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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Verändern
des Strahldurchmessers eines durch ein optisches Element hindurchgehenden
Laserstrahls, wobei das optische Element für die Wellenlänge des
Laserstrahls transmissiv oder teiltransmissiv ist und über einen
temperaturabhängigen
Brechungsindex verfügt.
Besondere Anwendung findet die Erfindung bei Infrarot-Gaslasern, speziell
bei CO2-Gaslasern mit einer Wellenlänge von
10,6 μm.
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Bei
CO2-Gaslasern ist es bekannt, dass sich der
Strahldurchmesser des Laserstrahls mit zunehmender Lebensdauer bzw.
Betriebsdauer des Lasers verändert.
Als wesentliche Ursache für
diesen Effekt wird die im Laufe der Zeit zunehmende Alterung und Verschmutzung
der optischen Elemente, insbesondere des Auskoppelspiegels, betrachtet.
Bei stabilen Laserresonatoren wird der Laserstrahl über einen teiltransmissiven
Auskoppelspiegel aus dem Laserresonator ausgekoppelt. Der Auskoppelspiegel
ist aus infrarotdurchlässigen
Materialien, meist aus Zinkselenid, in Einzelfällen aus Galliumarsenid, gefertigt
und wird so gut wie möglich
gekühlt.
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Die
Strahlführung
und -formung von CO2-Laserstrahlen erfolgt überwiegend
in freier Strahlpropagation über
reflektierende, transmissive und teiltransmissive optische Elemente.
Jedes optische Element absorbiert einen geringen Teil der Laserstrahlleistung eines
auftreffenden Laserstrahls und erwärmt sich durch die absorbierte
Laserstrahlleistung. Staubpartikel oder sonstige Verschmutzungen,
wie z.B. Abrieb, die in einem Strahlführungsraum vorhanden sind,
lagern sich an der Oberfläche
der optischen Elemente ab und führen
zu einer verstärkten
Absorption des auftreffenden Laserstrahls und damit zu einer zusätzlichen
Erwärmung
der optischen Elemente. Die absorbierte Laserstrahlleistung führt zu einer thermischen
Belastung der optischen Elemente, die die Lebensdauer reduziert,
und verändert
außerdem die
optischen Eigenschaften. Durch eine Kühlung der optischen Elemente
sollen die thermische Belastung reduziert und die optischen Eigenschaften
verbessert werden. Transmissive und teiltransmissive optische Elemente
haben den Nachteil, dass eine Kühlung
nur über
den Rand der optischen Elemente erfolgen kann, da der Laserstrahl
durch die optischen Elemente durchtritt.
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Bei
transmissiven und teiltransmissiven optischen Elementen durchquert
der Laserstrahl das optische Element zumindest teilweise. Beispielsweise führt eine
Leistungsdichteverteilung des transmittierten Laserstrahls mit einem
Maximum in der Mitte und einem Abfall der Leistungsdichte nach außen im optischen
Element in radialer Richtung zu einer entsprechenden Temperatur-
und Wärmeausdehnungsverteilung.
Der Temperaturgradient in radialer Richtung bewirkt entsprechend
der Wärmeleitfähigkeit und
der spezifischen Wärmekapazität des optischen Elements
einen Wärmefluss
in Richtung der kühleren Bereiche.
Zinkselenid und Galliumarsenid verfügen über eine Wärmeleitfähigkeit, die mit steigender
Temperatur abnimmt. Dies führt
bei höheren
Temperaturen zu steileren Temperaturgradienten im optischen Element,
da die Wärme
schlechter abtransportiert wird.
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Der
Brechungsindex n ist eine temperaturabhängige Eigenschaft eines optischen
Elements. Aufgrund dieser Temperaturabhängigkeit führt eine räumliche Temperaturverteilung
in einem optischen Element dazu, dass ein auftreffender Laserstrahl
unterschiedlich gebrochen wird. Materialien mit einem positiven
Brechungsindexgradienten +dn/dT oder einem negativen Brechungsindexgradienten
-dn/dT haben unterschiedlichen Einfluss auf einen auftreffenden
Laserstrahl. Zinkselenid und Galliumarsenid verfügen über einen positiven Brechungsindexgradienten
+dn/dT.
