DE102017215025A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Formung von Laser-Strahlung für eine Materialbearbeitung - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Formung von Laser-Strahlung für eine Materialbearbeitung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Formung von kohärenter Strahlung einer Laserquelle zur Materialbearbeitung mittels zumindest einem diffraktiven Strahlformer.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest eine erste und eine zweite Laserquelle zur Erzeugung eines Intensitätsmusters im Fernfeld vorgesehen sind, wobei die erste und die zweite Laserquelle zueinander inkohärent sind.Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Erzeugung von Intensitätsmustern mit Strukturgrößen, die kleiner sind als dies dem doppelten des Divergenzwinkels der Laserquelle entspricht.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Formung von kohärenter Strahlung einer Laserquelle zur Materialbearbeitung mittels zumindest einem diffraktiven Strahlformer.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Formung von kohärenter Strahlung einer Laserquelle zur Materialbearbeitung mittels zumindest einem diffraktiven Strahlformer.
  • Bei der Materialbearbeitung mit Laserstrahlung (Laser-Abtragen, Schweißen, Löten, Reinigen, Bohren, Sintern, Schmelzen) wird in den meisten Fällen mit fokussierten Laserstrahlen gearbeitet, die eine gaußförmige Intensitätsverteilung aufweisen. Für viele dieser Prozesse ist es aber von Vorteil, die Intensitätsverteilung in dem Bearbeitungsbereich an den Prozess anzupassen. Die Strahlformung in dem Bearbeitungsbereich bietet dabei enormes Optimierungspotenzial für die Laserprozessentwicklung.
  • Zur Formung einer Intensitätsverteilung eines Laserstrahls können entweder seine Phase, seine Amplitude oder beides zusammen moduliert werden. Entsprechend gibt es Phasenmodulatoren, Amplitudenmodulatoren oder Phasen- und Amplitudenmodulatoren. Diffraktive Strahlformer (Diffractive Optical Elements DOE) für Fernfeldintensitäten können als Phasenelemente in Glas oder anderen transparenten Materialien hergestellt werden. Alternativ können sie auch als Phasenmasken auf so genannten Spatial Light Modulators (SLM) dargestellt werden. Beispielhaft können diffraktive strahlformende Elemente ausgeführt sein als:
    • - Strahlteiler, wie beispielhaft binäre oder trianguläre (1x2 Strahlteiler) Gitter. Aufgrund der Geometrie der diffraktiven Struktur kommt es auf einem rechteckigen Gitter im Ortsfrequenzraum (k-Raum) zu konstruktiver Interferenz. Durch numerische Algorithmen (beispielhaft Phase retrieval mit einem Iterative Fourier Transform Algorithm (IFTA)) können unterschiedlichste Anordnungen von aktiven Beugungsordnungen (konstruktive Interferenz) verwirklicht werden. Hierbei muss die Winkeltrennung der Beugungsordnungen groß genug gegenüber der Fernfelddivergenz der einfallenden Laserstrahlung sein, da andernfalls Interferenz die Anordnung der aktiven Beugungsordnungen stört. Als Faustformel muss die Trennung der Beugungsordnungen mindestens dem Zweifachen der Divergenz (als Vollwinkel) der einfallenden Laserstrahlung betragen.
    • - Diffuser sollen im Fernfeld eine gewünschte Intensitätsverteilung erzeugen. Hierbei sind bei kohärenter Beleuchtung die Beugungsordnungen im Fernfeld nicht getrennt sondern überlagern sich. Dies kann zu konstruktiver und destruktiver Interferenz benachbarter Beugungsordnungen und damit zu Schwankungen in der Intensitätsverteilung (Speckle-Muster) führen.
    • - Strahlformer, wie beispielhaft Gauß-to-Top-Hat Strahlformer. Das Grunddesign basiert üblicherweise auf einer geometrisch optischen Lösung eines inversen Problems. Beispielhaft ist dies dargestellt in Dickey et al., Laser Beam Shaping, CRC Press. Eine Nachbearbeitung und Verbesserung der geometrisch optischen Lösung kann mittels einem Iterative Fourier Transform Algorithm (IFTA) erfolgen. Optische Aufbauten für Strahlformer sind in der Regel sehr aufwändig in der Justage. Auch hier können Interferenzen die beabsichtigte Intensitätsverteilung im Fernfeld stören.
