DE102017210241A1

DE102017210241A1 - Optical arrangement for reshaping the intensity profile of an optical beam

Info

Publication number: DE102017210241A1
Application number: DE102017210241.1A
Authority: DE
Inventors: Georg König; Oliver Pütsch
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2037-06-21
Also published as: DE102017210241B4

Abstract

Eine optische Anordnung zur Umformung des Intensitätsprofils eines optischen Strahls weist ein eingangsseitiges, ein ausgangsseitiges und wenigstens ein zwischenliegendes strahlformendes Element auf. Mit einer Verstelleinrichtung ist wenigstens eines der strahlformenden Elemente in seiner Lage oder seinen Eigenschaften zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand veränderbar. Die strahlformenden Elemente sind so ausgebildet und angeordnet, dass alleine durch Umschalten zwischen den beiden Zuständen das Intensitätsprofil eines eingekoppelten optischen Strahls nach einer Fokussierung in der Zielebene zwischen zwei Intensitätsprofilen umgeschaltet werden kann, die sich im Intensitätsverlauf über den Strahlquerschnitt unterscheiden.

An optical arrangement for reshaping the intensity profile of an optical beam has an input-side, an output-side and at least one intermediate beam-shaping element. With an adjusting device, at least one of the beam-shaping elements is changeable in its position or its properties between a first state and a second state. The beam-shaping elements are designed and arranged so that alone by switching between the two states, the intensity profile of a coupled optical beam after focusing in the target plane between two intensity profiles can be switched, which differ in intensity over the beam cross-section.

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Anordnung zur Umformung des Intensitätsprofils eines optischen Strahls, insbesondere eines Laserstrahls, die ein eingangsseitiges, ein ausgangsseitiges und wenigstens ein zwischenliegendes strahlformendes Element aufweist, das auf einer optischen Achse der Anordnung zwischen dem eingangsseitigen und dem ausgangsseitigen strahlformenden Element angeordnet ist. Derartige optische Anordnungen lassen sich bspw. zur Umformung eines Gauß-förmigen Intensitätsprofils in ein homogenes Intensitätsprofil einsetzen.The present invention relates to an optical arrangement for converting the intensity profile of an optical beam, in particular a laser beam, having an input side, an output side and at least one intermediate beam-forming element, which is arranged on an optical axis of the arrangement between the input-side and the output side beam-forming element , Such optical arrangements can be used, for example, to transform a Gaussian-shaped intensity profile into a homogeneous intensity profile.

Das Intensitätsprofil I(x, y) eines Laserstrahls in der Wechselwirkungszone des Laserstrahls mit einem Werkstoff besitzt die Eigenschaft, das Ergebnis eines laserbasierten Bearbeitungsverfahrens wesentlich zu beeinflussen. Das von einer Laserstrahlquelle emittierte, üblicherweise Gauß-förmige Intensitätsprofil wird bei vielen Anwendungen mit Hilfe von optischen Strahlformungselementen in prozessangepasste Intensitätsprofile transformiert, welche den spezifischen Anforderungen des Bearbeitungsverfahrens genügen. Von hoher Relevanz sind hierbei insbesondere homogene Intensitätsprofile bei radialsymmetrischen oder rechteckförmigen Strahlquerschnitten.The intensity profile I (x, y) of a laser beam in the interaction zone of the laser beam with a material has the property of substantially influencing the result of a laser-based machining method. The usually Gaussian intensity profile emitted by a laser beam source is transformed in many applications by means of optical beam shaping elements into process-adapted intensity profiles which meet the specific requirements of the machining process. Of particular relevance in this case are in particular homogeneous intensity profiles in the case of radially symmetrical or rectangular beam cross sections.

Bei der Realisierung von optischen Anordnungen zur Umformung des Intensitätsprofils eines optischen Strahls, im Folgenden auch als Strahlformungssysteme bezeichnet, lässt sich zwischen der Anwendung unterschiedlicher Methoden differenzieren. Bei der ersten Methode der Strahlintegration wird der Laserrohstrahl zunächst mittels Mehrfachreflexion oder Multiapertur-Optiken aufgeteilt. Durch anschließende Überlagerung der Teilstrahlen wird dann ein homogenes Intensitätsprofil erzeugt. Die zweite Methode der Phasentransformation basiert auf einer Umverteilung des Laserrohstrahlprofils. Die Modulation der Phasenfront, die hierzu erforderlich ist, lässt sich bspw. durch asphärische optische Komponenten erzielen. Eine dritte Methode arbeitet mit diffraktiven optischen Elementen.In the realization of optical arrangements for reshaping the intensity profile of an optical beam, also referred to below as beam-shaping systems, it is possible to differentiate between the application of different methods. In the first method of beam integration, the laser beam is first split by means of multiple reflection or multi-aperture optics. Subsequent superimposition of the partial beams then produces a homogeneous intensity profile. The second method of phase transformation is based on a redistribution of the laser beam profile. The modulation of the phase front, which is required for this purpose, can be achieved, for example, by aspherical optical components. A third method works with diffractive optical elements.

Stand der TechnikState of the art

Im industriellen Umfeld kommen derzeit vor allem statische Strahlformungssysteme zum Einsatz. Diese ermöglichen ausschließlich die Generierung von in Kontur und Intensitätsverlauf konstanter Intensitätsprofile. Im Rahmen der zunehmend geforderten Flexibilisierung der Produktionsumgebung besteht allerdings ein Bedarf an Strahlformungssystemen, welche durch die Generierung flexibler Intensitätsprofile in der Lage sind, auf variierende Prozessanforderungen reagieren zu können. Durch Anwendung der beiden oben beschriebenen Strahlformungsmethoden können solche Strahlformungssysteme bisher nur eingeschränkt realisiert werden, da die Intensitätsprofile nur in ihrer Kontur nicht jedoch im Intensitätsverlauf variiert werden können.In the industrial environment, mainly static beam-forming systems are currently being used. These allow only the generation of constant intensity profiles in the contour and intensity profile. However, in the context of the increasingly required flexibility of the production environment, there is a need for beamforming systems which, by generating flexible intensity profiles, are able to respond to varying process requirements. By using the two beam-forming methods described above, such beam-shaping systems can hitherto be implemented only to a limited extent since the intensity profiles can not be varied in their contour but not in the course of the intensity.

