Modulators were used, what in the publication "The laser in the printing industry" by Werner Hülsbuch, Verlag W. Hülsbusch, Konstanz, on page 523 in 8th - 90a is shown. If single-channel or multichannel electro-optical modulators are used in conjunction with a birefringent material, then one can split each laser beam into two beams which can be modulated separately via further modulators. Such an arrangement is also referred to in the literature as an electro-optical deflector.
Man
kann aber auch die Fiberlaser direkt modulieren. Solche direkt modulierbaren
Fiberlaser, die über
einen separaten Modulationseingang verfügen, werden beispielsweise
von der Firma IPG Laser GmbH D-57299 Burbach, unter der Bezeichnung „Modell
YLPM Series", angeboten.
Der Vorteil ist, daß die
Modulatoren und die zugehörige
Elektronik entfallen können,
wie in 13 gezeigt ist.But you can also modulate the fiber laser directly. Such directly modulatable fiber lasers, which have a separate modulation input, are offered, for example, by IPG Laser GmbH D-57299 Burbach, under the name "Model YLPM Series." The advantage is that the modulators and the associated electronics can be dispensed with. as in 13 is shown.
In 6 ist
eine Ausführungsform
eines Abschlußstücks 26 (Terminator)
für eine
Faser gezeigt. Solche Abschlußstücke können mit
Vorteil für
die Auskopplung der Laserstrahlung aus einer Faser verwendet werden,
wie sie in der parallellaufenden, gleichzeitig mit der vorliegenden
Anmeldung eingereichten deutschen Patentanmeldung DE 198 40 935 A1 "Abschlußstück für Lichtleitfasern", und im parallellaufenden,
gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten deutschen
Gebrauchsmuster DE
298 16 108 U1 „Abschlußstück für Lichtleitfasern", beschrieben sind.
Dieses Abschlußstück 26 kann
grundsätzlich
für alle
Anwendungsfälle
benutzt werden, bei denen es darauf ankommt, das aus einer Faser 28 oder
einer zu einem Fiberlaser gehörenden Laserfiber 5 austretende
Strahlenbündel
mit einer lösbaren
Verbindung präzise
anzukoppeln. Ebenso ist es mit Hilfe dieses Abschlußstücks möglich, eine präzise lösbare Verbindung
der Faser 5, 28 mit der übrigen Optik zu erzeugen. Das
Gehäuse
weist eine oder mehrere äußere Passungen 134 auf,
mit denen das Gehäuse
in einer Fassung 29 genau eingesetzt werden kann. An einem
Ende des Gehäuses
wird das Ende der Faser 28 bzw. der Laserfiber 5 aufgenommen
und innerhalb des Gehäuses
in der Öffnung 130 geführt. Am
anderen Ende des Gehäuses
ist eine kurzbrennweitige Linse 133 befestigt. Es können Mittel
zum Justieren der Lage der Faser 28 bzw. Laserfiber 5 innerhalb
des Abschlußstückes vorgesehen
werden, um die Lage der Faser 28 bzw. Laserfiber 5 zu
der Linse 133 innerhalb des Abschlußstückes und in Bezug auf die Passungen 134 zu
justieren. Es kann auch die Lage der Linse zu der Faser justiert
werden. Durch die Justierung soll erreicht werden, daß das aus
der Linse 133 austretende Strahlenbündel 144 in eine vorgegebene
Achs- und Fokuslage mit einem definierten Kegel gebracht wird.In 6 is an embodiment of a termination piece 26 (Terminator) for a fiber shown. Such terminators can be used to advantage for the decoupling of the laser radiation from a fiber, as introduced in the parallel running, simultaneously with the present application filed German patent application DE 198 40 935 A1 "Terminator for optical fibers", and in parallel running, simultaneously filed with the present application German utility model DE 298 16 108 U1 "Terminator for optical fibers" are described 26 can be used in principle for all applications where it is important that a fiber 28 or a laser fiber belonging to a fiber laser 5 Precipitating emergent beams with a detachable connection. It is also possible with the help of this end piece, a precisely releasable connection of the fiber 5 . 28 to produce with the remaining optics. The housing has one or more outer fits 134 on, with which the case in a socket 29 can be used exactly. At one end of the case becomes the end of the fiber 28 or the laser fiber 5 taken up and inside the housing in the opening 130 guided. At the other end of the housing is a short focal length lens 133 attached. There may be means for adjusting the position of the fiber 28 or laser fiber 5 be provided within the terminator to the position of the fiber 28 or laser fiber 5 to the lens 133 within the final piece and in terms of fits 134 to adjust. It is also possible to adjust the position of the lens to the fiber. By adjusting to be achieved that from the lens 133 emergent bundles of rays 144 is brought into a predetermined axis and focus position with a defined cone.