  • Die mögliche Orts- oder Winkel-Auflösung des Intensitätsmusters im Fernfeld der Laserquelle wird durch die Divergenz der Laserquelle im Fernfeld auf der Bearbeitungsebene gegeben. Überschreitet der Vollwinkel der Fernfeld-Divergenz der Laserquelle die Hälfte der Winkel-Trennung der durch Beugungsordnungen des diffraktiven Strahlteilers erzeugten Maxima der gewünschten Intensitätsverteilung, wird das Intensitätsmuster durch Interferenzeffekte gestört. Hierdurch wird die mögliche Orts- oder Winkel-Auflösung des Intensitätsmusters begrenzt. Ebenso ist der Abstand zweier Intensitätsverteilungen bei einer Kachelung von Intensitätsverteilungen durch solche Interferenzeffekte begrenzt. Sollen zwei Intensitätsverteilungen zur Erzeugung eines stufenförmigen Intensitätsprofils übereinander gelegt werden, so können Interferenzeffekte zu unerwünschten Abweichungen vom gewünschten Profil führen.
  • Die Schrift DE 10 2012 011 343 A1 beschreibt eine Vorrichtung (sowie ein Verfahren und eine entsprechende Probenstruktur) zur Interferenzstrukturierung einer bevorzugt flächigen Probe mit einem Laser, einer im Strahlengang des Lasers positionierten Fokussieranordnung, mit der die Laserstrahlung in einer ersten Raumrichtung fokussiert in ein Probenvolumen, in dem die Probe positionierbar ist oder positioniert ist, abbildbar ist, einer im Strahlengang des Lasers angeordneten Auftrennanordnung, mit der die Laserstrahlung in einer zweiten, zur ersten Raumrichtung nicht parallelen, bevorzugt zur ersten Raumrichtung orthogonalen Raumrichtung mit zwei Strahlenbündeln so auf das Probenvolumen richtbar ist, dass die beiden Strahlenbündel innerhalb des Probenvolumens in einem Interferenzbereich interferieren, und mindestens einer im Strahlengang des Lasers positionierten Projektionsmaske.
  • Die Laserstrahlung wird mit Hilfe einer Iris-Blende homogenisiert, auf ein als beam splitter ausgebildetes diffraktives optisches Element geführt und die durch Diffraktion entstehenden Teilstrahlen werden mit Hilfe eines Linsensystems zur Interferenzstrukturierung auf die Probe P abgebildet.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Interferenzstrukturierung einer Probe umfasst: einen Laser, eine im Strahlengang des Lasers positionierte Fokussieranordnung, eine im Strahlengang des Lasers angeordnete Auftrennanordnung und mindestens eine im Strahlengang des Lasers positionierte Projektionsmaske. Mit der Fokussieranordnung ist die Laserstrahlung in einer ersten Raumrichtung fokussiert in ein Probevolumen, in dem die Probe positionierbar ist oder positioniert ist, abbildbar. Mit der Auftrennanordnung ist die Laserstrahlung in einer zweiten Raumrichtung mit zwei Strahlenbündeln so auf das Probevolumen richtbar, dass die beiden Strahlenbündel innerhalb des Probenvolumens in einem Interferenzbereich interferieren. Die zweite Raumrichtung ist dabei nicht parallel zur ersten Raumrichtung, vorzugsweise senkrecht zur ersten Raumrichtung.
  • Es kann auch [0013] vorgesehen sein, mehr als zwei Strahlenbündel zu überlagern, wobei diese immer kohärent zueinander sein müssen. In einer anderen Ausführung [0014] können die Fokussieranordnung und die Auftrennanordnung im Strahlengang mehrerer Laser positioniert sein. Die Fokussieranordnung und die Auftrennanordnung sowie die mehreren Laser sind dann so ausgebildet und positioniert, dass eine fokussierte Abbildung der Laserstrahlung der mehreren Laser in der ersten Raumrichtung in das Probenvolumen erfolgt und dass die durch die Auftrennanordnung aus der Mehrzahl von Laserstrahlen (der mehreren Laser) erzeugte Vielzahl von Strahlenbündel innerhalb des Probenvolumens im Interferenzbereich interferiert.