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Bei
einem optischen Element ohne Krümmung
führen
eine Temperaturverteilung mit einem Maximum in der Mitte des optischen
Elements und einem Temperaturabfall zu den Rändern (z.B. gaußförmige Temperaturverteilung)
und ein positiver Brechungsindexgradient +dn/dT zu einer Fokussierung des
auftreffenden Laserstrahls, ein negativer Brechungsindexgradient
-dn/dT erzeugt dagegen eine Aufweitung des Laserstrahls. Ein fokussierendes
optisches Element erzeugt einen Laserstrahlverlauf mit einem kleinsten
Strahldurchmesser (Strahltaille) im Brennpunkt des optischen Elements,
hinter der Strahltaille nimmt der Strahldurchmesser zu. Eine Erwärmung des
optischen Elements führt
bei einem positiven Brechungsindexgradienten +dn/dT dazu, dass sich
der Strahldurchmesser im Bereich vom optischen Element bis zur Strahltaille
und kurz dahinter gegenüber
einem kalten optischen Element verringert, wohingegen sich der Strahldurchmesser
in Abständen,
die groß gegen
die Brennweite des optischen Elements sind, gegenüber einem
kalten optischen Element vergrößert.
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Um
den Strahldurchmesser eines Laserstrahls konstant zu halten oder
gezielt auf unterschiedliche Werte einzustellen, werden adaptive Spiegel,
bei denen die Krümmung
der Spiegelfläche gezielt
verändert
wird, oder adaptive Teleskope, bei denen die Krümmung der Spiegelfläche und/oder
der Abstand der Teleskopspiegel gezielt verändert werden, eingesetzt. Bei
bekannten adaptiven Spiegeln erfolgt die Deformation der Spiegelfläche beispielsweise
mittels piezoelektrischer Aktuatoren (z.B.
DE 42 36 355 A1 ), wobei
sich je nach verwendeter Anzahl nahezu beliebige Spiegeloberflächen erzeugen lassen,
oder durch Änderung
des Kühlwasserdrucks eines
gekühlten
Spiegels (z.B.
DE 39
00 467 A1 ), wodurch eine sphärische Oberflächenänderung
erzeugt wird, die in der Regel ausreichend ist, um den Laserstrahldurchmesser
zu verändern.
Allerdings erfordern diese bekannten adaptiven Optiken zusätzliche optische
Bauteile.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und eine zum Durchführen dieses
Verfahrens geeignete Vorrichtung anzugeben, mit denen der Strahldurchmesser
eines Laserstrahls ohne zusätzliche
optische Bauteile verändert
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass
die Temperatur des optischen Elements entsprechend dem gewünschten
Strahldurchmesser des Laserstrahls verändert wird.
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Die
Idee der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, den Brechungsindex
eines optischen Elements bzw. die räumliche Verteilung des Brechungsindex
und folglich den Strahldurchmesser eines auftreffenden Laserstrahls
gezielt über
die Temperatur des optischen Elements zu verändern. Der besondere Vorteil
der Erfindung besteht darin, dass keine zusätzlichen optischen Bauteile
(adaptive Spiegel, adaptive Teleskope) zur Strahldurchmesserverstellung benötigt werden.
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Die
Erfindung kann einerseits dazu verwendet werden, den Strahldurchmesser
eines Laserstrahls abhängig
von einer Bearbeitungsaufgabe gezielt zu verändern. Eine weitere Anwendung
besteht darin, einer fokussierenden oder aufweitenden Wirkung eines
oder mehrerer optischer Elemente entgegen zu wirken, um einen konstanten
Strahldurchmesser des Laserstrahls einzustellen.
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Die
Temperaturänderung
des optischen Elements kann über
eine direkte Kühlung
oder Heizung des optischen Elements oder indirekt über eine
Kühlung
oder Heizung einer Halterung (z.B. Optikauflage oder -fassung) des
optischen Elements erfolgen. Beispielsweise kann die Temperatur
eines flüssigen Kühlmediums
geändert
werden. Auch über
die Geschwindigkeit des Kühlmediums
kann dessen Kühlwirkung beeinflusst
werden. Andere Möglichkeiten sind
das Kühlen
des optischen Elements oder seiner Halterung durch z.B. Peltierelemente
oder das Heizen durch z.B. elektrische Heizelemente, wie einen Heizdraht.
Kombinationen dieser Verfahren sind ebenfalls möglich.
