DE102014106595B4 - Mirror holder for laser beam optics and laser beam optics - Google Patents

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DE102014106595B4 DE102014106595.6A DE102014106595A DE102014106595B4 DE 102014106595 B4 DE102014106595 B4 DE 102014106595B4 DE 102014106595 A DE102014106595 A DE 102014106595A DE 102014106595 B4 DE102014106595 B4 DE 102014106595B4
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    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
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    • G02B7/1822—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors comprising means for aligning the optical axis

Abstract

Spiegelhalter für Laserstrahloptiken einer Strahlführung eines Hochleistungslasers mit einem auf einem Untergrund der Strahlführung aufstellbaren Fuß (2), einem an dem Fuß (2) angeordneten Spiegelträger (3), der über ein Spiegelträgerlager (4) um eine Rotationsachse (R) drehbar am Fuß (2) gehalten ist und zumindest eine Aufnahme für die Befestigung wenigstens eines Spiegels (1) eines Strahlführungssystems einer Laserstrahlanlage aufweist,dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelträgerlager (4) ein Kreuzrollenlager ist, wobei der Spiegelträger (3) an einer Seite einen zylindrischen Lagerzapfen aufweist, über den der Spiegelträger (3) am Fuß (2) gelagert ist und das Kreuzrollenlager des Spiegelträgerlagers (4) den Lagerzapfen mit einem spiegelträgerseitigen Lagerring umgreift, der über die in der Wälzrichtung kreuzweise zueinander versetzten Wälzkörper des Kreuzrollenlagers an einem fußseitigen Lagerring gelagert ist.Mirror holder for laser beam optics of a beam guide of a high-power laser with a base (2) that can be set up on a substrate of the beam guide, a mirror carrier (3) arranged on the base (2) and rotatable about an axis of rotation (R) on the base ( 2) is held and has at least one receptacle for fastening at least one mirror (1) of a beam guidance system of a laser beam system, characterized in that the mirror carrier bearing (4) is a crossed roller bearing, the mirror carrier (3) having a cylindrical bearing journal on one side, via which the mirror carrier (3) is mounted on the base (2) and the crossed roller bearing of the mirror carrier bearing (4) surrounds the bearing journal with a bearing ring on the mirror carrier side, which is mounted on a base-side bearing ring via the rolling elements of the crossed roller bearing, which are offset crosswise to one another in the rolling direction.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiegelhalter für Laserstrahloptiken einer Strahlführung eines Hochleistungslasers, mit einem auf einem Untergrund einer Strahlführung aufstellbaren Fuß, einem an dem Fuß angeordneten Spiegelträger, der über ein Spiegelträgerlager um eine Rotationsachse drehbar am Fuß gehalten ist und zumindest eine Aufnahme für die Befestigung wenigstens eines Spiegels eines Strahlführungssystems einer Laserstrahlanlage aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Laserstrahloptik mit einem derartigen Spiegelhalter und einem Spiegel.The invention relates to a mirror holder for laser beam optics of a beam guide of a high-power laser, with a base that can be set up on a substrate of a beam guide, a mirror carrier arranged on the base, which is held on the base so that it can rotate about an axis of rotation via a mirror carrier bearing, and at least one receptacle for fastening at least one Having a mirror of a beam guidance system of a laser beam system. Furthermore, the invention relates to laser beam optics with such a mirror holder and a mirror.

Die gattungsgemäßen Spiegelhalter sind insbesondere für Laserstrahlführungen von gepulsten Lasern mit einer Leistung im Terrawattbereich bis hin zum niedrigen Petawattbereich vorgesehen, können aber natürlich auch für CW-Laser (kontinuierliche Laserstrahlung) im Megawatt-Bereich oder kleinere Leistungsklassen verwendet werden. Insoweit ist die Anwendung der Erfindung auf eine bestimmte Leistungsklasse der Laser-Systeme nicht beschränkt.The generic mirror holders are intended in particular for laser beam guidance of pulsed lasers with a power in the terawatt range down to the low petawatt range, but can of course also be used for CW lasers (continuous laser radiation) in the megawatt range or lower power classes. In this respect, the application of the invention is not limited to a specific performance class of the laser systems.

Präzise Halterungen und Stellmittel für optische Komponenten oder Kameras sind beispielsweise aus der DE 10 2005 028 248 A1 , der EP 0 606 835 A1 oder der DE 10 2012 002 728 A1 bekannt. Ein Spiegelhalter für einen Beweglich gehaltenen Scannerspiegel einer Strahlführung eins Lasermaterialbearbeitungssystems mit eher geringerer Leistung ist aus der DE 100 27 148 A1 bekannt.Precise mounts and positioning means for optical components or cameras are, for example, from DE 10 2005 028 248 A1 , the EP 0 606 835 A1 or the DE 10 2012 002 728 A1 famous. A mirror holder for a movably held scanner mirror of a beam guide of a laser material processing system with rather lower power is from DE 100 27 148 A1 famous.

