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Abstract

提出了一种利用二极管激光器在印版上成象的改进装置。激光射线由1ns以下的持续时间的超短光脉冲组成,它特别是通过激光器的波型耦合产生。为了用脉冲的二极管激光器成象,与在持续振荡运行中使用的可比较系统相比,需要更小的平均输出功率。

Description

用超短激光脉冲在印版上制作图象
本发明涉及一种在印版上制作图象的装置，具有至少一个激光器和一个用于将激光射线在印版上成象的光学系统。
很久以来就公知，可以通过用强的激光射线照射其表面来在印版上制作图象，该印版可以是平的或弯曲的面。通过光—物质相互作用发生表面特性的物理或化学变化。在表面特性由于激光照射的热效应而发生变化的情况下，为了产生像点需要一定的门限能量密度。此外，该门限能量密度取决于印版的材料参数和照射持续时间。如果该能量密度小于门限能量密度，在经过很长时间的照射后也不会产生像点。门限能量密度典型地随着激光照射持续时间的缩短而下降。
为了在印版上制作图象，在许多实际应用中使用射线，它是在激光器的连续工作或者说持续振荡运行(Dauerstrichbetrieb)中产生的。激光照射的持续时间典型地这样确定，即通过接通和切断激光器振荡或中断射线，从而使曝光典型地在微秒范围内或更大的范围内进行。用发射脉冲的激光器可以达到较短的曝光持续时间。对于一系列的应用，建议使用在脉冲状态下的Q调制的激光器。这通常涉及气体激光器系统或固体激光器系统。
在US 5 874 981中公开了可以如何通过调节所使用光源的输入能量实现对所产生的激光射线的波幅和时间调制，从而在一个面上产生图象。其中，为了使时间间隔短，使用持续振荡运行的激光器。
在DE 195 44 502 C1中描述了一种激光雕刻装置。通过一个被调制的激光射线在工件表面产生预定图形。其中所述图形的细微结构由一个第一激光器的射线形成，它被一个声光调制器以兆赫范围内的相当高的调制频率调幅，而预定图形的深处区域由一个第二激光器的射线形成。调制器和第二激光射线源被相互关联但彼此分开的控制信号控制。为了使时间间隔短，使用持续振荡运行的激光器。
在US 5208819中描述了一种用于在表面上绘制出数字图案的激光系统。一个光调制器被一个激发物激光器的脉冲激光射线曝光，从而可在表面上投影一个图案。该光调制器由可变形镜子的一个列阵组成，这些镜子可在有效状态和无效状态之间转换。在US 5940115中使用了一种激光系统，它发射微秒范围内的脉冲。这里典型地涉及气体激光器，特别是CO2激光器。利用激光脉冲在光敏材料上写下点。通过一个缩小的光学系统在表面上这样成象，即，只有被有效镜子反射的光才落在该表面上。
在US 3657510中介绍了一种Q调制的激光器，用于改变表面。这里涉及一种被光泵浦的激光器，特别是一种固体激光器。通过Q调制产生的激光脉冲用于在一个表面上给出一个掩模的图象，该掩模位于激光谐振器之内。通过用激射光照射，表面发生变化，例如蒸发、发热、化学反应或氧化。
为了在印版上制作图象，在持续振荡运行中典型地要求门限能量密度为0.5J/cm2。这样，在点的大小约为10微米时，产生0.5至3μJ(微焦)的门限能量。因此，为了利用一个二极管激光器制作图象，每个单束射线的输出功率必须在100到500mW(毫瓦)之间。由于高要求的光功率，必须要求相应的电功率。它典型地达到每个单束射线3W(瓦特)。由此还必须有相应的冷却系统。所需的空冷或水冷系统使得以紧凑的形式集成制作图象装置变得困难。
气体激光器或固体激光器系统不很适合实际应用于在印版上制作图象的装置中，特别是印刷装置或印刷机中。这种系统要求一个昂贵的泵装置用于产生激光振荡，其典型地具有大的结构空间尺寸并且格价昂贵。在用Q调制的激光系统产生脉冲时，可达到的最小脉冲持续时间受物理极限限制，最小脉冲持续时间典型地在几个10-8秒。
因此，从以上描述的情况出发，本发明的任务是，提供一种利用激光器发射的射线在印版上制作图象的改进装置，借助该装置达到较低的门限能量密度。
根据本发明，该任务通过具有权利要求1所述特征的装置解决。
对于超短脉冲，热印版的门限能量密度与激光射线的脉冲时间宽度之间的非线性关系是明显的。在脉冲宽度为10ps(皮秒)时，获得例如0.02J/cm2的门限能量密度。该门限能量密度比激光器在持续振荡运行中的门限能量密度小一个因子25。为了产生具有几个纳秒至皮秒时间宽度的激射光脉冲，在文献中特别公开了波型耦合(Modenkopplung)方法。例如见P.W.Milonni和J.H.Eberly的“激光器”，Wiley，纽约，NY，1998年。这种方法也可用于二极管激光器以产生短的光脉冲。例如见P.Vasil’ev的“超快二极管激光器”，Artechhouse Inc.，1995年。
由于使用发射1ns(纳秒)以下的持续时间的超短脉冲的激光器，在权利要求1所述的装置中，为了制作图象，每个单束射线比持续振荡运行需要更小的平均功率。在一个优选的实施形式中，其涉及一种半导体激光器。为了泵浦一个脉冲激光器，需要使用一个更小的电功率。因此只需更少的冷却，从而可以更简单地构成相应装置。这样就可以更简单地以集成形式实现紧凑的制作图象装置。此外，较小的热负荷提高了激光器的使用寿命。