Ein aktuell verfolgter Ansatz zur Flexibilisierung besteht in einer mechanisch betätigten, optischen Umschaltung zwischen zwei unterschiedlichen Strahlengängen. Im ersten Strahlengang erfolgt eine direkte Fokussierung des Gauß-förmigen Laserrohstrahls in die Wechselwirkungszone. Der zweite Strahlengang dient der Generierung eines homogenen Intensitätsprofils. Dabei wird der Laserstrahl in eine weitere Lichtleitfaser eingekoppelt. Durch das Ausbilden höherer Moden bildet sich am Faserende ein homogenisiertes Intensitätsprofil aus, welches anschließend in die Wechselwirkungszone abgebildet wird. Dieser zweite Strahlengang ist allerdings kostenintensiv und erfordert einen erhöhten Platzbedarf. Des Weiteren kann mit einer solchen Anordnung nur diskret zwischen zwei Intensitätsprofilen gewechselt werden.A currently pursued approach to flexibilization consists in a mechanically actuated, optical switching between two different beam paths. In the first beam path, a direct focusing of the Gaussian-shaped laser beam takes place in the interaction zone. The second beam path serves to generate a homogeneous intensity profile. The laser beam is coupled into a further optical fiber. By forming higher modes, a homogenized intensity profile is formed at the fiber end, which is then imaged in the interaction zone. This second beam path is however expensive and requires an increased space requirement. Furthermore, with such an arrangement, it is only possible to discretely switch between two intensity profiles.

Eine bekannte, auf Phasentransformation basierende Technik der Umformung des Intensitätsprofils nutzt asphärische optische Elemente, um die Intensität eines Gauß-förmigen Laserstrahls so umzuverteilen, dass entweder im Nahfeld oder im Fernfeld ein homogenes Intensitätsprofil entsteht. Ein Beispiel für ein derartiges System kann bspw. der Veröffentlichung von F. Dickey et al., „Laser beam shaping techniques“, United States; abgerufen von http://www.osti.gov/scitech/servlets/purl/752659 , entnommen werden. Ein Nachteil dieses Strahlformungssystems besteht allerdings darin, dass nicht zwischen unterschiedlichen Intensitätsprofilen gewechselt werden kann. Eine Möglichkeit hierzu würde im Austausch der strahlformenden Elemente bestehen. Diese Lösung würde jedoch wiederum dazu führen, dass lediglich zwischen diskreten Intensitätsprofilen umgeschaltet werden kann. Zudem würde der Strahlengang während des Austausches unterbrochen sein.One known phase-transforming intensity-profile technique uses aspheric optical elements to redistribute the intensity of a Gaussian laser beam to produce a homogeneous intensity profile in either near field or far field. An example of such a system may be, for example, the publication of F. Dickey et al., "Laser Beam Shaping Techniques", United States; accessed from http://www.osti.gov/scitech/servlets/purl/752659 , are taken. A disadvantage of this beam-forming system, however, is that it can not be switched between different intensity profiles. One way to do this would be to replace the jet-forming elements. However, this solution would in turn lead to switching between discrete intensity profiles only. In addition, the beam path would be interrupted during the exchange.

In A. Laskin et al., „Refractive beam shapers for optical systems of lasers“, Proc. SPIE 9346, Components and Packaging for Laser Systems, 93460R (February 20, 2015) , ist eine Möglichkeit zur Generierung unterschiedlicher Intensitätsprofile mit einem auf Phasentransformation basierenden Strahlformungssystem beschrieben, bei der der Strahldurchmesser des Eingangsstrahls variiert wird, um variierende Intensitätsprofile in der Wechselwirkungszone zu erzeugen. Die Kontur des Strahlquerschnitts lässt sich mit dieser Vorgehensweise allerdings nicht variieren.In Laskin et al., Refractive beam shapers for optical systems of lasers, Proc. SPIE 9346, Components and Packaging for Laser Systems, 93460R (February 20, 2015) , is a way to generate different intensity profiles with a phase transformation based beamforming system in which the beam diameter of the input beam is varied to produce varying intensity profiles in the interaction zone. However, the contour of the beam cross-section can not be varied with this approach.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine optische Anordnung zur Umformung des Intensitätsprofils eines optischen Strahls anzugeben, mit der die Generierung von mindestens zwei im Intensitätsverlauf über den Strahlquerschnitt unterschiedlichen Intensitätsprofilen aus einem Intensitätsprofil eines eingekoppelten optischen Strahls ohne einen Austausch optischer Komponenten oder eine Nutzung unterschiedlicher Strahlengänge ermöglicht.The object of the present invention is to specify an optical arrangement for reshaping the intensity profile of an optical beam with which the generation of at least two intensity profiles differing in intensity over the beam cross section from an intensity profile of a coupled optical beam without an exchange of optical components or a different use Beam paths allows.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit der optischen Anordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der optischen Anordnung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The object is achieved with the optical arrangement according to claim 1. Advantageous embodiments of the optical arrangement are the subject of the dependent claims or can be taken from the following description and the exemplary embodiments.