Spiegelhalter für Laserstrahloptiken sind aus der AT 507 684 A4 bekannt. Ferner sind Spiegelhalterungen für Hochleistungslaser allgemein bekannt. Es handelt sich dabei um Laserstrahloptiken, die in Verbindung mit Hochleistungslasern verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung Spiegelhalter und Spiegel für gepulste Hochleistungslaser.Mirror holders for laser beam optics are from AT 507 684 A4 famous. Furthermore, mirror mounts for high-power lasers are well known. These are laser beam optics that are used in conjunction with high-power lasers. In particular, the invention relates to mirror mounts and mirrors for high power pulsed lasers.

Die bekannten Komponenten, Spiegel und Spiegelhalter haben den Nachteil, dass sie insbesondere in Verbindung mit hohen Leistungen und größeren Strahldurchmessern nicht hinreichend genau den Laserstrahl zu führen vermögen. Gerade in Verbindung mit Hochleistungslasern muss aber der Laserstrahl aufgeweitet werden, um eine Beschädigung der optischen Flächen des Spiegels zu vermeiden.The known components, mirrors and mirror holders have the disadvantage that they are not able to guide the laser beam with sufficient accuracy, particularly in connection with high power and larger beam diameters. In connection with high-power lasers in particular, however, the laser beam must be widened in order to avoid damaging the optical surfaces of the mirror.

Darüber hinaus muss der Laserstrahl möglichst genau zur im Strahlengang nächstgelegenen Optik geführt werden, um dort entweder gespiegelt oder fokussiert zu werden. Damit möglichst geringe Verluste aufgrund der in den Strahlengang eingebrachten optischen Strahlführungselemente auftreten, sollten der Spiegel und der Spiegelhalter in der Lage sein, über einen möglichst großen Weg den Strahl exakt zu führen. Ferner sollte der Reflektionswinkel möglichst genau einstellbar sein und gehalten werden können.In addition, the laser beam must be guided as precisely as possible to the optics closest in the beam path in order to be either mirrored or focused there. In order for the lowest possible losses to occur due to the optical beam guidance elements introduced into the beam path, the mirror and the mirror holder should be able to guide the beam exactly over as long a path as possible. Furthermore, the reflection angle should be able to be set and maintained as precisely as possible.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Spiegelhalter sowie eine Laserstrahloptik mit einem Spiegel und einem solchen Spiegelhalter bereitzustellen, wobei die optischen Eigenschaften des Spiegels möglichst genau und reproduzierbar einstellbar sind.The object of the invention is therefore to provide a mirror holder and laser beam optics with a mirror and such a mirror holder, the optical properties of the mirror being adjustable as precisely and reproducibly as possible.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch einen Spiegelträger nach Anspruch 1 und einer Laserstrahloptik nach Anspruch 6 gelöst, wobei das Spiegelträgerlager dabei ein Kreuzrollenlager ist.According to the invention, this object is achieved by a mirror carrier according to claim 1 and a laser beam optics according to claim 6, the mirror carrier bearing being a crossed roller bearing.

Durch den erfindungsgemäßen Spiegelhalter wird es nun möglich, auch große Spiegel, so wie sie für die Umlenkung des Strahlengangs von Hochleistungslasern benötigt werden, sicher zu halten und gleichzeitig genau einzustellen.The mirror holder according to the invention now makes it possible to securely hold even large mirrors, such as are required for deflecting the beam path of high-power lasers, and at the same time to adjust them precisely.

Insbesondere in Verbindung mit gepulster Laserstrahlung im Hochleistungsbereich ist es vorteilhaft, wenn der Spiegelhalter in einer Vakuumkammer angeordnet werden kann. Diese Vakuumkammer verhindert, dass nicht-lineare Prozesse in der Luft unmittelbar vor dem Spiegel ablaufen, die die Stahlqualität verschlechtern oder schlimmstenfalls sogar eine Teilabschirmung der Laserstrahlung bewirken können.In particular in connection with pulsed laser radiation in the high-power range, it is advantageous if the mirror holder can be arranged in a vacuum chamber. This vacuum chamber prevents non-linear processes from taking place in the air directly in front of the mirror, which could degrade the steel quality or, in the worst case, even partially shield the laser radiation.

