DE10164579C1 - Verfahren zum Trennen von Lichtleitfasern mittels CO¶2¶-Laserstrahlung - Google Patents
Verfahren zum Trennen von Lichtleitfasern mittels CO¶2¶-LaserstrahlungInfo
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Abstract
Verfahren zum Trennen von Lichtleitfasern mittels CO¶2¶-Laserstrahlung anwendbar für Fasern unterschiedlicher Art und Größe, mit und ohne Ummantelung sowie für Faserbündel und Faserkomponenten, bei dem die Trennung durch ein dem jeweiligen Material angepasstes, spezielles Impulsregime über den Abtrag kleinster Werkstoffvolumina entlang einer Linie so lange in einem "sägeähnlichen" Prozess erfolgt, bis die vollständige Trennung erreicht ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von Lichtleitfasern mittels
CO2-Laserstrahlung. Es ist für eine breite Palette solcher Fasern einsetzbar,
die von Monomode- über Multimode- bis hin zu Gradientenfasern mit
unterschiedlichsten anwenderspezifischen Durchmessern reicht. Auch
ummantelte Fasern können mit dieser Methode getrennt werden. Speziell
ist dieses Verfahren geeignet zur Konfektionierung von Faserendflächen in
Steckern oder speziellen Endflächen für die Kupplung zu elektro-optischen
Wandlern von Einzelglasfasern und Faserbändchen. Es zeichnet sich durch
große Flexibilität, hohe Qualität der Trennflächen und somit geringe
Nacharbeit sowie durch eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit und die
Möglichkeit der Automatisierung des Trennprozesses aus.
Mit der weltweiten Umstellung der breitbandigen Datenübertragung auf
Lichtleitfasern einher geht die Notwendigkeit der effizienten
Konfektionierung dieser Fasern in den unterschiedlichsten
Anwendungsbereichen. Ein Grundproblem stellt dabei aufgrund der
hohen Ebenheitsanforderungen an die entstehende Endfläche, die im
Allgemeinen eine dämpfungsarme Kopplung der Faser zu anderen
optischen bzw. optoelektronischen Bauelementen ermöglichen muss, das
einfache Trennen dar.
Im Gegensatz zu den Hightech Verfahren der Herstellung und der
Applikationen der Fasern wirkt der gegenwärtige Stand der Technik des
Fasertrennens eher altertümlich.
Nach wie vor sind die üblichen Verfahren des Trennens von Fasern rein
manuell. Z. B. werden Trenngeräte auf der Basis des Anritzens der Faser
mittels einer Diamantspitze genutzt. Die typische Arbeitsweise ist so, dass
die abgemantelte Faser in eine große Führungsnut gelegt wird. Die exakte
Bestimmung der Faserendlänge wird durch eine einstellbare Begrenzung
oder durch eine Skalierung ermöglicht. Durch Schließen des Werkzeuges
wird die Faser fixiert und vorgespannt, anschließend ritzt eine
Diamantklinge die Faser an und erzielt einen zur Faserachse
rechtwinkligen bzw. einen um 8° vom rechten Winkel abweichenden
Bruch. Bei ummantelten Fasern ist ein Abmanteln an der
Bearbeitungsstelle nötig.
Noch einfacher in ihrer Funktion sind Diamant-Faserritzwerkzeuge
(Cleaving Knifes) im Kugelschreiberformat, bei denen das Trennen
(Brechen) der optischen Fasern durch leichtes Anritzen der
Faseroberfläche (Kern bei Fasern mit Kunststoffcladding bzw. Cladding bei
Quarz/Quarz-Fasern) erfolgt. Durch Ziehen der Faser übt man eine zur
Faserachse axiale Kraft auf die angeritzte Stelle aus, die Faser bricht.
Die genannten Verfahren sind im Allgemeinen nur für Einzelfasern
geeignet und optimiert. Versagen sie völlig, z. B. beim Trennen von
Faserbändchen, wird die sehr grobe Methode des "Abschlagens"
verwendet, bei der natürlich sehr stark gestörte Trennflächen entstehen,
die hohen nachträglichen Polieraufwand erfordern.