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In
einer bevorzugten Verfahrensvariante wird die Temperatur des optischen
Elements manuell oder automatisch gesteuert, und zwar insbesondere
in Abhängigkeit
von der Gesamteinschaltdauer des Laserstrahls. Beispielsweise kann
ein Maschinenbediener oder Servicetechniker bei einem optischen
Element mit einem positiven Brechungsindexgradienten +dn/dT eine
Temperaturabsenkung vornehmen, wenn der Strahldurchmesser des Laserstrahls
durch Alterung oder Verschmutzung des Auskoppelspiegels abgenommen
hat, bei optischen Elementen mit einem negativen Brechungsindexgradienten
-dn/dT erfolgt eine Temperaturerhöhung. Eine andere einfache
Möglichkeit
ist eine automatische Temperaturänderung
in Abhängigkeit
von der Gesamteinschaltdauer des Laserstrahls. Ein neuer Auskoppelspiegel
mit positivem Brechungsindexgradient +dn/dT, z.B. aus Zinkselenid,
könnte
also mit z.B. 60°C
betrieben werden. Im Laufe der Zeit wird die Temperatur abgesenkt und
somit die Durchmesseränderung
des Laserstrahls durch Alterung/Verschmutzung des Auskoppelspiegels
kompensiert. Diese beiden Lösungen, manuelle
und automatische Temperaturänderung
in Abhängigkeit
von der Gesamteinschaltdauer des Laserstrahls, bieten den Vorteil,
ohne zusätzliche
Sensorik eine Lebensdauerverlängerung
des optischen Elements, insbesondere des Auskoppelspiegels, zu erreichen.
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In
einer anderen bevorzugten Verfahrensvariante wird die Temperatur
des optischen Elements in Abhängigkeit
von einem Sollwert, insbesondere vom Strahldurchmesser des Laserstrahls
an einem bestimmten Ort im Strahlengang des Laserstrahls oder der
Intensität
der vom optischen Element abgestrahlten Wärmestrahlung, geregelt. Die
Regelung kann auch in Abhängigkeit
von bestimmten Prozessparametern einer Laserbearbeitung, wie z.B.
Plasmatemperatur, oder in Abhängigkeit
von den zu bearbeitenden Materialien oder Materialdicken erfolgen.
Vorteilhaft kann die zur Temperaturänderung erforderliche Heiz-
bzw. Kühlleistung
dazu herangezogen werden, zuerst eine Vorwarnung und dann auch eine
Fehlermeldung für
die Reinigung bzw. den Tausch des optischen Elements, insbesondere
des Auskoppelspiegels, zu liefern.
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Erfindungsgemäß kann die
Temperaturänderung
großflächig oder über eine
ortsaufgelöste
Kühlung
oder Heizung eines oder mehrerer bestimmter Bereiche des optischen
Elements erfolgen. Vorzugsweise wird die Temperatur des optischen
Elements im Bereich zwischen ca. 60°C und ca. 10°C geändert.
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Die
Erfindung betrifft auch eine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignete Vorrichtung zum Verändern
des Strahldurchmessers eines Laserstrahls mit einem im Strahlengang des
Laserstrahls angeordneten für
die Laserwellenlänge
transmissiven oder teiltransmissiven optischen Element mit temperaturabhängigem Brechungsindex,
wobei das optische Element in thermischem Kontakt mit einem Kühl- oder
Heizelement (z.B. Peltierelement oder elektrisches Heizelement)
steht, dessen Kühl-
bzw. Heiztemperatur einstellbar ist.
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Vorzugsweise
steht das Kühl-
oder Heizelement in thermischem Kontakt mit einer Halterung des optischen
Elements, also im Falle eines Auskoppelspiegels mit einer randseitigen
Spiegelfassung oder einer randseitigen Spiegelauflage.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform weist
die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Steuereinheit auf, welche die Temperatur des optischen Elements,
insbesondere in Abhängigkeit
von der Gesamteinschaltdauer des Laserstrahls, auf unterschiedliche
Temperaturwerte einstellt. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform
ist eine Regeleinheit vorgesehen, welche die Temperatur des optischen
Elements in Abhängigkeit
von einem Sollwert verändert,
und zwar insbesondere in Abhängigkeit vom
Strahldurchmesser des Laserstrahls an einem bestimmten Ort im Strahlengang
des Laserstrahls, von der Intensität der Wärmestrahlung des optischen Elements
oder von einem Prozess- oder Materialparameter einer Laserbearbeitung.
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Besonders
bevorzugt ist das transmissive oder teiltransmissive optische Element
der Auskoppelspiegel eines Laserresonators. Bevorzugtes Auskoppelspiegelmaterial
ist Zinkselenid; es sind jedoch auch alle anderen infrarotdurchlässigen Materialien (IR- Materialien) möglich, wie
z.B. Galliumarsenid.