本发明进一步的优点和有利的实施形式借助下面的附图及其说明给出。
具体地示出：
图1通过发射超短脉冲的脉冲激光器在印版上制作图象的示意图。
图2通过被脉冲地运行的二极管激光器的列阵在印版上制作图象的示意图。
图1中示出在印版上制作图象，该印版位于一个可转动的滚筒上。光源10产生脉冲的激光射线12，它借助一个成象光学系统14在印版18上在一个像点16上成象，该印版18位于一个滚筒110上。滚筒110可围绕其对称轴线旋转。该转动通过双箭头B标出。光源10可平行于滚筒46的对称轴线在直线路径上运动，这通过双箭头A表示出。为了连续制作图象，滚筒110与印版18一起按照旋转运动B转动，光源10沿滚筒纵向按照平移运动A运动。这就产生一个图象，其在螺旋形路径上围绕滚筒110的对称轴线行进。像点16的路径通过线112给出。发射脉冲激光射线12的光源10借助用于供电和控制的线路114与控制单元116连接。该控制单元具有一个直流电源120和一个交流电源122以及一个电耦合器118，在该电耦合器中，光源10的供电电压的直流分量和交流分量结合。在另一个实施例中，像点16也可以弯曲形地在印版18上运动，其中，首先沿一条平行于滚筒110的对称轴线的线进行完全的制作图象，接着围绕滚筒110的对称轴线进行步进式旋转。
清楚的是，只在像点16和印版18之间进行相对运动。该相对运动也可通过印刷滚筒110的运动实现。对于平移A和旋转B这两个运动方向，其运动可以连续地或步进式地进行。
此外，在一个可替换的实施例中，具有光源10、成象光学系统14和类似件、用于在印版上制作图象的该装置，也可以安置在印刷滚筒110之内，从而实现节省空间的结构布局。
光脉冲12的重复速率至少和用于控制各个印刷点的节拍频率一样大，从而至少一个激光脉冲供一个印刷点使用。成象光学系统14可以具有反射的、发射的、折射的或类似的光学部件。这里优选涉及微型光学(mikrooptisch)部件。成象光学系统14既可以具有放大的、也可以具有缩小的成象比例，或者还可以在相对于光源10的有效区域平行和垂直的两个方向上具有不同的成象比例。通过激光照射，印版18的表面在其物理或化学特性方面发生变化。有些情况下还需要进一步的加工步骤，直至表面可用于其最终要求。印版18还可被重新写或清除。
在一个优选实施形式中，控制单元116可以调制直流电，从而可以改变产生的光强度。
在图2中示出一个在印版上制作图象的装置，它具有n个激光射线24，这些激光射线由一个二极管激光器列阵产生。光源20由一个由n个二极管激光器组成的单个可控制列阵组成，这些二极管激光器发射持续时间在1ns以下的超短脉冲长度的n个激光射线24。一个这样的光源典型地具有多至100个的条纹二极管激光器(Einstreifendiodenlaser)，优选在10到60之间。条纹二极管激光器具有发射极表面22，其大小典型地为1×5μm2，并且其发出具有良好射线质量的激光射线。借助一个成象光学系统26，持续时间在1ns以下的超短脉冲长度的n个激光射线24被成象在印版28上的n个像点210上。印版28有利地位于成象光学系统26的焦距上。特别有利的是，通过成象光学系统26，激光射线既在其直径比(垂直和平行于有效区域22)方面变化，也修正激光射线24的相互间距。通常各个发射极之间的距离是恒定的，但为了有利地制作图象，需要的只是使n个像点210的间距恒定，因为它是由成象光学系统26确定的。
在优选实施形式中，光源20位于一个冷却元件212上。光源20借助一个用于供电和控制的线路214与控制单元216连接。控制单元216优选具有一个直流电源220、一个交流电源222和一个电耦合器218，在该电耦合器中供电电流的直流分量和交流分量结合。光源20借助一个用于控制冷却元件的线路224与温度调节装226有利地连接。为了实现射线的强度调节，可以调制直流电分量。
这种本发明装置可以用于印刷装置或印刷机之内或用于其之外。
参考标号10光源                       12激光射线14成象光学系统               16像点18印版                       110滚筒112像点路径                  114用于供电和控制的线路116控制单元                  118电耦合器120直流电源                  122交流电源20光源二极管列阵             22有效面积24脉冲激光射线               26成象光学系统28印版                       210像点212冷却元件                  214用于供电和控制的线路216控制单元                  218电耦合器220直流电源                  222交流电源224用于控制冷却元件的线路    226温度调节装置A平移运动                    B旋转运动