Die vorgeschlagene optische Anordnung zur Umformung des Intensitätsprofils eines optischen Strahls, insbesondere eines Laserstrahls, umfasst ein eingangsseitiges, ein ausgangsseitiges und ein oder mehrere zwischenliegende strahlformende Elemente, die auf einer optischen Achse der Anordnung zwischen dem eingangsseitigen und dem ausgangsseitigen strahlformenden Element angeordnet sind. Die strahlformenden Elemente sind hierbei in der Regel durch optische Linsen und/oder Spiegel gebildet. Unter dem Intensitätsprofil ist das zweidimensionale Intensitätsprofil I(x, y) in der Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des optischen Strahls zu verstehen, auf die sich auch der Strahlquerschnitt bezieht. Die vorgeschlagene optische Anordnung weist eine Verstelleinrichtung auf, mit der wenigstens eines der strahlformenden Elemente, vorzugsweise wenigstens eines der zwischenliegenden strahlformenden Elemente, in seiner Lage oder seinen optischen Eigenschaften zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand veränderbar ist. In einer ersten Konfiguration der strahlformenden Elemente befindet sich das wenigstens eine mit der Verstelleinrichtung veränderbare strahlformende Element in dem ersten Zustand. In einer zweiten Konfiguration der strahlformenden Elemente befindet sich das mit der Verstelleinrichtung veränderbare strahlformende Element in dem zweiten Zustand. Die beiden Konfigurationen unterscheiden sich nur im Zustand des mit der Verstelleinrichtung veränderbaren strahlformenden Elementes. Die strahlformenden Elemente sind dabei so angeordnet und dimensioniert bzw. ausgebildet, dass sie in der ersten Konfiguration das Intensitätsprofil eines über das eingangsseitige strahlformende Element eingekoppelten optischen Strahls eines bestimmten Strahlquerschnitts so umformen, dass der optische Strahl nach einer Fokussierung in einer Zielebene hinter der optischen Anordnung ein im Intensitätsverlauf über den Strahlquerschnitt, insbesondere im Homogenitätsgrad, verändertes (zweites) Intensitätsprofil aufweist, und in der zweiten Konfiguration das Intensitätsprofil des eingekoppelten optischen Strahls nicht oder so umformen, dass der optische Strahl nach einer Fokussierung in der Zielebene ein im Intensitätsverlauf über den Strahlquerschnitt, insbesondere im Homogenitätsgrad, unverändertes oder verändertes drittes Intensitätsprofil aufweist, das sich im Intensitätsverlauf über den Strahlquerschnitt auch vom zweiten Intensitätsprofil unterscheidet. Der Homogenitätsgrad bezieht sich hierbei auf die Variation der Intensität über den Strahlquerschnitt, wobei der Homogenitätsgrad mit zunehmender Variation der Intensität über den Strahlquerschnitt abnimmt. Ein sog. Top-Hat-förmiges Intensitätsprofil weist daher einen sehr hohen Homogenitätsgrad auf, während ein Gauß-förmiges Intensitätsprofil einen geringeren Homogenitätsgrad hat.The proposed optical arrangement for transforming the intensity profile of an optical beam, in particular a laser beam, comprises an input side, an output side and one or more intermediate beam-shaping elements, which are arranged on an optical axis of the arrangement between the input-side and the output-side beam-shaping element. The beam-shaping elements are usually formed by optical lenses and / or mirrors. The intensity profile is to be understood as meaning the two-dimensional intensity profile I (x, y) in the plane perpendicular to the propagation direction of the optical beam, to which the beam cross-section also refers. The proposed optical arrangement has an adjusting device with which at least one of the beam-shaping elements, preferably at least one of the intermediate beam-forming elements, is changeable in its position or its optical properties between a first state and a second state. In a first configuration of the beam-shaping elements, the at least one beam-shaping element that can be changed with the adjusting device is in the first state. In a second configuration of the beam-shaping elements, the beam-shaping element that can be changed using the adjusting device is in the second state. The two configurations differ only in the state of changeable with the adjustment beam shaping element. The beam-shaping elements are arranged and dimensioned or formed such that in the first configuration they transform the intensity profile of an optical beam of a specific beam cross-section coupled via the input-side beam-shaping element such that the optical beam after focusing in a target plane behind the optical arrangement in the intensity profile over the beam cross-section, in particular in the degree of homogeneity, changed (second) intensity profile, and in the second configuration, the intensity profile of the injected optical beam or not transform so that the optical beam after focusing in the target plane in the intensity profile over the beam cross-section , in particular in the degree of homogeneity, has unchanged or changed third intensity profile, which also differs in the intensity profile over the beam cross section from the second intensity profile. The degree of homogeneity here refers to the variation of the intensity across the beam cross-section, whereby the degree of homogeneity decreases with increasing variation of the intensity across the beam cross-section. A so-called top hat-shaped intensity profile therefore has a very high degree of homogeneity, while a Gaussian intensity profile has a lower degree of homogeneity.

Die vorgeschlagene Anordnung umfasst kein eingangsseitiges teleskopisches System zur reinen Strahlaufweitung. Das eingangsseitige strahlformende Element bildet somit auch keinen Bestandteil eines derartigen teleskopischen Systems. Es ist jedoch möglich, ein derartiges teleskopisches System zur Strahlaufweitung vor der vorgeschlagenen optischen Anordnung einzusetzen, um den Strahldurchmesser des optischen Strahls für den Eintritt in die vorgeschlagene optische Anordnung geeignet anzupassen.The proposed arrangement does not include an input-side telescopic system for pure beam expansion. The input-side beam-forming element thus does not form part of such a telescopic system. However, it is possible to use such a telescopic beam-expanding system prior to the proposed optical arrangement to suitably adjust the beam diameter of the optical beam for entry into the proposed optical arrangement.

Alleine durch den Wechsel zwischen den beiden Zuständen des wenigstens einen mit der Verstelleinrichtung veränderbaren strahlformenden Elements kann daher zwischen zwei unterschiedlichen Intensitätsprofilen in der Zielebene, bspw. der Wechselwirkungszone eines Laserstrahls mit dem Werkstück bei der Laserbearbeitung, umgeschaltet werden, ohne hierfür zusätzliche Strahlwege oder einen Austausch optischer Elemente in Kauf nehmen zu müssen. Die Anordnung ermöglicht die Generierung von Intensitätsprofilen mit einem variablen Grad an Homogenität. Vorzugsweise ist die Verstelleinrichtung dabei so ausgebildet, dass sich auch Zwischenzustände (zwischen dem ersten und zweiten Zustand) des in seiner Lage oder seinen optischen Eigenschaften veränderbaren strahlformenden Element einstellen lassen, so dass auch eine kontinuierliche Änderung des Intensitätsprofils in der Zielebene ermöglicht wird.Alone by the change between the two states of the at least one changeable with the adjustment beam shaping element can therefore be switched between two different intensity profiles in the target plane, eg. The interaction zone of a laser beam with the workpiece in the laser processing, without additional beam paths or an exchange to accept optical elements. The arrangement enables the generation of intensity profiles with a variable degree of homogeneity. Preferably, the adjusting device is designed so that it is also possible to set intermediate states (between the first and second state) of the beam-shaping element, which can be varied in its position or its optical properties, so that a continuous change of the intensity profile in the target plane is also made possible.

Mit der vorgeschlagenen Anordnung kann bei entsprechender Ausgestaltung bspw. ein Gauß-förmiges Intensitätsprofil eines eingekoppelten Laserstrahls wahlweise in ein homogenes Intensitätsprofil als auch wiederum in ein Gauß-förmiges Intensitätsprofil in der Zielebene überführt werden. Bei der Überführung in ein Gauß-förmiges Intensitätsprofil bleiben der Intensitätsverlauf über den Strahlquerschnitt und damit auch der Homogenitätsgrad unverändert, der Strahlquerschnitt und die Kontur können jedoch verändert werden. Gegenüber bisherigen Systemen erfolgt der Wechsel zwischen diesen beiden Intensitätsprofilen nicht diskret durch den Austausch von optischen Komponenten oder die Nutzung mehrerer Strahlengänge, sondern kontinuierlich durch die Rekonfiguration des Strahlenganges. Dies wird durch die Umorientierung bzw. Lageänderung oder Veränderung der optischen Eigenschaften einer oder mehrerer der strahlführenden optischen Elemente im Strahlengang erzielt. Die zeitliche Dynamik zur Änderung der Strahlformungseigenschaften wird durch diese Lageänderung bzw. Veränderung der optischen Eigenschaften vorgegeben. With the proposed arrangement, for example, with a suitable embodiment, a Gaussian-shaped intensity profile of a coupled-in laser beam can be converted optionally into a homogeneous intensity profile and in turn into a Gaussian-shaped intensity profile in the target plane. When converted into a Gaussian intensity profile, the intensity profile over the beam cross section and thus also the degree of homogeneity remain unchanged, but the beam cross section and the contour can be changed. Compared to previous systems, the change between these two intensity profiles is not discrete by the exchange of optical components or the use of multiple beam paths, but continuously by the reconfiguration of the beam path. This is achieved by the reorientation or change in position or change in the optical properties of one or more of the beam-guiding optical elements in the beam path. The temporal dynamics for changing the beam shaping properties is predetermined by this change in position or change in the optical properties.