Bevorzugte Größen für die verwendeten Spiegel sind dabei runde, ovale oder rechteckige Spiegel, die zumindest in einer Richtung einer Ausdehnung von 300 mm, bevorzugt 400 mm oder mehr und besonders bevorzugt 600 mm aufweisen. Solche Spiegel haben ein Gewicht von 60 kg und darüber und werden bevorzugt sowohl um eine erste Rotationsachse als auch um eine zur ersten Rotationsachse rechtwinklige zweite Drehachse verstellt. Auf diese Weise lässt sich der Ausfallswinkel des Spiegels beliebig einstellen.Preferred sizes for the mirrors used are round, oval or rectangular mirrors, which have an extent of 300 mm, preferably 400 mm or more and particularly preferably 600 mm, at least in one direction. Such mirrors have a weight of 60 kg and more and are preferably adjusted both about a first axis of rotation and about a second axis of rotation perpendicular to the first axis of rotation. In this way, the angle of reflection of the mirror can be adjusted as desired.

Um möglichst effektiv den Strahlengang einstellen zu können, weist der Spiegelhalter bevorzugt eine Drehbarkeit um die Rotationsachse und/oder die Drehachse um 360° auf. Ferner weist er bevorzugt eine Grobeinstellung für den Drehwinkel in eine oder beide Richtungen auf. Zusätzlich sollte eine Feineinstellung vorhanden sein, um den Ausfallswinkel möglichst genau einstellen zu können und so den Strahlengang exakt auf das nächste optische Mittel richten zu können.In order to be able to set the beam path as effectively as possible, the mirror holder preferably has the ability to rotate about the axis of rotation and/or the axis of rotation by 360°. Furthermore, it preferably has a coarse setting for the angle of rotation in one or both directions. In addition, a fine adjustment should be available in order to be able to set the angle of reflection as precisely as possible and thus direct the beam path exactly to the next optical medium.

Die oben genannte Feineinstellung kann beispielsweise mit Hilfe von Feingewindeschrauben realisiert werden, die eine Gewindesteigung von 0,15 mm aufweisen können. Alternativ können auch Mikrometerschrauben eingesetzt werden.The above fine adjustment can be realized, for example, using fine-thread screws that have a thread pitch of may have 0.15 mm. Alternatively, micrometer screws can also be used.

Der Spiegelhalter besteht erfindungsgemäß aus den Grundkomponenten Fuß, Spiegelträger und Aufnahme für den Spiegel. Der Fuß ist bevorzugt an der Unterseite einer Vakuumkammer oder auf einer sonstigen Fläche, zum Beispiel eines optischen Tisches zu befestigen. Dies kann über eine stabile Schraubenverbindung, zum Beispiel Schrauben der Größe M6 in einem Abstand von 25 mm erfolgen.According to the invention, the mirror holder consists of the basic components foot, mirror carrier and receptacle for the mirror. The base should preferably be attached to the underside of a vacuum chamber or to another surface, for example an optical table. This can be done using a stable screw connection, for example M6 screws at a distance of 25 mm.

Der Fuß kann zweiteilig ausgebildet sein, dann kann in jedem der beiden Fußteile jeweils ein Lager vorgesehen sein. Die Rotationsachse und/oder die Drehachse können durch den Schwerpunkt des Spiegels oder der Kombination Spielgel und Spiegelträger verlaufen, die nicht notwendig mit der optischen Achse übereinstimmen müssen.The foot can be constructed in two parts, in which case a bearing can be provided in each of the two foot parts. The axis of rotation and/or the axis of rotation can run through the center of gravity of the mirror or of the combination mirror and mirror carrier, which need not necessarily coincide with the optical axis.

Der Antrieb des Spiegelhalters kann manuell erfolgen, zusätzlich oder alternativ kann auch ein motorisierter Antrieb vorgesehen sein. Im letztgenannten Fall werden bevorzugt Piezoantriebe verwendet. Dabei kann die Drehbewegung um die Rotationsachse, um die Drehachse oder auch um beide Achsen motorisch und/oder manuell erfolgen.The mirror holder can be driven manually; additionally or alternatively, a motorized drive can also be provided. In the latter case, piezo drives are preferably used. The rotational movement around the axis of rotation, around the axis of rotation or also around both axes can be motorized and/or manual.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung des Kreuzrollenlagers kann nun der Spiegelhalter am fest montierten Fuß besonders sicher und vibrationsfrei gelagert werden. Der Spiegelträger selbst ist ausreichend dimensioniert, um Vibrationen zu vermeiden. Gleiches gilt für die Lagerung des Spiegels am Spiegelträger. Auch hier können Kreuzrollenlager zum Einsatz kommen, um den Spiegel, der beispielsweise zwei seitlich hervorstehende Lagerzapfen aufweisen kann, sicher und genau am Spiegelträger lagern zu können, auch wenn zum Beispiel der Spiegelträger in einer nicht-aufrechten Stellung montiert ist.By using the cross roller bearing according to the invention, the mirror holder can now be mounted particularly securely and vibration-free on the fixed foot. The mirror mount itself is sufficiently dimensioned to avoid vibrations. The same applies to the mounting of the mirror on the mirror carrier. Crossed roller bearings can also be used here in order to be able to mount the mirror, which can have two laterally protruding bearing journals, for example, securely and precisely on the mirror carrier, even if the mirror carrier is mounted in a non-upright position, for example.