In 6a ist
ein Querschnitt durch das Abschlußstück 26 im Bereich der
Justierschrauben gezeigtIn 6a is a cross section through the end piece 26 shown in the area of adjusting screws
Die
in 6 dargestellte Ausführungsform des Abschlußstücks 26 hat
einen quadratischem oder rechteckigen Querschnitt, bei dem alle
gegenüberliegenden
Aussenflächen
parallel verlaufen und Passungen 134 sein können. Um
zu verhindern, daß die
optischen Flächen
auf der Lichtleitfaser und der Seite der Linse 133, die
der Lichtleitfaser zugewendet ist, durch Partikel in der umgebenden
Luft verschmutzen, können
die Verbindungen in den 6, 6a, 7, 7a und 7b zwischen
der Linse 133 und dem Gehäuse sowie zwischen den Justierschrauben
und dem Gehäuse
hermetisch verschlossen werden. 7 zeigt
eine Ausführungsform
des Abschlußstücks 94 mit
rechteckigem Querschnitt, wobei zwei gegenüberliegende Außenflächen trapezförmig und
zwei gegenüberliegende
Außenflächen parallel
zueinander verlaufen. Es können auch
alle gegenüberliegenden
Außenflächen trapezförmig zueinander
verlaufen. Die Außenflächen können Passungen 134 sein.In the 6 illustrated embodiment of the end piece 26 has a square or rectangular cross-section, in which all opposite outer surfaces are parallel and fits 134 could be. To prevent the optical surfaces on the optical fiber and the side of the lens 133 , which is facing the optical fiber, pollute by particles in the surrounding air, the compounds in the 6 . 6a . 7 . 7a and 7b between the lens 133 and the housing, as well as between the adjustment screws and the housing hermetically sealed. 7 shows an embodiment of the end piece 94 with rectangular cross section, wherein two opposite outer surfaces trapezoidal and two opposite outer surfaces parallel to each other. It can also extend all opposite outer surfaces trapezoidal to each other. The outer surfaces can be fits 134 be.
In 7a ist
ein Längsschnitt
und in 7b ist ein Querschnitt durch
das Abschlußstück gemäß 7 gezeigt.In 7a is a longitudinal section and in 7b is a cross section through the end piece according to 7 shown.
Es
ist grundsätzlich
möglich,
mehrere der im vorangehenden beschriebene Abschlußstücke in mehreren
Spuren nebeneinander und in mehreren Ebenen übereinander zu einem Paket
zusammenzufassen. Es ist weiterhin möglich, die Form der Abschlußstücke und
der zugehörigen
Fassungen anders als in den Figuren dargestellt auszuführen, beispielsweise
kann eine zylindrische Form mit einer zylindrischen und einer konischen
Passung gemäß den Fassungen
in 3d verwendet werden oder eine ausschließlich zylindrische
Passung eingesetzt werden, oder es kann eine beispielsweise zylindrische Form
des Abschlußstücks rechteckförmige oder
trapezförmige
Passungen nach 6 oder 7 erhalten.It is basically possible to combine several of the terminators described above in several tracks next to each other and in several levels one above the other to form a package. It is also possible to make the shape of the end caps and the associated sockets differently than shown in the figures, for example, a cylindrical shape with a cylindrical and a conical fit according to the versions in 3d can be used or an exclusively cylindrical fit can be used, or it may, for example, a cylindrical shape of the end piece rectangular or trapezoidal fits after 6 or 7 receive.
In 8 ist
eine Anordnung mit einem elektrooptischen Modulator 168 dargestellt.
