DE102017217145A1 - Laser system and method for producing a top-hat approximated beam profile - Google Patents

Laser system and method for producing a top-hat approximated beam profile Download PDF

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Abstract

Das erfindungsgemäße Lasersystem (1) weist einen Strahlhomogenisierer (5) auf zur Homogenisierung eines im Wesentlichen gaußförmigen Strahlprofils eines Laserlichts zu einem homogenisierten Strahlprofil. Die Homogenisierung erfolgt unter Verwendung eines optischen Elements (7) des Strahlhomogenisierers (5), welches als refraktives, reflektives und/oder diffraktives optisches Element konfiguriert ist. Das Lasersystem (1) weist ferner eine Multimodenfaser (5) und ist konfiguriert zu einer Modenanregung in der Multimodenfaser unter Verwendung des homogenisierten Strahlprofils.

Figure DE102017217145A1_0000
The laser system (1) according to the invention has a beam homogenizer (5) for homogenizing a substantially Gaussian beam profile of a laser light to a homogenized beam profile. The homogenization takes place using an optical element (7) of the beam homogenizer (5), which is configured as a refractive, reflective and / or diffractive optical element. The laser system (1) further comprises a multi-mode fiber (5) and is configured to mode-excite in the multi-mode fiber using the homogenized beam profile.
Figure DE102017217145A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lasersystem zur Erzeugung eines Laserstrahls mit einem Strahlprofil, welches einem Top-Hat-Strahlprofil (Kastenprofil) angenähert ist, sowie auch auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Top-Hat-angenäherten Strahlprofils.The present invention relates to a laser system for producing a laser beam having a beam profile which approximates a top-hat beam profile (box profile) as well as to a method for producing a top-hat-approximated beam profile.

Aus dem Stand der Technik sind Strahlhomogenisierer für Laserlicht bekannt, die zur Erzeugung eines Laserstrahls mit einem Strahlprofil konfiguriert sind, welches einem idealen Top-Hat-Strahlprofil angenähert ist.Beam homogenizers for laser light are known in the prior art that are configured to generate a laser beam having a beam profile that approximates an ideal top hat beam profile.

Diese herkömmlichen Strahlhomogenisierer weisen üblicherweise einen Field-Mapper oder ein Linsenarray auf. Ein Field-Mapper erzeugt eine ausgehende Wellenfront, in welcher im Laufe der weiteren freien Propagation die Intensität des Laserlichts so umsortiert wird, dass das Top-Hat-angenäherte Strahlprofil erzeugt wird. In typischen Ausführungsformen weist der Field-Mapper mehrere asphärische Linsen oder ein diffraktives optisches Element auf. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei der Verwendung von Field-Mappern die Qualität des Top-Hat-angenäherten Strahlprofils empfindlich vom Strahlprofil des eintreffenden Laserstrahls abhängt, welcher auf den Field-Mapper auftrifft. Ferner hängt die Qualität empfindlich von der Ausrichtung des Field-Mappers relativ zum eintreffenden Laserstrahl ab. Dies kann die Homogenisierung beeinträchtigen, insbesondere dann, wenn keine aufwändigen Justagevorrichtungen vorgesehen sind.These conventional beam homogenizers usually have a field mapper or a lens array. A field mapper generates an outgoing wavefront in which, in the course of the further free propagation, the intensity of the laser light is resorted such that the top hat-approximated beam profile is generated. In typical embodiments, the field mapper comprises a plurality of aspherical lenses or a diffractive optical element. However, it has been found that with the use of field mappers, the quality of the top hat approximated beam profile is sensitive to the beam profile of the incident laser beam impinging on the field mapper. Furthermore, the quality is sensitive to the orientation of the field mapper relative to the incoming laser beam. This can impair the homogenization, in particular if no complicated adjustment devices are provided.

Diese Abhängigkeiten sind weniger ausgeprägt, wenn der Strahlhomogenisierer auf einem Linsenarray basiert, zudem konzentrieren Field-Mapper im Vergleich zu Linsenarrays einen deutlich geringeren Anteil der Leistung im Top-Hat-Bereich. Des Weiteren ist bei der Verwendung von Linsenarrays die Propagationsdistanz, über welche das Strahlprofil homogen bleibt, im Vergleich zur Verwendung von Field-Mappern vergleichsweise gering.These dependencies are less pronounced when the beam homogenizer is based on a lens array and, in addition, field-mappers focus much less on top-hat performance compared to lens arrays. Furthermore, when lens arrays are used, the propagation distance over which the beam profile remains homogeneous is comparatively low compared to the use of field mappers.

Es besteht daher ein Bedarf an Lasersystemen zur Erzeugung eines Laserstrahls mit einem Top-Hat-angenäherten Strahlprofil, die eine hohe Toleranz gegenüber Justagefehlern und/oder gegenüber dem Strahlprofil des eintreffenden Laserstrahls aufweisen. Hierbei soll möglichst viel Leistung im Top-Hat-Bereich konzentriert werden. Gleichzeitig besteht ein Bedarf an Lasersystemen, die einen Laserstrahl mit einem Top-Hat-angenäherten Strahlprofil erzeugen, welches über eine möglichst große Propagationsdistanz homogen bleibt.There is therefore a need for laser systems for generating a laser beam with a top-hat-approximated beam profile, which have a high tolerance for adjustment errors and / or with respect to the beam profile of the incident laser beam. This should be concentrated as much performance in the top hat area. At the same time, there is a need for laser systems that produce a laser beam with a top-hat-approximated beam profile that remains homogeneous over as large a propagation distance as possible.

Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Lasersystem, welches einen Strahlhomogenisierer zur Homogenisierung eines gaußförmigen oder im Wesentlichen gaußförmigen Strahlprofils eines Laserlichts zu einem homogenisierten Strahlprofil umfasst. Das im Wesentlichen gaußförmige Strahlprofil repräsentiert eine zweidimensionale Energiedichteverteilung oder Leistungsdichteverteilung des Laserlichts. Die Homogenisierung erfolgt unter Verwendung eines optischen Elements des Strahlhomogenisierers. Das optische Element ist als refraktives, reflektives und/oder diffraktives optisches Element konfiguriert. Das Lasersystem weist ferner eine Multimodenfaser auf. Das Lasersystem ist konfiguriert zu einer Modenanregung in der Multimodenfaser unter Verwendung des homogenisierten Strahlprofils.A first aspect of the invention relates to a laser system comprising a beam homogenizer for homogenizing a Gaussian or substantially Gaussian beam profile of a laser light to a homogenized beam profile. The substantially Gaussian beam profile represents a two-dimensional energy density distribution or power density distribution of the laser light. The homogenization is carried out using an optical element of the beam homogenizer. The optical element is configured as a refractive, reflective and / or diffractive optical element. The laser system further comprises a multi-mode fiber. The laser system is configured for mode excitation in the multimode fiber using the homogenized beam profile.

Die Strahlprofile können transversale Strahlprofile relativ zu einer Ausbreitungsrichtung des Laserlichts sein. Die Energiedichteverteilung kann eine Integration der Leistungsdichteverteilung über einen oder über mehrere Laserpulse des Laserlichts repräsentieren.The beam profiles may be transverse beam profiles relative to a propagation direction of the laser light. The energy density distribution may represent an integration of the power density distribution over one or more laser pulses of the laser light.

Das gaußförmige oder im Wesentlichen gaußförmige Strahlprofil kann ein Strahlprofil eines eintreffenden Laserstrahls sein, welcher auf den Strahlhomogenisierer eintrifft. Der eintreffende Laserstrahl kann in einem gasförmigen Medium (wie Luft), im Vakuum, in einer Flüssigkeit oder in einem Feststoff propagieren. Das gaußförmige oder im Wesentlichen gaußförmige Strahlprofil kann ein Strahlprofil eines Strahls in einem Lichtleiter sein, welcher an den Strahlhomogenisierer angrenzt. Der Lichtleiter kann eine optische Faser, insbesondere eine Monomodenfaser, Hohlkernfaser (photonische Kristallfaser) oder eine Multimodenfaser sein.The Gaussian or substantially Gaussian beam profile may be a beam profile of an incident laser beam arriving at the beam homogenizer. The incoming laser beam can propagate in a gaseous medium (such as air), in a vacuum, in a liquid or in a solid. The Gaussian or substantially Gaussian beam profile may be a beam profile of a beam in an optical fiber adjacent to the beam homogenizer. The optical waveguide may be an optical fiber, in particular a monomode fiber, hollow core fiber (photonic crystal fiber) or a multimode fiber.