Allen mechanischen Verfahren ist eine Reihe von gravierenden
Nachteilen gemeinsam. So kann z. B. der Trennvorgang nicht automatisiert
werden. Die Verfahren sind sehr unflexibel, akzeptable Resultate sind
jeweils nur für spezielle Faserformen und Konfektionierungen erzielbar.
Typisch für die Trennfläche sind Ausplatzungen, verbleibende
überstehende Glasspitzen und Mikrorisse, so dass erheblicher
Arbeitsaufwand in die Nachbearbeitung gesteckt werden muss.
Zum Trennen mittels Laser scheint grundsätzlich der CO2 Laser geeignet zu
sein, dessen Strahlung sich durch eine hohe Absorption aller für
Lichtleitfasern geeigneten Glassorten, aber auch der Kunststoffe, die zur
Ummantelung eingesetzt werden, auszeichnet.
Zum Trennen spröder Werkstoffe, insbesondere von Glas, mittels Laser sind
aus dem Stand der Technik eine unüberschaubare Anzahl von Verfahren
bekannt. Meist wird ein CO2 Laser als Strahlungsquelle eingesetzt.
Grundsätzlich unterscheiden sich diese Verfahren in solche, bei denen das
Material entlang der gewünschten Trennlinie über die Transformations-
bzw. Erweichungstemperatur erhitzt wird (Schmelzschneiden) und solche,
bei denen mittels Laser eine thermische Spannung induziert wird, die
spontan oder nach Setzen eines Initialrisses zum Bruch entlang der
Trennlinie führt (Brechen). Für das Trennen mittels Schmelzschneiden sei
hier beispielhaft die EP 0 062 484 und die DE 199 11 981 genannt.
In der EP 0 062 484 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem ein
Laserstrahlenbündel auf oder oberhalb einer Glasoberfläche fokussiert
wird, wodurch das Glas über eine Dicke, geringer der Gesamtdicke,
verdampft und das Glas über die Restdicke auf eine Temperatur oberhalb
der Schmelztemperatur erwärmt wird, um ein Loch zu schaffen. Durch die
relative Bewegung zwischen dem Laserstrahlenbündel und dem Glas wird
ein Schnitt im Glas erzeugt.
Die DE 199 11 981 betrifft ein Verfahren, bei dem ein Kunststoff-
Lichtwellenleiter in einer vorgegebenen Schnittebene durch ein
fokussiertes Laserstrahlenbündel durchtrennt wird, indem das parallel zur
Schnittebene ausgerichtete Laserstrahlenbündel und der Lichtwellenleiter
zueinander relativ in einer Richtung bewegt werden mit einer bestimmten
Geschwindigkeit, so dass die beim Schnitt entstehenden Endflächen
durch die thermische Wirkung des Laserstrahlenbündels nur kurzzeitig
aufgeschmolzen werden.
Verfahren, bei denen Glas durch die Erzeugung von Bruchspannungen
getrennt wird, sind z. B. in der DE 28 13 302, DE 43 05 107, US 3,543,979 und
US 5,084,604 beschrieben. Insbesondere bei dieser Art von Verfahren ist
die Verbesserung der Qualität der Trennfläche regelmäßig die Aufgabe
der Erfindung.
