DE102004043124A1 - Device for modifying a laser beam - Google Patents

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    • B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
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Abstract

Einrichtung zur Modifikation eines Laserstrahls (1), mit mindestens einem akustisch-optischen Modulator (10, 20, 30), auf den der zu modulierende Laserstrahl (1) eingangsseitig entlang einer optischen Achse (3) auftrifft, wobei der akustisch-optische Modulator (10, 20, 30) eine Ablenkung des Laserstrahls (1) derart bewirkt, dass dieser ausgangsseitig eine wenigstens teilweise um die optische Achse (3) verlaufende Bahn (9) schneidet und entlang dieser Bahn (9) bewegbar ist, wobei der Laserstrahl (1) bei dem Schneiden der Bahn (9) bzw. einer Bewegung entlang der Bahn (9) bezüglich der Richtung der optischen Achse (3) unter einem Winkel (alpha, beta, gamma, delta) verläuft.Device for modifying a laser beam (1), comprising at least one acousto-optic modulator (10, 20, 30), on which the laser beam (1) to be modulated impinges on the input side along an optical axis (3), wherein the acousto-optical modulator ( 10, 20, 30) causes a deflection of the laser beam (1) in such a way that on the output side it intersects a path (9) extending at least partially around the optical axis (3) and is movable along this path (9), the laser beam (1 ) at the cutting of the web (9) or a movement along the web (9) with respect to the direction of the optical axis (3) at an angle (alpha, beta, gamma, delta).

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Modifikation eines Laserstrahls sowie ein Verfahren zur Modifikation eines Laserstrahls.The The invention relates to a device for modifying a laser beam and a method for modifying a laser beam.

Stand der TechnikState of technology

Zum Fertigen präziser Mikrobohrungen eignen sich Laserbohrverfahren als flexible Fertigungsverfahren. Um den hierfür notwendigen Anforderungen an Präzision und Geometrie gerecht zu werden, werden Laserstrahlen bspw. durch eine Trepanieroptik modifiziert. Eine derartige Trepanieroptik ermöglicht die Herstellung einer gezielten Lochkonizität mit einem gewünschten Durchmesser durch Beeinflussung des Laserstrahls. Hierbei erfolgt üblicherweise eine Winkeländerung und/oder ein Versatz der Lage des Laserstrahls. Diese Beeinflussung kann durch hierfür geeignete Vorrichtungen, wie Scanner oder bewegliche Linsensysteme erfolgen. Zur Homogenisierung von Querschnittsgeometrie bzw. Querschnittintensität des Laserstrahls kann zusätzlich ein Prisma zur Drehung des Laserstrahls um seine Strahlachse eingefügt werden.To the Finishing more precisely Microbores are laser drilling methods as flexible manufacturing processes. To do this necessary requirements for precision and geometry, laser beams are, for example, by a trepanier optics modified. Such Trepanieroptik allows the Production of a targeted hole conicity with a desired Diameter by influencing the laser beam. This is usually done a angle change and / or an offset of the position of the laser beam. This influence can through this suitable devices, such as scanners or moving lens systems respectively. For the homogenization of cross-sectional geometry or cross-sectional intensity of the laser beam can additionally a prism for rotation of the laser beam are inserted around its beam axis.

Eine derartige Vorgehensweise ist in der Druckschrift DE 197 45 280 A1 beschrieben. Hier wird durch zwei unabhängige Scanner-Spiegel zur Variation einer Auftreffneigung der Laserstrahl in zwei unabhängige Richtungen abgelenkt. Des weiteren ist vorgesehen, den Laserstrahl um seine Strahlachse zu drehen und einen Auftreffpunkt des Laserstrahls auf einem Werkstück zu variieren. Dies erfolgt etwa durch Dove-, Abbé- oder König-Prismen.Such an approach is in the document DE 197 45 280 A1 described. Here, the laser beam is deflected in two independent directions by means of two independent scanner mirrors for varying a landing angle. Furthermore, it is provided to rotate the laser beam about its beam axis and to vary a point of impact of the laser beam on a workpiece. This is done for example by Dove, Abbé or König prisms.

In der Druckschrift US 6 285 002 B1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Mikrobearbeitung von Werkstückoberflächen durch modulierte, ultrakurze Laserpulse offenbart. Hierbei kommen zwei akustisch-optische Deflektoren zur Feinbearbeitung zum Einsatz. Diese sind dafür vorgesehen, eine Anzahl von auf einer Werkstückoberfläche auftreffenden Laserpulsen in x- und y-Richtung abzulenken. Hierbei wird eine Winkeländerung der Strahlachse des Laserstrahls genutzt. Die Winkeländerung vor einer Fokussierlinse führt zu einem Versatz nach der Linse und damit zu einer Auslenkung des Laserstrahls auf der Werkstückoberfläche von der ursprünglichen Strahlposition.In the publication US Pat. No. 6,285,002 B1 discloses a method and apparatus for micromachining workpiece surfaces by modulated ultrashort laser pulses. Here, two acoustic-optical deflectors are used for fine machining. These are intended to divert a number of incident on a workpiece surface laser pulses in the x and y direction. In this case, an angle change of the beam axis of the laser beam is used. The change in angle in front of a focusing lens leads to an offset to the lens and thus to a deflection of the laser beam on the workpiece surface from the original beam position.

