DE10109836A1 - Laseranlage für die Bearbeitung eines Werkstücks - Google Patents

Abstract

Bei einer Laseranlage für die Bearbeitung eines Werkstücks (10) mit einem Laserstrahl (L) ist im Strahlengang (8) des Laserstrahls (L) ein nichtlineares optisches Element (14) angeordnet, das bei Überschreiten einer vorgegebenen Laserleistung eine Rückkopplung des reflektierten Laserstrahls in den Resonator (4) des Lasers (L) zumindest auf ein zulässiges Maß reduziert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Laseranlage für die Bear­ beitung eines Werkstücks.

Bei der Bearbeitung eines Werkstücks mit Laserstrahlen kann es vorkommen, dass ein Teil der Laserleistung reflektiert wird und die umgekehrte Richtung wie der einfallende Laserstrahl besitzt. In einem solchen Fall findet eine Leistungsrückkopp­ lung in den Resonator des aktiven Mediums statt. Abhängig von der Art der Rückkopplung und vom Aufbau des Lasersystems, kann es durch verschiedene Prozesse dazu kommen, dass der Laser Pulse abstrahlt, die in ihrer Spitzenleistung deutlich größer als die ursprüngliche Laserleistung sind.

Die so erzeugten Leistungsspitzen können zur Zerstörung von optischen Komponenten, die sich im Strahlengang befinden, füh­ ren oder die Qualität der Materialbearbeitung negativ beein­ flussen.

Werden zur Materialbearbeitung polarisierte Laserstrahlen ver­ wendet, ist es zur Vermeidung einer unerwünschten Rückkopplung bekannt, polarisationsselektive optische Elemente einzusetzen.

In einer Vielzahl von Anwendungsfällen kommt aber unpolari­ sierte Laserstrahlung zum Einsatz, so dass polarisationsselek­ tive optische Elemente zur Vermeidung einer Rückkopplung nicht geeignet sind.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Laseranlage anzugeben, bei der die vorstehend genannten Probleme auch bei Verwendung von unpolarisiertem Laserlicht vermieden sind.

Die genannte Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patent­ anspruches. Durch die Verwendung eines nichtlinearen optischen Elementes im Strahlengang des Laserstrahls wird die Rückkopp­ lung vom Werkstück zum Laser entweder vollständig unterbrochen oder zumindest unter ein kritisches Maß abgesenkt, so dass die Entstehung von durch Rückkopplung verursachten unerwünschten Leistungsspitzen vermieden ist.

Grundgedanke der Erfindung ist es, zur Entkopplung zwischen Werkstück und Laser ein nichtlineares optisches Element einzu­ setzen, das einerseits eine hohe Transmission für Laserleis­ tungen im Bereich der normalen Laserleistung und das anderer­ seits hohe Verluste für Laserleistungen oberhalb der normalen Laserleistung aufweist.

Mit anderen Worten: Die Rückkopplung wird dadurch auf ein zu­ lässiges Maß reduziert, dass die auf das Werkstück auftreffen­ de Laserleistung durch Verluste innerhalb des nichtlinearen optischen Elementes verringert wird, sobald diese einen kriti­ schen Wert überschreitet.

Die Verluste können z. B. dadurch entstehen, dass Leistung ab­ sorbiert wird. Alternativ hierzu ist es auch möglich, ein nichtlineares optisches Element zu verwenden, das die Wellen­ länge des Laserlichts derart ändert, dass sie außerhalb der Verstärkungsbandbreite des aktiven Mediums fällt. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung eines nichtlinearen op­ tischen Elementes, das bei Überschreiten einer vorgegebenen Laserleistung eine geometrische Strahlablenkung erzeugt.

Nichtlineare optische Effekte die das beschriebene Verhalten zeigen sind z. B. die Frequenzkonversion in Gasen oder Festkör­ pern, stimulierte Brillouinstreuung, Rayleighstreuung, laser­ induzierte Plasmaerzeugung oder optische Selbstfokussierung bzw. Defokussierung.

Ein Beispiel für ein solches nichtlineares optisches Element ist eine Gaszelle, in der durch Absorption von Laserleistung ein Plasma erzeugt wird. Hierzu wird im Strahlengang ein Zwi­ schenfokus erzeugt, der innerhalb der Gaszelle liegt, so dass dort hohe Intensitäten entstehen. Abhängig von Gasart und Druck kommt es bei Überschreiten einer kritischen Intensität zu einer laserinduzierten Plasmaerzeugung in dem Gas. Das Plasma führt zu starker Absorption und Strahlablenkung, so dass ein weiteres Ansteigen der Leistung verhindert wird. Bei Leistungsabnahme erlischt das Plasma automatisch wieder und eine Fortsetzung des normalen Laserbetriebs ist möglich.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausfüh­ rungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Laseranlage gemäß der Erfindung in einer schemati­ schen Prinzipdarstellung,

Fig. 2 ein zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Laseranlage geeignetes nichtlineares optisches Bauelement.

Gemäß Fig. 1 enthält eine Laseranlage eine Laserquelle 2 mit einem in einem Resonator 4 angeordneten aktiven Medium 6. Im Strahlengang 8 des aus dem Resonator 4 austretenden Laser­ strahls L befindet sich zwischen einem Werkstück 10 und dem Resonator 4 neben einer strahlformenden Optik 12 ein nichtli­ neares optisches Element 14. Außerdem kann sich im Strahlen­ gang 8 eine in der Figur nicht dargestellte Glasfaser befin­ den.

Gemäß Fig. 2 ist als nicht lineares optisches Element 14 eine mit Gas G gefüllte Zelle 15 vorgesehen, an deren Eintritts­ fenster 16 eine Fokussierlinse 18 und an deren Austrittsfens­ ter 20 eine Kollimierlinse 22 angeordnet ist. Innerhalb der Gaszelle wird sowohl der aus dem Resonator austretende Laser­ strahl L sowie der vom Werkstück zurückreflektierte Laser­ strahl in einem Zwischenfokus F gebündelt, so dass bei Über­ schreiten einer kritischen Intensität ein Plasma erzeugt wird.

Claims (1)

1. Laseranlage für die Bearbeitung eines Werkstücks (10) mit ei­ nem Laserstrahl (L), bei der im Strahlengang (8) des Laser­ strahls (L) ein nichtlineares optisches Element (14) angeord­ net ist, das bei Überschreiten einer vorgegebenen Laserleis­ tung eine Rückkopplung des reflektierten Laserstrahls in den Resonator (4) des Lasers (2) zumindest auf ein zulässiges Maß reduziert.