Wie es sich bei der praktischen Erprobung jedoch gezeigt hat, sind sowohl
das Schmelzschneiden als auch das Brechen nicht geeignet, um
Lichtleitfasern mit der erforderlichen Qualität der Trennfläche zu trennen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das die
Trennung unterschiedlichster Formen von Lichtleitfasern wie Mono- und
Multimodefasern, Gradientenfasern, Glas- und Kunststofffasern als
Einzelfaser oder Faserverbund, mit und ohne Ummantelung mit
höchstmöglicher Präzision der Positionierung der Trennfläche und einer
hohen Qualität der Trennfläche ermöglicht. Das Verfahren soll geeignet
sein, Trennflächen rechtwinklich zum Faserkern aber auch geneigt zum
Faserkern zu erzeugen. Die erforderliche Nacharbeit der Trennfläche soll
minimal sein oder sogar ganz wegfallen. Das Verfahren soll vollständig
automatisierbar sein.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren zum Trennen
von Lichtleitfasern mittels CO2-Laserstrahlung gemäß dem Oberbegriff des
Anspruches 1 dadurch gelöst, dass aus der CO2-Laserstrahlung ein
Arbeitsstrahl 8 bestehend aus Einzelpulsen mit den Strahlungsparametern
Impulsspitzenleistung , einige W ≦ ≦ 1 kW, Impuls-Halbwertsbreite
τimp, 10-5 s ≦ τimp ≦ 10-4 s und Impulsfolgefrequenz fimp, 100 Hz ≦ fimp ≦
mehrere kHz ausgekoppelt wird und dass der Arbeitsstrahl 8 auf eine
fixierte Lichtleitfaser fokussiert und in einer Ebene entlang einer
Bearbeitungszone hin- und herbewegt wird, so dass pro Einzelimpuls ein
Elementarvolumen, annähernd gleich dem Produkt aus optischer
Eindringtiefe d und auftreffendem Strahlquerschnitt, mit einem
Durchmesser etwa gleich dem Fokusdurchmesser df, auf alle Fälle jedoch
kleiner √2df abgetragen wird, bis die Lichtleitfaservollständig durchtrennt
ist.
Es ist erfindungswesentlich, dass der Trennprozeß unabhängig von der
konkreten Beschaffenheit der zu trennenden Einzelfaser oder des
Faserverbundes (Objekt), nicht wie aus dem Stand der Technik für Glas
bekannt "in einem Zuge" durch intensive Strahlung eines CO2-Lasers
erfolgt, sondern durch ein dem jeweiligen Material angepasstes spezielles
Impulsregime mittels dem auf eine für die Faser extrem schonende Art
und Weise Puls für Puls kleinste Werkstoffvolumina entlang einer Linie so
lange in einem "sägeähnlichen" Prozess abgetragen werden, bis die
vollständige Trennung erreicht ist. Das heißt, der Gesamttrennschnitt setzt
sich aus einer Vielzahl von Einzeltrennschnitten zusammen. Die
Größenordnung der abgetragenen Werkstoffvolumina, nachfolgend
"Elementarvolumina" genannt, bestimmt sich aus dem Produkt von
Strahlquerschnittsfläche in der Bearbeitungsebene und Eindringtiefe in das
Material. Um die Strahlquerschnittsfläche möglichst klein zu halten, wird
die Laserstrahlung vorteilhafterweise auf die Oberfläche des noch
unbearbeiteten Objektes fokussiert und so geformt, dass die
Rayleighlänge größer dem Gesamtdurchmesser des Objektes ist.
Dabei wird die Spitzenleistung der Impulse und ihre Dauer (und damit die
Impulsenergie) so gewählt, dass gerade ein solches Elementarvolumen
durch einen Impuls abgetragen (im Wesentlichen verdampft) wird. Man
hat es dann mit einem absorptionskontrollierten Abtrag zu tun, bei dem
der auftretende Anteil des geschmolzenen Materials und damit die
Neigung zu Mikrorissen minimiert wird.
Um mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Lichtleitfasern trennen zu
können, deren Gesamtdurchmesser < 0,1 mm beträgt, ist natürlich eine
sehr hohe Anzahl von Einzelimpulsen erforderlich. Um zu vernünftigen
Bearbeitungsgeschwindigkeiten zu kommen, sollte deshalb die
Folgefrequenz ausreichend groß, typisch in der Größenordnung kHz
liegen.
Um dadurch jedoch die günstige Wirkung des Elementarvolumen-Abtrags
nicht wieder zu eliminieren, ist eine so schnelle Bewegung des fokussierten
Laserstrahls über die Probe erforderlich, dass die Pulse mit einer gewissen
Überlappung nebeneinander auftreffen und damit die
Elementarvolumina sich überlappend abgetragen werden. Vorteilhaft
beträgt die Überlappung etwa 70%. Bei einem Überlauf des Strahls über
die Einzelfaser bzw. den Faserverbund entsteht damit eine Schnitttiefe, die
nicht wesentlich die Eindringtiefe der Strahlung in das Fasermaterial und
damit die Größenordnung von 10 µm übersteigt.