Die verwendeten Kreuzrollenlager weisen Lagerringe auf, in denen mit zueinander versetzten Drehachsen eine Mehrzahl von Wälzkörpern, insbesondere in Form von Walzen, vorgesehen ist, so dass sich eine besonders hohe Genauigkeit ergibt. Durch die bevorzugte Anordnung der Rollen in X-Anordnung kann das Kreuzrollenlager axiale Kräfte aus zwei Richtungen sowie Radialkräfte, Kippmomentbelastungen und beliebige Lastkombinationen aufnehmen. Die Wälzkörper können tonnenförmig mit konstantem oder sich in eine Axialrichtung verringerndem Durchmesser ausgebildet sein. Bevorzugt werden die Lager mit einem vakuumtauglichen Schmiermittel geschmiert.The crossed roller bearings used have bearing rings in which a plurality of rolling elements, in particular in the form of rollers, are provided with axes of rotation offset relative to one another, so that a particularly high level of accuracy results. Due to the preferred arrangement of the rollers in an X arrangement, the crossed roller bearing can absorb axial forces from two directions as well as radial forces, tilting moment loads and any load combination. The rolling bodies can be barrel-shaped with a constant diameter or a diameter that decreases in an axial direction. The bearings are preferably lubricated with a vacuum-compatible lubricant.

Auch die übrigen Materialien, die zur Herstellung des Spiegelhalters oder des Spiegels Verwendung finden, sollten bevorzugt vakuumtauglich sein. Unter Vakuum wird diesem Zusammenhang ein Vakuum verstanden, das dafür Sorge trägt, dass die Strahlgenauigkeit nicht durch die nicht-linearen Prozesse gestört wird. Dies kann bei einer typischen Anwendung zum Beispiel ein Vakuum mit einem Innendruck von 10-06 mbar sein.The other materials that are used to produce the mirror holder or the mirror should also preferably be suitable for use in vacuum. In this context, vacuum is understood to mean a vacuum that ensures that the beam accuracy is not disturbed by the non-linear processes. In a typical application, this can be, for example, a vacuum with an internal pressure of 10 -06 mbar.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen.Further features and advantages of the invention result from the dependent claims and from the following description of a preferred exemplary embodiment with reference to the drawings.

In den Zeichnungen zeigt:

  • 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Spiegelhalter mit Spiegel von vorne,
  • 2 den in 1 dargestellten Spiegelhalter und Spiegel in einer Ansicht von der Seite,
  • 3 den in den 1 und 2 dargestellten Spiegelhalter und Spiegel in einer Ansicht von der im Vergleich zur 2 gegenüberliegenden Seite,
  • 4 den in 1 dargestellten Spiegelhalter und Spiegel in einer, in der der Spiegelhalter im Schnitt dargestellt ist und
  • 5 den in den 1-4 dargestellten Spiegelhalter und Spiegel in einer Ansicht von oben.
In the drawings shows:
  • 1 a view of a mirror holder according to the invention with mirror from the front,
  • 2 the in 1 illustrated mirror holder and mirror in a view from the side,
  • 3 the in the 1 and 2 shown mirror holder and mirror in a view of the compared to 2 opposite side,
  • 4 the in 1 shown mirror holder and mirror in one, in which the mirror holder is shown in section and
  • 5 the in the 1-4 illustrated mirror holder and mirror in a view from above.

In den 1 bis 5 ist ein erfindungsgemäßer Spiegelhalter dargestellt, der einen Spiegel 1 trägt. Der Spiegelhalter weist einen Fuß 2 auf, auf dem ein Spiegelträger 3 drehbar gelagert ist. Der Spiegelträger 3 ist bevorzugt um eine Rotationsachse R um 360° drehbar und weist (hier nicht sichtbar) eine Grobeinstellung sowie eine Feineinstellung zum sicheren Einstellen des erforderlichen bzw. gewünschten Reflektionswinkels auf.In the 1 until 5 a mirror holder according to the invention is shown, which carries a mirror 1 . The mirror holder has a foot 2 on which a mirror support 3 is rotatably mounted. The mirror carrier 3 can preferably be rotated through 360° about an axis of rotation R and has (not visible here) a coarse setting and a fine setting for reliably setting the required or desired reflection angle.