In einem elektrooptischen Modulator wird beispielsweise die Polarisationsrichtung
der nicht zur Bearbeitung erwünschten
Laserstrahlung aus dem auftreffenden Strahlenbündel 163, gedreht
(Pb) und anschließend in einem polarisationsabhängigen Strahlteiler,
der auch als polararisationsabhängiger
Spiegel 169 bezeichnet wird, die nicht zur Bearbeitung
erwünschte Laserstrahlung
Pb abgetrennt und in einen Sumpf, beispielsweise
in einen Wärmetauscher,
der aus einer gekühlten
Platte 86 bestehen kann, geleitet. Die zur Bearbeitung
erwünschte
Strahlung Pa wird nicht in der Polarisationsrichtung
gedreht und über
die Linse 165 der Bearbeitungsfläche zugeführt. In den Ausführungsbeispielen
nach den 3, 4, und 5 können die
ein- oder mehrkanaligen akustooptischen Modulatoren 34 durch
entsprechende ein- oder mehrkanalige elektrooptische Modulatoren
ersetzt werden. Ebenso kann in den Ausführungsbeispielen nach den 3, 4,
und 5 der hochreflektierende Spiegel 74, 97 durch
den polarisationsabhängigen
Spiegel 169 ersetzt werden (8), woraus
sich eine Abfanganordnung 78 ergibt und wobei der polarisationsabhängige Spiegel
in den zur Bearbeitung erwünschten
Strahlengang hinein reicht.In 8th is an arrangement with an electro-optical modulator 168 shown. In an electro-optical modulator, for example, the polarization direction of the laser radiation which is not desired for processing becomes the incident beam 163 , rotated (P b ) and then in a polarization-dependent beam splitter, which also serves as a polarization-dependent mirror 169 is designated, the not desired for processing laser radiation P b and separated into a sump, for example in a heat exchanger consisting of a cooled plate 86 can exist, passed. The radiation P a desired for processing is not rotated in the polarization direction and over the lens 165 supplied to the processing surface. In the embodiments of the 3 . 4 , and 5 can be the single or multi-channel acousto-optic modulators 34 be replaced by appropriate single or multi-channel electro-optical modulators. Likewise, in the embodiments according to the 3 . 4 , and 5 the highly reflective mirror 74 . 97 through the polarization-dependent mirror 169 be replaced ( 8th ), resulting in a interception arrangement 78 and wherein the polarization-dependent mirror extends into the beam path desired for processing.
9 zeigt
eine Draufsicht auf einen vierkanaligen akustooptischen Ablenker
bzw. Modulator, bei dem der Abstand von Kanal zu Kanal beispielsweise
2,5 mm beträgt.
In der Beschreibung zu den 3, 3a, 4 und 5 wird
erwähnt,
daß der
Raum 44 bzw. 111, in dem die Modulatoren angeordnet
sind, möglichst
frei von solchen Komponenten sein soll, die Partikel oder Gase absondern,
weil sich damit Partikel auf den hochbelasteten optischen Flächen absetzen
könnten,
was zum frühzeitigen
Ausfall der Anordnung führen
würde.
Aus diesem Grunde sind die elektrischen Komponenten der Anordnung
in 9 und 9a auf einer separaten Leiterplatte 171 angeordnet,
die nur mit zwei Armen in den gedichteten Raum hineinragt und die
elektrischen Anschlüsse
zu den piezoelektrischen Gebern 45 herstellt. Die Leiterplatte 171 ist
zum Modulatorgehäuse 172 vorzugsweise
mittels einer Löt stelle 173 abgedichtet.
Anstelle einer Leiterplatte kann auch eine andere Leitungsanordnung
eingesetzt werden. Beispielsweise kann jeder Hochfrequenzkanal durch eine
eigene abgeschirmte Leitung angeschlossen werden. Das Modulatorgehäuse 172 enthält eine
Zugangsöffnung 174 zu
den elektrischen Bauelementen. Der Modulatorkristall 34 kann
an seiner Grundfläche
metallisiert sein und ist vorzugsweise mittels einer Lötstelle
oder einer Klebung 175 auf dem Modulatorgehäuse befestigt.
Direkt unterhalb der Befestigungsstelle kann sich ein Anschluß 176 an
ein Kühlsystem
befinden, um die Verlustwärme über die Öffnungen 87 durch
ein Kühlmittel
abzutransportieren. Das Modulatorgehäuse 172 ist vorzugsweise
durch einen Deckel 177 verschlossen, der die elektrischen Anschlüsse 181 trägt und auch
die Anschlüsse
für das
Kühlsystem
enthält,
was aber nicht dargestellt ist. Mittels einer Dichtung 43 ist
dafür gesorgt,
daß das
Modulatorgehäuse 172 gasdicht
in das Gehäuse 35 bzw. 93 der 3, 3a, 4,
und 5 eingesetzt und mittels der Verbindung 42 befestigt
wird. 9 shows a plan view of a four-channel acousto-optic deflector or modulator, in which the distance from channel to channel, for example, 2.5 mm. In the description to the 3 . 3a . 4 and 5 it is mentioned that the room 44 respectively. 111 , in which the modulators are arranged, should be as free as possible of such components that secrete particles or gases, because it could deposit particles on the highly loaded optical surfaces, which would lead to premature failure of the arrangement. For this reason, the electrical components of the arrangement are in 9 and 9a on a separate circuit board 171 arranged, which protrudes with only two arms in the sealed space and the electrical connections to the piezoelectric encoders 45 manufactures. The circuit board 171 is to the modulator housing 172 preferably by means of a soldering agency 173 sealed. Instead of a circuit board and a different line arrangement can be used. For example, each radio frequency channel can be connected by its own shielded line. The modulator housing 172 contains an access opening 174 to the electrical components. The modulator crystal 34 can be metallized on its base and is preferably by means of a solder joint or a bond 175 attached to the modulator housing. Directly below the attachment point can be a connection 176 to a cooling system to the heat loss through the openings 87 to be removed by a coolant. The modulator housing 172 is preferably through a lid 177 closed, the electrical connections 181 and also contains the connections for the cooling system, but this is not shown. By means of a seal 43 is ensured that the modulator housing 172 gas-tight in the housing 35 respectively. 93 of the 3 . 3a . 4 , and 5 used and by means of the connection 42 is attached.
