DE10154363C1

DE10154363C1 - Power modulation system for laser beam regulated uses two contra-rotating Brewster elements both rotated by plus or minus forty-five degrees, to shift power from maximum to minimum level

Info

Publication number: DE10154363C1
Application number: DE10154363A
Authority: DE
Inventors: Steven Hastings; Peter Dullin; Alistair Gill; Erwin Wagner; Peter Von Jan; Wolfgang Hauck
Original assignee: Raylase GmbH
Current assignee: Raylase GmbH
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2002-12-19
Anticipated expiration: 2021-11-07

Abstract

A process and assembly regulates laser power. It uses two Brewster elements aligned along a single axis parallel to the laser beam, and which rotate about the axis. The first Brewster element rotates in a first direction and the second Brewster element turns in the opposite direction. The Brewster elements are both rotated by plus or minus 45 deg , thereby shifting the power from the maximum to the minimum level.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern der Laserstrahlenergie eines Laserstrahls. Die Erfindung basiert auf dem Verfahren und der Vorrichtung, die in der WO 01/51 244 A1 beschrieben sind. The invention relates to an apparatus and a method for controlling the laser beam energy of a laser beam. The invention is based on the method and the device described in WO 01/51 244 A1 are described.

Die WO 01/51 244 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Pegels der Laserstrahlenergie eines Laserstrahls, der über ein Target streicht, wobei wenigstens ein Laserstrahl-Ablenkmodul verwendet wird und das Laserstrahl-Ablenkmodul eine motorge triebene Ablenkeinrichtung zum Führen des Laserstrahls über das Target und eine Polarisati onssteuereinrichtung aufweist, wobei die Polarisationssteuereinrichtung die Strahlenergie des Laserstrahls, der über das Target streicht, abhängig von der Bewegung der Ablenkeinrichtung steuert. Die Polarisationssteuereinrichtung umfaßt insbesondere eine oder zwei Brewster- Elemente, z. B. Brewster-Platten oder Brewster-Fenster, die um eine Achse drehbar sind, wel che parallel zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls ist. Die eine oder zwei Brewster- Elemente können um einen Winkel zwischen 0° und 90° gedreht werden, um die Transmissi on des Laserstrahls zwischen 0% und 100% zu steuern. Bei einem Laserstrahl mit nur einer Polarisationsrichtung kann ein Brewster-Element, die auf den richtigen Brewster-Winkel ein gestellt ist, dazu verwendet werden, zwischen 0% und 100% der polarisierten Strahlung hin durchzulassen. Die Drehung des Brewster-Elements wird mit der Bewegung der Ablenkein richtung, welche den Laserstrahl über die zu belichtende Fläche, das Target, führt, synchroni siert.WO 01/51 244 A1 describes a method and a device for controlling the level the laser beam energy of a laser beam which sweeps over a target, at least one Laser beam deflection module is used and the laser beam deflection module a motorge driven deflection device for guiding the laser beam over the target and a Polarisati onssteuereinrichtung, wherein the polarization control device, the beam energy of Laser beam that sweeps across the target depending on the movement of the deflector controls. The polarization control device comprises in particular one or two Brewster Elements, e.g. B. Brewster plates or Brewster windows that are rotatable about an axis, wel che is parallel to the direction of propagation of the laser beam. The one or two Brewster Elements can be rotated through an angle between 0 ° and 90 ° to the transmissi to control the laser beam between 0% and 100%. With a laser beam with only one The direction of polarization can be a Brewster element that is at the correct Brewster angle between 0% and 100% of the polarized radiation pass. The rotation of the Brewster element becomes with the movement of the deflection direction, which guides the laser beam over the area to be exposed, the target, synchroni Siert.

Auf die WO 01/51 244 A1 wird in ihrer Gesamtheit Bezug genommen.Reference is made in its entirety to WO 01/51 244 A1.

Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines Laserstrahl-Ablenkmoduls gemäß der WO 01/51 244 A1. Die Ablenkeinrichtung ist in einem Laserstrahl-Ablenkmodul oder Scankopf 32 integriert, in den durch eine Öffnung 34 ein linear polarisierter Laserstrahl eintritt. Das Laserstrahl- Ablenkmodul 32 umfaßt eine Polarisationssteuereinrichtung 36, eine Strahlaufweitungsoptik 38, einen Y-Achsen-Spiegel 40, einen X-Achsen-Spiegel 42, zwei galvanometrische Motoren 44 und 46 zum Drehen der zwei Spiegel 40 bzw. 42 und eine f(θ)-Fokussierlinse 48. Die Po larisationssteuereinrichtung 36 der Ausführungform der Fig. 1 umfaßt ein erstes Brewster- Element 50 und ein zweites Brewster-Element 52. In einer alternativen Ausführungsform kann diese Technik auch in Verbindung mit separaten Ablenkeinrichtungen und/oder fokus sierenden Elementen vor oder nach dem Laserstrahl-Ablenkmodul eingesetzt werden. Fig. 1 shows an illustration of a laser beam deflecting module according to WO 01/51 244 A1. The deflection device is integrated in a laser beam deflection module or scan head 32 , into which a linearly polarized laser beam enters through an opening 34 . The laser beam deflection module 32 comprises a polarization control device 36 , a beam expansion optics 38 , a Y-axis mirror 40 , an X-axis mirror 42 , two galvanometric motors 44 and 46 for rotating the two mirrors 40 and 42 and an f (θ ) Focusing lens 48 . The polarization control device 36 of the embodiment of FIG. 1 comprises a first Brewster element 50 and a second Brewster element 52 . In an alternative embodiment, this technique can also be used in conjunction with separate deflection devices and / or focusing elements before or after the laser beam deflection module.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform umfaßt die Polarisationssteuereinrichtung nur ein einziges Brewster-Element, um im wesentlichen denselben Effekt, wie oben beschrieben, zu erreichen.In a further alternative embodiment, the polarization control device only comprises a single Brewster element to have essentially the same effect as described above to reach.

In der gezeigten Ausführungsform wird ein Kohlendioxid (CO₂)-Laser zum Erzeugen des Laserstrahls verwendet, der in genau einer Richtung linear polarisiert ist. Der Fachmann wird jedoch verstehen, daß auch jede andere geeignete Laserquelle verwendet werden kann. Der Laserstrahl tritt in das Laserstrahl-Ablenkmodul 32 durch die Öffnung 34 ein und geht durch die Polarisationssteuereinrichtung 36, in der zwei einander gegenüber liegende ZnSe- Brewster-Elemente 50, 52 auf die richtigen Brewster-Winkel in bezug auf die Wellenlänge des Laserstrahls eingestellt sind. Die Brewster-Elemente 50, 52 können um 90° gedreht wer den, um den Laserstrahl zu dämpfen, so daß 100% bis 0% der Laserstrahlenergie durch die Brewster-Elemente 50, 52 hindurchgelassen wird, wenn sie gemeinsam von 0° bis 90° um die Laserstrahlachse gedreht werden. Für andere Arten von Lasern können andere Materialien für die Brewster-Elemente gewählt werden. Verschiedene Beschichtungen können auf den Flä chen der Brewster-Elemente aufgebracht werden, welche die maximale und minimale Trans mission, die Ausgangspolarisation und die erforderliche Drehung der Brewster-Elemente zum Steuern der Transmission verändern können. In der Praxis beträgt die maximale Transmission eines Brewster-Elements oder eines Brewster-Elementes der oben beschriebenen Art "nur" 99,98%. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann jedoch eine maximale Transmissi on von 100% angenommen werden. Wenn daher in dem vorliegenden Text eine Durchlässig keit von 100% angegeben ist, bezieht sich dies auf die maximale Transmission des jeweiligen Brewster-Elementes, die bei der betrachteten Ausführungsform 99,98% beträgt.In the embodiment shown, a carbon dioxide (CO ₂ ) laser is used to generate the laser beam, which is linearly polarized in exactly one direction. However, those skilled in the art will understand that any other suitable laser source can also be used. The laser beam enters the laser beam deflection module 32 through the opening 34 and passes through the polarization control device 36 , in which two opposing ZnSe Brewster elements 50 , 52 are set to the correct Brewster angles with respect to the wavelength of the laser beam , The Brewster elements 50 , 52 can be rotated through 90 ° to attenuate the laser beam so that 100% to 0% of the laser beam energy is transmitted through the Brewster elements 50 , 52 when they are together from 0 ° to 90 ° can be rotated around the laser beam axis. For other types of lasers, other materials can be chosen for the Brewster elements. Various coatings can be applied to the surfaces of the Brewster elements, which can change the maximum and minimum transmission, the output polarization and the required rotation of the Brewster elements to control the transmission. In practice, the maximum transmission of a Brewster element or a Brewster element of the type described above is "only" 99.98%. For the purposes of the present invention, however, a maximum transmission of 100% can be assumed. Therefore, if a transmittance of 100% is specified in the present text, this refers to the maximum transmission of the respective Brewster element, which is 99.98% in the embodiment under consideration.