Bevorzugt ist der Spiegelhalter zumindest in der Feineinstellung motorisch verstellbar. Hierzu kann eine Antriebsspindel mit einer Steigung von 0,5 mm verwendet werden, die über einen Motor, insbesondere einen Piezomotor angetrieben ist. Dies bedeutet, dass pro Spindelumdrehung relativ zu einer hierüber angetriebenen Mutter ein Vorschub von 0,5 mm erzielt wird. Für die Grobeinstellung kann ein manueller Antrieb bzw. eine manuelle Verstellung oder auch eine motorische Einstellung, hier gegebenenfalls mit einer größeren Steigung der Antriebsspindel und einem einfacheren Motor gewählt werden.The mirror holder can preferably be adjusted by a motor, at least in the fine adjustment. A drive spindle with a pitch of 0.5 mm can be used for this purpose, which is driven by a motor, in particular a piezo motor. This means that a feed of 0.5 mm is achieved per spindle revolution relative to a nut driven via this. For the rough adjustment, a manual drive or a manual adjustment or a motorized adjustment can be selected here, if necessary, with a greater pitch of the drive spindle and a simpler motor.

Die Lagerung des Spiegelträgers 3 am Fuß 2 erfolgt erfindungsgemäß über ein Spiegelträgerlager 4, das als Kreuzrollenlager ausgebildet ist. Dieses Kreuzrollenlager zeichnet sich durch das Abstützen eines spiegelträgerseitigen Lagerrings auf einem fußseitigen Lagerring über kreuzweise zueinander angeordnete Zylinderrollen aus. Alternativ können auch andere Drehachsenstellungen und andere Formen von Wälzkörpern verwendet werden. Insbesondere in Verbindung mit kontinuierlichen oder gepulsten Hochleistungslasern ist die Verwendung des Kreuzrollenlagers vorteilhaft, da bei diesen Anwendungen schwere und vergleichsweise große Optiken eingesetzt werden müssen.According to the invention, the mirror carrier 3 is mounted on the foot 2 by means of a mirror carrier bearing 4, which is designed as a cross roller bearing. This cross roller bearing is characterized by the fact that a bearing ring on the mirror carrier side is supported on a bearing ring on the base side via cylindrical rollers arranged crosswise to one another. Alternatively can other positions of the axis of rotation and other forms of rolling elements can also be used. The use of the crossed roller bearing is particularly advantageous in connection with continuous or pulsed high-power lasers, since heavy and comparatively large optics have to be used in these applications.

Am Spiegelträger 3 ist der Spiegel 1 drehbar um eine Drehachse D in Spiegellagern 5 gelagert. Auch diese Spiegellager 5 können Kreuzrollenlager sein, hier können aber auch andere Lager, wie zum Beispiel Gleitlager oder Rillenkugellager, Schrägkugellager oder andere Wälzlager verwendet werden. Der Spiegel 1 selbst kann nach je Anwendung spezifisch ausgestaltet sein, insbesondere kann ein dichroitischer Spiegel 1 verwendet werden. Die Form des Spiegels 1 ist an die Anwendung angepasst, beispielsweise können hier runde, eckige oder so genannte Doppel-D-Spiegel mit zwei geraden Kanten und zwei nach außen gebogenen Kanten verwendet werden.The mirror 1 is mounted on the mirror carrier 3 so that it can rotate about an axis of rotation D in mirror bearings 5 . These mirror bearings 5 can also be cross roller bearings, but other bearings, such as plain bearings or deep groove ball bearings, angular contact ball bearings or other roller bearings can also be used here. The mirror 1 itself can be designed specifically depending on the application, in particular a dichroic mirror 1 can be used. The shape of the mirror 1 is adapted to the application, for example round, angular or so-called double-D mirrors with two straight edges and two outwardly curved edges can be used here.

Bevorzugte Abmessungen des Spiegels 1 und damit auch des diesen aufnehmenden Spiegelträgers 3 werden durch einen Strahldurchmesser des Laserstrahls von bis zu 500 mm oder mehr bestimmt. Gleichzeitig sollte die Feineinstellung sowohl der Drehbewegung um die Rotationsachse R als auch um die Drehachse D eine Genauigkeit von+/- 3° in die jeweilige Drehrichtung ermöglichen. Die Planarität des Spiegels 1 sollte abhängig von der Wellenlänge der verwendeten Laserstrahlung hergestellt werden und liegt insbesondere zwischen einem Viertel und einem Zehntel der Wellenlänge. Die Wellenlänge wiederum liegt üblicherweise zwischen 200nm (Eximer- und ND:YAG-Laser) und 10,6µm (CO2-Laser).Preferred dimensions of the mirror 1 and thus also of the mirror carrier 3 receiving it are determined by a beam diameter of the laser beam of up to 500 mm or more. At the same time, the fine adjustment of both the rotational movement around the axis of rotation R and around the axis of rotation D should enable an accuracy of +/- 3° in the respective direction of rotation. The planarity of the mirror 1 should be produced depending on the wavelength of the laser radiation used and is in particular between a quarter and a tenth of the wavelength. The wavelength, in turn, is usually between 200 nm (eximer and ND:YAG laser) and 10.6 µm (CO 2 laser).