Es
ist möglich,
den elektrooptischen Modulator 168 in ähnlicher Weise an dem Modulatorgehäuse (172)
zu befestigen und über
die Leiterplatte 171 zu kontaktieren.It is possible to use the electro-optical modulator 168 similarly to the modulator housing ( 172 ) and over the circuit board 171 to contact.
In 10 ist
der prinzipielle Strahlengang zu dem Ausführungsbeispiel 3 für die Strahlenbündel 144 der
zugehörigen
Fiberlaser FHD1 bis FHD4 angegeben.
Die Strahlenbündel
der Fiberlaser FVD1 bis FVD4 verlaufen
teilweise deckungsgleich mit den gezeichneten Strahlen, haben aber
gemäß der Erfindung
eine andere Wellenlänge
und werden, wie aus 4a zu ersehen, über einen
in 10 nicht dargestellten wellenlängenabhängigen Spiegel 37 mit
dem Strahlenpaket FHD1 bis FHD4 zu
dem Strahlenpaket FD1 bis FD4 vereinigt.
Weiterhin sind in 10 nicht die Strahlenpakete
der Fiberlaser FVR1 bis FVR4 und
FHR1 bis FHR4 dargestellt,
die, wie aus 3a zu ersehen, ebenfalls über einen
wellenlängenabhängigen Spiegel
zu dem Strahlenpaket FR1 bis FR4 vereinigt
werden. Wie aus der Anordnung des Streifenspiegels 46 in 4a zu erkennen ist, würden die Strahlenbündel des
Strahlenpaketes FR1 bis FR4 in 10 um
einen halben Spurabstand versetzt zu den gezeichneten Strahlen verlaufen.
Damit enthält
der vollständige Strahlengang statt
der gezeichneten 4 Strahlenbündel
insgesamt 8 Strahlenbündel,
die auf der Bearbeitungsfläche
insgesamt 8 getrennte Spuren ergeben. Es sind in 10 nur
die beiden Strahlenbündel 144 der
Fiberlaser FHD1 und FHD4 dargestellt.
Wie bereits erwähnt,
können
aber auch mehr Spuren angeordnet werden, zum Beispiel kann die Anzahl
der Spuren auf der Bearbeitungsfläche auch auf 16 getrennt modulierbare
Spuren erhöht
werden. Diese Anordnung ermöglicht
durch eine digitale Modulation des jeweiligen Lasers, d. h. der
Laser wird durch Ein- und Ausschalten in nur zwei Zuständen betrieben,
eine besonders einfache Steuerung und eine gute Formgebung des Bearbeitungsflecks
auf der Bearbeitungsfläche.
Diese digitale Modulationsart erfordert nur ein besonders einfaches
Modulationssystem. In 10 sind die Modulatoren 34 sowie
der Streifenspiegel 46 nicht dargestellt. Zur besseren
Veranschaulichung ist der Querschnitt des Strahlenbündels 144 aus
dem Abschlußstück des Fiberlasers
FHD1, das nach Passieren des wellenlängenabhängigen Spiegels
deckungsgleich mit dem Strahlenbündel
FD1 ist, mit einer Schraffur ausgelegt.