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Bei
besonders bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ist der Laserstrahl ein Infrarotlaserstrahl, insbesondere
ein CO2-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von
10,6 μm,
und ist seine Leistung größer als
1.000 W.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der
Zeichnung. Ebenso können
die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale
je für
sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die
gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen
sind nicht als abschließende
Aufzählung
zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung
der Erfindung.
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Es
zeigen:
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1 einen
CO2-Gaslaser mit einem gefalteten Laserresonator;
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2 einen
CO2-Gaslaser mit einer externen Strahlführung und
einem Bearbeitungskopf;
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3 eine
erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer beheizten Spiegelfassung des Auskoppelspiegels;
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4 eine
zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer mittels eines Peltierelements gekühlten Spiegelfassung des Auskoppelspiegels;
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5 die
zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer Vorrichtung zur Temperaturüberwachung des Auskoppelspiegels; und
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6 eine
dritte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer über
einen Spiegelträger
gekühlten
Spiegelfassung des Auskoppelspiegels.
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Der
in 1 gezeigte CO2-Gaslaser 1 weist einen
quadratisch gefalteten Laserresonator 2 mit vier sich aneinander
anschließenden
Laserentladungsrohren 3 auf, die über Eckgehäuse 4, 5 miteinander
verbunden sind. Ein in Richtung der Achsen der Laserentladungsrohre 3 verlaufender
Laserstrahl 6 ist strichpunktiert dargestellt. Umlenkspiegel 7 in den
Eckgehäusen 4 dienen
der Umlenkung des Laserstrahls 6 um jeweils 90°. Im Eckgehäuse 5 sind ein
Rückspiegel 8 und
ein für
die Laserwellenlänge teiltransmissiver
Auskoppelspiegel 9 angeordnet. Der Rückspiegel 8 ist für die Laserwellenlänge hochreflektierend
ausgebildet und reflektiert den Laserstrahl 6 um 180°, so dass
die Laserentladungsrohre 3 in entgegen gesetzter Richtung
erneut durchlaufen werden. Ein Teil des Laserstrahles 6 wird
an dem teiltransmissiven Auskoppelspiegel 9 aus dem Laserresonator 2 ausgekoppelt,
der andere reflektierte Teil verbleibt im Laserresonator 2 und
durchläuft
die Laserentladungsrohre 3 erneut. Der über den Auskoppelspiegel 9 aus
dem Laserresonator 2 ausgekoppelte Laserstrahl ist mit 10 bezeichnet.
Im Zentrum des gefalteten Laserresonators 2 ist als Druckquelle
für Lasergas
ein Radialgebläse 11 angeordnet,
das über Zufuhrleitungen 12 für Lasergas
mit den Eckgehäusen 4, 5 in
Verbindung steht. Absaugleitungen 13 verlaufen zwischen
Absauggehäusen 14 und
dem Radialgebläse 11.
Die Strömungsrichtung
des Lasergases im Innern der Laserentladungsrohre 3 sowie
in den Zufuhr- und Absaugleitungen 12, 13 ist
durch Pfeile veranschaulicht. Die Anregung des Lasergases erfolgt über Elektroden 15,
die benachbart zu den Laserentiadungsrohren 3 angeordnet
sind.
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Damit
der aus dem Laserresonator 2 ausgekoppelte Laserstrahl 10 als
Bearbeitungswerkzeug eingesetzt werden kann, wird der Laserstrahl 10 wie in 2 gezeigt
in einer externen Strahlführung 16 über reflektierende
und transmissive optische Elemente, wie Spiegel und Linsen, vom
Laserresonator 2 zu einem Bearbeitungskopf 17 geführt. Der
ausgekoppelte Laserstrahl 10 wird mittels zweier Linsen 18, 19,
die ein Strahlteleskop 20 bilden, auf einen gewünschten
Strahldurchmesser aufgeweitet und von einem Umlenkspiegel 21 zum
Bearbeitungskopf 17 umgelenkt. Der Bearbeitungskopf 17 umfasst
eine Fokussierlinse 22, die den Laserstrahl auf einen für die Bearbeitung
geforderten Strahldurchmesser fokussiert.
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3 zeigt
eine Vorrichtung 30 zum Verändern des Strahldurchmessers
eines aus dem Laserresonator 2 über den Auskoppelspiegel 9 ausgekoppelten
Laserstrahls 10. Der Auskoppelspiegel 9 ist in einer
Spiegelfassung (Halterung) 23 befestigt, die wiederum an
einem kühlwassergekühlten Spiegelträger 24 montiert
ist, so dass sich am Auskoppelspiegel 9 ein Temperaturgradient
von innen nach außen bildet.