Die dargestellten Bauteile des Spiegelhalters sind beispielsweise aus Aluminium gefertigt. Die Schraubverbindungen, insbesondere die Feingewindeschrauben zur Realisierung der Feinverstellung, können aus Edelstahl, Titan oder einer titanhaltigen Legierung hergestellt werden. Bevorzugt ist der den Spiegel haltende Rahmen ein monolithischer Rahmen, also ein aus einem Stück gefertigter Rahmen, der eine hohe Maßhaltigkeit ohne Zusammenbautoleranzen aufweist. Der monolithische Rahmen umfasst dann die von dem Spiegel 1 gebildete Optik umlaufend.The components of the mirror holder shown are made of aluminum, for example. The screw connections, in particular the fine-thread screws for realizing the fine adjustment, can be made of stainless steel, titanium or an alloy containing titanium. The frame holding the mirror is preferably a monolithic frame, ie a frame made from one piece, which has high dimensional accuracy without assembly tolerances. The monolithic frame then encompasses the optics formed by the mirror 1 all around.

Durch die besondere Ausgestaltung des Spiegelträgers 3 und der hiermit aufgebauten Laserstrahloptik kann nun die Strahlführung des Lasers so aufgebaut werden, dass sie durch eine oder beide Lagerachsen, also Rotationsachse R und ggfs. auch die Drehachse D, hindurch verläuft, was wiederum eine Strahlführung mit minimierten Qualitätsverlusten ermöglicht.Due to the special design of the mirror carrier 3 and the laser beam optics constructed with it, the beam guidance of the laser can now be constructed in such a way that it runs through one or both bearing axes, i.e. axis of rotation R and, if necessary, also axis of rotation D, which in turn minimizes beam guidance quality loss possible.

Der dargestellte Spiegelhalter kann horizontal oder vertikal eingesetzt werden. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Spiegelhalters ist jedoch die zusätzliche Möglichkeit, diesen aufgrund der verwendeten Lagertechnik auch über Kopf oder in einer gekippten Einbaulage einzusetzen. Zur Vermeidung von Brennweitenverschiebungen oder sonstigen Störungen der Strahlqualität (z.B. Astigmatismus) kann der Spiegel 1 über ein im Spiegelträger 3 angeordnetes Stützskelett gehalten sein. Dieses kann beispielsweise nach dem so genannten Whiffle-Tree-Konzept aufgebaut sein, wie es bei Scheibenwischern verwendet wird, wobei die sich hierdurch ergebende Mehrpunkt-Stützung in einer Stützung längs einer oder zweier Linien oder auch regelmäßig oder chaotisch verteilt innerhalb einer Ebene erfolgen kann.The mirror holder shown can be used horizontally or vertically. A particular advantage of the mirror holder according to the invention, however, is the additional possibility of using it upside down or in a tilted installation position due to the storage technology used. In order to avoid focal length shifts or other disturbances in the beam quality (e.g. astigmatism), the mirror 1 can be held by a supporting skeleton arranged in the mirror carrier 3 . This can be constructed, for example, according to the so-called whiffle tree concept, as used in windshield wipers, the resulting multipoint support being supported along one or two lines or even distributed regularly or chaotically within a plane.

Bei diesem Stützskelett werden ausgehend von einem oder möglicherweise auch mehren zentralen Befestigungspunkten Tragarme verwendet, die wiederum einen oder weitere Tragarme aufweisen, an denen dann ein Bereich der Rückseite des Spiegels 1 gehalten ist oder die den Spiegel 1 stützen.In this supporting skeleton, support arms are used, starting from one or possibly also more central attachment points, which in turn have one or more support arms, on which an area of the rear side of the mirror 1 is then held or which support the mirror 1 .

Der dargestellte Spiegelhalter weist ein kardanisches Konstruktionsprinzip auf, bei dem die beiden Drehachsen, also die Rotationsachse R einerseits und die Drehachse D andererseits, in der Ebene der Optik liegen.The mirror holder shown has a cardanic construction principle, in which the two axes of rotation, ie the axis of rotation R on the one hand and the axis of rotation D on the other hand, lie in the plane of the optics.

Bevorzugt können die Teile des Spiegelträgers 3 mit einer Wolfram-Disulfid-Schicht beschichtet sein. Dies sind insbesondere die beweglichen Teile des Spiegels 1, insbesondere die Lagerelemente. Diese Beschichtung wird beispielsweise unter dem Markennamen Dicronite DL 5 angeboten. Dies ermöglicht einen schmierfettfreien Betrieb auch in einer Vakuum-Kammer, die für hohe Leistungen empfehlenswert bzw. notwendig ist. Eine mögliche Anwendung und damit auch ein Aspekt der Erfindung betreffen Laserstrahloptiken mit einem beschriebenen Spiegelhalter, die in einer Vakuumkammer angeordnet sein können.The parts of the mirror carrier 3 can preferably be coated with a tungsten disulphide layer. These are in particular the moving parts of the mirror 1, in particular the bearing elements. This coating is offered under the brand name Dicronite DL 5, for example. This enables grease-free operation even in a vacuum chamber, which is recommended or necessary for high performance. A possible application and thus also an aspect of the invention relate to laser beam optics with a described mirror holder, which can be arranged in a vacuum chamber.