Die Darstellung ist, wie alle anderen auch, nicht maßstäblich. Die
beiden gezeichneten Strahlenbündel 144 ergeben
auf der Bearbeitungsfläche 81 die
Bearbeitungspunkte B1 und B4,
die zum Aufbau des Bearbeitungsflecks 24 beitragen und
auf der Bearbeitungsfläche 81 entsprechende
Bearbeitungsspuren erzeugen. Die Achsen der Abschlußstücke 26 und
der Strahlenbündel 144 der einzelnen
Fiberlaser verlaufen in 10 parallel
zueinander. Die Strahlenkegel der Abschlußstücke, d. h. die Form der Strahlenbündel 144,
sind schwach divergierend dargestellt. In der Figur wird eine Strahltaille
innerhalb der Linse 133 angenommen. Der Divergenzwinkel
ist zum Durchmesser des Strahlenbündels in der zugehörigen Strahltaille
umgekehrt proportional. Die Lage der Strahltaille und ihr Durchmesser
kann aber durch Verändern
der Linse 133 im Abschlußstück 26, und/oder ihrem
Abstand zu der Faser 28 oder der Laserfiber 5 beeinflußt werden.In 10 is the principal ray path to the embodiment 3 for the beams 144 the corresponding Fiberlaser F HD1 to F HD4 specified. The beams of the fiber lasers F VD1 to F VD4 are partially congruent with the drawn beams, but according to the invention have a different wavelength and become as shown 4a to see about one in 10 not shown wavelength-dependent mirror 37 with the beam packet F HD1 to F HD4 to the beam packet F D1 to F D4 united. Furthermore, in 10 not the beam packets of the fiber lasers F VR1 to F VR4 and F HR1 to F HR4 are shown, which, as shown 3a can also be combined via a wavelength-dependent mirror to the beam packet F R1 to F R4 . As from the arrangement of the strip mirror 46 in 4a can be seen, would the beams of the beam set F R1 to F R4 in 10 offset by half a track distance to the drawn rays run. Thus, the complete beam path instead of the drawn 4 beams contains a total of 8 beams, resulting in a total of 8 separate tracks on the processing surface. There are in 10 only the two beams 144 the Fiberlaser F HD1 and F HD4 shown. As already mentioned, but also more tracks can be arranged, for example, the number of tracks on the processing area can be increased to 16 separately modulated tracks. This arrangement allows a digital modulation of the respective laser, ie the laser is operated by switching on and off in only two states, a particularly simple control and a good shape of the processing spot on the processing surface. This digital modulation requires only a particularly simple modulation system. In 10 are the modulators 34 as well as the streak mirror 46 not shown. For better illustration, the cross section of the beam is 144 from the end piece of the fiber laser F HD1 , which is after passing through the wavelength-dependent mirror congruent with the beam F D1 , designed with a hatching. The representation is, like all others, not to scale. The two drawn bundles of rays 144 result on the working surface 81 the processing points B 1 and B 4 , the structure of the processing spot 24 contribute and on the editing surface 81 generate corresponding processing tracks. The axes of the terminators 26 and the beam 144 the individual fiber lasers run in 10 parallel to each other. The beam cones of the terminators, ie the shape of the beam 144 , are shown as slightly divergent. In the figure, a beam waist within the lens 133 accepted. The divergence angle is inversely proportional to the diameter of the beam in the associated beam waist. The position of the beam waist and its diameter can be changed by changing the lens 133 in the final piece 26 , and / or their distance to the fiber 28 or the laser fiber 5 to be influenced.
Die
Berechnung des Strahlengangs erfolgt in der bekannten Weise, siehe
technische Erläuterungen
auf den Seiten K16 und K17 des Gesamtkatalogs G3, Bestell Nr. 650020
der Firma Laser Spindler & Hoyer,
Göttingen.