Der Gesamttrennschnitt wird durch eine entsprechende Anzahl von
Überläufen des Strahls über die Einzelfaser bzw. den Faserverbund erreicht
(Einzeltrennschnitte).
Der zeitliche Abstand zwischen der Erzeugung der Einzeltrennschnitte sollte
so groß gewählt sein, dass eine ausreichende Abkühlung der zuletzt
bearbeiteten Zone erfolgt. Dies dient wieder dem Ziel, keine größeren
Schmelzanteile durch unzulässig hohe Aufsummierung der eingebrachten
Strahlungsleistung zu erzeugen. Vorteilhaft ist eine Abkühlzeit von
größenordnungsmäßig 10-2 . . . 10-1 s.
Zurückkommend auf die anschauliche Darstellung des Verfahrens als
"sägeähnlichen" Prozeß entsprechen die Sägezähne den
Strahlungsimpulsen und die Hin- und Herbewegung der "Säge" den
einzelnen Überläufen der Strahlung über die Einzelfaser bzw. den
Faserverbund.
Das Verfahren ermöglicht es, nicht nur zu den Faserachsen senkrechte
Schnitte durchzuführen, sondern einen weiten Winkelbereich für die Lage
der Trennfläche zu den Faserachsen zu erschließen. Dabei wirkt sich die
Herstellung des Gesamttrennschnittes durch eine Vielzahl von
Einzeltrennschnitten außerordentlich günstig auf die Präzision des
gewünschten Winkels aus, da die Ausbildung der resultierenden
Trennfläche nur in geringem Maße durch die Oberflächenspannung der
beim Trennprozess auftretenden Schmelzanteile beeinflusst wird.
Ein weiterer Vorzug des Verfahrens beruht auf der Tatsache, dass alle
Bestandteile der in Frage kommenden Faserkonfiguration, also die
unterschiedlichsten Glassorten, Kunststoffe für die Ummantelung oder
auch Kleber, auf ähnliche Weise CO2-Laserstrahlung absorbieren, so dass
alle diese Bestandteile mit einem optimierten Impulsregime getrennt
werden können, wobei sich die Optimierung selbstverständlich vorrangig
auf Faserkern und Fasermantel konzentriert.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1a Aufbau einer ummantelten Lichtleitfaser vor der Trennung
Fig. 1b die ummantelte Lichtleitfaser nach der Trennung
Fig. 2 Grundaufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens
Fig. 3 Typischer Impulszug der auftreffenden Strahlung
Fig. 4 Hilfsdarstellung zur Erläuterung des Verfahrensablaufes
Fig. 5 Draufsicht auf die Schnittfuge-Überlappung der Einzelimpulse
Fig. 6 Hilfsdarstellung zur Erläuterung des Verfahrens an einem
Faserverbund
Fig. 7 Hilfsdarstellung zur Erläuterung des Verfahrens an einer
Einzelfaser unter definiertem Winkel zur Faserachse
An Hand der Fig. 1a und 1b soll das Grundproblem beim Trennen einer
ummantelten Einzelfaser mittels Laserstrahlung gezeigt werden.
Die prinzipiellen Schwierigkeiten bestehen erstens in der geforderten
hohen Präzision des Schnittes und zweitens in der Tatsache, dass die aus
einem Faserkern 1, einem Fasermantel 2 und einer Schutzummantelung 3
und damit aus drei unterschiedlichen Werkstoffen bestehende
Lichtleitfaser mit gleichen Strahlungsparameterngetrennt werden soll.
Das hat grundsätzlich zur Folge, dass die Schutzummantelung 3, die im
Allgemeinen aus einem Kunststoff besteht, wegen der wesentlich
geringeren Abtragsschwelle im Vergleich zum Faserkern 1 und dem
Fasermantel 2, auf einem wesentlich größeren Bereich abgetragen wird,
d. h. nach dem Trennvorgang tritt die Schutzummantelung 3 um eine
Strecke s hinter das Faserende zurück.