Claims (13)

1.用于在印版上制作图象的装置，具有至少一个激光器(10)并具有一个用于将激光射线在印版上成象的光学装置(14)，其特征在于，激光射线具有1ns以下的持续时间的超短脉冲(12)。
2.如权利要求1所述用于在印版上制作图象的装置，其特征在于，激光射线(12)由一个半导体激光器(10)产生。
3.如权利要求1或2所述用于在印版上制作图象的装置，其特征在于，激光器(10)在多模式运行状态下使用并且是波型耦合的。
4.如权利要求1至3之一所述用于在印版上制作图象的装置，其特征在于，激光器(10)的供电电流具有直流分量和交流分量。
5.如权利要求1至4之一所述用于在印版上制作图象的装置，其特征在于，激光射线(12)由一个单个的二极管激光器(10)产生。
6.如权利要求1至5之一所述用于在印版上制作图象的装置，其特征在于，激光射线(12)由一个二极管激光器列阵(10)产生。
7.如权利要求6所述用于在印版上制作图象的装置，其特征在于，二极管激光器列阵(10)由单个的可控制的条纹二极管激光器组成。
8.如权利要求1至7之一所述用于在印版上制作图象的装置，其特征在于，该装置具有一个用于激光器(10)之温度调节装置(226)的控制装置。
9.如权利要求1至8之一所述用于在印版上制作图象的装置，其特征在于，为了将射线在印版上成象，光学系统(14)具有反射元件。
10.如权利要求1至9之一所述用于在印版上制作图象的装置，其特征在于，光学系统(14)具有微型光学元件。
11.如权利要求4至10之一所述用于在印版上制作图象的装置，其特征在于，直流电分量是可调制的。
12.印刷装置，其特征在于，该印刷装置至少具有一个如前述权利要求之一所述的装置。
13.印刷机，其特征在于，该印刷机至少具有一个如 12所述的印刷装置。
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