Unter Vakuum wird in diesem Zusammenhang ein Ultrahochvakuum mit einem Druck in der Vakuumkammer von weniger als 10-7 mbar, insbesondere einem bis in ein extrem hohes Vakuum reichendes Vakuum von 10-10 bis 10-14 mbar, angesehen.In this context, vacuum is considered to be an ultra-high vacuum with a pressure in the vacuum chamber of less than 10 -7 mbar, in particular a vacuum ranging to an extremely high vacuum of 10 -10 to 10 -14 mbar.

Durch die Beschichtung des Spiegelträgers 3 im Bereich der beweglichen Teile kann nun auf Lagerfett verzichtet werden, das wiederum bei den Umgebungsbedingungen im Ultrahochvakuum nicht eingesetzt werden kann.Due to the coating of the mirror carrier 3 in the area of the moving parts, bearing grease can now be dispensed with, which in turn cannot be used under the ambient conditions in the ultra-high vacuum.

Die Erfindung betrifft mehrere Komplexe, insbesondere die Spiegelhalterung über das Kreuzrollenlager, die Stabilisierung des Spiegels über das rückwärtige Skelett und die Beschichtung der Komponenten des Spiegelträgers zur Ertüchtigung des Spiegelhalters zur Verwendung im Ultrahochvakuum. Die Anmelderin behält sich vor, diese Komponenten auch unabhängig voneinander zu beanspruchen.The invention relates to several complexes, in particular the mirror mount via the cross roll bearing, the stabilization of the mirror via the rear skeleton and the coating of the components of the mirror carrier to strengthen the mirror holder for use in ultra-high vacuum. The applicant reserves the right to claim these components independently of one another.

Bezugszeichenlistereference list

11
Spiegelmirror
22
FußFoot
33
Spiegelträgermirror carrier
44
Spiegelträgerlagermirror carrier bearing
55
Spiegellager mirror bearing
DD
Drehachse des Spiegels in einer ersten EbeneAxis of rotation of the mirror in a first plane
RR
Rotationsachse des Spiegels in einer zweiten EbeneAxis of rotation of the mirror in a second plane

Claims (10)