Darüber hinaus wird die Trennfläche über den Faserkern 1 und den
Fasermantel 2 nie ideal eben sein, sondern eine gewisse Rundung mit der
Pfeilhöhe h aufweisen. Um im Hinblick auf die Faserkopplung eine
möglichst ebene Trennfläche zu erreichen, muss die Pfeilhöhe h möglichst
klein gehalten werden, so dass entweder völlig auf eine Nachbearbeitung
der Trennflächen verzichtet werden kann oder der dafür erforderliche
Aufwand so klein wie möglich ist. Entscheidend hierfür ist, dass das
stufenweise Trennen durch den Abtrag einzelner Elementarvolumina mit
jeweils einem auf den Werkstoff optimierten Impulsregime erfolgt.
Zur Erläuterung des Verfahrens ist in Fig. 2 ein typischer Grundaufbau für
eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens illustriert, die wenigstens
einen CO2-Laser 6, eine Modulatoreinheit 7, eine Strahlauffangeinheit 11,
eine Strahlablenkeinheit 12, eine justierbare Halteeinrichtung 14 und eine
zentrale Steuereinheit 17 umfasst.
Die im Allgemeinen kontinuierliche Strahlung 4 des CO2-Lasers 6 wird
mittels der Modulatoreinheit 7, die im Regime der "Doppeltransmission"
arbeitet, in zwei Strahlanteile zerlegt, einen Arbeitsstrahl 8 und einen
Reststrahl 9 (vgl. Patent DE 404 744 C2). Dabei werden aus dem
Laserstrahl 4 periodisch Impulse ausgekoppelt, deren Parameter in weiten
Grenzen variiert und dem jeweiligen Trennprozess optimal angepasst
werden können. Der Reststrahl 9 wird durch eine Strahlauffangeinheit 12
abgefangen, wobei dies entweder einfach ein Absorber ist, der die
Strahlung vernichtet, oder ein Messgerät, mit dem z. B. die Konstanz der
Strahlungsleistung online überwacht werden kann.
Durch eine Strahlführungseinheit 10, symbolisiert durch einen Spiegel, wird
der Arbeitsstrahl 8 in eine Strahlablenkeinheit 12 gelenkt. Dies kann
vorteilhaft ein Scanner mit integrierter Fokussiereinrichtung (z. B. mit einer
F-Θ-Linse) sein, der für die erforderliche rasche Bewegung des fokussierten
Arbeitsstrahls 8 um einen Auslenkwinkel Θ über das zu bearbeitende
Objekt 13 sorgt. Bei dem zu bearbeitenden Objekt 13 kann es sich um eine
einzelne Lichtleitfaser (Einzelfaser) mit und ohne Ummantelung, ein Bündel
von Lichtleitfasern (Faserverbund) mit und ohne Ummantelung oder auch
um Faserkomponenten handeln. Das Objekt 13 ist auf einer justierbaren
Präzisionshalterung 14 fixiert, die einerseits eine präzise x-y-Positionierung,
z. B. im Genauigkeitsbereich 1/100 mm des Objektes gestattet und
andererseits die Einstellung definierter Winkel ϕ zwischen Faserachse und
Einstrahlebene und somit präzise Schrägschnitte ermöglicht.
Schließlich kann dieser Grundaufbau durch eine Zuführungseinrichtung 15
und eine Abführungseinrichtung 16 ergänzt werden, so dass der gesamte
Prozess automatisch ablaufen kann. Die zentrale Steuereinheit 17 sorgt für
die taktgerechte Ansteuerung aller relevanten Komponenten.