Der Teil der Laserstrahlenergie, der bei dieser Ausführungsform durch die Brewster-Elemente 52, 50 hindurchgelassen wird, geht durch eine Strahlaufweitungsoptik 38, welche den Laser strahldurchmesser erweitert, und wird dann von der Oberfläche des von einem Galvanome termotor angetriebenen Y-Achsen-Spiegels 40 abgelenkt, um dann von der Oberfläche des von dem Galvonometermotor angetriebenen X-Achsen-Spiegels 42 abgelenkt zu werden und durch die f(θ)-Fokussierlinse 48 zu gehen, die den Laserstrahl auf einen feinen Punkt auf ei ner Zieloberfläche 54 fokussiert. Die Intensität des Laserstrahls, der die Zielfläche 54 über streicht, wird durch die Steuerung der Drehung der Brewster-Elemente 52, 50 in Abhängig keit von der Position, Drehung und Winkelgeschwindigkeit der motorgetriebenen Spiegel 40, 42 präzise gesteuert.The portion of the laser beam energy that is transmitted through the Brewster elements 52 , 50 in this embodiment passes through a beam expansion optics 38 , which expand the laser beam diameter, and is then from the surface of the Y-axis mirror 40 driven by a galvanomotor deflected to then be deflected from the surface of the X-axis mirror 42 driven by the galvonometer motor and to pass through the f (θ) focusing lens 48 which focuses the laser beam onto a fine spot on a target surface 54 . The intensity of the laser beam, which sweeps over the target surface 54 , is precisely controlled by controlling the rotation of the Brewster elements 52 , 50 depending on the position, rotation and angular velocity of the motor-driven mirrors 40 , 42 .

Es ist wichtig, daß die Beschleunigungszeiten bis zur und von der maximal erforderlichen Geschwindigkeit der kombinierten XY-Strahlposition auf der Zieloberfläche mit der Trans missionskurve der sich drehenden Brewster-Elemente in Einklang gebracht werden. In der Praxis sollten die Beschleunigungszeiten für die Bewegung des Strahls, der die Zielfläche in der X- oder Y-Richtung und besonders wichtig in der kombinierten XY-Richtung über streicht, definiert sein. Es sei angenommen, daß diese mögliche Beschleunigungszeit be stimmt wird durch die Geschwindigkeit der Polarisationssteuereinrichtung 36 beim Drehen und somit Öffnen und Schließen der Brewster-Elemente. Beispielsweise sei angenommen, daß es 1 ms dauert, um das Brewster-Element mit einer annehmbaren Toleranz von 0% auf 100% zu öffnen, sowie 1 ms, um es zu schließen, so daß das Laserstrahl-Ablenkmodul 32 und insbesondere die kombinierten Scanspiegel 40, 42 die maximale Geschwindigkeit inner halb von 1 ms erreichen sollten. Da beschichtete, voll vergütete Brewster-Elemente eine Transmission von 0% haben, wenn sie auf den richtigen Winkel eingestellt sind, ist es nicht notwendig, den Laserstrahl zwischen den einzelnen Verarbeitungs- oder Markiervorgängen abzuschalten.It is important that the acceleration times up to and from the maximum required speed of the combined XY beam position on the target surface are reconciled with the transmission curve of the rotating Brewster elements. In practice, the acceleration times for the movement of the beam, which sweeps over the target area in the X or Y direction and particularly important in the combined XY direction, should be defined. It is assumed that this possible acceleration time is determined by the speed of the polarization control device 36 when rotating and thus opening and closing the Brewster elements. For example, assume that it takes 1 msec to open the Brewster element with an acceptable tolerance of 0% to 100% and 1 msec to close it so that the laser beam deflection module 32, and in particular the combined scan mirrors 40 , 42 should reach the maximum speed within 1 ms. Since coated, fully coated Brewster elements have a transmission of 0% when they are set to the correct angle, it is not necessary to switch off the laser beam between the individual processing or marking processes.

Die WO 01/51 244 A1 beschreibt die Funktion der Brewster-Elemente, die auf einen be stimmten Brewster-Winkel eingestellt sind, zum Steuern der Laserleistung durch Reflexion oder Transmission eines einzelnen, richtungspolarisierten CO₂-Laserstrahls.WO 01/51 244 A1 describes the function of the Brewster elements, which are set to a certain Brewster angle, for controlling the laser power by reflection or transmission of a single, direction-polarized CO ₂ laser beam.

Das gleiche Verfahren kann auf jeden einzelnen richtungspolarisierten Energiestrahl ange wendet werden, soweit das richtige Material für die Brewster-Elemente und der richtige Brewster-Winkel, der zu der Wellenlänge der Laserstrahlenergie gehört, gewählt werden. The same method can be applied to every single directionally polarized energy beam as far as the right material for the Brewster elements and the right one Brewster angle, which belongs to the wavelength of the laser beam energy, can be selected.

Fig. 2 zeigt, wie ein Laserstrahl, der entweder in die P-Pol (parallel) oder S-Pol (senkrecht) Richtung polarisiert ist, mit einem einzelnen Brewster-Element 200 reflektiert oder hindurch gelassen werden kann. Zum Zweck der Darstellung sind sowohl P-Polarisation als auch S- Polarisation in der Zeichnung dargestellt. Ein Fachmann wird jedoch verstehen, daß in der Praxis ein CO₂-Laserstrahl im wesentlichen nur eine Art von Polarisation (Linearpolarisation) aufweist. Mit Bezug auf Fig. 2, wenn die Eingangspolarisation P-Pol ist, wird der Strahl re flektiert. Wenn die Eingangspolarisation S-Pol ist, wird der Eingangsstrahl hindurchgelassen. Figure 2 shows how a laser beam polarized in either the P-pole (parallel) or S-pole (perpendicular) direction can be reflected or transmitted through a single Brewster element 200 . For the purpose of illustration, both P polarization and S polarization are shown in the drawing. However, a person skilled in the art will understand that in practice a CO ₂ laser beam essentially has only one type of polarization (linear polarization). Referring to Fig. 2, when the input polarization is P-pole, the beam is reflected. If the input polarization is S-pole, the input beam is let through.