Spiegelhalter für Laserstrahloptiken einer Strahlführung eines Hochleistungslasers mit einem auf einem Untergrund der Strahlführung aufstellbaren Fuß (2), einem an dem Fuß (2) angeordneten Spiegelträger (3), der über ein Spiegelträgerlager (4) um eine Rotationsachse (R) drehbar am Fuß (2) gehalten ist und zumindest eine Aufnahme für die Befestigung wenigstens eines Spiegels (1) eines Strahlführungssystems einer Laserstrahlanlage aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelträgerlager (4) ein Kreuzrollenlager ist, wobei der Spiegelträger (3) an einer Seite einen zylindrischen Lagerzapfen aufweist, über den der Spiegelträger (3) am Fuß (2) gelagert ist und das Kreuzrollenlager des Spiegelträgerlagers (4) den Lagerzapfen mit einem spiegelträgerseitigen Lagerring umgreift, der über die in der Wälzrichtung kreuzweise zueinander versetzten Wälzkörper des Kreuzrollenlagers an einem fußseitigen Lagerring gelagert ist.Mirror holder for laser beam optics of a beam guide of a high-power laser with a base (2) that can be set up on a substrate of the beam guide, a mirror carrier (3) arranged on the base (2) and rotatable about an axis of rotation (R) on the base ( 2) and has at least one receptacle for fastening at least one mirror (1) of a beam guidance system of a laser beam system, characterized in that the mirror carrier bearing (4) is a crossed roller bearing, the mirror carrier (3) having a cylindrical bearing journal on one side, via which the mirror carrier (3) is mounted on the base (2) and the crossed roller bearing of the mirror carrier bearing (4) surrounds the bearing journal with a bearing ring on the mirror carrier side, which is mounted on a base-side bearing ring via the rolling elements of the crossed roller bearing, which are offset crosswise to one another in the rolling direction. Spiegelhalter für Laserstrahloptiken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (1) über zumindest ein, bevorzugt zwei Spiegellager (5) am Spiegelträger (3) gehalten ist, wobei das Spiegellager (5) ein Wälzlager, insbesondere Kreuzrollenlager, ein Rillenkugellager oder ein Schrägkugellager ist.Mirror holder for laser beam optics claim 1 , characterized in that the mirror (1) is held on the mirror carrier (3) via at least one, preferably two mirror bearings (5), the mirror bearing (5) being a roller bearing, in particular a crossed roller bearing, a grooved ball bearing or an angular ball bearing. Spiegelhalter für Laserstrahloptiken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen ersten motorischen Drehantrieb um die Rotationsachse (R) mit einer, insbesondere von einem Piezomotor, angetrieben Antriebspindel aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie einen Vorschub von 0,5mm pro Spindelumdrehung bereitstellt.Mirror holder for laser beam optics according to one of the preceding claims, characterized in that it has a first motorized rotary drive about the axis of rotation (R) with a drive spindle, driven in particular by a piezo motor, which is designed in such a way that it has a feed of 0.5 mm per Spindle rotation provides. Spiegelhalter für Laserstrahloptiken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (1) um eine Drehachse (D) drehbeweglich am Spiegelträger (3) gelagert ist, wobei ein zweiter motorischer Drehantrieb um die Drehachse (D) mit einer, insbesondere von einem Piezomotor, angetrieben Antriebspindel vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass sie einen Vorschub von 0,5mm pro Spindelumdrehung bereitstellt.Mirror holder for laser beam optics according to one of the preceding claims, characterized in that the mirror (1) is mounted on the mirror carrier (3) so that it can rotate about an axis of rotation (D), a second motorized rotary drive about the axis of rotation (D) having one, in particular one Piezo motor, driven drive spindle is provided, which is designed such that it provides a feed of 0.5mm per spindle revolution. Spiegelhalter für Laserstrahloptiken nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegelhalter einen monolithischen, umlaufenden Rahmen zur Aufnahme des Spiegels (1) aufweist.Mirror holder for laser beam optics according to one of the four preceding claims, characterized in that the mirror holder has a monolithic, peripheral frame for accommodating the mirror (1). Laserstrahloptik, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Spiegelhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen Spiegel (1), insbesondere einen dichroitischen Spiegel, aufweist.Laser beam optics, characterized in that they have a mirror holder according to one of the preceding claims and a mirror (1), in particular a dichroic mirror. Laserstrahloptik nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vakuumkammer aufweist, in der der Spiegelhalter mit dem Spiegel (1) angeordnet ist, wobei der Fuß (2) zumindest mit seinem, das Spiegelträgerlager (4) umfassenden Abschnitt innerhalb der Vakuumkammer mit einem Ultrahochvakuum mit weniger als 10-7 mbar, insbesondere einem bis in ein extrem hohes Vakuum reichendes Vakuum von 10-10 bis 10-14 mbar, angeordnet ist.Laser beam optics according to the preceding claim, characterized in that it has a vacuum chamber in which the mirror holder with the mirror (1) is arranged, the foot (2) at least with its section comprising the mirror carrier bearing (4) inside the vacuum chamber having a Ultra-high vacuum of less than 10 -7 mbar, in particular a vacuum ranging up to an extremely high vacuum of 10 -10 to 10 -14 mbar, is arranged. Laserstrahloptik nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (1) zur Verwendung in Verbindung mit ultrakurz gepulster Laserstrahlung eines Hochleistungslasersystems mit Pulsweiten von weniger als 10-12, bevorzugt weniger als 10-14 und besonders bevorzugt weniger als 10-15 Sekunden und einer Leistung von mehr als 1013, bevorzugt mehr als 1014 und besonders bevorzugt mehr als 1015 Watt ausgelegt ist.Laser beam optics according to one of Claims 6 or 7 , characterized in that the mirror (1) for use in connection with ultra-short pulsed laser radiation of a high-power laser system with pulse widths of less than 10 -12 , preferably less than 10 -14 and particularly preferably less than 10 -15 seconds and a power of more than 10 13 , preferably more than 10 14 and particularly preferably more than 10 15 watts. Laserstrahloptik nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die beweglichen Teile des Spiegelhalters ganz oder abschnittsweise mit einer Wolfram-Disulfid-Schicht beschichtet sind und insbesondere das Spiegelträgerlager (4) und die Lagerung des Spiegels (1) im Spiegelträgerlager (4) zur Eignung der Verwendung in einer Ultrahochvakuum-Umgebung fettfrei sind.Laser beam optics according to one of the three preceding claims, characterized in that at least the movable parts of the mirror holder are coated entirely or in sections with a tungsten disulphide layer and in particular the mirror carrier bearing (4) and the mounting of the mirror (1) in the mirror carrier bearing (4) are degreased to suitability for use in an ultra-high vacuum environment. Laserstrahloptik nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (1) rechteckig, rund oder ein Spiegel (1) mit zwei geraden, gegenüberliegenden Rändern und zwei nach außen gebogenen, gegenüberliegenden Rändern ist.Laser beam optics according to one of Claims 6 until 9 , characterized in that the mirror (1) is rectangular, round or a mirror (1) with two straight opposite edges and two outwardly curved opposite edges.
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