Eine zentrale Stellung im Verfahren nimmt die richtige Wahl der
Impulsparameter des Arbeitsstrahles 8 ein. Fig. 3 illustriert einen
charakteristischen Impulszug, der im Modulator 7 generiert und als
Arbeitsstrahl 8 für den Trennprozess genutzt wird. Die relevanten Parameter
des Impulszuges - Impulsspitzenleistung , Impuls-Halbwertsbreite τimp und
Impuls-Folgefrequenz fimp - können durch die eingesetzte
Modulatortechnik in weiten Grenzen variiert und für das Trennen des
jeweiligen Objektes optimiert werden.
Typische Parameterbereiche sind:
einige W ≦ ≦ 1 kW
10-5 s ≦ τimp ≦ 10-4 s
100 Hz ≦ fimp ≦ mehrere kHz.
einige W ≦ ≦ 1 kW
10-5 s ≦ τimp ≦ 10-4 s
100 Hz ≦ fimp ≦ mehrere kHz.
Die Pulsparameter werden abhängig von den Materialparametern des zu
trennenden Objektes so gewählt, dass die vom Objekt absorbierte
Strahlungsleistung pro Impuls eine dünne Oberflächenschicht von
wenigen µm (optische Eindringtiefe d) auf seine Verdampfungstemperatur
aufheizt. Mit der Verdampfung werden die im Randbereich der
Verdampfungszone entstehenden Schmelzanteile mit ausgetrieben. Der
Austrieb des Materialdampfes und der Schmelzanteile kann durch
Beblasung der Probe mit einem Arbeitsgas, beispielsweise eignet sich für
Glasfasern gereinigte Preßluft bei ca. 1 bar Arbeitsdruck, unterstützt
werden.
Der Austrieb pro Impuls stellt das vorstehend definierte Elementarvolumen
annähernd gleich Produkt aus optischer Eindringtiefe d und auftreffenden
Strahlquerschnitt dar.
Das Verfahren soll an Hand der Fig. 4 und 5 für das Trennen einer
Einzelfaser erläutert werden. Entsprechend Fig. 4 wird der modulierte und
auf die Oberfläche der noch unbearbeiteten Einzelfaser fokussierte
Arbeitsstrahl 8 über die Einzelfaser bewegt, indem der Arbeitsstrahl 8 um
den Auslenkwinkel Θ hin und her geschwenkt wird. Bei jedem
Überstreichen erfolgt ein Materialabtrag annähernd um die optische
Eindringtiefe d in der Größenordnung 10-5 m, nachfolgend Teilschnitt
genannt.
Um für die einzelnen Teilschnitte weitgehend gleiche
Fokussierbedingungen zu haben, sollte die Rayleighlänge zR des
fokussierten Strahles - sie charakterisiert den Bereich der Strahlkaustik, in
dem die Intensität um maximal einen Faktor 2 variiert -, größer sein als der
Gesamtdurchmesser D der Faser. Dadurch wird gewährleistet, dass der
Strahldurchmesser in der jeweiligen Bearbeitungsebene immer
kleiner √2df ist.
Fig. 5 zeigt die Draufsicht auf die Schnittfuge etwa in dem Stadium des
Trennprozesses, welcher der Durchtrennung des halben Faserquerschnittes
entspricht. Als weiterer relevanter Verfahrensparameter ist hier der
Abstand a benachbarter Elementarvolumina zu sehen, also die
Überlappung der Einzelimpulse, die im typischen Fall ca. 70% betragen
sollte.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel illustriert Fig. 6 schematisch - die
Durchtrennung eines Faserbündels aus drei Einzelfasern. Dabei gelten für
die Ausbildung der Schnittfuge 5 letztlich die analogen Aussagen, wie sie
für die Einzelfaser diskutiert wurden.
Besonders hohe Anforderungen an das Verfahren stellt das Trennen von
Einzelfasern und Faserbündeln unter definiertem Winkel p zwischen der
Faserachse und der Trennebene. Die geometrischen Verhältnisse für
diesen Fall zeigt Fig. 7.