Ausgehend hiervon wird eine Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 vorgeschlagen.outgoing thereof is a device having the features of the claim 1 and a method with the features of claim 12 proposed.

Vorteil der ErfindungAdvantage of invention

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Modifikation eines Laserstrahls weist mindestens einen mehrachsigen akustisch-optischen Modulator auf, der dazu ausgebildet ist, einen eingangsseitig auf den akustisch-optischen Modulator auftreffenden Laserstrahl abzulenken. Die Ablenkung erfolgt erfindungsgemäß derart, dass der Laserstrahl ausgangsseitig eine wenigstens teilweise um die optische Achse verlaufende reale oder imaginäre Bahn schneidet, wobei der Laserstrahl entlang dieser Bahn bewegbar ist. Ferner verläuft der Laserstrahl beim schneiden der Bahn bzw. einer Bewegung entlang dieser Bahn bzgl. der Richtung der optischen Achse unter einem Winkel. Somit ist es möglich, dem Laserstrahl einen bestimmbaren Winkel zu seiner ursprünglichen Strahlachse aufzuprägen. Demnach führt der Laserstrahl eine Bewegung entlang einer Achse der Bahn in dem definiert eingestellten Winkel zu der ursprünglichen Strahlachse aus.The inventive device for modifying a laser beam has at least one multiaxial acousto-optical Modulator, which is adapted to an input side of the Distracting laser beam from the acousto-optic modulator. The deflection is inventively such that the laser beam on the output side at least partially extending around the optical axis real or imaginary Web cuts, the laser beam is movable along this path. Further runs the laser beam when cutting the web or a movement along this path with respect to the direction of the optical axis at an angle. Thus, it is possible the laser beam a definable angle to its original beam axis impress. Accordingly, leads the laser beam moves along an axis of the path in the defined angle to the original beam axis.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann der mindestens eine mehrachsige akustisch-optische Modulator als mehrachsiger akustisch-optischer Deflektor ausgebildet sein. Ein derartiger Deflektor ist dazu ausgebildet, den Laserstrahl in geeigneter Weise abzulenken.In Preferred embodiment of the invention, the at least one multiaxial acoustic-optical modulator as multi-axis acoustic-optical Deflector be formed. Such a deflector is designed to to deflect the laser beam in a suitable manner.

Mit der Erfindung ist eine sehr flexible Führung des Laserstrahls möglich. Durch den vorteilhaft ausgebildeten mehrachsigen akustisch-optischen Modulator, insbesondere Deflektor ist eine Winkeländerung unter Strahlversatz bei gleichzeitiger kreisförmiger Bewegung des Laserstrahls um seine ursprüngliche Strahlachse erreichbar. Es ist somit möglich, heutzutage gängige mechanisch bewegte Vorrichtungen, wie eine Trepanieroptik, Scanner und dergleichen durch mindestens einen mehrachsigen akustisch-optischen Deflektor zu ersetzen. Durch weitere Maßnahmen ist es möglich, den Laserstrahl zu einer Eigenrotation zu bewegen, dieser führt dann eine Bewegung um eine eigene Achse bzw. sich selbst aus. Hierzu ist in der erfindungsgemäßen Einrichtung eine optische Vorrichtung, wie ein zylindrischer Mobilkörper oder dergleichen zu integrieren.With The invention enables a very flexible guidance of the laser beam. By the advantageously designed multiaxial acousto-optic modulator, in particular deflector is an angle change under beam offset at the same time circular Movement of the laser beam around its original beam axis achievable. It is thus possible now commonplace mechanically moving devices, such as a trepanier optics, scanners and the like by at least one multiaxial acoustic-optical To replace deflector. By further measures it is possible, the To move laser beam to a self-rotation, this then leads a Movement around its own axis or itself out. This is in the device according to the invention an optical device such as a cylindrical mobile body or to integrate such.

Alle zur Zeit eingesetzten Vorrichtungen müssen entweder um die Strahlachse gedreht werden oder es ist eine Bewegung von Spiegelflächen erforderlich. Mechanische Bewegungen haben jedoch immer unerwünschte Nebeneffekte, wie dabei entstehende Schwingungen. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist eine wesentlich schnellere Modulation, bspw. eine Verschiebung des Laserstrahls, möglich, als es träge, mechanisch bewegte Vorrichtungen zulassen. Dabei sind Rotationen des Laserstrahls bis in einen Bereich von mehreren hundert kHz möglich. Derartige Umdrehungsgeschwindigkeiten liegen mindestens eine Größenordnung über denen heutzutage eingesetzter mechanischer Systeme.All devices currently used must either be rotated about the beam axis or a movement of mirror surfaces is required. However, mechanical movements always have undesirable side effects, such as the resulting vibrations. With the device according to the invention is a much faster modulation, for example. A shift of the laser beam, possible, as it lazy, mechanically moving devices allow. In this case, rotations of the laser beam are possible up to a range of several hundred kHz. Such rotational speeds are at least an order of magnitude above de NEN today used mechanical systems.