Es besteht eine Schwierigkeit darin, daß der Laserstrahl um einen Faktor versetzt wird, der sich aus dem durch den Brewster-Winkel gegebenen Einfallswinkel und aus der Dicke des Brewster-Elements selbst ergibt.There is a difficulty in that the laser beam is offset by a factor that from the angle of incidence given by the Brewster angle and from the thickness of the Brewster-Elements itself results.

Fig. 3 zeigt das Brewster-Element 200, das um 90° gedreht wurde, wobei nun der P-Pol- Strahl hindurchgelassen und der S-Pol-Strahl reflektiert wird. Der Laserstrahl wird um exakt den gleichen Faktor versetzt wie in Fig. 2, unterscheidet sich jedoch dadurch, daß er nun um 90° um die Mittellinie gedreht wurde. Fig. 3 shows the Brewster window 200, which has been rotated 90 °, now allowed to pass the P-pole beam and the S-pole beam is reflected. The laser beam is offset by exactly the same factor as in Fig. 2, but differs in that it has now been rotated 90 ° around the center line.

Fig. 4 zeigt zwei zueinander ausgerichtete Brewster-Elemente 450, 452, die es ermöglichen, daß der Ausgangsstrahl des Lasers zum Eingangsstrahl des Lasers nicht versetzt ist, weil das zweite Brewster-Element 452 die durch das erste Brewster-Element 450 erzeugte Parallelver schiebung kompensiert. In der Realität und abhängig von der Beschichtung der Brewster- Elemente 450, 452 wird der von dem ersten Brewster-Element 450 reflektierte Teil des P-Pol- Laserstrahls einen sehr hohen Prozentsatz des P-Pol-Eingangsstrahls umfassen, so daß nur noch ein sehr kleiner Prozentsatz von dem zweiten Brewster-Element 452 reflektiert werden muß. Fig. 4 shows two mutually aligned Brewster elements 450 , 452 , which make it possible that the output beam of the laser is not offset to the input beam of the laser, because the second Brewster element 452 compensates for the parallel displacement generated by the first Brewster element 450 , In reality and depending on the coating of the Brewster elements 450 , 452 , the part of the P-Pol laser beam reflected by the first Brewster element 450 will comprise a very high percentage of the P-Pol input beam, so that only a very small amount small percentage must be reflected by the second Brewster element 452 .

Fig. 5 zeigt die zwei Brewster-Elemente 450, 452, die gemeinsam in dieselbe Richtung ge dreht werden. Wenn die Drehung zunimmt, nimmt der Anteil des von dem ersten Brewster- Element 450 reflektierten P-Pol-Strahls ab und die P-Pol-Durchlässigkeit nimmt zu. Entspre chend nimmt mit der zunehmenden Drehung der Anteil der durch das erste Brewster-Element 450 durchgelassenen S-Pol-Laserstrahlung ab und die Reflexion der S-Pol-Laserstrahlung nimmt zu. Fig. 5 shows the two Brewster elements 450 , 452 which are rotated together in the same direction. As the rotation increases, the proportion of the P-pole beam reflected by the first Brewster element 450 decreases and the P-pole transmittance increases. Accordingly, with increasing rotation, the proportion of the S-pole laser radiation transmitted through the first Brewster element 450 decreases and the reflection of the S-pole laser radiation increases.

Es ist wichtig, zu beachten, daß die Laserstrahlpolarisation, welche das erste Brewster- Element 450 verläßt, mit der Drehung dieses ersten Brewster-Elements 450, abhängig von dessen Beschichtung, gedreht wird. Fig. 5 zeigt, daß jede P-Pol-Laserstrahlung, die durch das erste Brewster-Element 450 hindurchgelassen wird, daher von dem zweiten Brewster-Element 452 reflektiert wird. Und entsprechend wird jede S-Polarisation, die durch das erste Brewster- Element 450 hindurchgelassen wird, ebenfalls von dem zweiten Brewster-Element 452 hin durchgelassen.It is important to note that the laser beam polarization exiting the first Brewster element 450 is rotated with the rotation of this first Brewster element 450 , depending on its coating. Fig. 5 shows that each P-Pol-laser radiation which is transmitted through the first Brewster element 450, is thus reflected from the second Brewster member 452. And accordingly, any S polarization that is transmitted through the first Brewster element 450 is also transmitted through the second Brewster element 452 .

Das zweite Brewster-Element 452 hat daher auf die Leistungssteuerung keine wesentliche zusätzliche Wirkung. Jedoch ist es für die Korrektur der Strahlverschiebung des Laserstrahls durch das erste Brewster-Element wesentlich.The second Brewster element 452 therefore has no significant additional effect on the power control. However, it is essential for the correction of the beam shift of the laser beam by the first Brewster element.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Verfahren müssen die zwei Brewster-Elemente 450, 452 gemein sam um 90° gedreht werden, um die Übertragung oder Durchlässigkeit vom Maximum zum Minimum zu steuern und die Verschiebung des Laserstrahls auszugleichen.In the method shown in FIG. 5, the two Brewster elements 450 , 452 have to be rotated together by 90 ° in order to control the transmission or permeability from the maximum to the minimum and to compensate for the displacement of the laser beam.

Druckschrift US 4632512 beschreibt ein Verfahren zur sequentiellen Dämpfung, Modulation und Polarisation, wobei die Laserstrahlquelle einen Laserstrahl emittiert, der in eine Richtung polarisiert ist. Der zur Polarisation benutzte Teil der Vorrichtung besteht aus einem festste henden Paar symmetrische angeordneter Brewster-Elemente, wobei die Symmetrieachse des Polarisationsteils der Anordnung senkrecht zur Strahlachse liegt und die Brewster-Elemente zur Strahlachse in einem Winkel geneigt sind, der näherungsweise dem Brewster-Winkel ent spricht.Document US 4632512 describes a method for sequential damping, modulation and polarization, wherein the laser beam source emits a laser beam that is unidirectional is polarized. The part of the device used for polarization consists of a fixed one existing pair of symmetrically arranged Brewster elements, the axis of symmetry of the Polarization part of the arrangement is perpendicular to the beam axis and the Brewster elements are inclined to the beam axis at an angle which approximately corresponds to the Brewster angle speaks.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verfahren und die Vorrichtung zum Steu ern eines Laserstrahls weiter zu verbessern.It is the object of the present invention, the method and the device for control further improve a laser beam.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern von Laserenergie vor, welche mindestens zwei Brewster-Elemente verwendet, die entlang einer Achse ausgerichtet sind, die parallel zur Richtung des Laserstrahls ist, und die um diese Achse drehbar sind, wobei das erste Brewster-Element in eine Richtung und das zweite Brewster-Element in die andere Richtung gedreht wird. To achieve this object, the invention provides a method and an apparatus for Control laser energy that uses at least two Brewster elements are aligned along an axis that is parallel to the direction of the laser beam, and are rotatable about this axis, the first Brewster element in one direction and the second Brewster element is rotated in the other direction.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zwei beschichtete Brewster-Elemente verwendet, von den jedes eine Durchlässigkeit von 100% (in der Praxis 99,98%) bis 0% hat, wenn es um 90° gedreht wird. Erfindungsgemäß werden diese zwei Brewster-Elemente nur jeweils um ungefähr +/-45° gedreht, um die Transmission der Laser strahlenergie vom Maximum zum Minimum zu steuern.In a first preferred embodiment of the invention, two are coated Brewster elements are used, each of which is 100% permeable (in practice 99.98%) to 0% when rotated 90 °. According to the invention, these two Brewster elements are only rotated by approximately +/- 45 ° in each case in order to reduce the transmission of the laser to control beam energy from maximum to minimum.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden unbeschichtete Brewster- Elemente verwendet, die eine Transmission von ungefähr 100% bis 25% haben, wenn sie um 90° gedreht werden. Der Vorteil der unbeschichteten Brewster-Elemente ist, daß sie Laser strahlen mit sehr hoher Leistung hindurchlassen können, im Bereich von bis zu etwa 6 kW, während die beschichteten Brewster-Elemente durch Laserstrahlen mit einer Leistung in die ser Größenordnung beschädigt werden und daher auf die Transmission von Laserstrahlen mit einer deutlich geringeren Leistung beschränkt sind. Wenn unbeschichtete Brewster-Elemente verwendet werden, werden vorzugsweise mehrere Paare Brewster-Elemente verwendet, z. B. zwei oder drei Paare, die entlang der Laserstrahlachse ausgerichtet sind. Die Brewster- Elemente jedes Paares werden in entgegengesetzte Richtungen um einen Winkel zwischen 45° und 90° gedreht, wie weiter unten im einzelnen näher erläutert ist. Dadurch werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern von Laserstrahlen hoher Leistung geschaffen, die kostengünstig und wenig komplex sind.According to another embodiment of the invention, uncoated Brewster Elements used that have a transmission of approximately 100% to 25% when around Can be turned 90 °. The advantage of the uncoated Brewster elements is that they are lasers can transmit rays with very high power, in the range of up to about 6 kW, while the coated Brewster elements are emitted by laser beams with a power in the order of magnitude damaged and therefore on the transmission of laser beams a significantly lower performance are limited. If uncoated Brewster elements several pairs of Brewster elements are preferably used, e.g. B. two or three pairs aligned along the laser beam axis. The Brewster Elements of each pair are placed in opposite directions at an angle between 45 ° and 90 ° rotated, as explained in more detail below. This will be a Process and device for controlling high-power laser beams, that are inexpensive and not very complex.