Die Vorrichtung 30 weist ein an der Spiegelfassung 23 vorgesehenes
elektrisches Heizelement 31 und eine Regeleinheit 32 auf,
welche die Heizleistung des Heizelements 31 in Abhängigkeit
des mit einem Sensor 33 gemessenen Strahldurchmessers des ausgekoppelten
Laserstrahls 10 verändert.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel
sind Spiegelfassung 23 und Spiegelträger 24 voneinander
durch einen dazwischen vorgesehenen Isolator 34 thermisch
isoliert.
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Zinkselenid,
das das bevorzugte Material für teiltransmissive
Auskoppelspiegel darstellt, und Galliumarsenid weisen temperaturabhängige Wärmeleitfähigkeiten
und Brechungsindices auf, die dazu führen, dass sich die Brechkraft
des Auskoppelspiegels 9 und damit die Fokussiereigenschaften
mit der Temperatur ändern.
Genauer gesagt sinkt bei hohen Temperaturen die Wärmeleitfähigkeit,
was zu steileren Temperaturgradienten bei steigenden Temperaturen
führt,
da die Wärme
schlechter abgeführt
wird. Der steilere Temperaturgradient führt aufgrund des positiven
Brechungsindexgradienten +dn/dT für Zinkselenid und Galliumarsenid
zu einer erhöhten
Brechkraft und damit zu einer veränderten Ausbreitung des Laserstrahls
hinter dem Auskoppelspiegel im Vergleich zu einem kalten Auskoppelspiegel.
Ein fokussierender Auskoppelspiegel erzeugt einen Laserstrahlverlauf
mit einer Strahltaille (kleinster Strahldurchmesser) im Fokus des
Auskoppelspiegels, hinter der Strahltaille nimmt der Strahldurchmesser
zu. Eine Erwärmung
führt bei
dem fokussierenden Auskoppelspiegel dazu, dass sich der Strahldurchmesser
im Nahfeld (Bereich vom Auskoppelspiegel bis zur Strahltaille und
kurz dahinter) verringert, im Fernfeld, d.h. in Abständen, die
groß gegen
die Brennweite des Auskoppelspiegels sind, vergrößert sich der Strahldurchmesser
gegenüber
einem kalten Auskoppelspiegel.
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Mithilfe
der Vorrichtung 30 werden der Brechungsindex des Auskoppelspiegels 9 bzw.
die räumliche
Verteilung des Brechungsindex und folglich der Strahldurchmesser
des Laserstrahls 10 gezielt über die Temperatur bzw. den
Temperaturgradienten des Auskoppelspiegels 9 verändert. Anhand des
mit dem Sensor 33 gemessenen Strahldurchmessers stellt
die Regeleinheit 32 die Temperatur des Auskoppelspiegels 9 entsprechend
dem gewünschten
Strahldurchmesser ein. In Experimenten an einem 5 kW CO2-Laser
mit einem Auskoppelspiegel aus Zinkselenid wurde eine Durchmesseränderung
von 4% pro 15°C
ermittelt. Ein 25 mm großer Laserstrahl 10 wird
also 1 mm kleiner, wenn die Temperatur der Spiegelfassung 23 um
15°C ansteigt.
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4 zeigt
eine andere Vorrichtung 40 zum Verändern des Strahldurchmessers
des über
den Auskoppelspiegel 9 ausgekoppelten Laserstrahls 10. Die
Vorrichtung 40 weist ein zwischen Spiegelfassung 23 und
Spiegelträger 24 angeordnetes
Kühlelement
(z.B. Peltierelement) 41 auf, dessen Kühlleistung über eine Steuereinheit 42 z.B.
entsprechend der Gesamteinschaltdauer des Laserstrahls 10 automatisch
verändert
wird. Das Peltierelement 41 benötigt auf der einen Seite einen
Referenzkühlkörper, der diese
Seite auf einer festen Temperatur hält, z.B. den Spiegelträger 24,
der mit Laserkühlwasser
(z.B. auf 25°C)
durchflossen ist. Die Temperaturdifferenz des Peltierelements 41 zu
dieser Referenz wird bestimmt durch den Stromfluss durch das Peltierelement 41. Grundsätzlich lassen
sich Temperaturen ober- und unterhalb der Referenztemperatur erzeugen.