Der mehrachsige akustisch-optische Modulator oder Deflektor der erfindungsgemäßen Einrichtung kann bspw. dazu ausgebildet sein, den Laserstrahl durch Drehung um eine Kreisachse entlang einer Kreisbahn oder jeder anderen, bspw. elliptischen Bahn oder Kurve zu bewegen. Bei Auftreffen des derart manipulierten Laserstrahls auf einem Objekt, wie einem Werkstück, sind in diesem Objekt regelmäßige, kreisförmige Strukturen oder Löcher einbringbar. Zudem ist mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ein Auftreffwinkel des Laserstrahls auf dem Objekt manipulierbar, wodurch in das Objekt eingebrachte Strukturen bzw. Löcher auch in Richtung der Strahlachse verändert werden können. So kann einem Bohrloch eine definierte Konizität beigefügt werden.Of the multi-axis acoustic-optical modulator or deflector of the device according to the invention For example, it may be configured to rotate the laser beam around a circular axis along a circular path or any other, eg. to move elliptical orbit or curve. Upon impact of such manipulated laser beam on an object, such as a workpiece are in this object regular, circular structures or holes recoverable. In addition, with the device according to the invention an impact angle of the laser beam on the object manipulatable, causing in the object introduced structures or holes can also be changed in the direction of the beam axis. So a defined conicity can be added to a borehole.

In bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung kann vorgesehen sein, daß der mehrachsige akustisch-optische Modulator oder Deflektor mindestens zwei einachsige Module zur akustisch-optischen Modulation, insbesondere Deflektion und/oder mindestens ein zwei- oder mehrachsiges Modul zur akustisch-optischen Modulation oder Deflektion aufweist. Das mindestens eine Modul ist zur Bereitstellung einer Bewegung des Laserstrahls entlang einer räumlichen Bahn ausgebildet. Falls der mehrachsige akustisch-optische Modulator bzw. Deflektor mehrere ein-, zwei- oder mehrachsige Module aufweist, so sind diese zur Erzielung der erfindungsgemäßen Vorteile relativ zueinander sowie relativ zu einem sich eventuell räumlich ändernden Strahlengang des Laserstrahls angeordnet. Eine Ablenkung des Laserstrahls unter dem Winkel relativ zu seiner ursprünglichen Strahlachse kann bezüglich jenes Moduls erfolgen, das zu einer hinter dem akustisch-optischen Modulator angeordneten Fokussieroptik den geringsten Abstand aufweist.In Preferred embodiment of the device according to the invention can be provided be that the multi-axis acoustic-optical Modulator or deflector at least two single-axis modules for acoustic-optical Modulation, in particular deflection and / or at least one second or multi-axis module for acoustic-optical modulation or Deflection has. The at least one module is for providing a Movement of the laser beam along a spatial path formed. If the multi-axis acoustic-optical modulator or deflector several one-, two- or multi-axis modules, so these are for Achievement of the advantages of the invention relative to one another and relative to a possibly spatially changing beam path arranged the laser beam. A deflection of the laser beam under the angle relative to its original beam axis with respect to that Module, which is one behind the acoustic-optical modulator arranged focusing optics has the smallest distance.

Es ist des weiteren vorgesehen, daß der mehrachsige akustisch-optische Modulator bzw. Deflektor und/oder das mindestens eine Modul im wesentlichen aus kristallinem Material, bspw. aus einem Kristall oder aus mehreren Kristallen ausgebildet, ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung und insbesondere der mehrachsige akustisch-optische Modulator oder Deflektor ist fest in einem Strahlengang des Laserstrahls anordenbar.It is further provided that the multi-axis acoustic-optical modulator or deflector and / or the at least a module essentially of crystalline material, for example a crystal or a plurality of crystals is formed. The inventive device and in particular the multi-axis acoustic-optical modulator or Deflector is fixed in a beam path of the laser beam can be arranged.

In dem mehrachsigen akustisch-optischen Modulator bzw. Deflektor sind in Richtung von mindestens zwei Achsen Schallwellen induzierbar. Diese mindestens zwei Achsen sind unter einem geeigneten Winkel bspw. senkrecht zu dem Strahlengang des Laserstrahls orientiert und weisen relativ zueinander einen Winkel von bspw. 90° auf. Winkel, unter denen derartige Achsen relativ zueinander und/oder relativ zu dem Strahlengang des Laserstrahls orientiert sind, können in Abhängigkeit einer Form der Bahn oder Kurve, entlang der der Laserstrahl zu bewegen ist, auch in zeitlicher Abhängigkeit, also während einer Modulation des Laserstrahls, durch Richtungsänderung der induzierten Schallwellen variiert werden.In the multi-axis acoustic-optical modulator or deflector are In the direction of at least two axes sound waves inducible. These at least two axes are at a suitable angle For example, oriented perpendicular to the beam path of the laser beam and have an angle of, for example, 90 ° relative to each other. Angle, under which such axes relative to each other and / or relative are oriented to the beam path of the laser beam, in dependence a shape of the path or curve along which the laser beam is moving is, even in time dependence, so while a modulation of the laser beam, by changing direction the induced sound waves are varied.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist zum Beispiel zur Modifikation eines zur Bearbeitung eines Werkstücks vorgesehenen Laserstrahls ausgebildet. Dies kann eine gezielte Oberflächenbearbeitung des Werkstücks betreffen. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Einrichtung zum Laserbohren mittels des durch diese Einrichtung modifizierten Laserstrahls ausgebildet. Mit der Erfindung ist eine Erzeugung von definierten Präzisionsbohrungen unterschiedlichster Geometrie, die durch eine Form der Kurve, entlang der sich der Laserstrahl bewegt, beeinflußbar ist, möglich.The inventive device is for example intended for modification of a workpiece for machining a workpiece Laser beam formed. This can be a targeted surface treatment of the workpiece affect. In a preferred embodiment of the invention, the device for laser drilling by means of the modified by this device Laser beam formed. With the invention is a generation of defined precision bores different geometry, passing through a shape of the curve, along the laser beam moves, is influenced, possible.