  • Mit der Vorrichtung und dem Verfahren nach DE 10 2012 011 343 A1 sind periodische Muster auf der Probe darstellbar. Auf eine gegenseitige Beeinflussung nebeneinander liegender Maxima durch Interferenz oder eine Verminderung der Beeinflussung wird jedoch nicht eingegangen.
  • Die Schrift DE 102007005791 A1 betrifft einen diffraktiven Strahlteiler für optische Systeme in Form eines diffraktiv optischen Strahlformungselementes (DOE), welches in einem Beleuchtungssystem zur Aufteilung eines zugeführten kohärenten Eingangsstrahlenbündels in mehrere Teilstrahlenbündel vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass strahleingangsseitig vor einem diffraktiv optischen Element (1) eine Keilplatte (2) vorgesehen ist, wobei dem diffraktiv optischen Element (1) im Strahlengang ein optisches System (5) nachgeordnet ist, um bei einer gemeinsamen Rotation des diffraktiv optischen Elementes (1) und der Keilplatte (2) Speckle zu mitteln und in einem Fernfeld (8) designbedingt die gewünschte Intensitätsverteilung zu erzeugen, wobei sich das Fernfeld (8) um eine optische Achse (9) dreht, und wobei eine 0. Ordnung (4) von Nutzordnungen (3) getrennt ausgebildet ist. Gemäß DE 102007005791 A1 werden somit unerwünschte Intensitätsschwankungen durch Interferenzeffekte gemittelt, nicht aber durch räumliche Trennung von Intensitäts-Maxima und Auffüllung der Lücken durch nicht kohärente Intensitäts-Maxima beseitigt.
  • Die Schrift EP 000001845418 A2 beschreibt ein System aus einer Strahlungsquelle für einen zumindest teilweise kohärenten Lichtstrahl, ein Element zur Änderung von dessen Winkelverteilung und ein rotierendes optisches Element, das den einkommenden Lichtstrahl aufnimmt und daraus einen inkohärenten Strahl zu formen wobei der einkommende Lichtstrahl unter verschiedenen Winkeln oder Positionen auf das die Winkelverteilung ändernde Element auftrifft und der Winkel oder die Position von der Drehgeschwindigkeit des rotierenden optischen Element abhängen und als Funktion der Zeit variieren.
  • Unerwünschte Inhomogenitäten der Intensitätsverteilung auf der Probe durch Interferenzeffekte werden nach EP 000001845418 A2 zwar vermieden, eine Strukturierung der Intensitätsverteilung auf der Probe ist jedoch nur mittels eines Projektionssystems oder einer Maske und nicht durch Interferenz des Lichts auf der Ebene der Probenoberfläche möglich.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verwirklichung von Intensitätsverteilungen im Fernfeld einer Strahlformungseinrichtung zu ermöglichen, welche feiner aufgelöst sind als dies die Fernfelddivergenz einer Laserquelle erlaubt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass eine erste und zumindest eine zweite Laserquelle zur Erzeugung eines Intensitätsmusters im Fernfeld vorgesehen sind, wobei die erste und die zumindest zweite Laserquelle zueinander inkohärent sind. Bei der Erzeugung von Intensitätsmustern mittels Laserstrahlung durch diffraktive Strahlformer gibt in der Regel die Fernfelddivergenz der Laserquelle den minimalen Abstand der realisierbaren Beugungsordnungen vor. Bei Unterschreitung der doppelten Fernfelddivergenz können Interferenzen benachbarter Beugungsordnungen wirksam werden, die die Uniformität der Fernfeldintensität, und damit der Intensitätsverteilung auf einem Werkstück, beeinträchtigen. Wird erfindungsgemäß eine erste Intensitätsverteilung, die unter Beachtung der durch die Fernfelddivergenz gegebenen Grenze erzeugt wird, mit einer zweiten Intensitätsverteilung, die ebenfalls unter Beachtung der durch die Fernfelddivergenz gegebene Grenze mit einer zu der ersten Laserquelle nicht kohärenten Laserquelle erzeugt wird, überlagert, lassen sich höhere Orts- oder Winkel-Auflösungen der resultierenden Intensitätsverteilung erzeugen als dies mit einer einzelnen Laserquelle möglich wäre. Die Vorrichtung kann mehr als zwei zueinander inkohärente Laserquellen und zugehörigen Strahlformer enthalten und so die erreichbare Auflösung weiter verbessern. Als diffraktive Strahlformer können zwei oder mehrere getrennte Strahlformer oder unterschiedliche Teilflächen auf einem Strahlformer eingesetzt werden.