Die Erfindung sieht auch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 7 vor.The invention also provides an apparatus having the features of claim 7.

Die Erfindung ist in folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren:The invention is in the following based on preferred embodiments with reference to the Drawings explained in more detail. In the figures:

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Laserstrahl-Richteinrichtung gemäß dem Stand der Technik; Fig. 1 shows a schematic representation of a laser beam straightening device according to the prior art;

Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines Brewster-Element zur Erläuterung des Verhaltens eines polari sierten Laserstrahls, der von dem Brewster-Element reflektiert oder hindurchgelassen wird; Fig. 2 shows an example of a Brewster element to explain the behavior of a polarized laser beam reflected or transmitted by the Brewster element;

Fig. 3 zeigt das Brewster-Element der Fig. 2, nachdem es um 90° gedreht wurde; Figure 3 shows the Brewster element of Figure 2 after being rotated 90 °;

Fig. 4 zeigt eine Anordnung aus zwei Brewster-Elementen, die in der Vorrichtung der Fig. 1 eingesetzt werden kann; Fig. 4 shows an arrangement of two Brewster elements which can be used in the device of Fig. 1;

Fig. 5 zeigt die Anordnung der zwei Brewster-Elementen der Fig. 4, wobei die Brewster- Elemente gemeinsam in dieselbe Richtung gedreht werden; Fig. 5 shows the arrangement of the two Brewster elements of Fig. 4, the Brewster elements being rotated together in the same direction;

Fig. 6 zeigt eine Anordnung aus zwei Brewster-Elementen gemäß der Erfindung, die in ent gegengesetzte Richtung gedreht werden, um die Transmissionskurve der Fig. 7 zu er halten; Fig. 6 shows an arrangement of two Brewster elements according to the invention, which are rotated in ent opposite direction to maintain the transmission curve of Fig. 7;

Fig. 7 zeigt ein Diagramm der Transmissionskurven eines Laserstrahls, wenn zwei be schichtete Brewster-Elemente gemäß Fig. 6 verwendet werden; FIG. 7 shows a diagram of the transmission curves of a laser beam when two coated Brewster elements according to FIG. 6 are used;

Fig. 8 und 9 zeigen eine Anordnung zum mechanischen Antreiben der zwei Brewster- Elemente der Fig. 6, synchron und in entgegengesetzten Richtungen, wobei in Fig. 8 die Brewster-Elemente mit 0° zueinander ausgerichtet sind und in Fig. 9 um +/-45° gedreht sind; FIGS. 8 and 9 show an arrangement for mechanically driving the two Brewster elements of Fig. 6, synchronously and in opposite directions, wherein the Brewster elements with 0 ° are aligned in Fig. 8 and Fig. 9 about + / -45 ° are rotated;

Fig. 10 zeigt eine Anordnung aus 6 Brewster-Elementen, mit einer Ausrichtung von 0° gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 10 shows an arrangement of 6 Brewster elements, with an orientation of 0 ° according to a second embodiment of the invention;

Fig. 11 zeigt die Anordnung der Fig. 10, wobei die Brewster-Elemente erfindungsgemäß ge dreht wurden; und Fig. 11 shows the arrangement of Fig. 10, wherein the Brewster elements have been rotated according to the invention; and

Fig. 12 zeigt ein Diagramm der Transmissionskurven eines Laserstrahls, wenn drei Paare Brewster-Elemente verwendet werden, wie in den Fig. 10 und 11 gezeigt. FIG. 12 shows a diagram of the transmission curves of a laser beam when three pairs of Brewster elements are used, as shown in FIGS. 10 and 11.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung aus zwei Brewster-Elementen 650, 652 gemäß einer ersten Aus führungsform der Erfindung, die in entgegengesetzte Richtung jeweils um ungefähr 45° ge dreht werden, um die Transmission vom Maximum zum Minimum zu steuern. Die Brewster- Elemente 650, 652 der ersten Ausführungsform der Erfindung sind vorzugsweise beschichtet, um einen Transmissionsbereich von 100% bis 0% zu erhalten, wenn sie um 90° gedreht wer den. Fig. 6 zeigt einen Eingangsstrahl, wobei zum Zwecke der Erläuterung sowohl P- Polarisation als auch S-Polarisation dargestellt sind. Ein Fachmann wird verstehen, daß ein Laserstrahl in der Regel nur in eine Richtung polarisiert ist, genauer gesagt ungefähr 99% in einer Richtung und der Rest senkrecht zu dieser Richtung. Ein Beispiel eines geeigneten Lasers, der in vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, ist ein CO₂-Laser, wobei die Erfindung hierauf nicht begrenzt ist. Fig. 6 shows an arrangement of two Brewster elements 650 , 652 according to a first embodiment of the invention, which are each rotated in the opposite direction by approximately 45 ° to control the transmission from maximum to minimum. The Brewster elements 650 , 652 of the first embodiment of the invention are preferably coated in order to obtain a transmission range of 100% to 0% when they are rotated through 90 °. Fig. 6 shows an input beam, both P polarization and S polarization being shown for the purpose of explanation. One skilled in the art will understand that a laser beam is typically only polarized in one direction, more specifically about 99% in one direction and the rest perpendicular to that direction. An example of a suitable laser that can be used in the present invention is a CO ₂ laser, but the invention is not limited to this.