Durch die fest im Strahlengang stehende erfindungsgemäße Einrichtung, bestehend aus einer geeigneten Kombination mehrerer Module, die zu einer einachsigen akustisch-optischen Modulation oder Deflektion des Laserstrahls ausgebildet sind, oder mindestens eines Moduls, das mindestens zu einer zweiachsigen akustisch-optischen Modulation bzw. Deflektion ausgebildet ist, ist der Laserstrahl relativ zu dem Werkstück oder dessen Oberfläche in geeigneter Weise manipulierbar.By the stationary in the beam path inventive device consisting of a suitable combination of several modules leading to a single axis acousto-optical Modulation or deflection of the laser beam are formed, or at least one module, the at least to a biaxial acoustic-optical Modulation or deflection is formed, the laser beam relative to the workpiece or its surface manipulated in a suitable manner.

Je nach Aufbau des akustisch-optischen Modulators oder Deflektors aus einem oder mehreren Modulen besteht dieser aus einem oder mehreren Kristallen. Durch die in einem derartigen Kristall induzierten Schallwellen wird eine Änderung eines Brechungsindex innerhalb des Kristalls hervorgerufen. Sich dadurch ergebende Brechzahländerungen beeinflussen wiederum eine Ausbreitung von Licht. Somit ist es möglich, eine geradlinige Ausbreitung des Laserstrahls in Abhängigkeit der induzierten Schallwellen zu beeinflussen. Der mehrachsige akustisch-optische Modulator bzw. Deflektor der erfindungsgemäßen Einrichtung kann aus einem oder einer Kombination mehrerer Module bestehen, dabei wird eine aku stische Welle aus zwei Richtungen bzw. entlang zweier Achsen in dem Kristall induziert, so daß auch eine Veränderung der Brechzahl in zwei Raumrichtungen erfolgt. In weiterer Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Einrichtung weitere optische Instrumente zur Beeinflussung des Laserstrahls sowie auch einen Laser zur Erzeugung des Laserstrahls aufweisen. Mit einem derartigen optischen Instrument kann der Laserstrahl in eine Eigenrotation versetzt werden.ever after the construction of the acoustic-optical modulator or deflector one or more modules consists of one or more crystals. By the sound waves induced in such a crystal will be a change of a refractive index within the crystal. Yourself resulting refractive index changes in turn affect a spread of light. Thus it is possible to have one rectilinear propagation of the laser beam as a function of the induced sound waves to influence. The multiaxial acoustic-optical modulator or Deflector of the device according to the invention can consist of one or a combination of several modules, This is an aku tical wave from two directions or along induced two axes in the crystal, so that also a change the refractive index is in two directions. In a further embodiment can the inventive device other optical instruments for influencing the laser beam as well also have a laser for generating the laser beam. With a such optical instrument, the laser beam can be set in a self-rotation become.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Modifikation eines Laserstrahls ist vorgesehen, daß der Laserstrahl durch mindestens einen mehrachsigen akustisch-optischen Modulator, insbesondere mehrachsigen akustisch-optischen Deflektor zu einer Bewegung entlang einer Bahn unter einem definierbaren Winkel veranlasst wird. Zusätzlich ist eine Eigenrotation des Strahls möglich. Mit diesem Verfahren ist eine präzise Manipulation des Laserstrahls möglich, ohne daß dabei mechanisch bewegte Vorrichtungen erforderlich sind.In the method according to the invention for modifying a laser beam, it is provided that the laser beam is transmitted through at least one multiaxial acousto-optic modulator, in particular multiaxial acoustic-optical deflector is caused to move along a path at a definable angle. In addition, a self-rotation of the beam is possible. With this method, a precise manipulation of the laser beam is possible, without requiring mechanically moving devices are required.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further Advantages and embodiments of the invention will become apparent from the Description and attached drawing.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It understands that the mentioned above and the features to be explained below not only in the specified combination, but also in other combinations or alone, without to leave the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The Invention is based on embodiments schematically shown in the drawing and is below under Referring to the drawings described in detail.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform eines mehrachsigen akustisch- optischen Modulators für eine erfindungsgemäße Einrichtung. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a multi-axis acoustic-optical modulator for a device according to the invention.

