DE102007028081B3 - Laser device for generating laser beam with determined radiation profile, has laser and fiber optics which is coupled to laser and two installation elements are arranged at distance to each other at sides of fiber optics - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Lasereinrichtungen zur Generierung von Laserstrahlen mit einem bestimmten Strahlprofil mit einem Laser und einem an den Laser gekoppelten Lichtwellenleiter.The The invention relates to laser devices for generating laser beams with a given beam profile with a laser and a to the Laser coupled fiber optic cable.
Durch
die
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lasereinrichtungen mit einem Laserstrahl mit vorbestimmbaren Strahlprofil zu schaffen.Of the The invention defined in claim 1 is based on the object Laser devices with a laser beam with predeterminable beam profile to accomplish.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.These The object is achieved with the features listed in claim 1.
Die Lasereinrichtungen zur Generierung von Laserstrahlen mit einem bestimmten Strahlprofil mit einem Laser und einem an den Laser gekoppelten Lichtwellenleiter zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass vorbestimmbare Strahlprofile erzeugt werden können. Dazu sind wenigstens zwei erste Anlageelemente für den Lichtwellenleiter beabstandet zueinander angeordnet. Darüber hinaus befindet sich an der gegenüberliegenden Seite des Lichtwellenleiters zwischen zwei ersten Anlageelementen ein zweites Anlageelement, so dass durch die Positionen der Anlageelemente mindestens eine bestimmte Krümmung des Lichtwellenleiters und ein kreisförmiges, ein kreisringförmiges, wenigstens eine Kombination mit einem kreis- und einem kreisringförmigen oder ein achsunsymmetrisches Strahlprofil in Abhängigkeit von der Krümmung vorhanden ist.The Laser devices for generating laser beams with a specific Beam profile with a laser and an optical waveguide coupled to the laser are characterized in particular by the fact that predeterminable beam profiles can be generated. For this purpose, at least two first contact elements for the optical waveguide are spaced apart arranged to each other. About that also located on the opposite side of the optical fiber between two first contact elements a second contact element, so that by the positions of the contact elements at least one particular curvature of the optical waveguide and a circular, an annular, at least one combination with a circular and a circular or an axisymmetric beam profile as a function of the curvature is.
Die Kopplung des Lasers an den Lichtwellenleiter erfolgt bekannterweise über eine dazwischen geschaltete Optik als Koppelsystem. Das Koppelsystem dient dabei der Anpassung der Feldverteilung zwischen dem Laser und dem Lichtwellenleiter.The Coupling of the laser to the optical waveguide is known to be via a interposed optics as a coupling system. The coupling system It serves to adapt the field distribution between the laser and the optical fiber.
Über die Anlageelemente ist der Lichtwellenleiter so geführt, dass wenigstens eine mechanisch hervorgerufene Krümmung im Verlauf des Lichtwellenleiters vorhanden ist. Die Krümmung bestimmt dabei das Strahlprofil und die Strahlkennwerte am Ausgang des Lichtwellenleiters. So kann ein Mischmode, ein Ringmode, ein Ringmode mit Kern oder ein achsunsymmetrischer Spezialmode erreicht werden. Der letzte Fall ist zum Beispiel eine Spirale. Dadurch ergeben sich die vielfältigsten Anwendungsmöglichkeiten. So eignet sich ein Strahlprofil als Kreisring insbesondere zum Sintern und Härten von Werkstücken. Dabei können weitestgehend gleichförmige Temperaturverteilungen über den bestrahlten Querschnitt der Werkstückoberfläche erzielt werden. Ungewollte örtliche Temperaturerhöhungen in der jeweiligen zu bearbeitenden Schicht des Werkstücks oder der Werkstücke werden vermieden, so dass zum Beispiel beim Sintern die Werkstückoberfläche nicht aufgeschmolzen wird. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind bei der Nachrichtenübertragung gegeben. Darüber hinaus ergeben sich Vorteile in der Messtechnik. Aber auch bei der Erprobung von Optiken für Laseranwendungen und sowohl messtechnischer als auch bearbeitender Vorrichtungen in Verbindung mit wenigstens einem Laser sind Vorteile vorhanden.About the Investment elements of the optical waveguide is guided so that at least one mechanically induced curvature is present in the course of the optical waveguide. The curvature determines the beam profile and the beam characteristics at the output of the optical waveguide. So can a mixed mode, a ring mode, a ring mode with core or an axisymmetric special mode can be achieved. The last Case is for example a spiral. This results in the most diverse Applications. Thus, a beam profile is suitable as a circular ring, in particular for sintering and hardening of workpieces. there can largely uniform Temperature distributions over the irradiated cross section of the workpiece surface can be achieved. Unwanted local temperature increases in the respective layer to be machined of the workpiece or the workpieces are avoided, so that, for example, during sintering, the workpiece surface is not is melted. Further applications are in message transmission given. About that There are also advantages in metrology. But also at the Testing of optics for Laser applications and both metrological and machining Devices in conjunction with at least one laser are advantages available.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 angegeben.advantageous Embodiments of the invention are in the claims 2 to 7 indicated.