Die vorgeschlagene optische Anordnung stellt durch die Möglichkeit der Generierung von Intensitätsprofilen mit einem variablen Grad an Homogenität einen signifikanten Mehrwert an Funktionalität bereit. Gegenüber anderen Konzepten bestehen die Vorteile darüber hinaus in der Verwendung einer reduzierten Anzahl von optischen Komponenten sowie in einem kompakteren Aufbau, da auf den Austausch optischer Komponenten oder der Verwendung mehrerer Strahlengänge verzichtet wird.The proposed optical arrangement provides significant added value in functionality through the ability to generate intensity profiles with a variable degree of homogeneity. Compared to other concepts, the advantages are also in the use of a reduced number of optical components and in a more compact structure, since the exchange of optical components or the use of multiple beam paths is omitted.

In der bevorzugten Ausgestaltung ist die Verstelleinrichtung als Translationseinrichtung ausgebildet, mit der das wenigstens eine mit der Verstelleinrichtung veränderbare strahlformende Element relativ zu den anderen strahlformenden Elementen translatorisch zwischen einer ersten und einer zweiten Position als erstem und zweitem Zustand auf der optischen Achse bewegbar ist. Die Änderung der Strahlformungseigenschaften erfolgt in dieser Ausgestaltung durch die Translation eines oder mehrerer strahlformender optischer Elemente der Anordnung. Vorzugsweise wird nur eines der zwischenliegenden strahlformenden Elemente, vorzugsweise eine optische Linse, zur Änderung des Intensitätsprofils genutzt. Bei der Translationseinrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen Linearversteller mit einem Servo-, Schritt- oder Piezomotor als Antrieb.In the preferred embodiment, the adjusting device is designed as a translating device with which the at least one beam-shaping element which can be changed with the adjusting device is movable in translation relative to the other beam-forming elements between a first and a second position as a first and second state on the optical axis. The change of the beam shaping properties takes place in this embodiment by the translation of one or more beam-shaping optical elements of the arrangement. Preferably, only one of the intermediate beam-shaping elements, preferably an optical lens, is used to change the intensity profile. The translation device is preferably a linear adjuster with a servo, stepper or piezomotor as the drive.

Die strahlformenden Elemente sind bei der vorgeschlagenen optischen Anordnung vorzugsweise so ausgebildet und angeordnet, dass sie in der ersten Konfiguration ein inhomogenes, insbesondere Gauß-förmiges, Intensitätsprofil des eingekoppelten optischen Strahls so umformen, dass der optische Strahl in der Zielebene als zweites Intensitätsprofil ein homogenes Intensitätsprofil aufweist. Hierdurch lässt sich also beispielsweise die bereits angeführte Umwandlung eines Gauß-förmigen in ein Top-Hat-förmiges Intensitätsprofil realisieren. Die zweite Konfiguration ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass der Intensitätsverlauf über den Strahlquerschnitt und damit auch der Homogenitätsgrad des Intensitätsprofils des eingekoppelten Strahls in dieser Konfiguration nicht verändert werden, so dass ein Gauß-förmiges Intensitätsprofil des Eingangsstrahls wieder in ein Gauß-förmiges Intensitätsprofil in der Zielebene überführt wird.In the proposed optical arrangement, the beam-shaping elements are preferably designed and arranged such that in the first configuration they transform an inhomogeneous, in particular Gaussian, intensity profile of the coupled-in optical beam so that the optical beam in the target plane has a homogenous intensity profile as the second intensity profile having. As a result, for example, the already mentioned conversion of a Gaussian-shaped into a top hat-shaped intensity profile can be realized. The second configuration is preferably chosen so that the intensity profile over the beam cross section and thus also the degree of homogeneity of the intensity profile of the injected beam are not changed in this configuration, so that a Gaussian intensity profile of the input beam back into a Gaussian intensity profile in the Goal level is transferred.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden als strahlformende Elemente der optischen Anordnung sphärische optische Elemente, insbesondere sphärische Linsen und/oder sphärische Spiegel, eingesetzt. Durch die Wahl derartiger sphärischer optischer Elemente sind keine Sonderanfertigungen für die optische Anordnung erforderlich, so dass sich diese auch kostengünstig realisieren lässt. Optische Elemente mit einer planen Grenzfläche wie beispielsweise plan-konvexe oder plankonkave Linsen werden hierbei auch als sphärische optische Elemente bezeichnet.In an advantageous embodiment, spherical optical elements, in particular spherical lenses and / or spherical mirrors, are used as beam-shaping elements of the optical arrangement. The choice of such spherical optical elements no special designs for the optical arrangement are required, so that they can also be realized inexpensively. Optical elements with a planar interface, such as plano-convex or plano-concave lenses are also referred to herein as spherical optical elements.

In einer weiteren Ausgestaltung der vorgeschlagenen optischen Anordnung sind die strahlformenden Elemente so ausgebildet und angeordnet, dass sie in der ersten Konfiguration ein inhomogenes, insbesondere Gauß-förmiges, Intensitätsprofil des eingekoppelten optischen Strahls mit rundem Strahlquerschnitt so umformen, dass der optische Strahl in der Zielebene als zweites Intensitätsprofil ein homogenes Intensitätsprofil mit linienförmiger Kontur bzw. linienförmigem Strahlquerschnitt aufweist. Unter einer linienförmigen Kontur wird insbesondere eine elliptische Kontur mit hohem Seitenverhältnis, bspw. von > 20:1, verstanden. Als strahlformende Elemente werden hierzu vorzugsweise Zylinderlinsen und/oder zylindrische Spiegel eingesetzt.In a further embodiment of the proposed optical arrangement, the beam-shaping elements are designed and arranged such that in the first configuration they transform an inhomogeneous, in particular Gaussian, intensity profile of the coupled optical beam with a circular beam cross-section such that the optical beam in the target plane second intensity profile has a homogeneous intensity profile with a line-shaped contour or linear beam cross-section. In particular, an elliptical contour with a high aspect ratio, for example of> 20: 1, is understood to mean a linear contour. Cylindrical lenses and / or cylindrical mirrors are preferably used for this purpose as beam-shaping elements.