Ziel ist, daß jeweils
die Bearbeitungspunkte B1 bis Bn auf
der Bearbeitungsfläche 81 zu
Strahltaillen werden, um die höchste
Leistungsdichte in den Bearbeitungspunkten zu erhalten. Mit Hilfe
der beiden Linsen 55 und 56 werden Strahltaillen
und Spurabstände
aus der Objektebene 182, in der die Linsen 133 der
Abschlußstücke 26,
liegen, entsprechend dem Verhältnis
der Brennweiten der Linsen 55 und 56 in eine Zwischenbildebene 183 verkleinert
abgebildet. Wenn in diesem Fall der Abstand der Linse 55 von
dem Abschlußstück 26 und
von dem Überkreuzungspunkt 184 gleich
ihrer Brennweite ist und wenn der Abstand der Linse 56 von
der Zwischenbildebene 183 gleich ihrer Brennweite und gleich
ihrem Abstand von dem Überkreuzungspunkt 184 ist,
erhält
man eine sogenannte telezentrische Abbildung, d. h. in der Zwischenbildebene
verlaufen die Achsen der zu den einzelnen Spuren gehörenden Strahlenbündel wieder
parallel. Die Divergenz ist aber deutlich vergrößert. Die vorzugsweise telezentrische
Abbildung hat den Vorteil, daß die
Durchmesser der nachfolgenden Linsen 57 und 61 nur
unwesentlich größer sein
müssen,
als der Durchmesser eines Strahlenbündels. Die Linsen 57 und 61 verkleinern
in einer zweiten Stufe das Bild aus der Zwischenbildebene 183 auf
die Bearbeitungsfläche 81 in der
beschriebenen Weise. Eine vorzugsweise telezentrische Abbildung,
nämlich
daß die
Achsen der einzelnen Strahlenbündel
zwischen der Objektivlinse 61 und der Bearbeitungsfläche 81 parallel
verlaufen, hat hier den Vorteil, daß Abstandsveränderungen zwischen
der Bearbeitungsfläche
und der Objektivlinse keine Veränderung
im Spurabstand bringen, was sehr wichtig für eine präzise Bearbeitung ist. Die Abbildung
muß nicht
unbedingt wie beschrieben in 2 Stufen mit je 2 Linsen erfolgen,
es gibt andere Anordnungen, die auch parallele Strahlachsen zwischen Objektivlinse
und Bearbeitungsfläche
erzeugen können,
wie in 11 und 12 gezeigt
wird. Auch sind Abweichungen in der Parallelität der Strahlachsen zwischen
der Objektivlinse 61 und der Bearbeitungsfläche 81 tolerierbar,
solange das Ergebnis der Materialbearbeitung zufriedenstellend ist.The calculation of the beam path is carried out in the known manner, see technical explanations on pages K16 and K17 of the General Catalog G3, Order No. 650020 from Laser Spindler & Hoyer, Göttingen. The goal is that each of the processing points B 1 to B n on the processing surface 81 become beam waists to obtain the highest power density in the machining points. With the help of the two lenses 55 and 56 become beam waists and track distances from the object plane 182 in which the lenses 133 the final pieces 26 , lie, according to the ratio of the focal lengths of the lenses 55 and 56 in an intermediate image plane 183 shown reduced in size. If in this case the distance of the lens 55 from the final piece 26 and from the crossover point 184 is equal to their focal length and if the distance of the lens 56 from the intermediate image plane 183 equal to their focal length and equal to their distance from the crossover point 184 is, one obtains a so-called telecentric imaging, ie in the intermediate image plane, the axes of the beams belonging to the individual tracks run parallel again. The divergence is however significantly increased. The preferably telecentric imaging has the advantage that the diameters of the following lenses 57 and 61 only have to be slightly larger than the diameter of a beam. The lenses 57 and 61 in a second step, reduce the image from the intermediate image plane 183 on the working surface 81 in the manner described. A preferably telecentric imaging, namely that the axes of the individual beams between the objective lens 61 and the working surface 81 running parallel, here has the advantage that changes in the distance between the processing surface and the objective lens bring no change in the track pitch, which is very important for a precise processing. The image does not necessarily have to be made as described in 2 stages with 2 lenses each, there are other arrangements which can also generate parallel beam axes between the objective lens and the processing surface, as in FIG 11 and 12 will be shown. Also, deviations in the parallelism of the beam axes between the objective lens 61 and the working surface 81 tolerable, as long as the result of material processing is satisfactory.
In 11 ist
ein prinzipieller Strahlengang zu dem Ausführungsbeispiel 4 angegeben.
Die Darstellung ist nicht maßstäblich. Wie
bereits in 10 handelt es sich bei den beiden
Strahlenbündeln 144 der
Laser FHD1 und FHD4 nur
um eine Teilmenge der Strahlenbündel
aller vorhandenen Laser, um das Prinzip zu erläutern. Im Gegensatz zu 10 sind
aber in 11 die Achsen der einzelnen
Strahlenbündel
der Abschlußstücke nicht
parallel, sondern unter einem Winkel zueinander angeordnet, was
in den 13 und 14 näher dargestellt
wird und vorteilhaft durch Abschlußstücke 94 gemäß den 7, 7a und 7b erreicht
wird. Durch diese Anordnung würden
sich die einzelnen Strahlenbündel 144 ähnlich wie
in 10 überkreuzen,
ohne daß eine
Linse 55 erforderlich ist. Im Bereich des gedachten Überkreuzungspunktes
ist die kurzbrennweitige Zerstreuungslinse, also eine Konkavlinse 101 eingefügt, die
die ankommenden Strahlen wie dargestellt abknickt und die Strahlenbündel divergent
macht, d. h. aufweitet. Die Konvexlinse 102 ist vorzugsweise
im Schnittpunkt der Achsenstrahlen angeordnet und bildet zusammen
mit der Linse 101 ein umgekehrtes Galiläisches Teleskop. Dadurch werden
beispielsweise parallele Eingangsstrahlenbündel in parallele Ausgangsstrahlenbündel mit
vergrößertem Durchmesser zwischen
den Linsen 102 und 103 umgewandelt. Die gewünschte Parallelität jedes
Eingangsstrahlenbündels
kann wie bereits beschrieben durch geeignete Wahl von Brennweite
und Abstand der Linse 133 zur Faser 28 bzw. Laserfiber 5 in
den Abschlußstücken 26, 94 vorgenommen
werden. Die Objektivlinse 103 fokussiert die vergrößerten Strahlenbündel auf
die Bearbeitungsfläche 81 zu
den Bearbeitungspunkten B1 bis B4, die zum Aufbau des Bearbeitungsflecks 24 beitragen
und auf der Bearbeitungsfläche 81 entsprechende
Bearbeitungsspuren erzeugen. Durch Veränderung der Brennweite der
Linse 103 kann der Abbildungsmaßstab auf einfache Art verändert werden.