Durch die Krümmung des Lichtwellenleiters ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 ein vordefiniertes Strahlparameterprodukt vorhanden.By the curvature of the optical waveguide is according to the embodiment of the claim 2, there is a predefined jet parameter product.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 sind erste Anlageelemente für den Lichtwellenleiter beabstandet zueinander angeordnet. Weiterhin befinden sich an der gegenüberliegenden Seite des Lichtwellenleiters Krümmungen verursachende beabstandet zueinander angeordnete zweite Anlageelemente. Dadurch kann insbesondere ein Mischmode erzeugt werden.To The development of claim 3 are first investment elements for the Optical waveguide spaced from each other. Continue to be located on the opposite side of the optical waveguide curvatures causing spaced apart second abutment elements. As a result, in particular a mixed mode can be generated.
Wenigstens eines der Anlageelemente ist mit einem Stellmechanismus gekoppelt. Damit kann das Strahlprofil in Abhängigkeit von der hervorgerufenen Krümmung an die jeweilige Verwendung der Lasereinrichtung angepasst werden.At least one of the abutment elements is coupled to an actuating mechanism. Thus, the beam profile depending on the curvature caused the respective use of the laser device can be adapted.
Der Stellmechanismus besitzt einen Antrieb für ein Stellelement, der mit einer Steuereinrichtung zusammengeschaltet ist. Damit kann ein vorbestimmbares Strahlprofil automatisch für eine bestimmte Verwendung eingestellt werden. Darüber hinaus kann das Strahlprofil aber auch während der Verwendung geändert werden. Das kann gesteuert zum Beispiel auch kontinuierlich erfolgen.Of the Actuator has a drive for an actuator, with a control device is interconnected. This can be a predeterminable Beam profile automatically for a specific use can be set. Furthermore However, the beam profile can also be changed during use. This can be done controlled, for example, continuously.
Das Stellelement ist einer Wegmesseinrichtung mit elektrischen Messsignalausgang gekoppelt oder ist selbst ein Bestandteil einer Wegmesseinrichtung mit elektrischen Messignalausgang. Die Wegmesseinrichtung ist weiterhin mit der Steuereinrichtung zusammengeschaltet.The Control element is a displacement measuring device with electrical measurement signal output coupled or is itself a part of a path measuring device with electrical measuring signal output. The path measuring device is still interconnected with the control device.
Das Stellelement des Stellmechanismus ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 vorteilhafterweise das Anlageelement. Dadurch ist eine einfache Realisierung gegeben.The Actuating element of the actuating mechanism is according to the development of the Claim 4 advantageously the contact element. Thereby is given a simple realization.
Zur Erzeugung eines Mischmode, eines Ringmode oder eines Ringmode mit Kern als StrahlProfil ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 der Lichtwellenleiter in seinem Verlauf mehrfach gekrümmt.To produce a mixed mode, a ring mode or a ring mode with a core as a beam profile is according to the embodiment of claim 5, the optical waveguide in its course curved several times.
Zur Erzeugung eines spiralförmigen Mode als Strahlprofil ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 der Lichtwellenleiter wenigstens in einer Schleife angeordnet.to Generation of a spiral Mode as a beam profile is according to the embodiment of the claim 6 of the optical waveguide arranged at least in a loop.
Der Antrieb für das Stellelement, die Wegmesseinrichtung und die Steuereinrichtung sind so zusammengeschaltet, dass ein Mischmode, ein Ringmode und ein Ringmode mit Kern kontinuierlich nacheinander erzeugbar sind.Of the Drive for the actuator, the path measuring device and the control device are so interconnected that a mixed mode, a ring mode and a ring mode with core can be generated continuously one after the other.
Die Anlageelemente sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 gleichzeitig Füh rungselemente für den Lichtwellenleiter. Damit ist ein einfacher Aufbau gegeben.The Investment elements are according to the embodiment of claim 7 at the same time guiding elements for the Optical fiber. This gives a simple structure.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.One embodiment The invention is illustrated in principle in the drawings and will be closer in the following described.
Es zeigen:It demonstrate:
Eine
Lasereinrichtung zur Generierung von Laserstrahlen
Die
Die
Anlageelemente
Zwei
erste Anlageelemente
Ohne
Krümmung
(Darstellung in der
Strahlprofile
- – tophatähnlicher
Mischmode
8b hervorgerufen durch verstelltes zweites Anlageelement6 um den Betrag x1 gegenüber dem gestreckten Lichtwellenleiter4 (Darstellung in der2a ), - – Ringmode
8c hervorgerufen durch verstelltes zweites Anlageelement6 um den Betrag x2 gegenüber dem Lichtwellenleiter4 (Darstellung in der2b ) und - – Ringmode
8d mit Kern hervorgerufen durch verstelltes zweites Anlageelement6 um den Betrag x3 gegenüber dem Lichtwellenleiter4 (Darstellung in der2c ), wobei x1 < x2 < x3 ist.
- - tophat-like mixed mode
8b caused by displaced second contact element6 by the amount x 1 relative to the stretched optical fiber4 (Presentation in the2a ) - - ring fashion
8c caused by displaced second contact element6 by the amount x 2 with respect to the optical fiber4 (Presentation in the2 B ) and - - ring fashion
8d with core caused by displaced second contact element6 by the amount x 3 with respect to the optical fiber4 (Presentation in the2c ), where x 1 <x 2 <x 3 .
Für eine Veränderung
des Strahlprofils
Der
Antrieb für
das Stellelement, die Wegmesseinrichtung und die Steuereinrichtung
sind so zusammengeschaltet dass ein Mischmode
In
einer weiteren Ausführungsform
sind erste Anlageelemente
In
einer weiteren Ausführungsform
ist der Lichtwellenleiter
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