Die Erfindung ist im folgenden beschrieben, mit Bezug auf die Fig. 4 und 6. Fig. 4 zeigt die zwei Brewster-Elemente 450, 452 in ihrer Anfangspositionen, also ehe sie gedreht wurden. Fig. 6 zeigt die zwei Brewster-Elemente 650, 652 gemäß der Erfindung in ihrer Endstellun gen, nachdem sie um +/-45° gedreht wurden. Die vorliegende Erfindung wird in bezug auf einen Laserstrahl mit S-Polarisation beschrieben.The invention is described below with reference to FIGS. 4 and 6. FIG. 4 shows the two Brewster elements 450 , 452 in their initial positions, that is to say before they have been rotated. Fig. 6 shows the two Brewster elements 650 , 652 according to the invention in their Endstellun conditions after they have been rotated by +/- 45 °. The present invention is described with respect to an S-polarization laser beam.

In Fig. 4 wird der Laserstrahl mit S-Polarisation auf das erste Brewster-Element 450 gelenkt, das 100% der S-Polarisation hindurchläßt - und den Rest, ungefähr 1%, P-Polarisation re flektiert. Diese 1% unerwünschte P-Polarisation können durch Verwendung von beschichte ten oder unbeschichteten statischen Brewster-Elementen, die vor der erfindungsgemäßen Ein richtung angebracht sind, abgefangen werden. Das erste Brewster-Element 450 versetzt den S-polarisierten Laserstrahl um einen Offset, wie in Fig. 4 gezeigt. Das zweite Brewster- Element 452 lässt in seiner Anfangsstellung ebenfalls 100% der S-Polarisation durch und reflektiert den Rest P-Polarisation, soweit vorhanden. Zusätzlich verschiebt das zweite Brewster-Element 452 den Laserstrahl zurück auf seinen ursprünglichen vertikalen Weg, wo bei der transmittierte Strahl zum einfallenden Strahl in horizontaler Richtung eine geringe parallele Versetzung erfährt.In Fig. 4, the laser beam with S polarization is directed onto the first Brewster element 450 , which transmits 100% of the S polarization - and reflects the rest, approximately 1%, of P polarization. This 1% undesired P polarization can be intercepted by using coated or uncoated static Brewster elements which are attached in front of the device according to the invention. The first Brewster element 450 offsets the S-polarized laser beam by an offset, as shown in FIG. 4. In its initial position, the second Brewster element 452 also allows 100% of the S polarization to pass through and reflects the rest of the P polarization, if present. In addition, the second Brewster element 452 shifts the laser beam back to its original vertical path, where the transmitted beam experiences a slight parallel displacement in the horizontal direction with respect to the incident beam.

Mit Bezug auf Fig. 6 wird das erste Brewster-Element 650 um die Achse des Laserstrahls um 45° in eine erste Richtung gedreht. Die Transmissionskurve für die S-Polarisation geht dabei von 100% zu 50% Durchlässigkeit. D. h. der S-polarisierte Strahl wird zunächst zu 100% und dann abnehmend bis zu 50% hindurchgelassen, während das erste Brewster-Element gedreht wird, der Rest des S-polarisierten Strahls wird reflektiert. Zudem wird die S-Polarisierung des Strahls (der S-polarisierte Strahl) zusammen mit dem ersten Brewster-Element 650 um 45° gedreht.With reference to FIG. 6, the first Brewster element is rotated 650 about the axis of the laser beam by 45 ° in a first direction. The transmission curve for the S polarization goes from 100% to 50% permeability. That is, the S-polarized beam is first passed 100% and then decreasing up to 50% while rotating the first Brewster element, the rest of the S-polarized beam is reflected. In addition, the S-polarization of the beam (the S-polarized beam) is rotated by 45 ° together with the first Brewster element 650 .

Gleichzeitig wird das zweite Brewster-Element 652 um die Achse des Laserstrahls in die ent gegengesetzte Richtung um 45° gedreht.At the same time, the second Brewster element 652 is rotated about the axis of the laser beam in the opposite direction by 45 °.

Nach der Drehung beider Brewster-Elemente 650, 652 in entgegengesetzte Richtungen, um 45°, wird somit 50% des S-polarisierten Strahls, gedreht um 45°, von dem ersten Brewster- Element 650 zu dem zweiten Brewster-Element 652 hindurchgelassen. Da das zweite Brewster-Element 652 um -45° gedreht wurde und der S-polarisierte Strahl um +45° gedreht wurde, ist der effektive relative Winkel zwischen dem zweiten Brewster-Element 652 und dem gedrehten S-polarisierten Strahl 90°. Durch Drehung des ersten Brewster-Elements 650 in die erste Richtung und des zweiten Brewster-Elements 652 in die entgegengesetzte Rich tung geht somit der relative Winkel zwischen dem ursprünglichen S-polarisierten Strahl und dem zweiten Brewster-Element 652 von 0° auf 90°, so daß die Transmission des zweiten Brewster-Elements 652 von 100% auf 0% des S-polarisierten Strahls geht. Als Resultat ist der das zweite Brewster-Element 652 verlassende Strahl ein kontrollierter Wert des S- polarisierten Strahls zwischen 100% und 0%, wobei der Rest des S-polarisierten Strahls re flektiert wird. Zusätzlich verschiebt das zweite Brewster-Element 652 den Laserstrahl zurück auf seinen ursprünglichen vertikalen Weg.After rotating both Brewster elements 650 , 652 in opposite directions by 45 °, 50% of the S-polarized beam, rotated by 45 °, is thus transmitted from the first Brewster element 650 to the second Brewster element 652 . Since the second Brewster element 652 has been rotated by -45 ° and the S-polarized beam has been rotated by + 45 °, the effective relative angle between the second Brewster element 652 and the rotated S-polarized beam is 90 °. By rotating the first Brewster element 650 in the first direction and the second Brewster element 652 in the opposite direction, the relative angle between the original S-polarized beam and the second Brewster element 652 thus goes from 0 ° to 90 °, so that the transmission of the second Brewster element 652 goes from 100% to 0% of the S-polarized beam. As a result, the beam exiting second Brewster element 652 is a controlled value of the S-polarized beam between 100% and 0%, with the rest of the S-polarized beam being reflected. In addition, the second Brewster element 652 shifts the laser beam back to its original vertical path.

Zusammengefaßt müssen gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung die beiden Brewster-Elemente jeweils nur um 45° gedreht werden, wenn das erste Brewster-Element 650 in eine Richtung und das zweite Brewster-Element 652 in die entgegengesetzte Richtung ge dreht wird, um die Transmission vom Maximum zum Minimum zu steuern.In summary, according to the first embodiment of the invention, the two Brewster elements only have to be rotated by 45 ° each time the first Brewster element 650 is rotated in one direction and the second Brewster element 652 is rotated in the opposite direction in order to reduce the transmission from Control maximum to minimum.