Der eintreffende Laserstrahl kann ein Gaußstrahl (auch als TEM00-Mode bezeichnet) oder im Wesentlichen ein Gaußstrahl sein. Moden höherer Ordnung als die TEM00-Mode des Gaußstrahls können im eintreffenden Laserstrahl unterdrückt oder nicht vorhanden sein. Ein M2-Faktor (Beugungsmaßzahl) des eintreffenden Laserstrahls kann geringer sein als 1,7, bevorzugt 1,5 und besonders bevorzugt 1,2 oder als 1,1. Propagiert der eintreffende Laserstrahl in einem Lichtleiter, wie in einer optischen Faser, insbesondere einer Monomodenfaser, kann der eintreffende Laserstrahl die transversale Grundmode oder im Wesentlichen die transversale Grundmode des Lichtleiters sein. Moden höherer Ordnung als die transversale Grundmode können unterdrückt oder nicht vorhanden sein.The incoming laser beam may be a Gaussian beam (also referred to as a TEM 00 mode) or substantially a Gaussian beam. Higher order modes than the TEM 00 mode of the Gaussian beam may be suppressed or absent in the incoming laser beam. An M 2 factor (diffraction index) of the incoming laser beam may be less than 1.7 prefers 1.5 and especially preferred 1.2 or as 1.1 , When the incident laser beam propagates in an optical fiber, such as in an optical fiber, in particular a monomode fiber, the incident laser beam may be the transverse fundamental mode or substantially the transversal fundamental mode of the optical fiber. Higher order modes than the transverse fundamental mode may be suppressed or absent.

Das Lasersystem kann so konfiguriert sein, dass das Laserlicht innerhalb des Strahlhomogenisierers zumindest teilweise in einem gasförmiges Medium (wie Luft) oder im Vakuum propagiert. In anderen Worten kann der Strahlhomogenisierer die Modenanregung in der Multimodenfaser mit Hilfe einer Freistrahl-zu-Faser-Kopplung (engl.: free-space fiber coupling) bewirken.The laser system may be configured such that the laser light propagates within the beam homogenizer at least partially in a gaseous medium (such as air) or in vacuum. In other words, the beam homogenizer can cause the mode excitation in the multimode fiber by means of free-space fiber coupling.

Der Strahlhomogenisierer kann im Laserlicht zwischen einer Lichtaustrittsfläche eines Kerns einer Eingangsfaser und einer Lichteintrittsfläche eines Kerns der Multimodenfaser angeordnet sein. Der Strahlhomogenisierer kann angrenzend oder beabstandet von der Lichteintrittsfläche und/oder von der Lichtaustrittsfläche angeordnet sein. The beam homogenizer may be arranged in the laser light between a light exit surface of a core of an input fiber and a light entry surface of a core of the multimode fiber. The beam homogenizer may be arranged adjacent to or spaced from the light entry surface and / or from the light exit surface.

Die Modenanregung kann ein Einkoppeln zumindest eines Teils des Laserlichts in die Multimodenfaser umfassen.The mode excitation may include coupling at least a portion of the laser light into the multimode fiber.

Das homogenisierte Strahlprofil, welches vom Strahlhomogenisierer erzeugt wird, kann sich innerhalb seines homogenisierten Strahlabschnitts des Laserlichts befinden, welcher sich entlang einer Ausbreitungsrichtung des Laserlichts erstreckt. An jeder Position innerhalb des homogenisierten Strahlabschnitts kann das Strahlprofil des Laserlichts jeweils homogenisiert sein im Vergleich zum Strahlprofil des Laserstrahls, welcher auf den Strahlhomogenisierer eintrifft. Der homogenisierte Strahlabschnitt kann einen Fokus des Laserlichts aufweisen oder einen Fokus repräsentieren. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Fokus außerhalb des homogenisierten Strahlabschnitts angeordnet ist, das heißt, dass der homogenisierte Strahlabschnitt frei von einem Fokus ist. Gesehen entlang einer Ausbreitungsrichtung des Laserlichts kann eine Position des Fokus einer Position der Lichteintrittsfläche der Multimodenfaser entsprechen. Alternativ kann die Position des Fokus beabstandet von der Position der Lichteintrittsfläche sein. Die Position der Lichteintrittsfläche kann sich innerhalb des homogenisierten Strahlabschnitts befinden.The homogenized beam profile generated by the beam homogenizer may be located within its homogenized beam portion of the laser light which extends along a propagation direction of the laser light. At each position within the homogenized beam section, the beam profile of the laser light can be homogenized in each case in comparison to the beam profile of the laser beam which arrives at the beam homogenizer. The homogenized beam section may have a focus of the laser light or represent a focus. However, it is also conceivable that the focus is arranged outside the homogenized beam section, that is to say that the homogenized beam section is free from a focus. As seen along a propagation direction of the laser light, a position of the focus may correspond to a position of the light entrance surface of the multi-mode fiber. Alternatively, the position of the focus may be spaced from the position of the light entrance surface. The position of the light entry surface may be within the homogenized beam section.

Ein Kern der Multimodenfaser kann einen Durchmesser aufweisen, welcher größer ist als 30µm oder größer ist als 100µm, insbesondere größer als 200µm. A core of the multimode fiber may have a diameter which is greater than 30 μm or greater than 100 μm, in particular greater than 200 μm.

Das refraktive optische Element kann eine asphärische optisch wirksame refraktive Fläche aufweisen. Diese Fläche kann Teil einer asphärischen Linse sein. Das reflektive optische Element kann eine asphärische optisch wirksame reflektive Fläche aufweisen. Diese Fläche kann Teil eines asphärischen Spiegels sein. Das refraktive und/oder reflektive optische Element kann eine Arrayoptik, insbesondere ein Linsenarray, sein.The refractive optical element may have an aspherical optically effective refractive surface. This surface may be part of an aspherical lens. The reflective optical element may have an aspherical optically effective reflective surface. This surface can be part of an aspherical mirror. The refractive and / or reflective optical element may be an array optics, in particular a lens array.

Das homogenisierte Strahlprofil kann einen kreisförmigen oder im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Es sind jedoch auch andere Querschnittgeometrien, wie rechteckig oder sechseckig denkbar. Eine Querschnittgeometrie des homogenisierten Strahlprofils kann einer Querschnittgeometrie des Kerns der Multimodenfaser entsprechen.The homogenized beam profile may have a circular or substantially circular cross-section. However, there are also other cross-sectional geometries, such as rectangular or hexagonal conceivable. A cross-sectional geometry of the homogenized beam profile may correspond to a cross-sectional geometry of the core of the multi-mode fiber.

Das erfindungsgemäße Lasersystem umfasst in einem weiteren Aspekt einen Strahlhomogenisierer zur Homogenisierung von Laserlicht mit einem im Wesentlichen gaußförmigen Strahlprofil, das eine zweidimensionale Energie- oder Leistungsdichteverteilung des Laserlichts repräsentiert, zu einem homogenisierten Strahlprofil, wobei die Homogenisierung unter Verwendung mindestens eines optischen Elements des Strahlhomogenisierers, welches aus dem gaußförmigen Strahlprofil ein Multispot-Strahlprofil erzeugt und als refraktives, reflektives und/oder diffraktives optisches Element konfiguriert ist, und einer Multimodenfaser des Strahlhomogenisierers erfolgt, die zu einer Multi-Modenanregung in der Multimodenfaser unter Verwendung des Multispot-Strahlprofils konfiguriert ist.In a further aspect, the laser system according to the invention comprises a beam homogenizer for homogenizing laser light having a substantially Gaussian beam profile, which represents a two-dimensional energy or power density distribution of the laser light, into a homogenized beam profile, the homogenization using at least one optical element of the beam homogenizer a multispot beam profile is generated from the Gaussian beam profile and configured as a refractive, reflective and / or diffractive optical element, and a multimode fiber of the beam homogenizer configured to multi-mode excitation in the multi-mode fiber using the multi-spot beam profile.