2 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform eines mehrachsigen akustisch-optischen Modulators für eine erfindungsgemäße Einrichtung. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of a multi-axis acoustic-optical modulator for a device according to the invention.

3 zeigt in schematischer Darstellung eine dritte Ausführungsform eines mehrachsigen akustisch-optischen Modulators für eine erfindungsgemäße Einrichtung. 3 shows a schematic representation of a third embodiment of a multi-axis acoustic-optical modulator for a device according to the invention.

4 zeigt in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung, die zwei mehrachsige akustisch-optische Modulatoren aufweist. 4 shows a schematic representation of a preferred embodiment of a device according to the invention, which has two multi-axis acoustic-optical modulators.

Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bauteile.The Figures become coherent and overarching described, like reference numerals designate like components.

1 zeigt eine erste Ausführungsform eines mehrachsigen akustisch-optischen Modulators 10 zur Modifikation eines Laserstrahls 1. Dieser mehrachsige akustisch-optische Modulator 10 ist vorzugsweise als mehrachsiger akustisch-optischer Deflektor zur Ablenkung des Laserstrahls 1 ausgebildet und weist zwei als Kristalle ausgebildete Module 13, 15 zur akustisch-optischen Modulation bzw. Deflektion auf. Der Laserstrahl 1 trifft eingangsseitig koaxial zu einer optischen Achse bzw. einem ursprünglichen Strahlengang 3 auf den mehrachsigen akustisch-optischen Modulator 10 auf. In den beiden als einachsige Kristalle 13, 15 ausgebildeten Modulen, die zueinander senkrecht stehen, wird aus zwei ebenfalls zueinander senkrecht stehenden Richtungen bzw. Achsen 5, 7 jeweils eine Schallwelle induziert. In der vorliegenden 1 erfolgt dies bei dem links angeordneten ersten Modul 13 entlang der vertikalen Achse 5 und in dem rechts angeordneten zweiten Modul 15 entlang einer dazu senkrechten, horizontalen Achse 7. Durch den mehrachsigen akustisch-optischen Modulator 10 bzw. Deflektor wird der Laserstrahl 1 derart beaufschlagt, daß der Laserstrahl 1 austrittsseitig bzw. bei Austritt aus dem mehrachsigen akustisch-optischen Modulator 10 eine Bewegung entlang einer Kreisbahn 9 ausführt und unter einem von dieser Kreisbahn abhängigen Winkel α aus dem Modul austritt. D. h., der Laserstrahl 1 schneidet eine auf der Ausgangsseite des akustisch-optischen Modulators verlaufende reale oder imaginäre Bahn (Kreisbahn 9). Wie in 1 ferner zu erkennen ist, verläuft der Laserstrahl 1 bei seinem Austritt aus dem akustisch-optischen Modulator, d. h. bei schneiden der Kreisbahn 9 unter einem Winkel α bzgl. der optischen Achse 3. 1 shows a first embodiment of a multi-axis acoustic-optical modulator 10 for modification of a laser beam 1 , This multi-axis acoustic-optical modulator 10 is preferably as a multi-axis acoustic-optical deflector for deflecting the laser beam 1 formed and has two modules designed as crystals 13 . 15 for acoustic-optical modulation or deflection. The laser beam 1 On the input side, it meets coaxially to an optical axis or an original beam path 3 on the multi-axis acoustic-optical modulator 10 on. In the two as uniaxial crystals 13 . 15 trained modules that are perpendicular to each other, is made of two mutually perpendicular directions or axes 5 . 7 each induced a sound wave. In the present 1 this is done in the leftmost module 13 along the vertical axis 5 and in the second module located on the right 15 along a vertical horizontal axis 7 , Through the multi-axis acoustic-optical modulator 10 or deflector becomes the laser beam 1 acted upon so that the laser beam 1 on the outlet side or at the exit from the multi-axis acoustic-optical modulator 10 a movement along a circular path 9 performs and exits at a dependent of this circular path angle α from the module. That is, the laser beam 1 cuts a running on the output side of the acousto-optical modulator real or imaginary path (circular path 9 ). As in 1 can also be seen, the laser beam passes 1 at its exit from the acousto-optic modulator, ie when cutting the circular path 9 at an angle α with respect to the optical axis 3 ,