  • Eine Ausführungsform zur Verwirklichung hoch aufgelöster Intensitätsverteilungen sieht vor, dass Intensitätsmaxima eines zweiten Intensitätsmusters der zumindest zweiten Laserquelle in Bereichen niedriger Intensität eines ersten Intensitätsmusters der ersten Laserquelle angeordnet sind. Die zwei oder mehr Intensitätsverteilungen werden somit so ineinander verschränkt, dass immer nur ausreichend weit auseinander liegende Beugungsordnungen von einer Laserquelle stammen.
  • Eine Ausführungsform zur Erzeugung stufenförmiger Intensitätsverteilungen ohne störende Interferenzeffekte im Überlagerungsbereich sieht vor, dass Intensitätsmaxima des zweiten Intensitätsmusters der zumindest zweiten Laserquelle in Bereichen hoher Intensität des ersten Intensitätsmusters der ersten Laserquelle angeordnet sind.
  • Eine Ausführungsform zur engen Kachelung von Intensitätsverteilungen ohne störende Interferenzeffekte an den Nahtstellen zwischen den Kacheln sieht vor, dass das Intensitätsmuster der zweiten Laserquelle in einem Abstand von weniger als dem doppelten der Winkeldivergenz der ersten Laserquelle und/oder der zweiten Laserquelle seitlich des Intensitätsmusters der ersten Laserquelle wie bei einer Kachelung angeordnet ist.
  • Eine einfach aufgebaute und zu justierende Ausführung der Vorrichtung zur Erzeugung von ineinander verschränkten Intensitätsverteilungen sieht vor, dass zur Fokussierung von Strahlung der ersten und der zumindest zweiten Laserquelle eine gemeinsame Fokussierungslinse vorgesehen ist.
  • Eine Ausführungsform zur Erzeugung von gekachelten Intensitätsverteilungen sieht vor, dass zur Fokussierung von Strahlung der ersten und der zumindest zweiten Laserquelle zumindest zwei getrennte Fokussierungslinsen vorgesehen sind.
  • Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass als erste und als zweite Laserquelle Laserquellen mit unterschiedlicher Polarisation oder Wellenlänge vorgesehen sind.
  • Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass Strahlung einer ersten und zumindest einer zweiten Laserquelle zur Erzeugung eines Intensitätsmusters im Fernfeld verwendet wird, wobei eine zu der ersten Laserquelle inkohärente zumindest zweite Laserquelle verwendet wird. Werden mehr als zwei Laserquellen verwendet, müssen diese alle untereinander inkohärente Strahlung abgeben.
  • Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass als erste und zweite Laserquelle Laserquellen mit unterschiedlicher Polarisation und/oder Wellenlänge verwendet werden.
  • Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Strahlung unterschiedlicher Polarisation oder Wellenlänge aus der Strahlung der ersten Laserquelle mittels eines Strahlteilers und einer Umformeinheit erzeugt wird. Mittels des Strahlteilers wird ein Teilstrahl abgezweigt, der nachfolgend in einer Umformeinheit durch Wellenlängentuning oder Änderung der Polarisationseigenschaften zu einer zweiten zur ersten inkohärenten Laserquelle wird.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1a eine erste Intensitätsverteilung im Fernfeld einer Laserquelle,
    • 1b eine zweite Intensitätsverteilung im Fernfeld einer Laserquelle,
    • 2a ein drittes Intensitätsdiagramm,
    • 2b ein viertes Intensitätsdiagramm,
    • 2c eine Überlagerung eines dritten und vierten Intensitätsprofils,
    • 3 zweidimensionale Intensitätsverteilungen,
    • 4 Resultate der Überlagerung zweidimensionaler Intensitätsverteilungen,
    • 5 eine Anordnung zur Überlagerung zweidimensionaler Intensitätsverteilungen,
    • 6 eine Anordnung zur Kachelung zweidimensionaler Intensitätsverteilungen,
    • 7 eine Anordnung zur Erzeugung von zwei zueinander nicht kohärenten Strahlungsbündeln aus einer Laserquelle.
  • 1a zeigt auf einem ersten Intensitätsdiagramm 10 eine erste Intensitätsverteilung 11. Zur Herstellung der ersten Intensitätsverteilung 11 wird ein diffraktiver 13 × 5 Strahlteiler mit Licht einer Laserquelle beaufschlagt. Hierdurch ergibt sich im Fernfeld die erste Intensitätsverteilung 11 mit 13 × 5 Beugungsordnungen 12. In dem gezeigten Beispiel hat das Licht der Laserquelle einen gaußförmigen Strahlquerschnitt mit 250µm Taillenradius. Die Trennung der Beugungsordnungen 12 beträgt 0,3°, die Fernfelddivergenz des Lichts der Laserquelle beträgt 0,15° Vollwinkel. Die Beugungsordnungen 12 sind sauber getrennt, der Uniformitätsfehler (Imax - Imin)/(Imax+Imin) der ersten Intensitätsverteilung 11 beträgt weniger als 1%.
  • 1b zeigt auf einem zweiten Intensitätsdiagramm 13 eine zweite Intensitätsverteilung 14, wie sie in der gleichen Anordnung wie in 1a entsteht, wenn Licht einer Laserquelle mit einem gaußförmigen Strahlquerschnitt mit einem Taillenradius von 100 µm verwendet wird. Das Licht hat eine Fernfelddivergenz von 0,36° Vollwinkel. Beugungsordnungen mit einer Trennung von 0,3° können nicht mehr erzeugt werden, da Interferenzeffekte die zweite Intensitätsverteilung 14 stören. Der Uniformitätsfehler der zweiten Intensitätsverteilung 14 beträgt bis zu 100%.
  • 2a zeigt in einem dritten Intensitätsdiagramm 20 ein eindimensionales Beispiel eines ersten Intensitätsprofils 22, wie es mittels eines 1 × 2 Strahlteilers hergestellt werden kann. Das erste Intensitätsprofil 22 ist entlang einer ersten Intensitätsachse 21 und einer ersten Ortsachse 23 abgetragen. Die Beugungsordnungen des ersten Intensitätsprofils 22 sind ausreichend getrennt.
  • 2b zeigt in einem vierten Intensitätsdiagramm 24 ein eindimensionales Beispiel eines zweiten Intensitätsprofils 26, wie es mittels eines 1 × 3 Strahlteilers hergestellt werden kann. Das zweite Intensitätsprofil 26 ist entlang einer zweiten Intensitätsachse 25 und einer zweiten Ortsachse 27 abgetragen. Auch die Beugungsordnungen des zweiten Intensitätsprofils 26 sind ausreichend getrennt.
  • 2c zeigt in einem fünften Intensitätsdiagramm 30 eine Überlagerung des ersten Intensitätsprofils 22 und des zweiten Intensitätsprofils 26, welche entlang einer dritten Intensitätsachse 31 und einer dritten Ortsachse 33 abgetragen sind. Würden das erste Intensitätsprofil 22 und das zweite Intensitätsprofil 26 durch zueinander kohärente Laserstrahlung erzeugt, würde in Überlappungsbereichen 32 Interferenz auftreten, so dass die Überlagerung gestört würde. Erfindungsgemäß ist jedoch vorgesehen, das erste Intensitätsprofil 22 und das zweite Intensitätsprofil 26 durch zueinander nicht-kohärente Laserstrahlung zu erzeugen. Daher kann die Überlagerung der Intensitätsprofile ungestört erfolgen und eine höhere Orts- oder Winkel-Auflösung von Beugungsordnungen verwirklicht werden.