Insgesamt führt die erfindungsgemäße Multispot-Modenanregung mit einer geeigneten Gewichtung der einzelnen Spots dazu, dass die Einkoppelbedingungen für Moden verschiedener Symmetriegruppen gleichzeitig erfüllt werden und sich am Ausgang der Multimodenfaser ein homogenisiertes Strahlprofil ergibt. Insbesondere werden zum Beispiel radial symmetrische und radial anti-symmetrische Moden angeregt (on- und off-axis Einkopplung). Dieses Vorgehen erhöht die Anzahl der angeregten Moden und sorgt für eine bessere Durchmischung (Moden verschiedener Symmetriegruppen), sodass der Interferenzkontrast am Faserausgang reduziert wird.Overall, the multispot mode excitation according to the invention with a suitable weighting of the individual spots results in the coupling conditions for modes of different symmetry groups being fulfilled simultaneously and a homogenized beam profile results at the output of the multimode fiber. In particular, for example, radially symmetric and radially anti-symmetric modes are excited (on- and off-axis coupling). This procedure increases the number of excited modes and provides better mixing (modes of different symmetry groups), thus reducing the interference contrast at the fiber output.

Gemäß einer Ausführungsform weist das homogenisierte Strahlprofil eine Plateaugleichförmigkeit auf mit einer Kennzahl, welche geringer ist als 0,3 oder geringer ist als 0,2 oder geringer ist als 0,1. Die Plateaugleichförmigkeit kann definiert sein gemäß der Norm ISO 13694:2015.According to one embodiment, the homogenized beam profile has a plateau irregularity with an index which is less than 0.3 or less than 0.2 or less than 0.1 , The plateau irregularity can be defined according to the standard ISO 13694: 2015.

Gemäß einer Ausführungsform weist das homogenisierte Strahlprofil eine Flankensteilheit auf mit einer Kennzahl geringer als 0,3 oder geringer als 0,2 oder geringer als 0,1. Die Flankensteilheit kann auf Schwellenwerte von 10% und 90% eines Maximalwertes des homogenisierten Strahlprofils bezogen sein. Die Flankensteilheit kann definiert sein gemäß der Norm ISO 13694:2015.According to one embodiment, the homogenized beam profile has a steepness with a characteristic number less than 0.3 or less than 0.2 or less than 0.1 , The slope can be related to threshold values of 10% and 90% of a maximum value of the homogenized beam profile. The slope can be defined according to the standard ISO 13694: 2015.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein Anteil von zumindest 80% einer Gesamtenergie oder -leistung des homogenisierten Strahlprofils eine Strahlgleichförmigkeit auf, welche gleichförmiger ist als ±10% oder gleichförmiger ist als ±5% oder gleichförmiger ist als ±2%. Die Strahlgleichförmigkeit kann definiert sein gemäß der Norm ISO 13694:2015.In another embodiment, a proportion of at least 80% of a total energy or power of the homogenized beam profile has a beam uniformity which is more uniform than ± 10% or more uniform than ± 5% or more uniform than ± 2%. Beam uniformity may be defined according to ISO 13694: 2015.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Lasersystem so konfiguriert, dass das homogenisierte Strahlprofil entsprechend oder im Wesentlichen entsprechend ist zu einem Super-Gauß-Strahlprofil mit einer Ordnung größer oder gleich 5 oder größer gleich 7 oder größer gleich 10.According to a further embodiment, the laser system is configured such that the homogenized beam profile is corresponding or substantially equivalent to a super Gaussian beam profile. Beam profile with an order greater than or equal to 5 or greater equal 7 or greater equal 10 ,

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Lasersystem so konfiguriert, dass das homogenisierte Strahlprofil im Wesentlichen an einer Lichteintrittsfläche eines Kerns der Multimodenfaser erzeugt wird, gesehen entlang einer Ausbreitungsrichtung des Laserlichts. In anderen Worten kann eine Position des homogenisierten Strahlprofils entlang einer Ausbreitungsrichtung des Laserlichts gleich oder im Wesentlichen gleich sein zu einer Position einer Lichteintrittsfläche der Multimodenfaser.According to another embodiment, the laser system is configured such that the homogenized beam profile is generated substantially at a light entrance surface of a core of the multi-mode fiber, as viewed along a propagation direction of the laser light. In other words, a position of the homogenized beam profile along a propagation direction of the laser light may be equal to or substantially equal to a position of a light entrance surface of the multi-mode fiber.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform entspricht eine transversale Ausdehnung des homogenisierten Strahlprofils im Wesentlichen einer Lichteintrittsfläche des Kerns der Multimodenfaser. Das homogenisierte Strahlprofil kann deckungsgleich oder im Wesentlichen deckungsgleich zur Lichteintrittsfläche sein.According to a further embodiment, a transverse extent of the homogenized beam profile essentially corresponds to a light entry surface of the core of the multimode fiber. The homogenized beam profile can be congruent or essentially congruent to the light entry surface.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Strahlhomogenisierer so konfiguriert, dass das Laserlicht konvergierend auf die Lichteintrittsfläche des Kerns der Multimodenfaser eintrifft. Ein Konvergenzwinkel des Laserlichts an der Lichteintrittsfläche des Kerns der Multimodenfaser kann einem Akzeptanzwinkel der Multimodenfaser entsprechen oder im Wesentlichen dem Akzeptanzwinkel entsprechen.According to another embodiment, the beam homogenizer is configured such that the laser light converges on the light entry surface of the core of the multi-mode fiber. A convergence angle of the laser light at the light entry surface of the core of the multimode fiber may correspond to an acceptance angle of the multimode fiber or substantially correspond to the acceptance angle.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Lasersystem ferner einen Laserverstärker zur Verstärkung zumindest eines Teils des Laserlichts auf. Der Laserverstärker kann stromabwärts der Multimodenfaser angeordnet sein.According to a further embodiment, the laser system further comprises a laser amplifier for amplifying at least a portion of the laser light. The laser amplifier may be located downstream of the multimode fiber.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest ein Abschnitt der Multimodenfaser so konfiguriert, dass mit Hilfe des Abschnitts zumindest ein Teil des Laserlichts verstärkbar ist. Zumindest ein Abschnitt der Multimodenfaser kann als aktive optische Faser ausgebildet sein. Ein Kern der aktiven optischen Faser kann ein optisch aktives Medium eines Faserverstärkers des Lasersystems bilden. Der Kern kann dotiert sein, beispielsweise mit Metallionen Seltener Erden. Das Lasersystem kann ausgebildet sein, Pumplicht in den Kern der aktiven optischen Faser oder in den Mantel der Faser einzukoppeln. Das Pumplicht kann durch einen Pumplaser des Lasersystems erzeugt sein.According to a further embodiment, at least a portion of the multimode fiber is configured such that at least a portion of the laser light can be amplified by means of the portion. At least a portion of the multi-mode fiber may be formed as an active optical fiber. A core of the active optical fiber may form an optically active medium of a fiber amplifier of the laser system. The core may be doped, for example, with rare earth metal ions. The laser system may be configured to couple pumping light into the core of the active optical fiber or into the cladding of the fiber. The pump light may be generated by a pump laser of the laser system.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Strahlhomogenisierer eine Abbildungsoptik auf, die beispielsweise als 4f-Abbildungsoptik konfiguriert sein kann. Der Strahlhomogenisierer kann in einer Objektebene der Abbildungsoptik einen Zwischenfokus und/oder ein homogenisiertes Zwischen-Strahlprofil erzeugen, welches im Vergleich zum Strahlprofil des Laserstrahls, welcher auf den Strahlhomogenisierer eintrifft, homogenisiert ist. Das homogenisierte Zwischen-Strahlprofil kann sich im Zwischenfokus befinden. Gesehen entlang der Ausbreitungsrichtung des Laserlichts kann eine Position einer Bildebene der Abbildungsoptik, welche optisch konjugiert zur Objektebene ist, gleich oder im Wesentlichen gleich sein zu einer Position der Lichteintrittsfläche des Kerns der Multimodenfaser.According to a further embodiment, the beam homogenizer has imaging optics, which can be configured, for example, as 4f imaging optics. The beam homogenizer can generate an intermediate focus and / or a homogenized intermediate beam profile in an object plane of the imaging optics, which is homogenized in comparison to the beam profile of the laser beam which arrives at the beam homogenizer. The homogenized intermediate beam profile may be in the intermediate focus. As seen along the propagation direction of the laser light, a position of an image plane of the imaging optics which is optically conjugate to the object plane may be equal to or substantially equal to a position of the light entrance surface of the core of the multi-mode fiber.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Strahlhomogenisierer eine Kollimationsoptik auf. Die Kollimationsoptik kann stromabwärts der Eingangsfaser des Lasersystems und/oder stromaufwärts des refraktiven, reflektiven und/oder diffraktiven optischen Elements angeordnet sein.In accordance with a further embodiment, the beam homogenizer has collimation optics. The collimating optics can be arranged downstream of the input fiber of the laser system and / or upstream of the refractive, reflective and / or diffractive optical element.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Strahlhomogenisierer eine Strahlanpassungsoptik zur Strahlaufweitung und/oder zur Strahlverengung des Laserlichts auf. Die Strahlanpassungsoptik kann stromabwärts der Eingangsfaser und/oder stromaufwärts des refraktiven, reflektiven und/oder diffraktiven optischen Elements angeordnet sein. Die Strahlanpassungsoptik kann stromabwärts der Kollimationsoptik angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Kollimationsoptik gleichzeitig als Strahlanpassungsoptik konfiguriert sein. In anderen Worten kann die Kollimationsoptik eine veränderbare Brennweite zur Strahlanpassung aufweisen. Ein Abbildungsmaßstab der Strahlanpassungsoptik kann steuerbar variabel sein. Für unterschiedliche Werte des Abbildungsmaßstabes kann die Strahlanpassungsoptik afokal sein. Stromabwärts des diffraktiven optischen Elements kann eine Fokussieroptik angeordnet sein, welche das Laserlicht in den Zwischenfokus fokussiert.According to a further embodiment, the beam homogenizer has a beam matching optics for beam widening and / or beam narrowing of the laser light. The beam matching optics may be located downstream of the input fiber and / or upstream of the refractive, reflective and / or diffractive optical element. The beam-matching optics may be located downstream of the collimating optics. Alternatively or additionally, the collimating optics may be configured as beam-matching optics at the same time. In other words, the collimating optics may have a variable focal length for beam matching. A magnification of the beam-matching optics may be controllably variable. For different magnification values, the beam-matching optics may be afocal. Downstream of the diffractive optical element, a focusing optics can be arranged, which focuses the laser light into the intermediate focus.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das optische Element des Strahlhomogenisierers als diffraktives optisches Element konfiguriert. Alternativ kann das diffraktive optische Element als refraktives und/oder reflektives optisches Element konfiguriert sein. Das diffraktive optische Element kann eine diffraktive Struktur aufweisen, welche im Laserlicht angeordnet ist. Die diffraktive Struktur kann als diffraktive Phasenstruktur und/oder als diffraktive Amplitudenstruktur konfiguriert sein. Die diffraktive Struktur kann rotations-unsymmetrisch oder achsen-unsymmetrisch relativ zu einer Strahlachse des Laserlichts sein.According to a further embodiment, the optical element of the beam homogenizer is configured as a diffractive optical element. Alternatively, the diffractive optical element may be configured as a refractive and / or reflective optical element. The diffractive optical element may have a diffractive structure which is arranged in the laser light. The diffractive structure can be configured as a diffractive phase structure and / or as a diffractive amplitude structure. The diffractive structure may be rotationally asymmetric or axis unsymmetrical relative to a beam axis of the laser light.