Dies ist noch besser darstellbar mit Hilfe der Transmissionskurven des Laserstrahls in Fig. 7, der von dem ersten und dem zweiten Brewster-Element 650, 652 hindurchgelassen wird. Die Transmissionskurve des ersten Brewster-Elements 650 ist mit T(650) bezeichnet und die kombinierte Übertragungskurve des ersten und des zweiten Brewster-Elements 650, 652 ist mit T(652) bezeichnet. Es wird wieder angenommen, daß beschichtete, voll vergütete Brewster-Elemente verwendet werden, die jeweils eine Transmission von 100% bis 0% ha ben, wenn sie um 90° gedreht werden. Die Transmissionskurve des ersten Brewster-Elements T(650) zeigt, daß die Transmission von 100% auf 50% geht, wenn das Brewster-Element ausgehend von 0° um 45° gedreht wird. Gleichzeitig wird das zweite Brewster-Element 652 in die entgegengesetzte Richtung gedreht, um die Übertragungskurve T(652) zu erzeugen, die von 100% auf 0% bei 45° geht. Messungen haben gezeigt, daß die resultierende Transmissi onskurve der zwei Brewster-Elemente 650, 652 dem oben erläuterten Verhalten entspricht.This can be represented even better with the aid of the transmission curves of the laser beam in FIG. 7, which is transmitted by the first and the second Brewster elements 650 , 652 . The transmission curve of the first Brewster element 650 is denoted by T ( 650 ) and the combined transmission curve of the first and second Brewster elements 650 , 652 is denoted by T ( 652 ). It is again assumed that coated, fully coated Brewster elements are used, each having a transmission of 100% to 0% when rotated through 90 °. The transmission curve of the first Brewster element T ( 650 ) shows that the transmission goes from 100% to 50% when the Brewster element is rotated 45 ° from 0 °. At the same time, the second Brewster element 652 is rotated in the opposite direction to produce the transfer curve T ( 652 ) which goes from 100% to 0% at 45 °. Measurements have shown that the resulting transmission curve of the two Brewster elements 650 , 652 corresponds to the behavior explained above.

Fig. 8 und 9 zeigen eine Anordnung zum mechanischen Antreiben der zwei Brewster-Element 650, 652, synchron und in entgegengesetzte Richtungen. Jedes Brewster-Element 650, 652 wird in einem Kugellager 810, 812 gehalten und mittels jeweils nur zwei Seitenelemente 814, 816, 818, 820 und einer Grundplatte 822, 824, an der eine direkte Verbindung 826, 828 zu einem Hebel 830, 830 angebracht ist, montiert. Der Hebel 830, 832 wird auf der Spindel eines Motors (nicht gezeigt) gedreht. Erfindungsgemäß können die Brewster-Elemente 650, 652 mittels eines oder zwei Motoren gedreht werden, z. B. galvanometrische Motoren, Spindel motoren oder alle anderen geeigneten Motoren. FIGS. 8 and 9 show an arrangement for mechanically driving the two Brewster element 650, 652, synchronously and in opposite directions. Each Brewster element 650 , 652 is held in a ball bearing 810 , 812 and by means of only two side elements 814 , 816 , 818 , 820 and a base plate 822 , 824 , to which a direct connection 826 , 828 to a lever 830 , 830 is attached is assembled. Lever 830 , 832 is rotated on the spindle of a motor (not shown). According to the invention, the Brewster elements 650 , 652 can be rotated by means of one or two motors, e.g. B. galvanometric motors, spindle motors or all other suitable motors.

Fig. 10 und 11 zeigen eine Anordnung aus sechs Brewster-Elementen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Während in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung mehrere Paare Brewster-Elemente verwendet werden, ist die Erfindung auf keine be stimmte Anzahl von Paaren beschränkt, sondern könnte unter Verwendung von zwei Paaren, drei Paaren, etc. realisiert werden. FIGS. 10 and 11 show an arrangement of six Brewster elements according to a second embodiment of the invention. While multiple pairs of Brewster elements are used in a preferred embodiment of the invention, the invention is not limited to any particular number of pairs, but could be implemented using two pairs, three pairs, etc.

Fig. 10 zeigt drei Paare Brewster-Elemente 110 und 112, 114 und 116, 118 und 120, wobei jedes Paar Brewster-Elemente entlang einer Achse des Laserstrahls angeordnet ist, und die Brewster-Elemente innerhalb jedes Paares relativ zueinander so ausgerichtet sind, daß durch die Wirkung des jeweils zweiten Brewster-Elements der durch das erste Brewster-Element erzeugte vertikale Versatz des Laserstrahls ausgeglichen wird. Durch den Einsatz von zwei oder einer anderen geradzahligen Anzahl von Paaren von Brewster-Elementen und einer gegenläufigen Rotationsrichtung der jeweiligen ersten bzw. zweiten Brewster-Elemente je den Paares, lassen sich sowohl die vertikale wie auch die horizontale Verschiebung des Laser strahls beim Durchgang durch die gesamte Anordnung vermeiden. Dies ist in Fig. 10 gezeigt. Ebenfalls in Fig. 10 ist gezeigt, daß die Brewster-Elemente 110 bis 120 bei einem Winkel von 0° ausgerichtet sind, um für einen ausgewählten Laserstrahl mit einer linearen Polarisation, z. B. ein CO₂-Laserstrahl, eine Transmission von 100% vorzusehen. Das Verhalten des durch die sechs Brewster-Elemente 106 bis 110 hindurchtretenden Laserstrahls ist im wesentlichen genauso wie mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben. Diese Beschreibung wird hier deshalb nicht nochmals wiederholt. Figure 10 shows three pairs of Brewster elements 110 and 112 , 114 and 116 , 118 and 120 , each pair of Brewster elements being arranged along an axis of the laser beam, and the Brewster elements within each pair being oriented relative to one another such that the vertical offset of the laser beam generated by the first Brewster element is compensated for by the action of the second Brewster element. By using two or another even number of pairs of Brewster elements and an opposite direction of rotation of the respective first or second Brewster elements per pair, both the vertical and the horizontal displacement of the laser beam when passing through the Avoid entire arrangement. This is shown in Figure 10. Also shown in Fig. 10 is that the Brewster elements 110 to 120 are oriented at an angle of 0 ° to provide a selected laser beam with a linear polarization, e.g. B. a CO ₂ laser beam to provide a transmission of 100%. The behavior of the laser beam passing through the six Brewster elements 106 to 110 is essentially the same as described with reference to FIG. 4. This description is therefore not repeated here.

In der Ausführungsform der Fig. 10 ist angenommen, daß unbeschichtete bzw. unvergütete Brewster-Elemente verwendet werden, die den Vorteil haben, daß sie Laserstrahlen mit sehr hoher Leistung, bis zu 6 kW oder darüber, hindurchlassen können, während ein beschichtetes Brewster-Element üblicherweise beschädigt würde, wenn es einem Laserstrahl ausgesetzt wird, dessen Leistung deutlich über 1 kW liegt. Die unbeschichteten bzw. nicht vergüteten Brewster-Elemente haben den scheinbaren Nachteil, daß sie keine Transmission von 100% bis 0% erreichen können, wenn sie um 90° gedreht werden, sondern "nur" von 100% bis z. B. ungefähr 25%, abhängig von der Art des Laserstrahls und dem für das Brewster-Element verwendeten Material. Dieser scheinbare Nachteil wird von der Erfindung durch die Verwen dung mehrerer Paare Brewster-Elemente kompensiert, wie unten erläutert.In the embodiment of Fig. 10, it is believed that uncoated Brewster elements are used which have the advantage of being able to transmit very high power laser beams, up to 6 kW or more, while a coated Brewster element would normally be damaged if it is exposed to a laser beam with a power significantly above 1 kW. The uncoated or not tempered Brewster elements have the apparent disadvantage that they cannot achieve a transmission of 100% to 0% when they are rotated by 90 °, but "only" from 100% to z. B. about 25%, depending on the type of laser beam and the material used for the Brewster element. This apparent disadvantage is compensated for by the invention by using several pairs of Brewster elements, as explained below.