2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines mehrachsigen akustisch-optischen Modulators 20 oder Deflektors für eine erfindungsgemäße Einrichtung, das in diesem Fall als ein zweiachsiger Kristall bzw. ein zweiachsiges Modul 17 zur akustisch-optischen Modulation bzw. Deflektion des Laserstrahls 1 ausgebildet ist. Demnach wird in nur einem Kristall bzw. Modul 17 in Richtung der aufeinander senkrecht stehenden Achsen 5, 7 durch Induktion einer Schallwelle ein Schallfeld erzeugt, das eine derartige Brechzahlveränderung bewirkt, daß der Laserstrahl 1 nach Austritt aus dem Modul 17 bzw. dem akustisch-optischen Modulator oder Deflektor eine Bewegung entlang einer Kreisbahn 9 um den ursprünglichen Strahlengang 3 ausführt und unter einem von dieser Kreisbahn abhängigen Winkel β aus dem Modul 15 austritt. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wird in nur einem Kristall 17 ein Schallfeld, das eine gewünschte zumindest zweiachsige Änderung des Brechungsindex hervorruft, erzeugt. 2 shows a second embodiment of a multi-axis acoustic-optical modulator 20 or deflector for a device according to the invention, in this case as a biaxial crystal or a biaxial module 17 for the acoustic-optical modulation or deflection of the laser beam 1 is trained. Accordingly, in only one crystal or module 17 in the direction of the mutually perpendicular axes 5 . 7 produced by the induction of a sound wave, a sound field, which causes such a refractive index change, that the laser beam 1 after leaving the module 17 or the acousto-optic modulator or deflector a movement along a circular path 9 around the original beam path 3 performs and at a dependent of this circular path angle β from the module 15 exit. According to this embodiment of the invention, in only one crystal 17 a sound field that causes a desired at least biaxial change in refractive index generates.

3 zeigt eine dritte Ausführungsform eines mehrachsigen akustisch-optischen Modulators 30, der zur Bereitstellung einer Ablenkung des Laserstrahls 1 als mehrachsiger akustisch-optischer Deflektor ausgebildet ist. Dieser weist einen ersten Kristall 13, in dem eine Schallwelle entlang der vertikalen Achse 5 induzierbar ist, einen zweiten Kristall 15, in dem eine Schallwelle entlang einer dazu senkrechten horizontalen Achse 7 induzierbar ist, einen dritten Kristall 13, in dem eine Schallwelle entlang der vertikalen Achse 5 induzierbar ist, sowie einen Kristall 15, in dem eine Schallwelle entlang der vertikalen Achse 7 induzierbar ist, auf. Durch diese Anordnung von vier Kristallen bzw. Modulen 13, 15 wird der Laserstrahl 1 durch diesen mehrachsigen akustisch-optischen Modulator 30 bzw. Deflektor durch Induktion von Schallwellen entlang der vertikalen Achse 5 innerhalb der Kristalle 13 und entlang der horizontalen Achse innerhalb der Kristalle 15 derart angeregt, daß sich dieser Laserstrahl 1 entlang einer Kreisbahn 9 um den ursprünglichen Strahlengang 3 bewegt und gleichzeitig ein definierter Austrittswinkel γ aus dem Modul 15 einstellbar ist. Dieser Winkel zur ursprünglichen Strahlachse 3 kann unabhängig von einem Durchmesser der Kreisbahn gewählt werden. 3 shows a third embodiment of a multi-axis acoustic-optical modulator 30 which provides for a deflection of the laser beam 1 is designed as a multi-axis acoustic-optical deflector. This one has a first crystal 13 , in which a sound wave along the vertical axis 5 Inducible is a second crystal 15 , in which a sound wave along a horizontal axis perpendicular to it 7 Inducible is a third crystal 13 , in which a sound wave along the vertical axis 5 inducible, as well as a crystal 15 , in which a sound wave along the vertical axis 7 is inducible. By this arrangement of four crystals or modules 13 . 15 becomes the laser beam 1 through this multi-axis acoustic-optical modulator 30 or deflector by induction of sound waves along the vertical axis 5 inside the crystals 13 and along the horizontal axis within the crystals 15 so excited that this laser beam 1 along a circular path 9 around the original beam path 3 moves and at the same time a defined exit angle γ from the module 15 is adjustable. This angle to the original beam axis 3 can be selected independently of a diameter of the circular path.

4 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Einrichtung. Diese weist einen Kristall 8, einen wie in 1 beschriebenen mehrachsigen akustisch-optischen Modulator 10 oder Deflektor und somit zumindest ein erstes zweiachsiges Modul zur akustisch-optischen Modu lation, einen runden innenverspiegelten zylindrischen Hohlkörper 19 sowie einen zweiten mehrachsigen akustisch-optischen Deflektor 10 auf. Der runde innenverspiegelte zylindrische Hohlkörper 19 dient der Bereitstellung einer Bildrotation. In dem ersten Kristall bzw. Modul 8 wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich entlang der horizontalen Achse eine Schallwelle induziert. Es ist jedoch denkbar, daß dieses Modul 8 auch derart ausgebildet ist, daß in ihm, gemäß dem in 2 gezeigten mindestens zweiachsigen akustisch-optischen Modulator 20 bzw. Kristall oder Modul 17 eine Schallwelle in Richtung von zumindest zwei Achsen induzierbar ist. 4 shows a preferred embodiment of a device according to the invention. This one has a crystal 8th , like in 1 described multi-axis acoustic-optical modulator 10 or deflector and thus at least a first biaxial module for acoustic-optical Modu lation, a round innenverspiegelten cylindrical hollow body 19 and a second multi-axis acoustic-optical deflector 10 on. The round internally mirrored cylindrical hollow body 19 serves to provide an image rotation. In the first crystal or module 8th For example, in the present embodiment, a sound wave is induced only along the horizontal axis. However, it is conceivable that this module 8th is also designed such that in it, according to the in 2 shown at least biaxial acoustic-optical modulator 20 or crystal or module 17 a sound wave in the direction of at least two axes is inducible.