Das diffraktive optische Element kann eine statistische oder im Wesentlichen statistische diffraktive Struktur aufweisen. Die statistische oder im Wesentlichen statistische diffraktive Struktur kann eine statistische oder im Wesentlichen statistische diffraktive Phasen und/oder diffraktive Amplitudenstruktur sein. Die statistische oder im Wesentlichen statistische diffraktive Struktur kann beispielsweise berechnet sein auf Basis einer statistisch (d.h. zufällig) oder im Wesentlichen statistisch gewählten Amplituden und/oder Phasenverteilung für die Ebene, in welcher das homogenisierte Strahlprofil oder das Zwischen-Strahlprofil erzeugt wird.The diffractive optical element may have a statistical or substantially random diffractive structure. The statistical or substantially statistical diffractive structure may be a statistical or substantially random diffractive phase and / or diffractive amplitude structure. For example, the statistical or substantially statistical diffractive structure may be calculated based on a statistical (ie random) or substantially randomly selected amplitudes and / or phase distribution for the plane in which the homogenized beam profile or the intermediate beam profile is generated.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Lasersystem einen Faserlaser auf, welcher konfiguriert ist, zumindest einen Teil des Laserlichts zu erzeugen. Der Faserlaser kann stromaufwärts des Strahlhomogenisierers angeordnet sein. Ein Lasermedium des Faserlasers kann einen Monomoden-Faserkern aufweisen.According to another embodiment, the laser system comprises a fiber laser configured to generate at least a portion of the laser light. The fiber laser can be arranged upstream of the beam homogenizer. A laser medium of the fiber laser may comprise a single-mode fiber core.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Strahlhomogenisierer so konfiguriert, dass ein Orts-Frequenzspektrum des homogenisierten Strahlprofils unterdrückt ist für jeden Frequenzwert oberhalb einer transversalen Grenz-Ortsfrequenz der Multimodenfaser. Durch den unterdrückten Teil des Ortsfrequenzspektrums kann das homogenisierte Strahlprofil von einem idealen Top-Hat-Strahlprofil abweichen. Ein Maximalwert des Orts-Frequenzspektrums des homogenisierten Strahlprofils an der Lichteintrittsfläche kann entsprechend oder im Wesentlichen entsprechend sein zu der transversalen Grenz-Ortsfrequenz der Multimodenfaser.According to another embodiment, the beam homogenizer is configured so that a spatial frequency spectrum of the homogenized beam profile is suppressed for each frequency value above a transverse boundary spatial frequency of the multi-mode fiber. Due to the suppressed part of the spatial frequency spectrum, the homogenized beam profile may deviate from an ideal top hat beam profile. A maximum value of the spatial frequency spectrum of the homogenized beam profile at the light entry surface may be corresponding to or substantially corresponding to the transverse boundary spatial frequency of the multimode fiber.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Lasersystem ferner ein Fokussiersystem auf, welches stromabwärts der Multimodenfaser angeordnet ist. Das Fokussiersystem kann konfiguriert sein, Licht aus einer Transportfaser auszukoppeln und zu fokussieren. Das Fokussiersystem kann konfiguriert sein, einen Fokus des ausgekoppelten Lichts auf einer Oberfläche eines zu bearbeitenden Objekts zu erzeugen. Die Transportfaser kann die Multimodenfaser sein, in welcher die Moden mittels des homogenisierten Strahlprofils angeregt wurden. Alternativ kann die Transportfaser eine optische Faser sein, welche stromabwärts der Multimodenfaser angeordnet ist. Die Transportfaser kann als Multimodenfaser konfiguriert sein. Das Fokussiersystem kann eine Kollimationsoptik, ein Scansystem und/oder eine Fokussieroptik aufweisen. Die Fokussieroptik kann stromabwärts der Kollimationsoptik angeordnet sein.According to a further embodiment, the laser system further comprises a focusing system, which is arranged downstream of the multi-mode fiber. The focusing system may be configured to extract and focus light from a transport fiber. The focusing system may be configured to generate a focus of the extracted light on a surface of an object to be processed. The transport fiber may be the multimode fiber in which the modes were excited by the homogenized beam profile. Alternatively, the transport fiber may be an optical fiber located downstream of the multimode fiber. The transport fiber may be configured as a multimode fiber. The focusing system may comprise a collimating optics, a scanning system and / or a focusing optics. The focusing optics can be arranged downstream of the collimating optics.

Vorzugsweise weist zur Erzeugung des Multispot-Strahlprofils der Strahlhomogenisierer mindestens ein diffraktives optisches Element mit einer ein- oder zweidimensionalen Phasenmaske oder alternativ mindestens ein refraktives optisches Element mit einer ein- oder zweidimensionalen Phasenmaske, insbesondere ein ein- oder zweidimensionales Mikrolinsenarray, auf. Bei Verwendung zweier diffraktiver optischer Elemente kann das erste Element das Ziel-Strahlprofil generieren und das zweite Element Phasenstörungen heilen, um einen propagierenden Supergauß/Top-Hat zu erzeugen.To generate the multispot beam profile, the beam homogenizer preferably has at least one diffractive optical element with a one-dimensional or two-dimensional phase mask or alternatively at least one refractive optical element with a one- or two-dimensional phase mask, in particular a one- or two-dimensional microlens array. Using two diffractive optical elements, the first element can generate the target beam profile and the second element can cure phase noise to produce a propagating supergauss / top hat.

Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Verfahren zum Homogenisieren von Laserlicht mit einem im Wesentlichen gaußförmigen Strahlprofil, das eine zweidimensionale Energie- oder Leistungsdichteverteilung des Laserlichts repräsentiert, zu einem homogenisierten Strahlprofil, insbesondere zu einem TopHat-Strahlprofil, wobei das Strahlprofil in einer Multimodenfaser zu einer Modenanregung führt.Finally, the invention also relates to a method for homogenizing laser light having a substantially Gaussian beam profile, which represents a two-dimensional energy or power density distribution of the laser light, to a homogenized beam profile, in particular to a TopHat beam profile, wherein the beam profile in a multimode fiber to a mode excitation leads.

Das erfindungsgemäße Lasersystem kann zur Erzeugung eines Eingangsstrahls für einen Laserverstärker oder zusätzlich oder alternativ zur Erzeugung eines Laserstrahls für die Materialbearbeitung dienen. Die Materialbearbeitung kann eine Laserablation, ein Laserschneiden, ein Laserbohren, ein Laserschweißen und/oder ein Laserbeschriften umfassen.The laser system according to the invention can be used for generating an input beam for a laser amplifier or additionally or alternatively for generating a laser beam for material processing. The material processing may include laser ablation, laser cutting, laser drilling, laser welding, and / or laser marking.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lasersystems gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 2a, 2b eine transversale Leistungsdichteverteilung an einer Lichtaustrittsfläche einer Multimodenfaser bei einer Modenanregung mit Hilfe eines Gaußstrahls (2a) und eines homogenisierten Strahlprofils (2b);
  • 3a, 3b eine Illustration zur Berechnung der Plateaugleichförmigkeit und der Strahlgleichförmigkeit eines homogenisierten Strahlprofils, welches durch einen Strahlhomogenisierer des in 1 gezeigten Lasersystems erzeugt wird;
  • 4a eine transversale Phasenverteilung eines Laserlichts in einer Ebene eines diffraktiven optischen Elements des Strahlhomogenisierers des in 1 gezeigten Lasersystems;
  • 4b eine transversale Leistungsdichteverteilung des Laserlichts in einer Ebene einer Lichteintrittsfläche einer Multimodenfaser des in 1 gezeigten Lasersystems;
  • 4c eine transversale Phasenverteilung des Laserlichts in der Ebene der Lichteintrittsfläche der Multimodenfaser des in 1 gezeigten Lasersystems;
  • 5a eine transversale Phasenverteilung eines Laserlichts in einer Ebene einer statistischen diffraktiven Phasenstruktur eines Strahlhomogenisierers in einem erfindungsgemäßen Lasersystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 5b eine transversale Leistungsdichteverteilung des Laserlichts in einer Ebene einer Lichteintrittsfläche einer Multimodenfaser im Lasersystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 5c eine transversale Phasenverteilung des Laserlichts in der Ebene der Lichteintrittsfläche der Multimodenfaser im Lasersystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lasersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform;
  • 7a-7c das am Ende einer Multimodefaser gemessene Strahlprofil bei einem zentral (7a) und mit unterschiedlichen Offsets ( 7b, 7c) eingekoppelten Grundmodestrahl;
  • 8a, 8b die Phasenmaske eines eindimensionalen, diffraktiven optischen Elements und das zugehörige Intensitätsprofil; und
  • 9a, 9b die Phasenmaske eines zweidimensionalen, diffraktiven optischen Elements und das zugehörige Intensitätsprofil.
Further advantages and advantageous embodiments of the subject invention will become apparent from the description, the claims and the drawings. Likewise, the features mentioned above and the features listed further can be used individually or in combination in any combination. The embodiments shown and described are not to be understood as exhaustive enumeration, but rather have exemplary character for the description of the invention. Show it:
  • 1 a schematic representation of a laser system according to the invention according to a first embodiment;
  • 2a . 2 B a transverse power density distribution at a light exit surface of a multimode fiber in a mode excitation with the aid of a Gaussian beam ( 2a) and a homogenized beam profile ( 2 B) ;
  • 3a . 3b an illustration for calculating the plateau uniformity and the beam uniformity of a homogenized beam profile, which by a beam homogenizer of the in 1 shown laser system is generated;
  • 4a a transverse phase distribution of a laser light in a plane of a diffractive optical element of the beam homogenizer of the in 1 shown laser system;
  • 4b a transversal power density distribution of the laser light in a plane of a light entrance surface of a multimode fiber of the in 1 shown laser system;
  • 4c a transverse phase distribution of the laser light in the plane of the light entry surface of the multimode fiber of the in 1 shown laser system;
  • 5a a transverse phase distribution of a laser light in a plane of a statistical diffractive phase structure of a beam homogenizer in a laser system according to the invention according to a second embodiment;
  • 5b a transverse power density distribution of the laser light in a plane of a light entrance surface of a multi-mode fiber in the laser system according to the second embodiment;
  • 5c a transverse phase distribution of the laser light in the plane of the light entrance surface of the multi-mode fiber in the laser system according to the second embodiment;
  • 6 a schematic representation of a laser system according to the invention according to a second embodiment;
  • 7a-7c the beam profile measured at the end of a multimode fiber at a central ( 7a) and with different offsets ( 7b . 7c) coupled basic mode beam;
  • 8a . 8b the phase mask of a one-dimensional, diffractive optical element and the associated intensity profile; and
  • 9a . 9b the phase mask of a two-dimensional, diffractive optical element and the associated intensity profile.

Die 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Lasersystems 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Lasersystem 1 ist zur Bearbeitung einer Objektoberfläche 25 eines Werkstücks konfiguriert. Eine solche Bearbeitung eines Werkstücks kann beispielsweise eine Laserablation, ein Laserschweißen oder ein Laserbeschriften sein.The 1 schematically shows the structure of a laser system 1 according to a first embodiment. The laser system 1 is for editing an object surface 25 a workpiece configured. Such a machining of a workpiece may, for example, be a laser ablation, a laser welding or a laser marking.

Das Lasersystem 1 ist konfiguriert, in einem Bearbeitungsbereich einen Bearbeitungsfokus 21 zu erzeugen. Zumindest an einer Position innerhalb des Bearbeitungsfokus 21 weist das Laserlicht ein Strahlprofil auf, welches in guter Näherung einem Top-Hat-Strahlprofil (auch als Flat-Top bezeichnet) entspricht. Das Top-Hat-Strahlprofil ist ein ideales Strahlprofil in Form eines Kastens. Ein Strahlprofil, welches in guter Näherung einem Top-Hat-Strahlprofil entspricht, kann beispielsweise ein Super-Gauß-Profil einer höheren Ordnung sein. Viele Anwendungen im Bereich der Materialbearbeitung profitieren von einem Multimode-Strahlprofil, welches in möglichst guter Näherung einem solchen Top-Hat-Strahlprofil entspricht.The laser system 1 is configured to have a machining focus in a machining area 21 to create. At least at one position within the machining focus 21 the laser light has a beam profile which, in a good approximation, corresponds to a top hat beam profile (also referred to as a flat top). The Top Hat beam profile is an ideal beam profile in the form of a box. For example, a beam profile that closely approximates a top hat beam profile may be a higher order super Gaussian profile. Many applications in the area of material processing benefit from a multi-mode beam profile, which corresponds as closely as possible to such a top-hat beam profile.

Das Lasersystem 1 weist einen Laser 24 auf, welcher Laserlicht erzeugt und in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Grundmode-fasergekoppelter Laser, z.B. Diodenlaser mit Singlemodekopplung, konfiguriert ist. Grundmoden-Faserlaser stellen eine hohe Flexibilität in der zeitlichen und spektralen Pulsformung für das erzeugte Laserlicht bereit. Das Laserlicht des Grundmoden-Faserlasers wird über eine Monomodenfaser 2 einem Strahlhomogenisierer 5 zugeführt. Der eintreffende Laserstrahl 3, welcher von der Monomodenfaser 2 emittiert wird und auf den Strahlhomogenisierer 5 einfällt, ist mit hoher Genauigkeit ein Gauß-Strahl. Daher kann durch Verwendung des Grundmoden-Faserlasers sichergestellt werden, dass keine Veränderungen im Strahlprofil des eintreffenden Laserstrahls 3 auftreten. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass das Lasersystem 1 einen Laser eines unterschiedlichen Typs aufweist. Ferner ist es auch denkbar, dass das Laserlicht unter Verwendung einer Multimodenfaser und/oder als freier Strahl zum Strahlhomogenisierer 5 geführt wird.The laser system 1 has a laser 24 which laser light is generated and configured in the embodiment shown as a fundamental mode fiber-coupled laser, for example diode laser with single mode coupling. Ground mode fiber lasers provide high flexibility in temporal and spectral pulse shaping for the laser light produced. The laser light of the fundamental mode fiber laser is transmitted through a single mode fiber 2 a jet homogenizer 5 fed. The incoming laser beam 3 , which of the single-mode fiber 2 is emitted and on the beam homogenizer 5 is incident, is a Gaussian beam with high accuracy. Therefore, by using the fundamental mode fiber laser, it can be ensured that there are no changes in the beam profile of the incoming laser beam 3 occur. Alternatively, however, it is also conceivable that the laser system 1 a laser of a different type. Furthermore, it is also conceivable that the laser light using a multi-mode fiber and / or as a free beam to Strahlhomogenisierer 5 to be led.