Im einfachsten Fall erfolgt eine lineare Änderung (Abnahme bei +dn/dT
und Zunahme bei -dn/dT) der Temperatur mit der Zeit, um einer Alterung
und/oder Verschmutzung und der damit verbundenen Aufheizung des
Auskoppelspiegels 9 entgegenzuwirken. So könnte ein
neuer Auskoppelspiegel 9 aus Zinkselenid mit z.B. 60°C betrieben
und die Temperatur dann im Laufe eines Jahres auf z.B. 25°C abgesenkt
werden.
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5 zeigt
eine Vorrichtung 50 zum Verändern des Strahldurchmessers
des ausgekoppelten Laserstrahls 10 analog zu 4 mit
einem zwischen Spiegelfassung 23 und Spiegelträger 24 angeordneten
Kühlelement 51,
wobei die Vorrichtung 50 in Kombination mit einer Vorrichtung 52 zur
Temperaturüberwachung
des Auskoppelspiegels 9 betrieben wird. Die Temperaturüberwachungsvorrichtung 52 umfasst
einen z.B. als Fotodiode oder Pyrometer ausgebildeten Temperatursensor 53,
der auf der dem Laserresonator 2 abgewandten Seite des
Auskoppelspiegels 9 in die Spiegelfassung 23 integriert
ist. Der Temperatursensor 53 erfasst die vom Auskoppelspiegel 9 abgestrahlte
Wärmestrahlung,
deren Intensität
I von der Temperatur T des Auskoppelspiegels 9 abhängt (I ~
T4), so dass die Temperatur des Auskoppelspiegels 9 über die
Intensität
der Wärmestrahlung gemessen
wird. Die gemessene Intensität
wird einer Einrichtung 54, z.B. einem Mikroprozessor, zugeführt, um
die gemessene Intensität
mit einer gespeicherten Referenzintensität zu vergleichen. Sobald die
gemessene Intensität
der Wärmestrahlung
um einen zuvor eingestellten Wert von der Referenzintensität abweicht, ändert die
Einrichtung 54, die als Regeleinheit ausgebildet ist, die
Kühlleistung
des Kühlelements 51,
um die Temperatur des Auskoppelspiegels 9 zu verändern. Die
Temperaturänderung
des Auskoppelspiegels 9 kann schrittweise erfolgen, bis ein
zuvor eingestellter Grenzwert überschritten
wird, bei dem der Laser 1 abgeschaltet wird und ein Austausch
des Auskoppelspiegels 9 erfolgen muss.
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6 zeigt
eine weitere Vorrichtung 60 zum Verändern des Strahldurchmessers
des über
den Auskoppelspiegel 9 ausgekoppelten Laserstrahls 10. Hier
liegt die Spiegelfassung 23 direkt am Spiegelträger 24 an,
steht also in direktem thermischem Kontakt mit dem Spiegelträger 24. Über eine
Temperaturänderung
des den Spiegelträger 24 durchströmenden Kühlwassers
(Strömungspfeile 61)
im Temperaturbereich zwischen z.B. 60°C und ca. 10°C kann die Temperatur des Auskoppelspiegels 9 geändert und folglich
der Strahldurchmesser des ausgekoppelten Laserstrahls 10 eingestellt
werden.
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Die
Steuereinheit 42 ist in 4 für die Vorrichtung 40 zusammen
mit einem Kühlelement 41 offenbart,
das zwischen Spiegelfassung 23 und Spiegelträger 24 angeordnet
ist. Selbstverständlich
kann die Steuereinheit 42 auch mit den weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtungen 30, 50 und 60 betrieben
werden. Gleiches gilt für
die Regeleinheit 32, 54, die in den 3 und 5 für die Vorrichtungen 30 und 50 offenbart
ist und ebenso zusammen mit den Vorrichtungen 40 und 60 anwendbar
ist.
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Die
erfindungsgemäßen Vorrichtungen 30, 40, 50, 60 zum
Verändern
des Strahldurchmessers eines Laserstrahls sind in den 3 bis 6 für den teiltransmissiven
Auskoppelspiegel 9 eines stabilen Laserresonators 2 gezeigt.
Der Strahldurchmesser eines Laserstrahls kann alternativ über die Temperatur
weiterer für
die Wellenlänge
des Laserstrahls transmissiver oder teiltransmissiver optischer Elemente
in der externen Strahlführung 16 oder
im Bearbeitungskopf 17 verändert werden, z.B. über die Linsen 18, 19 des
Strahlteleskops 20 oder die Fokussierlinse 22 im
Bearbeitungskopf 17.