Die vorgeschlagene Anordnung wird in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen anhand der bevorzugten Ausgestaltung mit einer Translationseinrichtung als Verstelleinrichtung nochmals näher erläutert. Die optische Anordnung ist jedoch nicht auf eine derartige Ausgestaltung beschränkt. So kann das mit der Verstelleinrichtung veränderbare strahlformende Element bspw. auch eine elastische Linse mit veränderbarer Brechkraft sein. Die Verstelleinrichtung ist dann so ausgebildet, dass sie die Brechkraft der elastischen Linse zwischen einer ersten Brechkraft und einer zweiten Brechkraft als erstem und zweitem Zustand ändern kann. Derartige elastische Linsen lassen sich jedoch in der Regel nur in Verbindung mit geringeren optischen Leistungsdichten einsetzen. In gleicher Weise lässt sich auch ein Spiegel mit veränderbarer Brennweite einsetzen.The proposed arrangement will be explained in more detail in the following embodiments with reference to the preferred embodiment with a translation device as adjusting. However, the optical arrangement is not limited to such a configuration. For example, the beam-shaping element that can be changed using the adjusting device can also be an elastic lens with variable refractive power. The adjusting device is then designed such that it can change the refractive power of the elastic lens between a first refractive power and a second refractive power as a first and a second state. Such elastic lenses, however, can usually only be used in conjunction with lower optical power densities. In the same way, a mirror with a variable focal length can be used.

Die Dimensionierung der optischen Anordnung zur Bildung der beiden Konfigurationen kann mit kommerziell erhältlicher Simulationssoftware erfolgen, die eine Optimierung eines optischen Systems entsprechend einer vorgebbaren Zielfunktion durchführt. Die Zielfunktion muss hierzu lediglich entsprechend den Anforderungen gewählt und die Randbedingungen müssen entsprechend angegeben werden. Als Randbedingungen können bspw. die Wellenlänge der optischen Strahlung, der Eingangsstrahldurchmesser, das Material, die Anzahl und die Art der eingesetzten optischen bzw. strahlformenden Elemente festgelegt werden. Im vorliegenden Fall wird eine Simulationssoftware zur Simulation eines aktiven optischen Systems mit mehreren Konfigurationen eingesetzt. So bietet bspw. die Software Zemax OpticStudio® einen Multi-Konfigurations-Editor an, mit dem eine derartige Simulation ermöglicht wird. Für die vorliegende Anordnung werden dann die Abstände zwischen den strahlformenden Elementen und die Radien dieser Elemente als Variablen definiert. Eine Optimierung dieses Systems durch die Simulationssoftware mit der gewählten Zielfunktion, in die die gewünschten Feldzuordnungen (z. B. Gauß zu Top-Hat und Gauß zu Gauß) implementiert werden, liefert dann die gewünschte Dimensionierung und Anordnung der strahlformenden Elemente. The dimensioning of the optical arrangement for forming the two configurations can be carried out using commercially available simulation software, which performs an optimization of an optical system in accordance with a predefinable objective function. The target function only has to be selected according to the requirements and the boundary conditions must be specified accordingly. As boundary conditions, for example, the wavelength of the optical radiation, the input beam diameter, the material, the number and the type of optical or beam-forming elements used can be determined. In the present case, a simulation software is used to simulate an active optical system with multiple configurations. For example, the Zemax OpticStudio® software offers a multi-configuration editor that enables such a simulation. For the present arrangement, the distances between the beam-forming elements and the radii of these elements are then defined as variables. Optimization of this system by the simulation software with the chosen objective function, into which the desired field assignments (eg, Gauss to Top-Hat and Gauss to Gauss) are implemented, then provides the desired sizing and arrangement of the beam-shaping elements.

Mit der vorgeschlagenen optischen Anordnung können unter Ausnutzung eines gemeinsamen Strahlengangs und gemeinsamer optischer Komponenten die Strahlformungseigenschaften derart variiert werden, dass ein fokussierter, im Intensitätsprofil Gauß-förmiger Laserstrahl eines bestimmten Strahlquerschnitts, für den die optische Anordnung dimensioniert wurde, wahlweise sein Gauß-förmiges Intensitätsprofil beibehält oder in ein homogenes Intensitätsprofil umgeformt wird. Dazwischen kann kontinuierlich zwischen einer Vielzahl von Intensitätsprofilen variiert werden. Von besonderem Nutzen ist dies bei der Formung von elliptischen Intensitätsprofilen.Using the proposed optical arrangement, the beam shaping properties can be varied by utilizing a common beam path and common optical components such that a focused intensity Gaussian beam profile of a particular beam cross section for which the optical array has been dimensioned optionally maintains its Gaussian intensity profile or transformed into a homogeneous intensity profile. In between can be varied continuously between a variety of intensity profiles. This is of particular use in shaping elliptical intensity profiles.

Figurenlistelist of figures

Die vorgeschlagene optische Anordnung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 ein erstes Beispiel für die Ausgestaltung der vorgeschlagenen optischen Anordnung in stark schematisierter Darstellung;
2 ein zweites Beispiel für die Ausgestaltung der vorgeschlagenen optischen Anordnung in stark schematisierter Darstellung;
3 ein Beispiel für die Strahlquerschnitte in der Apertur der Fokussiereinheiten bei unterschiedlichen Strahlformungsmethoden; und
4 ein Beispiel für eine konkrete Ausgestaltung der vorgeschlagenen optischen Anordnung.