Wie in 1 zu sehen ist, bewirkt der Strahlhomogenisierer 5 eine Freiraumkopplung zwischen der Monomodenfaser 2 und einer Multimodenfaser 4. Das in die Multimodenfaser 4 eingekoppelte Laserlicht wird mit Hilfe der Multimodenfaser 4 zu einem optionalen Verstärker 18 transportiert. Das aus dem Verstärker 18 ausgehende, verstärkte Laserlicht wird durch die Multimodenfaser 4 oder durch eine weitere Multimodenfaser 23 einem Bearbeitungskopf 19 zugeführt, je nachdem ob im Verstärker 18 das Laserlicht aus der Multimodenfaser 4 ausgekoppelt wird. Der Verstärker 18 kann beispielsweise als Faserverstärker ausgebildet sein. Hierbei kann zumindest ein Abschnitt der Multimodenfaser 4 als aktive optische Faser ausgebildet sein. Es sind jedoch auch andere Konfigurationen des Verstärkers 18 denkbar.As in 1 can be seen causes the Strahlhomogenisierer 5 a free space coupling between the single mode fiber 2 and a multi-mode fiber 4 , That into the multimode fiber 4 Coupled laser light is using the multimode fiber 4 to an optional amplifier 18 transported. That from the amplifier 18 Outgoing, amplified laser light is transmitted through the multimode fiber 4 or through another multimode fiber 23 a machining head 19 supplied, depending on whether in the amplifier 18 the laser light from the multimode fiber 4 is decoupled. The amplifier 18 may be formed for example as a fiber amplifier. In this case, at least a portion of the multimode fiber 4 be formed as an active optical fiber. However, there are other configurations of the amplifier 18 conceivable.

Der Bearbeitungskopf 19 ist als Fokussiersystem konfiguriert, welches eine Kollimationsoptik 20 und eine Fokussieroptik 22 aufweist. Der Bearbeitungskopf 19 weist ferner ein optionales Scansystem 30 auf, welches im Laserlicht zwischen der Kollimationsoptik 20 und der Fokussieroptik 22 angeordnet ist. Durch die Fokussieroptik 22 wird der Laserstrahl, welcher durch die Kollimationsoptik 20 kollimiert wurde, in den Bearbeitungsbereich fokussiert, um den Bearbeitungsfokus 21 zu erzeugen. Ein Strahlprofil des Laserstrahls, zumindest an einer Position innerhalb des Bearbeitungsfokus 21, ist ein Top-Hat-angenähertes Strahlprofil.The machining head 19 is configured as a focusing system which has collimation optics 20 and a focusing optics 22 having. The machining head 19 also has an optional scanning system 30 on which in the laser light between the collimation optics 20 and the focusing optics 22 is arranged. Through the focusing optics 22 becomes the laser beam, which by the Kollimationsoptik 20 collimated, focused in the editing area to the machining focus 21 to create. A beam profile of the laser beam, at least at a position within the machining focus 21 , is a top-hat-approximated beam profile.

Der Strahlhomogenisierer 5 ist so konfiguriert, dass aus dem gaußförmigen Strahlprofil des eintreffenden Laserstrahls 3 ein homogenisiertes Strahlprofil auf einer Lichteintrittsfläche 10 der Multimodenfaser 4 erzeugt wird. Das homogenisierte Strahlprofil ist hierbei ebenso ein Top-Hat-angenähertes Strahlprofil. Die Modenanregung in der Multimodenfaser 4 erfolgt daher unter Verwendung des homogenisierten Strahlprofils.The jet homogenizer 5 is configured so that from the gaussian beam profile of the incoming laser beam 3 a homogenized beam profile on a light entry surface 10 the multimode fiber 4 is produced. The homogenized beam profile is also a top-hat-approximated beam profile. The mode excitation in the multimode fiber 4 is therefore done using the homogenized beam profile.

Es hat sich gezeigt, dass mit Hilfe der Modenanregung in der Multimodenfaser 4 unter Verwendung des homogenisierten Strahlprofils ein Bearbeitungsfokus 21 in einem Bearbeitungsbereich erzeugt werden kann, wobei ein Strahlprofil an einer Position innerhalb des Bearbeitungsfokus 21 in guter Näherung einem Top-Hat-Strahlprofil entspricht. Das Top-Hat-angenäherte Strahlprofil hängt dabei weniger empfindlich von der Ausrichtung des Strahlhomogenisierers 5 zum eintreffenden Laserstrahl 3 ab. Werden Laser verwendet, welche einen eintreffenden Laserstrahl 3 mit fluktuierendem Strahlprofil erzeugen, besteht verminderte empfindliche Abhängigkeit des Top-Hat-angenäherten Strahlprofils im Bearbeitungsfokus 21 von diesen Fluktuationen gegenüber herkömmlichen Herangehensweisen. Fluktuierende Strahlprofile können sich insbesondere dann ergeben, wenn das Laserlicht nicht durch eine Monomodenfaser geführt werden kann, beispielsweise, wenn im Bearbeitungsbereich hohe Pulsenergien bereitgestellt werden sollen.It has been shown that with the help of mode excitation in the multimode fiber 4 under Using the homogenized beam profile a machining focus 21 can be generated in a processing area, wherein a beam profile at a position within the processing focus 21 in a good approximation corresponds to a top hat beam profile. The top hat-approximated beam profile is less sensitive to the orientation of the beam homogenizer 5 to the incoming laser beam 3 from. Lasers are used, which an incoming laser beam 3 With a fluctuating beam profile, there is a reduced sensitive dependence of the top-hat-approximated beam profile in the machining focus 21 from these fluctuations over conventional approaches. Fluctuating beam profiles can arise, in particular, when the laser light can not be guided through a monomode fiber, for example, when high pulse energies are to be provided in the processing area.

Zudem hat sich gezeigt, dass mit Hilfe der Modenanregung in der Multimodenfaser 4 unter Verwendung des homogenisierten Strahlprofils eine vergleichsweise große Propagationsdistanz D im Bearbeitungsbereich erhalten werden kann, über welche das Strahlprofil in guter Näherung dem Top-Hat-Strahlprofil entspricht. Es konnte nachgewiesen werden, dass durch die Einkopplung des Laserlichts in die Multimodenfaser 4 mit Hilfe des homogenisierten Strahlprofils eine deutlich höhere Anzahl an Moden (Modengemisch) innerhalb der Multimodenfaser 4 angeregt werden kann, verglichen mit einer Einkopplung unter Verwendung eines gaußförmigen Strahlprofils.It has also been shown that with the help of mode excitation in the multimode fiber 4 using the homogenized beam profile, a comparatively large propagation distance D in the processing region can be obtained, via which the beam profile corresponds to the top hat beam profile to a good approximation. It could be proven that the coupling of the laser light into the multimode fiber 4 with the aid of the homogenized beam profile, a significantly higher number of modes (mode mixture) within the multimode fiber 4 can be excited compared to a coupling using a Gaussian beam profile.

Wie in 2a und 2b durch ein Experiment an einer beispielhaften Multimodenfaser 4 gezeigt wird, ist die Leistungsdichteverteilung an einer Lichtaustrittsfläche der Multimodenfaser 4 homogener, wenn eine höhere Anzahl an Moden innerhalb der Multimodenfaser angeregt wird. Der Kern der Multimodenfaser 4, welche in dem Experiment verwendet wurde, weist einen Durchmesser von 75 µm auf.As in 2a and 2 B through an experiment on an exemplary multimode fiber 4 is shown, the power density distribution at a light exit surface of the multimode fiber 4 more homogeneous, if a higher number of modes within the multimode fiber is excited. The core of the multimode fiber 4 which was used in the experiment has a diameter of 75 μm.