1
Faserkern
2
Fasermantel
3
Schutzmantel
4
Laserstrahl
5
Schnittfuge
6
CO2
-Laser
7
Modulatoreinheit
8
Arbeitsstrahl
9
Reststrahl
10
Strahlführungseinheit
11
Strahlauffangeinheit
12
Strahlablenkeinheit
13
Objekt
14
Justierbare Präzisionshalterung
15
Zuführungseinrichtung
16
Abführungseinrichtung
17
Zentrale Steuereinheit
s Strecke
h Pfeilhöhe
Impulsspitzenleistung
τimp
s Strecke
h Pfeilhöhe
Impulsspitzenleistung
τimp
Impuls-Halbwertsbreite
fimp
fimp
Impuls-Folgefrequenz
d optische Eindringtiefe
zR
d optische Eindringtiefe
zR
Rayleighlänge
D Gesamtdurchmesser
df
D Gesamtdurchmesser
df
Fokusdurchmesser
Claims (6)
1. Verfahren zum Trennen von Lichtleitfasern mittels gepulster
CO2-Laserstrahlung, bei dem ein Laserstrahlenbündel auf eine fixierte
Lichtleitfaser fokussiert wird und in einer Ebene entlang einer
Bearbeitungszone bewegt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass das Laserstrahlenbündel ein aus der CO2-Laserstrahlung ausgekoppelter Arbeitsstrahl (8), bestehend aus Einzelpulsen mit den Strahlungsparametern Impulsspitzenleistung , einige W ≦ ≦ 1 kW, Impuls-Halbwertsbreite τimp, 10-5 s ≦ τimp ≦ 10-4 s und Impulsfolgefrequenz fimp, 100 Hz ≦ fimp ≦ mehrere kHz ist,
dass der Arbeitsstrahl (8) entlang der Bearbeitungszone hin- und herbewegt wird, so dass pro Einzelimpuls ein Elementarvolumen, annähernd gleich dem Produkt aus optischer Eindringtiefe d und auftreffendem Strahlquerschnitt, mit einem Durchmesser etwa gleich dem Fokusdurchmesser df, auf alle Fälle jedoch kleiner √2 df abgetragen wird, bis die Lichtleitfaser vollständig durchtrennt ist.
dass das Laserstrahlenbündel ein aus der CO2-Laserstrahlung ausgekoppelter Arbeitsstrahl (8), bestehend aus Einzelpulsen mit den Strahlungsparametern Impulsspitzenleistung , einige W ≦ ≦ 1 kW, Impuls-Halbwertsbreite τimp, 10-5 s ≦ τimp ≦ 10-4 s und Impulsfolgefrequenz fimp, 100 Hz ≦ fimp ≦ mehrere kHz ist,
dass der Arbeitsstrahl (8) entlang der Bearbeitungszone hin- und herbewegt wird, so dass pro Einzelimpuls ein Elementarvolumen, annähernd gleich dem Produkt aus optischer Eindringtiefe d und auftreffendem Strahlquerschnitt, mit einem Durchmesser etwa gleich dem Fokusdurchmesser df, auf alle Fälle jedoch kleiner √2 df abgetragen wird, bis die Lichtleitfaser vollständig durchtrennt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den einzelnen Hin- und Herbewegungen über die
Lichtleitfaser eine Abkühlphase im Bereich von 10 . . . 100 ms eingelegt
wird, um eine eine ausreichende Abkühlung der Bearbeitungszone zu
gewährleisten.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Elementarvolumen kleiner 10-3 gegenüber dem
Gesamtvolumenabtrag bei der vollständigen Durchtrennung und
insbesondere die optische Eindringtiefe d bei einem einzelnen
Überlauf des Strahlbündels über die Probe klein gegen den
Durchmesser des Faserkerns (1) ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Bearbeitungszone mit einem Arbeitsgas beblasen wird,
beispielsweise gereinigter Preßluft bei ca. 1 bar Arbeitsdruck, um die
entstehenden Materialdämpfe aus der Bearbeitungszone abzuführen.
5. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für
Lichtleitfasern, die Einzelfasern unterschiedlicher Dicke und Form z. B.
Monomode- und Multimodefasern, Gradientenfasern oder
ummantelte und nicht ummantelte Fasern sind.
6. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für
Faserbündel oder Faserkomponenten.
Priority Applications (6)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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