The proposed optical arrangement will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments in conjunction with the drawings. Hereby show:

1 a first example of the embodiment of the proposed optical arrangement in a highly schematic representation;
2 a second example of the design of the proposed optical arrangement in a highly schematic representation;
3 an example of the beam cross sections in the aperture of the focusing units in different beam forming methods; and
4 an example of a specific embodiment of the proposed optical arrangement.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

Die vorgeschlagene optische Anordnung wird nachfolgend in einer Ausgestaltung näher erläutert, bei der die Umschaltung zwischen den Intensitätsprofilen in der Zielebene durch Translation eines strahlformenden Elementes der Anordnung zwischen zwei unterschiedlichen Positionen auf der optischen Achse der Anordnung erfolgt. Die Figuren zeigen hierbei eine Realisierung der Anordnung aus mehreren optischen Linsen, von denen eine Linse durch eine Translationseinrichtung zwischen den beiden Positionen bewegt bzw. verschoben werden kann.The proposed optical arrangement will be explained in more detail in an embodiment in which the switching between the intensity profiles in the target plane by translation of a beam-forming element of the arrangement between two different positions on the optical axis of the arrangement. The figures show an implementation of the arrangement of a plurality of optical lenses, of which a lens can be moved or displaced by a translation device between the two positions.

In einem ersten Beispiel, das in der 1 schematisch dargestellt ist, sind die einzelnen Linsen der optischen Anordnung 1 so angeordnet und ausgebildet, dass in einer ersten Konfiguration der optischen Anordnung 1 ein Laserstrahl 2 eines Lasers 3 mit einem gauß-förmigen Intensitätsprofil durch die optische Anordnung 1 einer Phasentransformation unterzogen wird, durch die er nach der Fokussierung mit einer Fokussieroptik 10 in der Bearbeitungs- bzw. Zielebene 4 ein Top-Hat-förmiges Intensitätsprofil 5 aufweist. Diese erste Konfiguration und das entsprechende Top-Hat-förmige Intensitätsprofil 5 sind im unteren Teil der 1 dargestellt. Die optische Anordnung 1 umfasst dabei in diesem Beispiel ein erstes Linsensystem 6 aus mehreren Linsen, ein zweites Linsensystem 7 aus mehreren Linsen sowie eine zwischenliegende Linse 8, die durch eine nicht dargestellte Translationseinrichtung zwischen zwei Positionen entlang der optischen Achse der Anordnung 1 verschiebbar ist. Diese Verschiebung wird durch den Doppelpfeil zwischen der Konfiguration der unteren Teilabbildung und der Konfiguration der oberen Teilabbildung in 1 dargestellt.In a first example, that in the 1 is shown schematically, the individual lenses of the optical arrangement 1 arranged and configured so that in a first configuration of the optical arrangement 1 a laser beam 2 a laser 3 with a Gaussian intensity profile through the optical assembly 1 is subjected to a phase transformation, by which he after focusing with a focusing optics 10 in the processing or target level 4 a top hat-shaped intensity profile 5 having. This first configuration and the corresponding top-hat shaped intensity profile 5 are in the lower part of the 1 shown. The optical arrangement 1 includes in this example a first lens system 6 from several lenses, a second lens system 7 of several lenses and an intermediate lens 8th by a translation device not shown between two positions along the optical axis of the arrangement 1 is displaceable. This shift is indicated by the double arrow between the lower part image configuration and the upper part image configuration 1 shown.

In der in der oberen Teilabbildung der 1 dargestellten zweiten Konfiguration, für die die einzelnen Linsen der optischen Anordnung 1 angeordnet und ausgebildet sind, wird auf die Umverteilung von einem Gauß-förmigen zu einem Top-Hat-förmigen Intensitätsprofil verzichtet, so dass der Laserstrahl 2 mit dem gauß-förmigen Intensitätsprofi ohne eine Veränderung des Homogenitätsgrades seines Intensitätsprofils oder seiner Phase durch die optische Anordnung 1 propagiert. Auf diese Weise entsteht in der Bearbeitungs- bzw. Zielebene 4 ein Gauß-förmiges Intensitätsprofil 9, wie dies in der oberen Teilabbildung der 1 ebenfalls dargestellt ist. Das Gauß-förmige Intensitätsprofil ist dabei in 1 zur besseren Erkennbarkeit gegenüber dem Top-Hat-förmigen Intensitätsprofil vergrößert dargestellt.In the upper part picture of the 1 illustrated second configuration, for which the individual lenses of the optical arrangement 1 are arranged and formed, is dispensed with the redistribution of a Gaussian-shaped to a top hat-shaped intensity profile, so that the laser beam 2 with the Gaussian intensity professional without a change in the degree of homogeneity of its intensity profile or its phase by the optical arrangement 1 propagated. In this way arises in the processing or target level 4 a Gaussian intensity profile 9 as shown in the upper part of the figure 1 is also shown. The Gaussian intensity profile is in 1 enlarged for better visibility compared to the top hat-shaped intensity profile.

Die optische Anordnung 1 kann kontinuierlich zwischen den beiden oben genannten Konfigurationen variiert werden, die sich lediglich in der Position der verschiebbaren Linse 8 unterscheiden. Auf diese Weise kann stufenlos zwischen einem runden Gauß-förmigen Intensitätsprofil und bspw. einem runden Top-Hat-förmigen Intensitätsprofil in der Bearbeitungs- bzw. Zielebene 4 variiert werden.The optical arrangement 1 can be varied continuously between the two above configurations, which are only in the position of the sliding lens 8th differ. In this way, continuously between a round Gaussian-shaped intensity profile and, for example, a round top Hat-shaped intensity profile in the processing or target level 4 be varied.

2 zeigt ein weiteres Beispiel einer möglichen Realisierung der vorgeschlagenen optischen Anordnung. In dieser Ausgestaltung werden als strahlformende Elemente Zylinderlinsen in der optischen Anordnung 1 eingesetzt, so dass sowohl das erste Linsensystem 6, das zweite Linsensystem 7 als auch die mit der Translationseinrichtung verschiebbare Linse 8 aus Zylinderlinsen gebildet sind. Die Verwendung von Zylinderlinsen ermöglicht die Transformation eines rotationssymmetrischen, Gauß-förmigen Intensitätsprofils am Eingang der optischen Anordnung in ein elliptisches, homogenes Intensitätsprofil, d.h. ein homogenes Intensitätsprofil mit elliptischer Kontur, mit einem Seitenverhältnis von größer 30:1 in der Bearbeitungs- bzw. Zielebene 4. 2 shows another example of a possible realization of the proposed optical arrangement. In this embodiment, cylindrical lenses in the optical arrangement are used as beam-shaping elements 1 used, so that both the first lens system 6 , the second lens system 7 as well as the displaceable with the translation device lens 8th are formed from cylindrical lenses. The use of cylindrical lenses allows the transformation of a rotationally symmetric, Gaussian intensity profile at the input of the optical arrangement into an elliptical, homogeneous intensity profile, ie a homogeneous intensity profile with an elliptical contour, with an aspect ratio greater than 30: 1 in the processing or target plane 4 ,