  • 3a zeigt in einem sechsten Intensitätsdiagramm 40 eine zweidimensionale dritte Intensitätsverteilung 41. Ein in 3b dargestellte siebenten Intensitätsdiagramm 42 zeigt eine vierte Intensitätsverteilung 43, deren Beugungsordnungen in Lücken der dritten Intensitätsverteilung 41 angeordnet sind. Ebenso sind die Beugungsordnungen einer in einem achten Intensitätsdiagramm 44 dargestellten fünften Intensitätsverteilung 45 und einer in einem neunten Intensitätsdiagramm 46 dargestellten sechsten Intensitätsverteilung 46 in Lücken der übrigen Intensitätsverteilungen angeordnet.
  • 4a zeigt in einem zehnten Intensitätsdiagramm 50 eine erste Überlagerung 51 der dritten Intensitätsverteilung 41 und der vierten Intensitätsverteilung 43. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Intensitätsverteilungen 41, 43, 45 und 47 durch zueinander nicht-kohärente Strahlung erzeugt werden. Daher zeigt die erste Überlagerung 51 keine Störungen durch Interferenz und die erste Überlagerung 51 zeigt eine hohe Auflösung von sauber getrennten Intensitätsmaxima.
  • 4b zeigt in einem elften Intensitätsdiagramm 52 eine zweite Überlagerung 53 der dritten, vierten, fünften und sechsten Intensitätsverteilung 41, 43, 45 und 47. Auch hier werden durch die nicht-kohärenten Intensitätsverteilungen 41, 43, 45 und 47 Störungen durch Interferenz bei der zweiten Überlagerung 53 vermieden und es kann eine sehr hoch orts- oder winkel-aufgelöste Intensitätsverteilung erzielt werden. Falls es für eine Anwendung vorteilhaft ist, können die dritte, vierte, fünfte und sechste Intensitätsverteilung 41, 43, 45 und 47 unterschiedliche Intensitäten aufweisen, die bedarfsweise auch zeitlich variiert werden können, so dass die zweite Überlagerung 53 an die jeweilige Anwendung angepasste Intensitätsverläufe aufweisen kann. Werden zueinander nicht kohärente Intensitätsverteilungen eng nebeneinander angeordnet (Kachelung), können an den Nahtstellen Störungen durch Interferenz vermieden werden und es kann ein lückenloses Kachelmuster mit einer Auflösung wie bei der zweiten Überlagerung 53 bereitgestellt werden.
  • 5 zeigt eine erste Strahlformungseinrichtung 60 zur Überlagerung zweidimensionaler Intensitätsverteilungen, wie sie zur Bereitstellung der ersten 51 und zweiten Überlagerung 53 aus 4b eingesetzt werden kann. Eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Laserquelle 61, 62, 63, 64 erzeugen zueinander nicht-kohärente Strahlung, welche durch Kollimationsoptiken 65 auf diffraktive Strahlformer 66 gelenkt wird. Durch auf den diffraktiven Strahlformern 66 eingestellte Phasenmasken werden auf einer Fokussierebene 68 nach Fokussierung mit einer Fokussierungslinse 67 Intensitätsverteilungen erzeugt, wie sie beispielhaft in den 1a, 3a, 3b, 3c oder 3d gezeigt wurden. Die optischen Wege sind dabei so eingerichtet, dass die einzelnen Intensitätsverteilungen beispielhaft zur zweiten Überlagerung 53 kombiniert werden können. In einer anderen Ausführungsform werden durch die diffraktiven Strahlformer 66 flächige Intensitätsverteilungen erzeugt, wie sie beispielhaft bei einem Gauss-to-top-hat-Strahlformer erzeugt werden. Diese Intensitätsverteilungen können erfindungsgemäß zu gestuften Intensitätsverteilungen überlagert werden, ohne dass störende Interferenzen auftreten.