Fig. 11 zeigt die Anordnung aus drei Paaren Brewster-Elemente 110 und 112, 114 und 116, 118 und 120 der Fig. 10, wobei die zwei Brewster-Elemente jedes Paares in entgegengesetzte Richtungen ausgehend von 0° um einen Winkel von zwischen 45° und 90° gedreht werden, um die Gesamtdurchlässigkeit für den Laserstrahl vom Maximum bis zum Minimum zu steu ern. Das Verhalten des Laserstrahls, der durch jedes Paar Brewster-Elemente hindurchgelas sen wird, entspricht in Bezug auf die Drehung der Polarisation und die Verringerung der Transmission, im allgemeinen dem Verhalten, das mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben wurde. Die Beschreibung wird daher hier nicht wiederholt. Es besteht jedoch ein Unterschied zwi schen unbeschichteten und beschichteten Brewster-Elementen dahingehend, daß die Trans mission des unbeschichteten Brewster-Elements sich von der des beschichteten Brewster- Elements unterscheidet. Fig. 11 shows the arrangement of three pairs of Brewster elements 110 and 112 , 114 and 116 , 118 and 120 of Fig. 10, the two Brewster elements of each pair in opposite directions starting from 0 ° at an angle of between 45 ° and rotated 90 ° to control the total transmittance for the laser beam from maximum to minimum. The behavior of the laser beam which is passed through each pair of Brewster elements corresponds to the rotation of the polarization and the reduction in transmission , generally the behavior described with reference to FIG. 6. The description is therefore not repeated here. However, there is a difference between uncoated and coated Brewster elements in that the transmission of the uncoated Brewster element differs from that of the coated Brewster element.

Dies wird deutlicher mit Bezug auf Fig. 12.This becomes clearer with reference to FIG. 12.

Fig. 12 zeigt die Transmissionskurven der sechs Brewster-Elemente 110 bis 120 der Fig. 11, wenn sie, innerhalb jedes Paares in entgegengesetzte Richtungen, um 90° gedreht werden. Die Transmissionskurve des ersten Brewster-Elements 110 ist mit T(110) bezeichnet. Die kombi nierte Transmissionskurve des ersten und des zweiten Brewster-Elements 110, 112 ist mit T(112) bezeichnet, etc. Die Transmissionskurve des Ausgangsstrahls, der das letzte Brewster- Element 120 verläßt, ist schließlich mit T(120) bezeichnet. Wie sich aus Fig. 12 ergibt, geht die Transmissionskurve des ersten Brewster-Elements 110 von 100% auf etwa 25%, wenn das Brewster-Element 110 um 90° gedreht wird. Der Ausgangsstrahl des ersten Brewster- Elements 110 wird von dem zweiten Brewster-Element 112 hindurchgelassen, das in Abhän gigkeit von der Rotation wiederum eine Reduktion von 100% auf 25% bewirkt, wodurch ein Ausgangsstrahl des zweiten Brewster-Elementes 112 entsteht, der von 100% auf 6,25% der Eingangsstrahlenergie verringert wird, wenn das erste und das zweite Brewster-Element 110, 112 in der richtigen Weise gedreht werden. Nachdem der Laserstrahl durch alle sechs Brewster-Elemente 110 bis 120 hindurchgegangen ist, welche jeweils ausgehend von 0° in der richtigen Weise gedreht wurden, wird nur ungefähr 0,024% des Eingangslaserstrahls das sechste und letzte Brewster-Element 120 verlassen. FIG. 12 shows the transmission curves of the six Brewster elements 110 to 120 of FIG. 11 when they are rotated through 90 ° in opposite directions within each pair. The transmission curve of the first Brewster element 110 is denoted by T ( 110 ). The combined transmission curve of the first and second Brewster elements 110 , 112 is denoted by T ( 112 ), etc. Finally, the transmission curve of the output beam leaving the last Brewster element 120 is denoted by T ( 120 ). As can be seen from FIG. 12, the transmission curve of the first Brewster element 110 goes from 100% to approximately 25% when the Brewster element 110 is rotated through 90 °. The output beam of the first Brewster element 110 is let through by the second Brewster element 112 , which in turn causes a reduction from 100% to 25% depending on the rotation, thereby creating an output beam of the second Brewster element 112 , that of 100 % is reduced to 6.25% of the input beam energy if the first and second Brewster elements 110 , 112 are rotated in the correct manner. After the laser beam has passed through all six Brewster elements 110 to 120 , which were each rotated in the correct manner starting from 0 °, only approximately 0.024% of the input laser beam leaves the sixth and last Brewster element 120 .

Während die erste Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise für das Schneiden und Mar kieren von Polymeren verwendet wird, eignet sich die zweite Ausführungsform der Erfindung besonders für Hochleistungs-Laserstrahlanwendungen, wie zum Beispiel, aber nicht aus schließlich das Schneiden und Markieren von Metall. In solchen Anwendungen sind kleine Laserstrahl-Leistungen unschädlich und können vernachlässigt werden. Eine Untersuchung der Transmissionskurven der Fig. 12 zeigt dem Fachmann somit, daß es dann, wenn er z. B. drei Paare Brewster-Elemente verwendet, ausreichend ist, jedes Paar, in entgegengesetzte Richtung, um einen Winkel zwischen 50° und 55° zu drehen. Wenn beispielsweise nur zwei Paare Brewster-Elemente verwendet würden, wäre es für viele Anwendungen ausreichend, jedes Paar der Brewster-Elemente, in entgegengesetzte Richtung, um einen Winkel von zwi schen ungefähr 55° und 65° zu drehen, um die Transmission des Laserstrahls von einem Ma ximum auf ein ausreichend niedriges Minimum zu steuern.While the first embodiment of the invention is preferably used for cutting and marking polymers, the second embodiment of the invention is particularly suitable for high power laser beam applications such as, but not limited to, cutting and marking metal. In such applications, small laser beam powers are harmless and can be neglected. An examination of the transmission curves of FIG. 12 thus shows the person skilled in the art that if he e.g. B. three pairs of Brewster elements is sufficient, each pair, in the opposite direction to rotate an angle between 50 ° and 55 °. For example, if only two pairs of Brewster elements were used, it would be sufficient for many applications to rotate each pair of Brewster elements in the opposite direction, through an angle between approximately 55 ° and 65 °, to transmit the laser beam from to control a maximum to a sufficiently low minimum.

Man wird verstehen, daß die in den Zeichnungen gezeigten Übertragungskurven, die Winkel bereiche für die Drehung der Brewster-Elemete und die Anzahl der verwendeten Paare der Brewster-Elemente, beschichtet oder unbeschichtet, die hier dargelegt wurden, lediglich der Erläuterung dienen und in keiner Weise die Erfindung beschränken sollen. Abhängig von der jeweiligen Anwendung, der Art und Energie des Laserstrahls sowie des Brewster-Elements und seiner Beschichtung können beliebige andere geeignete Werte für diese Parameter ge wählt werden. It will be understood that the transfer curves shown in the drawings are the angles ranges for the rotation of the Brewster elements and the number of pairs used Brewster elements, coated or uncoated, set out here, only the Explanation serve and are in no way intended to limit the invention. Depends on the respective application, the type and energy of the laser beam and the Brewster element and its coating can have any other suitable values for these parameters be chosen.

Die vorliegende Erfindung hat mehrere Vorteile.The present invention has several advantages.

Für jede entsprechende Drehbewegung, vorwärts und rückwärts (oder umgekehrt), des ersten Brewster-Elements bzw. des zweiten Brewster-Elements wird die vertikale Verschiebung des Laserstrahls, der von dem ersten Brewster-Element hindurchgelassen wird, durch das zweite Brewster-Element rückgängig gemacht, wodurch der austretende Laserstrahl immer in glei cher Höhe und parallel zu dem eintretenden Laserstrahl ist.For each corresponding rotational movement, forward and backward (or vice versa) of the first Brewster element or the second Brewster element is the vertical displacement of the Laser beam transmitted through the first Brewster element through the second Brewster element undone, which means that the emerging laser beam is always smooth cher height and parallel to the incoming laser beam.