Der Laserstrahl 1 durchläuft zunächst das Modul 8, nachfolgend den ersten, in der 1 beschriebenen, mehrachsigen akustisch-optischen Modulator 10 bzw. Deflektor mit zwei Kristallen 13, 15, den runden innenverspiegelten zylindrischen Hohlkörper 19 und abschließend den zweiten mehrachsigen akustisch-optischen Modulator 10 gemäß 1 mit zwei Kristallen 13, 15. Durch diese Anordnung innerhalb der erfindungsgemäßen Einrichtung 40 wird der Laserstrahl 1 derart moduliert oder modifiziert, daß sich der Laserstrahl 1 entlang der Kreisbahn 9 bewegt und dazu überlagert eine Eigenrotation 11 ausführt. Dabei kann ein definierter Austrittswinkel δ eingestellt werden. Wie 4 zeigt, kann die erfindungsgemäße Einrichtung mehrere mehrachsige akustisch-optische Modulatoren 10 oder Deflektoren aufweisen.The laser beam 1 first goes through the module 8th , subsequently the first, in the 1 described, multi-axis acoustic-optical modulator 10 or deflector with two crystals 13 . 15 , the round internally mirrored cylindrical hollow body 19 and finally the second multi-axis acoustic-optical modulator 10 according to 1 with two crystals 13 . 15 , By this arrangement within the device according to the invention 40 becomes the laser beam 1 modulated or modified so that the laser beam 1 along the circular path 9 moved and superimposed on a self-rotation 11 performs. In this case, a defined exit angle δ can be set. As 4 shows, the inventive device can several multi-axis acoustic-optical modulators 10 or deflectors.

Zur Bereitstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Modifikation des Laserstrahls 1 ist eine beliebige Kombination der in den 1 bis 4 gezeigten mehrachsigen akustisch-optischen Modulatoren 10, 20, 30 bzw. Deflektoren denkbar. Dabei sind einzelne Module 8, 13, 15, 17 bzw. Kristalle derart zusammenzustellen, daß der Laserstrahl 1 in Richtung von zumindest zwei Achsen 5, 7 durch Induktion von Schallwellen entlang dieser mindestens zwei Achsen 5, 7 innerhalb der Module 8, 13, 15, 17 mehrachsig akustisch-optisch abgelenkt wird. Eine erfindungsgemäße Einrichtung kann neben den in den 1 bis 4 gezeigten Modulen 8, 13, 15, 17 und/oder mehrachsigen akustisch-optischen Modulatoren 10, 20, 30 oder Deflektoren zudem weitere optische Elemente, wie Linsen, Keilplatten und/oder Spiegel zur Anpassung von Laserparametern des Laserstrahls 1 an die erfindungsgemäße Einrichtung sowie auch einen Laser zur Erzeugung des Laserstrahls aufweisen.To provide the device according to the invention for the modification of the laser beam 1 is any combination of those in the 1 to 4 shown multi-axis acoustic-optical modulators 10 . 20 . 30 Deflectors conceivable. There are individual modules 8th . 13 . 15 . 17 or crystals together so that the laser beam 1 in the direction of at least two axes 5 . 7 by induction of sound waves along these at least two axes 5 . 7 within the modules 8th . 13 . 15 . 17 multiaxial is distracted acoustically-optically. A device according to the invention can in addition to those in the 1 to 4 shown modules 8th . 13 . 15 . 17 and / or multi-axis acoustic-optical modulators 10 . 20 . 30 or Deflektoren also other optical elements, such as lenses, wedge plates and / or mirrors for adjusting laser parameters of the laser beam 1 to the inventive device and also have a laser for generating the laser beam.

Der durch eine erfindungsgemäße Einrichtung modifizierte Laserstrahl 1, der eine von einer Eigenrotation 11 überlagerte Bewegung entlang einer elliptischen, bevorzugt kreisförmigen oder evtl. räumlichen Kurve oder Bahn 9 ausführt, kann bspw. zum Laserbohren bei einer Fertigung von durchflußbestimmenden Bohrungen in Einspritzkomponenten von Motoren für Kraftfahrzeuge zum Einsatz kommen. Derartige Bohrungen stellen höchste Anforderungen an Präzision und Geometrie. Insbesondere Einspritzbohrungen für Dieseldüsen können mit der erfindungsgemäßen Einrichtung oder dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.The modified by a device according to the invention laser beam 1 , one of a self-rotation 11 superposed movement along an elliptical, preferably circular or possibly spatial curve or path 9 can be used, for example, for laser drilling in a production of flow-determining holes in injection components of engines for motor vehicles. Such holes place the highest demands on precision and geometry. In particular injection holes for diesel nozzles can be produced with the device according to the invention or the method according to the invention.