Deshalb ist es vorteilhaft, wenn die Linse 103 als austauschbare
Objektivlinse ausgeführt
wird. Wenn die Position der Linse 103 so gewählt wird,
daß der Abstand
zwischen den Linsen 102 und 103 der Brennweite
der Linse 103 entspricht, sind die Achsen der Strahlenbündel zwischen
der Linse 103 und der Bearbeitungsfläche parallel und ergeben konstante Abstände der
Spuren auf der Bearbeitungsfläche, auch
bei verändertem
Abstand zwischen der Objektivlinse und der Bearbeitungsfläche.In 11 is a principal ray path to the embodiment 4 specified. The representation is not to scale. As already in 10 these are the two bundles of rays 144 the laser F HD1 and F HD4 only a subset of the beams of all existing lasers to explain the principle. In contrast to 10 but are in 11 the axes of the individual beams of the terminators not parallel, but at an angle to each other, which in the 13 and 14 is shown in more detail and advantageous by terminators 94 according to the 7 . 7a and 7b is reached. By this arrangement, the individual beams would 144 similar to in 10 cross over without a lens 55 is required. In the area of the imaginary crossover point is the short focal length diverging lens, ie a concave lens 101 inserted, which kinks the incoming rays as shown and the beams makes divergent, ie widening. The convex lens 102 is preferably located at the intersection of the axis beams and forms together with the lens 101 an inverted Galilean telescope. As a result, for example, parallel input beams in parallel output beams of increased diameter between the lenses 102 and 103 transformed. The desired parallelism of each input beam can, as already described, by suitable choice of focal length and distance of the lens 133 to the fiber 28 or laser fiber 5 in the final pieces 26 . 94 be made. The objective lens 103 focuses the enlarged beams on the processing surface 81 to the processing points B 1 to B 4 , the structure of the processing spot 24 contribute and on the editing surface 81 generate corresponding processing tracks. By changing the focal length of the lens 103 The magnification can be changed in a simple way. That is why it is beneficial when the lens 103 is designed as a replaceable objective lens. When the position of the lens 103 is chosen so that the distance between the lenses 102 and 103 the focal length of the lens 103 corresponds, the axes of the beams are between the lens 103 and the machining surface are parallel and give constant distances of the tracks on the processing surface, even with a changed distance between the objective lens and the processing surface.
In 12 ist
der prinzipielle Strahlengang zu dem Ausführungsbeispiel 5 angegeben.
Die Darstellung ist, wie in allen anderen Figuren, nicht maßstäblich. Der
Strahlengang ist dem der 11 sehr ähnlich,
mit dem Unterschied, daß statt
der Linse 101 ein gewölbter
Spiegel 121 und statt der Linse 102 ein Hohlspiegel 115 verwendet
werden. Durch die sich ergebende Faltung ist der Strahlengang erheb lich
kürzer.
Der Strahlengang entspricht etwa dem eines umgekehrten Spiegelteleskops.