2a zeigt die Leistungsdichteverteilung an der Lichtaustrittsfläche der Multimodenfaser 4 in einem Fall, in welchem ein Gaußstrahl an der Lichteintrittsfläche 10 der Multimodenfaser 4 eingekoppelt wird. Moden höherer Ordnung lassen sich in der Multimodenfaser 4 beispielsweise durch Einkopplung (Spotgröße, Position), Biegungen (Mikro, Makro) und gezielte Inhomogenität des transversalen Faserprofils entlang z in der Multimodenfaser 4 anregen. Daher weist die Leistungsdichteverteilung an der Lichtaustrittsfläche der Multimodenfaser 4 ein Interferenzmuster auf, das durch Modeninterferenz innerhalb der Multimodenfaser 4 erzeugt wird und dessen Form stark von der Lage der Multimodenfaser 4 abhängt. 2a shows the power density distribution at the light exit surface of the multimode fiber 4 in a case where a Gaussian beam is incident on the light entrance surface 10 the multimode fiber 4 is coupled. Higher order modes can be found in the multimode fiber 4 for example, by coupling (spot size, position), bends (micro, macro) and targeted inhomogeneity of the transverse fiber profile along z in the multimode fiber 4 stimulate. Therefore, the power density distribution at the light exit surface of the multi-mode fiber 4 an interference pattern due to mode interference within the multimode fiber 4 is generated and the shape of which strongly depends on the location of the multimode fiber 4 depends.

Im Vergleich hierzu zeigt 2b die Leistungsdichteverteilung an der Lichtaustrittsfläche der Multimodenfaser 4, wenn an der Lichteintrittsfläche 10 ein homogenisiertes Strahlprofil erzeugt wird, wie dies bei dem in 1 gezeigten Lasersystem 1 erfolgt. Wie an 2b zu erkennen ist, wird der Interferenzkontrast des Interferenzmusters deutlich unterdrückt. Wird also eine höhere Anzahl an Moden angeregt, so sinkt der Interferenzkontrast, und die Leistungsdichteverteilung an der Lichtaustrittsfläche der Multimodenfaser wird homogener.In comparison shows 2 B the power density distribution at the light exit surface of the multimode fiber 4 when at the light entry surface 10 a homogenized beam profile is generated, as in the 1 shown laser system 1 he follows. How to 2 B can be seen, the interference contrast of the interference pattern is significantly suppressed. Thus, when a higher number of modes is excited, the interference contrast decreases, and the power density distribution at the light emitting surface of the multi-mode fiber becomes more homogeneous.

Für das Lasersystem 1 hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das homogenisierte Strahlprofil an der Lichteintrittsfläche 10 der Multimodenfaser 4 eine Plateaugleichförmigkeit (engl.: plateau uniformity) aufweist mit einer Kennzahl, welche geringer ist als 0,3, bevorzugt als 0,2 und besonders bevorzugt 0,1. Definitionsgemäß weist für das ideale Top-Hat-Strahlprofil die Plateaugleichförmigkeit eine Kennzahl von 0 auf. Die Plateaugleichförmigkeit kann an einer Leistungsdichteverteilung oder an einer Energiedichteverteilung des homogenisierten Strahlprofils gemessen sein. Bei Pulslasern kann beispielsweise die Energiedichteverteilung als Messgröße verwendet werden, wobei die Energiedichteverteilung eine Integration der Leistungsdichteverteilung über einen oder mehrere Laserpulse repräsentieren kann.For the laser system 1 it has proven to be advantageous if the homogenized beam profile at the light entry surface 10 the multimode fiber 4 has a plateau uniformity with a score which is less than 0.3 , preferably as 0.2 and especially preferred 0.1 , By definition, for the ideal top-hat beam profile, the plateau uniformity has an index of zero. The plateau uniformity may be measured on a power density distribution or on an energy density distribution of the homogenized beam profile. In pulsed lasers, for example, the energy density distribution can be used as a measured variable, wherein the energy density distribution can represent an integration of the power density distribution over one or more laser pulses.

Die Plateaugleichförmigkeit ist definiert gemäß der Norm ISO 13694:2015 und wird anhand der 3a und 3b illustriert. Der Inhalt dieser Norm wird durch Verweis vollumfänglich einbezogen. Im Einklang mit dieser Norm ist die Plateaugleichförmigkeit UPE für eine Energiedichteverteilung des homogenisierten Strahlprofils definiert durch U P E = Δ E F W H M E m a x ,

Figure DE102017217145A1_0001
wobei ΔEFWHM die volle Halbwertsbreite in einem Energiedichtehistogramm N(E) (gezeigt in 3b) ist. Das Energiedichtehistogramm N(E) gibt die Anzahl N der Positionen in der Querschnittsebene des homogenisierten Strahlprofils an, an welchen die Energiedichte E aufgezeichnet wurde. Das zugehörige zweidimensionale homogenisierte Strahlprofil ist in er 3a durch einen eindimensionalen Schnitt illustriert. Das Maximum 28 des Energiedichtehistogramms, an dem die volle Halbwertsbreite ΔEFWHM gemessen wird, bezieht sich auf das Plateau 27 der Energiedichteverteilung. Daher endet die rechte Flanke 29 des Maximums 28 häufig beim Maximalwert der Energiedichteverteilung Emax .The plateau irregularity is defined according to the standard ISO 13694: 2015 and is based on the 3a and 3b illustrated. The content of this standard is incorporated by reference in its entirety. In accordance with this standard, the plateau uniformity U PE for an energy density distribution of the homogenized beam profile is defined by U P e = Δ e F W H M e m a x .
Figure DE102017217145A1_0001
where ΔE FWHM is the full half width in an energy density histogram N (E) (shown in FIG 3b) is. The energy density histogram N (E) indicates the number N of positions in the cross-sectional plane of the homogenized beam profile at which the energy density E was recorded. The associated two-dimensional homogenized beam profile is in he 3a illustrated by a one-dimensional cut. The maximum 28 of the energy density histogram at which the full half width ΔE FWHM is measured relates to the plateau 27 the energy density distribution. Therefore, the right flank ends 29 of the maximum 28 often at the maximum value of the energy density distribution E max ,

Entsprechend ist die Plateaugleichförmigkeit UPH für die Leistungsdichteverteilung des homogenisierten Strahlprofils definiert durch U P H = Δ H F W H M H m a x ,

Figure DE102017217145A1_0002
wobei ΔHFWHM die volle Halbwertsbreite in einem Leistungsdichtehistogramm N(H) (nicht gezeigt in 3a und 3b) ist, welches die Anzahl N der Positionen in der Querschnittsebene des homogenisierten Strahlprofils angibt, an welchen die Leistungsdichte H aufgezeichnet wurde. Die volle Halbwertsbreite ΔHFWHM bezieht sich auf das Plateau der Leistungsdichteverteilung.Accordingly, the plateau uniformity U PH for the power density distribution of the homogenized beam profile is defined by U P H = Δ H F W H M H m a x .
Figure DE102017217145A1_0002
where ΔH FWHM is the full half width in a power density histogram N (H) (not shown in FIG 3a and 3b) which indicates the number N of positions in the cross-sectional plane of the homogenized beam profile at which the power density H has been recorded. The full half width ΔH FWHM refers to the plateau of the power density distribution.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das homogenisierte Strahlprofil eine Flankensteilheit (engl.: edge steepness) aufweist mit einer Kennzahl, welche geringer ist als 0,3, bevorzugt 0,2 und besonders bevorzugt 0,1. Wie nachfolgend genauer erklärt wird, ist die Flankensteilheit bezogen auf Schwellenwerte von 10 % und 90 % eines Maximalwertes des homogenisierten Strahlprofils. Die Flankensteilheit kann auf Basis der Energie- oder Leistungsdichteverteilung berechnet sein. Für die Energiedichteverteilung ist der Maximalwert Emax in 3a gezeigt.Furthermore, it has proved to be advantageous if the homogenized beam profile has an edge steepness with an index which is less than 0.3 , prefers 0.2 and especially preferred 0.1 , As explained more fully below, the slope is based on threshold values of 10% and 90% of a maximum value of the homogenized beam profile. The slew rate can be calculated based on the energy or power density distribution. For the energy density distribution is the maximum value E max in 3a shown.