2 zeigt hierzu wiederum in der unteren Teilabbildung die (erste) Konfiguration zur Erzeugung des linienförmigen homogenen Intensitätsprofils 11 und in der oberen Teilabbildung die (zweite) Konfiguration, durch die das Gauß-förmige Intensitätsprofil in seiner Homogenität nicht verändert wird, so dass in der Bearbeitungs- bzw. Zielebene 4 ein Gauß-förmiges Intensitätsprofil 12 erhalten wird. Bei dieser Anordnung kann somit in der Bearbeitungsebene 4 alleine durch Translation der Linse 8 stufenlos zwischen einem runden, Gauß-förmigen Intensitätsprofil und einem homogenen Intensitätsprofil mit hohem Seitenverhältnis umgeschaltet bzw. variiert werden. Diese Ausgestaltung bietet weiterhin den Vorteil, dass damit Intensitätsprofile generiert werden können, die an den Rändern eine erhöhte Intensität aufweisen. Dies kann bei einigen Lasermaterialbearbeitungsprozessen von Vorteil sein. 2 again shows the (first) configuration for the generation of the linear homogeneous intensity profile in the lower partial image 11 and in the upper part of the figure, the (second) configuration, which does not change the homogeneity of the Gaussian intensity profile, so that in the processing or target plane 4 a Gaussian intensity profile 12 is obtained. With this arrangement can thus in the working plane 4 solely by translating the lens 8th be continuously switched or varied between a round, Gaussian intensity profile and a homogeneous intensity profile with high aspect ratio. This refinement furthermore has the advantage that intensity profiles can be generated which have an increased intensity at the edges. This may be beneficial in some laser material processing processes.

Die Ausgestaltung der 2 begünstigt insbesondere die Generierung linienartiger Intensitätsprofile mit großen Seitenverhältnissen. Bei der Verwendung eines konventionellen, abbildenden Systems zur Formung der Linienverteilung muss das Seitenverhältnis durch ein anamorphes Teleskop bereits vor der Fokussierung eingestellt werden. Gemäß des inversproportionalen Zusammenhangs zwischen Spotgröße und Rohstrahldurchmesser des Laserstrahls wird die Fokussieroptik dabei nur zu einem kleinen Teil ausgeleuchtet. Dies resultiert in sehr hohen Leistungsdichten, die zur Zerstörung der optischen Oberflächen führen können. Da die hier vorgeschlagene optische Anordnung auf der Technik der Phasentransformation beruht, wird diese Problematik umgangen, da der Durchmesser des durch die Anordnung modulierten Laserstrahls vor der Fokussierung wesentlich geringer skaliert wird. Dies ist in 3 schematisch dargestellt, die im linken Teil den Strahlquerschnitt 13 eines herkömmlich geformten Laserstrahls und im rechten Teil den Strahlquerschnitt 15 eines mit Hilfe der vorgeschlagenen optischen Anordnung geformten Laserstrahls in der Aperturöffnung 14 der Fokussieroptik 10 zeigt. Dadurch sinkt bei gleicher Gesamtstrahlungsleistung die Leistungsdichte auf der Fokussieroptik 10.The design of the 2 favors in particular the generation of linear intensity profiles with large aspect ratios. When using a conventional imaging system to shape the line distribution, the aspect ratio must be set by an anamorphic telescope prior to focusing. According to the inverse-proportional relationship between the spot size and the raw beam diameter of the laser beam, the focusing optics is only illuminated to a small extent. This results in very high power densities, which can lead to the destruction of the optical surfaces. Since the optical arrangement proposed here is based on the technique of phase transformation, this problem is circumvented because the diameter of the laser beam modulated by the arrangement is scaled much less before focusing. This is in 3 shown schematically, the beam cross section in the left part 13 a conventionally shaped laser beam and in the right part of the beam cross-section 15 a laser beam formed in the aperture opening by means of the proposed optical arrangement 14 the focusing optics 10 shows. As a result, the power density on the focusing optics decreases with the same overall radiation power 10 ,

Eine besonders vorteilhafte Eigenschaft der vorgeschlagenen optischen Anordnung besteht darin, dass die nötigen Freiheitsgrade der strahlführenden und - formenden Oberflächen der strahlformenden optischen Elemente (basierend auf Transmission oder Reflexion) wahlweise auf wenige komplexe, asphärische Oberflächen oder auf mehreren Linsen und/oder Spiegel mit einfacher (sphärischer) Oberflächenform verteilt werden können. Letzteres ermöglicht den Einsatz von kostengünstigen Standardkomponenten.A particularly advantageous feature of the proposed optical arrangement is that the necessary degrees of freedom of the beam-guiding and -forming surfaces of the beam-shaping optical elements (based on transmission or reflection) optionally on a few complex, aspheric surfaces or on multiple lenses and / or mirror with simple ( spherical) surface shape can be distributed. The latter allows the use of low-cost standard components.