  • 6 zeigt eine zweite Strahlformungseinrichtung 70 zur Kachelung zweidimensionaler Intensitätsverteilungen. Bereits in 5 beschriebene Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Unterschied zur ersten Strahlformungseinrichtung 60 wird bei der zweiten Strahlformungseinrichtung 70 eine Linsen-Matrix 71 zur Fokussierung auf die Fokussierebene 68 verwendet. Hierdurch wird die Kachelung der zweidimensionalen Intensitätsverteilungen erreicht.
  • 7 zeigt eine dritte Strahlformungseinrichtung 80, bei der nur die erste Laserquelle 61 eingesetzt wird. Die Strahlung der ersten Laserquelle 61 wird in einem Strahlteiler 81 in einen ersten Teilstrahl 83 und einen zweiten Teilstrahl 84 aufgeteilt. Der zweite Teilstrahl 84 wird über eine Umformeinheit 82 geleitet, in der die Wellenlänge und/oder die Polarisation der Strahlung geändert wird. Hierdurch sind der erste Teilstrahl 83 und der zweite Teilstrahl 84 nicht mehr kohärent zueinander und bei deren Überlagerung oder Kachelung auf der Fokussierebene 68 können Interferenzeffekte vermieden werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012011343 A1 [0006, 0010]
    • DE 102007005791 A1 [0011]
    • EP 000001845418 A2 [0012, 0013]

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Formung von kohärenter Strahlung einer Laserquelle zur Materialbearbeitung mittels zumindest einem diffraktiven Strahlformer (66), dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und zumindest eine zweite Laserquelle (61, 62) zur Erzeugung eines Intensitätsmusters im Fernfeld vorgesehen sind, wobei die erste und die zumindest zweite Laserquelle (61, 62) zueinander inkohärent sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Intensitätsmaxima eines zweiten Intensitätsmusters der zumindest zweiten Laserquelle (62) in Bereichen niedriger Intensität eines ersten Intensitätsmusters der ersten Laserquelle (61) angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Intensitätsmaxima des zweiten Intensitätsmusters der zumindest zweiten Laserquelle (62) in Bereichen hoher Intensität des ersten Intensitätsmusters der ersten Laserquelle (61) angeordnet sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Intensitätsmuster der zweiten Laserquelle (62) in einem Abstand von weniger als dem doppelten der Winkeldivergenz der ersten Laserquelle (61) und/oder der zweiten Laserquelle (62) seitlich des Intensitätsmusters der ersten Laserquelle (61) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fokussierung von Strahlung der ersten (61) und der zumindest zweiten Laserquelle (62) eine gemeinsame Fokussierungslinse (67) vorgesehen ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fokussierung von Strahlung der ersten (61) und der zumindest zweiten Laserquelle (62) zumindest zwei getrennte Fokussierungslinsen vorgesehen sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als erste (61) und als zweite Laserquelle (62) Laserquellen mit unterschiedlicher Polarisation oder Wellenlänge vorgesehen sind.
  8. Verfahren zur Formung von kohärenter Strahlung einer Laserquelle zur Materialbearbeitung mittels zumindest einem diffraktiven Strahlformer (66), dadurch gekennzeichnet, dass Strahlung einer ersten (61) und zumindest einer zweiten Laserquelle (62) zur Erzeugung eines Intensitätsmusters im Fernfeld verwendet wird, wobei eine zu der ersten Laserquelle (61) inkohärente zumindest zweite Laserquelle (62) verwendet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als erste (61) und zweite Laserquelle (62) Laserquellen mit unterschiedlicher Polarisation und/oder Wellenlänge verwendet werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung unterschiedlicher Polarisation oder Wellenlänge aus der Strahlung der ersten Laserquelle (61) mittels eines Strahlteilers (81) und einer Umformeinheit (82) erzeugt wird.
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