Spiegelteleskope sind unabhängig
von der Wellenlänge,
was bei der Verwendung von Lasern mit unterschiedlicher Wellenlänge vorteilhaft
ist. Die Abbildungsfehler können
durch die Verwendung von asphärischen
Flächen
reduziert werden oder mit einer optischen Korrekturplatte 117,
die aber nicht in 12 gezeigt ist, korrigiert werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Brennweite der Objektivlinse 112 gleich
ihrem Abstand zu dem Hohlspiegel ist. Dann werden die Achsen der Strahlenbündel zwischen
der Objektivlinse 112 und der Bearbeitungsfläche 81 parallel
und ergeben konstante Abstände
der Spuren auf der Bearbeitungsfläche, auch bei verändertem
Abstand zwischen der Objektivlinse und der Bearbeitungsfläche. Außerdem ergibt
sich ein vorteilhaft großer
Abstand von der Objektivlinse zu der Bearbeitungsfläche.In 12 is the principal ray path to the embodiment 5 specified. The representation is, as in all other figures, not to scale. The beam path is the the 11 very similar, with the difference that instead of the lens 101 a vaulted mirror 121 and instead of the lens 102 a concave mirror 115 be used. Due to the resulting folding the beam is uplifting Lich Lich. The beam path corresponds approximately to that of an inverted mirror telescope. Mirror telescopes are independent of the wavelength, which is advantageous when using lasers with different wavelengths. The aberrations can be reduced by the use of aspherical surfaces or with an optical correction plate 117 but not in 12 is shown to be corrected. It is advantageous if the focal length of the objective lens 112 is equal to their distance from the concave mirror. Then the axes of the beams become between the objective lens 112 and the working surface 81 parallel and give constant distances of the tracks on the processing surface, even with a changed distance between the objective lens and the processing surface. In addition, there is an advantageously large distance from the objective lens to the processing surface.
In 13 ist
eine Anordnung mit mehreren Lasern gezeigt, bei der die einzelnen
Laserausgänge in
Form der Abschlußstücke 26 auf
einem Kreissegment angeordnet sind und auf einen gemeinsamen Überkreuzungspunkt 185 zielen.
Diese Anordnung ist besonders für
direkt modulierbare Laser geeignet, da sich dann ein sehr geringer
Aufwand ergibt. In einer solchen Anordnung kann die Abbildung auf
die Bearbeitungsfläche 81 mit
nur einer einzigen Linse 186 erfolgen. Es kann aber auch
eine Anordnung nach den 4 oder 5 zur Abbildung
verwendet werden. Die Strahlenkegel der Strahlenbündel aus den
Abschlußstücken sind
so eingestellt, daß sich
für alle
Laser auf der Bearbeitungsfläche 81 eine
Strahltaille und somit ein scharfes Bild ergibt.In 13 an arrangement with several lasers is shown in which the individual laser outputs in the form of the terminators 26 are arranged on a circle segment and on a common crossover point 185 aim. This arrangement is particularly suitable for directly modulated laser, since then results in a very low cost. In such an arrangement, the image may be on the working surface 81 with only a single lens 186 respectively. But it can also be an arrangement according to the 4 or 5 to be used for illustration. The beam cones of the beams from the terminators are set so that all lasers on the processing surface 81 a beam waist and thus gives a sharp picture.
In 14 ist
eine Variante zur 13 angegeben. Es sind 4 Fiberlaser
FHD1, FHD2, FHD3, FHD4 mit ihren
Abschlußstücken 94,
die in den 10, 10a, und 10b näher
beschrieben werden, auf einem Kreissegment aneinander gereiht. Die
Abschlußstücke 94 sind
infolge ihrer Form besonders zum Aneinanderreihen geeignet. Da hier
keine direkt modulierbaren Fiberlaser verwendet werden, ist ein
vierkanaliger akustooptischer Modulator 34 eingefügt. Die
piezoelektrischen Geber 45 können, wie in 14 gezeigt, ebenfalls
auf einem Kreissegment angeordnet sein, sie können aber auch, wie in 14a dargestellt, parallel angeordnet sein, solange die
Strahlenbündel noch
ausreichend von dem akustischen Feld der piezoelektrischen Geber 45 erfaßt werden.
Anstelle der Linse 186 wird vorteilhaft eine Übertragungseinheit verwendet,
wie sie in den 4 und 5 beschrieben
ist.In 14 is a variant of 13 specified. There are 4 Fiberlaser F HD1 , F HD2 , F HD3 , F HD4 with their terminators 94 that in the 10 . 10a , and 10b be described in more detail, strung together on a circle segment. The final pieces 94 are particularly suitable for stringing together due to their shape. Since no directly modulated fiber lasers are used here, a four-channel acousto-optic modulator is used 34 inserted. The piezoe electrical sensor 45 can, as in 14 can also be arranged on a circular segment, but they can also, as in 14a shown to be arranged in parallel, as long as the beam still sufficient from the acoustic field of the piezoelectric encoder 45 be detected. Instead of the lens 186 is advantageously used a transmission unit, as in the 4 and 5 is described.