4 zeigt schließlich noch ein Beispiel für einen Aufbau der einzelnen Linsengruppen der vorgeschlagenen optischen Anordnung zur Umschaltung zwischen einem Gauß-förmigen Intensitätsprofil bei rotationssymmetrischem Strahlquerschnitt und einem linienförmigen Top-Hat Intensitätsprofil in der Bearbeitungs- bzw. Zielebene (vgl. 2). Die optische Anordnung besteht hierbei aus acht plankonvexen bzw. plankonkaven Zylinderlinsen aus Quarzglas, von denen die Linsen 16, 17 und 18 das erste Linsensystem 6 und die Linsen 19, 20, 21 und 22 das zweite Linsensystem 7 bilden. Die Linse 8 ist mit einer nicht dargestellten Translationseinrichtung verschiebbar zwischen zwei Positionen ausgebildet. Die Verschiebung ist mit dem Doppelpfeil angedeutet. 4 zeigt auch den Strahlengang des eingekoppelten Laserstrahls 2 bis hinter die idealisiert dargestellte Fokussierlinse 10. Die Dimensionierung der einzelnen Linsen (Krümmungsradius der Grenzflächen, Zentrale Dicke) sowie der Abstand zur jeweils in Propagationsrichtung des optischen Strahls benachbarten Linse sind in der nachfolgenden Tabelle für diese Anordnung beispielhaft angegeben. Der Verschiebeweg der verschiebbaren Linse 8 zur Umschaltung zwischen den beiden Intensitätsprofilen beträgt in diesem Beispiel etwa 19 mm. Linse Krümmungsradius Dicke Abstand 16 - 69,0 mm 3,3 mm 10,0 mm ∞ 17 - 23,0 mm 1,7 mm 14,6 mm ∞ 18 ∞ 5,0 mm 56,2 mm - 46,0 mm 8 ∞ 5,0 mm 31,3 mm - 46,0 mm 19 + 46,0 mm 5,0 mm 0 mm ∞ 20 ∞ 5,0 mm 15,6 mm - 115,0 mm 21 - 23,0 mm 1,7 mm 40,1 mm ∞ 22 ∞ 1,7 mm + 23,0 mm 4 Finally, shows an example of a structure of the individual lens groups of the proposed optical arrangement for switching between a Gaussian-shaped intensity profile with rotationally symmetric beam cross-section and a linear top-hat intensity profile in the processing or target plane (see. 2 ). The optical arrangement here consists of eight plano-convex and plano-concave cylindrical lenses made of quartz glass, of which the lenses 16 . 17 and 18 the first lens system 6 and the lenses 19 . 20 . 21 and 22 the second lens system 7 form. The Lens 8th is formed with a translation device, not shown, displaceable between two positions. The shift is indicated by the double arrow. 4 also shows the beam path of the coupled-in laser beam 2 until after the idealized focusing lens 10 , The dimensioning of the individual lenses (radius of curvature of the interfaces, central thickness) and the distance to each adjacent in the propagation direction of the optical beam lens are exemplified in the following table for this arrangement. The displacement of the sliding lens 8th to switch between the two intensity profiles in this example is about 19 mm. lens radius of curvature thickness distance 16 - 69.0 mm 3.3 mm 10.0 mm ∞ 17 - 23.0 mm 1.7 mm 14.6 mm ∞ 18 ∞ 5.0 mm 56.2 mm - 46.0 mm 8th ∞ 5.0 mm 31.3 mm - 46.0 mm 19 + 46.0 mm 5.0 mm 0 mm ∞ 20 ∞ 5.0 mm 15.6 mm - 115.0 mm 21 - 23.0 mm 1.7 mm 40.1 mm ∞ 22 ∞ 1.7 mm + 23.0 mm

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: optische Anordnungoptical arrangement
22: Laserstrahllaser beam
33: Laserlaser
44: Bearbeitungs- bzw. ZielebeneProcessing or target level
55: Top-Hat-förmiges IntensitätsprofilTop hat-shaped intensity profile
66: erstes Linsensystemfirst lens system
77: zweites Linsensystemsecond lens system
88th: verschiebbare Linsesliding lens
99: Gauß-förmiges IntensitätsprofilGaussian intensity profile
1010: Fokussieroptikfocusing optics
1111: linienförmiges Intensitätsprofilline-shaped intensity profile
1212: Gauß-förmiges IntensitätsprofilGaussian intensity profile
1313: StrahlquerschnittBeam cross section
1414: Aperturöffnung der FokussieroptikAperture opening of the focusing optics
1515: StrahlquerschnittBeam cross section
16-2216-22: Linsen der optischen AnordnungLenses of the optical arrangement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

F. Dickey et al., "Laser Beam Shaping Techniques", United States; retrieved from http://www.osti.gov/scitech/servlets/purl/752659 [0006]
Laskin et al., Refractive beam shapers for optical systems of lasers, Proc. SPIE 9346, Components and Packaging for Laser Systems, 93460R (February 20, 2015) [0007]

Claims

Optical arrangement for reshaping the intensity profile of an optical beam, in particular a laser beam, which has an input-side (16), an output-side (22) and at least one intermediate beam-shaping element (8, 17-21) arranged on an optical axis of the arrangement (1 ) is disposed between the input side (16) and the output side beam shaping element (22), wherein the input side beam shaping element (16) does not form part of a telescopic system for pure beam expansion of the optical beam, characterized in that the optical arrangement (1) a An adjusting device, with which at least one of the beam-forming elements (8) in its position or its optical properties between a first state and a second state is variable, and the beam-forming elements (8, 16-22) are formed and arranged to in a first configuration in which the at least one with de In the first state, an intensity profile of an optical beam (2) coupled in via the input-side beam-shaping element (16) is transformed such that the optical beam (2) after focusing in a target plane (4) behind the optical arrangement (1) has a second intensity profile in the intensity profile over the beam cross-section, and in a second configuration in which the at least one adjustable beam shaping element (8) is in the second state, the intensity profile of the input side beamforming element (16) coupled optical beam (2) or not transform so that the optical beam (2) after focusing in the target plane (4) behind the optical arrangement (1) in the intensity curve over the beam cross section unchanged or changed third intensity profile having.

Optical arrangement according to Claim 1 , characterized in that the adjusting device is a translating device, with which the at least one beam-shaping element (8) which can be changed with the adjusting device relative to the other beam-forming elements (16-22) translatorily between a first and a second position as the first and second state the optical axis is movable.

Optical arrangement according to Claim 1 characterized in that the at least one beam-shaping element (8) modifiable with the adjusting means is a variable-power elastic lens, the adjusting means being arranged to adjust the refractive power of the elastic lens between a first refractive power and a second refractive power as the first and second state can change.

Optical arrangement according to Claim 1 characterized in that the at least one beam-shaping element (8) modifiable with the adjustment means is a variable focal length mirror, the adjustment means being arranged to adjust the focal length of the mirror between a first focal length and a second focal length as the first and second states can change.

Optical arrangement according to Claim 2 , characterized in that the two positions are separated by a distance of ≤ 20 mm.

Optical arrangement according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the at least one intermediate beam-forming element forms the beam-shaping element (8) which can be changed by means of the adjusting device.

Optical arrangement according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the beam-shaping elements (8, 16-22) are designed and arranged such that in the first configuration they transform a Gaussian intensity profile of the optical beam (2) coupled in via the input-side beam-shaping element (16), the optical beam (2) has a homogeneous intensity profile in the target plane (4) as the second intensity profile.

Optical arrangement according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the beam-shaping elements (8, 16-22) are spherical optical elements.

Optical arrangement according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the beam-shaping elements (8, 16-22) are designed and arranged such that in the first configuration they transform a Gaussian intensity profile of the optical beam (2) coupled in via the input-side beam-shaping element (16), the optical beam (2) has a homogeneous intensity profile with a line-shaped contour as the second intensity profile in the target plane (4).

Optical arrangement according to Claim 9 , characterized in that the beam-shaping elements (8, 16-22) are cylindrical lenses and / or cylindrical mirrors.

Optical arrangement according to one of Claims 1 to 10 , characterized in that only one of the beam-shaping elements forms the beam-shaping element (8) which can be changed by means of the adjusting device.