Durch die Drehung der Brewster-Elemente um einen Winkel zwischen 0° und 45° ergibt sich der Vorteil höherer Geschwindigkeiten, mit denen die Erfindung arbeiten kann.The rotation of the Brewster elements by an angle between 0 ° and 45 ° results the advantage of higher speeds at which the invention can operate.

Durch die Verwendung mehrer Paare von Brewster-Elementen lassen sich die zur Transmis sionssteuerung notwendigen maximalen Ablenkwinkel weiter reduzieren, die Geschwindig keiten erhöhen und die horizontale und vertikale Verschiebung des Laserstrahls kompensie ren.By using several pairs of Brewster elements, they can be used for transmis tion control further reduce the necessary maximum deflection angle, the speed increase and compensate for the horizontal and vertical displacement of the laser beam ren.

Durch Drehen der Brewster-Elemente nur um maximal 45°, anstelle von 90°, ergeben sich zusätzliche Vorteile bei der Motorisierung des Systems, wobei z. B. galvanometrische Moto ren in diesem Fall wesentlich besser arbeiten.Turning the Brewster elements only by a maximum of 45 ° instead of 90 ° results additional advantages in the motorization of the system, z. B. galvanometric moto in this case work much better.

Mit Bezug auf die Ausführungsform der Fig. 6 wird durch Drehung der Brewster-Elemente um ungefähr +/-45° (oder umgekehrt) maximal die halbe S-Polarisation des Laserstrahls von dem ersten Brewster-Element reflektiert, wobei der Rest, der zusammen mit dem ersten Brewster-Element gedreht wird, von dem zweiten Brewster-Element reflektiert wird. Unter der vereinfachten Annahme, daß spezielle Parameter und das Verhalten der Beschichtung der zwei Brewster-Elemente näherungsweise vernachlässigt werden können, erlaubt die Kombi nation der zwei Brewster-Elemente die Steuerung der doppelten Laserstrahlenergie, da die Energie der von den zwei Brewster-Elementen jeweils reflektierten Anteile des Laserstrahls gleichmäßig auf zwei Energiefallen verteilt werden kann.With reference to the embodiment of FIG. 6, by rotating the Brewster elements by approximately +/- 45 ° (or vice versa), a maximum of half the S polarization of the laser beam is reflected by the first Brewster element, the rest being together with the first Brewster element is rotated, is reflected by the second Brewster element. Under the simplified assumption that special parameters and the behavior of the coating of the two Brewster elements can be neglected approximately, the combination of the two Brewster elements allows the control of the double laser beam energy, since the energy of each reflected by the two Brewster elements Shares of the laser beam can be distributed evenly over two energy cases.

Wenn bei der ersten Ausführungsform das erste und das zweite Brewster-Element um +/-45° gedreht werden, transmittiert erste Brewster-Element zwischen 100% und 50% der Lasere nergie und reflektiert den Rest, während das zweite Brewster-Element zwischen 100% und 0% der von dem ersten Brewster-Element hindurchgelassenen 100% bis 50% transmittiert. In ihren Endstellungen von +/-45° reflektiert somit das erste Brewster-Element 50% der ur sprünglichen Laserstrahlenergie und das zweite Brewster-Element die verbleibenen 50% der ursprünglichen Laserstrahlenergie, wodurch die Laserenergie, die in jeweils eine Strahlenfalle abgelenkt werden muß, halbiert wird. Dies erleichtert erheblich die Handhabung der Laser strahlenergie, die von dem Brewster-Elementen reflektiert wird.If in the first embodiment, the first and the second Brewster element by +/- 45 ° are rotated, the first Brewster element transmits between 100% and 50% of the lasers energy and reflects the rest, while the second Brewster element is between 100% and 0% the 100% to 50% transmitted by the first Brewster element. In In their end positions of +/- 45 °, the first Brewster element thus reflects 50% of the original initial laser beam energy and the second Brewster element the remaining 50% of the original laser beam energy, which causes the laser energy to fall into one beam trap must be distracted, halved. This considerably simplifies the handling of the lasers radiation energy reflected by the Brewster elements.

Bei Verwendung unbeschichteter Brewster-Elemente, wie bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung, hat die Erfindung den zusätzlichen Vorteil, daß sie die Handhabung und Steue rung von Laserstrahlen hoher Leistung von bis zu 6 kW erlaubt.When using uncoated Brewster elements, as in the second embodiment of the invention, the invention has the additional advantage that it is easy to handle and control High-power laser beams of up to 6 kW are permitted.

Die Erfindung sieht in gleicher Weise auch ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, bei dem die Brewster-Elemente eine Beschichtung aufweisen, die Laserenergien von zwischen 1 und 6 kW aushalten kann und deren Verhalten irgendwo zwischen den beschichteten bzw. vergüte ten und den unbeschichteten bzw. nicht vergüteten Brewster-Elementen liegt.In the same way, the invention also provides a method and a device in which the Brewster elements have a coating, the laser energies of between 1 and 6 kW can withstand and their behavior somewhere between the coated or tempering and the uncoated or not coated Brewster elements.

Claims

1. A method for controlling the laser beam energy of a laser beam by means of two Brewster elements ( 650 , 652 ) which are aligned along an axis which is parallel to the direction of the laser beam, the Brewster elements ( 650 , 652 ) being rotated about this axis , and wherein a first Brewster element ( 650 ) is rotated in one direction and a second Brewster element ( 652 ) simultaneously by the same angular amount in the opposite direction.

2. The method of claim 1, wherein the first and second Brewster elements ( 650 , 652 ) are rotated synchronously by approximately + 45 ° and -45 °, respectively, in order to control the transmission of the laser beam from maximum to minimum and vice versa.

3. The method according to claim 1, wherein the first and the second Brewster element ( 650 , 652 ) are rotated synchronously, in each case by an angle of + m ° or -m °, wherein 45 ≦ m ≦ 90 to the transmission of Control the laser beam from maximum to minimum and vice versa.

4. The method according to any one of the preceding claims, wherein a plurality of pairs of Brewster elements ( 650 , 652 ; 110-120 ) are aligned with their axes of rotation along the axis of the laser beam, each pair comprising a first Brewster element and a second Brewster element ,

5. The method of claim 4, wherein two or three pairs of Brewster elements ( 110-120 ) are provided.

6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the laser beam is a linear is polarized laser beam.

7. Device for controlling the laser beam energy of a laser beam, with at least two Brewster elements ( 650 , 652 ), which are aligned along an axis which is parallel to the direction of the laser beam, and with a drive device ( 810-832 ) for rotating the Brewster -Elemente ( 650 , 652 ) about the axis, wherein the drive device is suitable ge, a first Brewster element ( 650 ) in a first direction and a second Brewster element ( 652 ) at the same time by the same angular amount in a second, opposite to turn in the opposite direction.

8. The apparatus of claim 7 including a pair of coated Brewster elements ( 650 , 652 ) comprising the first and second Brewster elements.

9. The apparatus of claim 7, comprising a plurality of pairs of uncoated Brewster elements ( 110-120 ), each pair comprising first and second Brewster elements aligned along the axis.

10. The apparatus of claim 9, with two or three pairs of Brewster windows ( 110-120 ).

11. The device according to one of claims 7 to 10, with a laser source for generating egg linearly polarized laser beam.

12. The apparatus of claim 11, wherein the laser source comprises a CO ₂ laser with an output power between 0.1 and 6 kW.