Claims (12)

Einrichtung zur Modifikation eines Laserstrahls (1), mit mindestens einem akustisch-optischen Modulator (10, 20, 30), auf den der zu modulierende Laserstrahl (1) eingangsseitig entlang einer optischen Achse (3) auftrifft, dadurch gekennzeichnet, dass der akustisch-optische Modulator (10, 20, 30) eine Ablenkung des Laserstrahls (1) derart bewirkt, dass dieser ausgangsseitig eine wenigstens teilweise um die optische Achse (3) verlaufende Bahn (9) schneidet und entlang dieser Bahn (9) bewegbar ist, wobei der Laserstrahl (1) bei dem Schneiden der Bahn (9) bzw. einer Bewegung entlang der Bahn (9) bzgl. der Richtung der optischen Achse (3) unter einem Winkel (α, β, γ, δ) verläuft.Device for modifying a laser beam ( 1 ), with at least one acousto-optical modulator ( 10 . 20 . 30 ) to which the laser beam to be modulated ( 1 ) on the input side along an optical axis ( 3 ), characterized in that the acousto-optical modulator ( 10 . 20 . 30 ) a deflection of the laser beam ( 1 ) causes such an output that at least partially around the optical axis ( 3 ) running track ( 9 ) and along this path ( 9 ) is movable, wherein the laser beam ( 1 ) when cutting the web ( 9 ) or a movement along the path ( 9 ) with respect to the direction of the optical axis ( 3 ) at an angle (α, β, γ, δ). Einrichtung nach Anspruch 1, bei der der mindestens eine mehrachsige akustisch-optische Modulator (10, 20, 30) als mehrachsiger akustisch-optischer Deflektor zum Ablenken des Laserstrahls (1) ausgebildet ist.Device according to Claim 1, in which the at least one multiaxial acousto-optical modulator ( 10 . 20 . 30 ) as a multi-axis acoustic-optical deflector for deflecting the laser beam ( 1 ) is trained. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der mehrachsige akustisch-optische Modulator (10, 20, 30) dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Laserstrahls (1) entlang einer Kreisbahn (9) zu bewerkstelligen.Device according to Claim 1 or 2, in which the multiaxial acousto-optic modulator ( 10 . 20 . 30 ) is adapted to a movement of the laser beam ( 1 ) along a circular path ( 9 ) to accomplish. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der mehrachsige akustisch-optische Modulator (10, 20, 30) mindestens zwei einachsige Module (8, 13, 15) zur akustisch-optische Modulation aufweist.Device according to one of the preceding claims, in which the multiaxial acousto-optic modulator ( 10 . 20 . 30 ) at least two uniaxial modules ( 8th . 13 . 15 ) for acoustic-optical modulation. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der mehrachsige akustisch-optische Modulator (10, 20, 30) mindestens ein zumindest zweiachsiges Modul (10, 17, 20, 30) zur akustisch-optischen Modulation aufweist.Device according to one of the preceding claims, in which the multiaxial acousto-optic modulator ( 10 . 20 . 30 ) at least one at least biaxial module ( 10 . 17 . 20 . 30 ) for acoustic-optical modulation. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das mindestens eine Modul (8, 10, 13, 15, 17, 20, 30) des mehrachsigen akustisch-optischen Modulators (10, 20, 30) im Wesentlichen als ein Kristall ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, in which the at least one module ( 8th . 10 . 13 . 15 . 17 . 20 . 30 ) of the multi-axis acoustic-optical modulator ( 10 . 20 . 30 ) is substantially formed as a crystal. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der in dem mehrachsigen akustisch-optische Modulator (10, 20, 30) in Richtung von mindestens zwei Achsen (5, 7) Schallwellen induzierbar sind.Device according to one of the preceding claims, wherein in the multiaxial acousto-optic modulator ( 10 . 20 . 30 ) in the direction of at least two axes ( 5 . 7 ) Sound waves are inducible. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die fest in einem Strahlengang (3) des Laserstrahls (1) anordenbar ist.Device according to one of the preceding claims, fixed in a beam path ( 3 ) of the laser beam ( 1 ) can be arranged. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die mindestens eine optische Vorrichtung (19), die dazu ausgebildet ist, den Laserstrahl (1) in eine Eigenrotation (11) zu versetzen, aufweist.Device according to one of the preceding claims, comprising at least one optical device ( 19 ), which is adapted to the laser beam ( 1 ) into a self-rotation ( 11 ). Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die zur Modifikation eines zur Bearbeitung eines Werkstücks vorgesehenen Laserstrahls (1) ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, which is used to modify a laser beam intended for processing a workpiece ( 1 ) is trained. Einrichtung nach Anspruch 10, die zum Laserbohren ausgebildet ist.Device according to claim 10, for laser drilling is trained. Verfahren zur Modifikation eines Laserstrahls (1), bei dem der Laserstrahl (1) durch mindestens einen mehrachsigen akustisch-optischen Modulator (10, 20, 30) zu einer Bewegung entlang einer Bahn (9) veranlasst und unter einem Winkel (α, β, γ, δ) definiert eingestellt wird.Method for modifying a laser beam ( 1 ), in which the laser beam ( 1 ) by at least one multiaxial acoustic-optical modulator ( 10 . 20 . 30 ) to a movement along a path ( 9 ) and set at an angle (α, β, γ, δ) defined.
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