Die Flankensteilheit ist definiert gemäß der Norm EN ISO 13694:2015 . Im Einklang mit dieser Norm ist die Flankensteilheit Sη,ε gemäß folgendem Ausdruck definiert: S η , ε = A η A ε A η ,

Figure DE102017217145A1_0003
wobei Aη die Bestrahlungsfläche bezeichnet, welche diejenigen Werte des Strahlprofils repräsentiert, welche den Anteil η des Maximalwertes (der Energie- bzw. Leistungsdichteverteilung) übersteigen. Entsprechend bezeichnet Aε die Bestrahlungsfläche, welche diejenigen Werte des Strahlprofils repräsentiert, welche den Anteil ε des Maximalwertes übersteigen. η und ε repräsentieren daher Schwellenwerte. Für die angegebenen Werte in der vorliegenden Offenbarung soll η auf 10% des Maximalwertes und ε auf 90% des Maximalwertes festgelegt sein. Für das ideale Top-Hat-Strahlprofil weist die Flankensteilheit eine Kennzahl von 0 auf.The slope is defined according to the Standard EN ISO 13694: 2015 , In accordance with this standard, the edge steepness S η, ε is defined according to the following expression: S η . ε = A η - A ε A η .
Figure DE102017217145A1_0003
where A η denotes the irradiation area which represents those values of the beam profile which exceed the proportion η of the maximum value (the energy or power density distribution). Correspondingly, A ε denotes the irradiation area, which represents those values of the beam profile which exceed the proportion ε of the maximum value. η and ε therefore represent threshold values. For the given values in the present disclosure, η should be set to 10% of the maximum value and ε to 90% of the maximum value. For the ideal top-hat beam profile, the slope has a ratio of 0.

Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Anteil von zumindest 80 % einer Gesamtenergie oder -leistung des harmonisierten Strahlprofils eine Strahlgleichförmigkeit (engl.: beam uniformity) aufweist, welche gleichförmiger ist als ±10%, bevorzugt ±5% und besonders bevorzugt ±2%. Die Strahlgleichförmigkeit ist hierbei definiert gemäß der Norm ISO 13694:2015 und wird mit Hilfe der 3a illustriert. Die Strahlgleichförmigkeit kann auf Basis der Energiedichteverteilung oder der Leistungsdichteverteilung bestimmt sein. Im Einklang mit dieser Norm ergibt sich für die Berechnung der Strahlgleichförmigkeit Uϱ aus der Energiedichteverteilung: U ϱ = 1 E ϱ ave 1 A ϱ [ E ( x , y ) E ϱ ave ] 2 d x d y ,

Figure DE102017217145A1_0004
wobei der Mittelwert Eϱave (illustriert in der 3a) aus den Werten der Energiedichteverteilung innerhalb der Bestrahlungsfläche Aϱ berechnet wird. Die Bestrahlungsfläche Aϱ (illustriert in der 3a) ist eine Fläche, welche diejenigen Werte der Energiedichteverteilung repräsentiert, welche einen Anteil ρ des Maximalwertes der Energiedichteverteilung Emax übersteigen.Furthermore, it has proven to be advantageous if a proportion of at least 80% of a total energy or power of the harmonized beam profile has a beam uniformity which is more uniform than ± 10%, preferably ± 5% and particularly preferred ± 2%. The beam uniformity is defined in accordance with the standard ISO 13694: 2015 and is calculated using the 3a illustrated. The beam uniformity may be determined based on the energy density distribution or the power density distribution. In accordance with this standard, the calculation of the beam uniformity U ρ results from the energy density distribution: U ρ = 1 e ρ ave 1 A ρ [ e ( x . y ) - e ρ ave ] 2 d x d y .
Figure DE102017217145A1_0004
the mean E ρave (illustrated in the 3a) is calculated from the values of the energy density distribution within the irradiation area A ρ . The irradiation area A ρ (illustrated in FIG 3a) is an area representing those values of the energy density distribution which is a fraction ρ of the maximum value of the energy density distribution E max exceed.

Entsprechend ergibt sich für die Strahlgleichförmigkeit Uϱ basierend auf der Leistungsdichteverteilung: U κ = 1 H k ave 1 A κ [ H ( x , y ) H κ ave ] 2 d x d y ,

Figure DE102017217145A1_0005
wobei der Mittelwert Hκave aus den Werten der Leistungsdichteverteilung innerhalb der Bestrahlungsfläche Aκ berechnet wird. Die Bestrahlungsfläche Aκ ist eine Fläche, welche diejenigen Werte der Energiedichteverteilung repräsentiert, welche einen Anteil κ des Maximalwertes der Leistungsdichteverteilung Hmax übersteigen.Accordingly, the beam uniformity U ρ is based on the power density distribution: U κ = 1 H k ave 1 A κ [ H ( x . y ) - H κ ave ] 2 d x d y .
Figure DE102017217145A1_0005
wherein the mean value H kave is calculated from the values of the power density distribution within the irradiation area A κ . The irradiation area A κ is an area which represents those values of the energy density distribution which comprise a portion κ of the maximum value of the power density distribution H max exceed.

Für die Berechnung der in dieser Offenbarung angegebenen Werte für das homogenisierte Strahlprofil werden ρ und κ jeweils so gewählt, dass sich 80% der Gesamtenergie, bzw. der Gesamtleistung, integriert über den Strahlquerschnitt, innerhalb der Bestrahlungsfläche Aϱ bzw. Aκ befinden.For the calculation of the values for the homogenized beam profile given in this disclosure, ρ and κ are respectively selected such that 80% of the total energy or the total power, integrated over the beam cross-section, are within the irradiation area A ρ or A κ .

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das homogenisierte Strahlprofil entsprechend oder im Wesentlichen entsprechend ist zu einem Super-Gauß-Strahlprofil mit einer Ordnung größer/gleich 5, bevorzugt größer/gleich 7 und besonders bevorzugt größer/gleich 10.Furthermore, it has proved to be advantageous if the homogenized beam profile is corresponding to or substantially corresponding to a super Gaussian beam profile with an order greater than / equal to 5, preferably greater than or equal to 7 and more preferably greater than or equal to 10 ,

Für die Energiedichteverteilung ist das Super-Gauß-Strahlprofil definiert durch: E ( r ) = E 0 exp [ 2 ( r w ) n ] ,

Figure DE102017217145A1_0006
und entsprechend ist für die Leistungsdichteverteilung das Super-Gauß-Strahlprofil definiert durch: H ( r ) = H 0 exp [ 2 ( r w ) n ] ,
Figure DE102017217145A1_0007
wobei r bei einem runden Strahlquerschnitt der Betrag des Radiusvektors in der Querschnittsebene ist, dessen Ursprung mit der Strahlachse des Laserlichts zusammenfällt, oder bei einem z.B. rechteckigen oder elliptischen Strahlquerschnitt auch nur x oder y sein kann. Der Parameter n ist die Ordnung des Super-Gauß-Strahlprofils und w ist ein Maß für die transversale Ausdehnung des Super-Gauß-Strahlprofils. Ein Super-Gauß-Strahlprofil der Ordnung 2 entspricht einem Gauß-Strahlprofil. Mit zunehmender Ordnung nähert sich das Super-Gauß-Strahlprofil dem Top-Hat-Strahlprofil an.For the energy density distribution, the super Gaussian beam profile is defined by: e ( r ) = e 0 exp [ - 2 ( r w ) n ] .
Figure DE102017217145A1_0006
and, correspondingly, for the power density distribution, the super Gaussian beam profile is defined by: H ( r ) = H 0 exp [ - 2 ( r w ) n ] .
Figure DE102017217145A1_0007
where r in the case of a round beam cross section is the magnitude of the radius vector in the cross-sectional plane whose origin coincides with the beam axis of the laser light or, in the case of, for example, a rectangular or elliptical beam cross-section, can only be x or y. The parameter n is the order of the super Gaussian beam profile and w is a measure of the transverse extent of the super Gaussian beam profile. A super Gaussian beam profile of order 2 corresponds to a Gaussian beam profile. As the order increases, the super Gaussian beam profile approaches the top hat beam profile.

Wie anhand der 1 zu erkennen ist, trifft das Laserlicht konvergierend auf die Lichteintrittsfläche 10 der Multimodenfaser 4. Ein Konvergenzwinkel des Laserlichts an der Lichteintrittsfläche 10 entspricht im Wesentlichen einem Akzeptanzwinkel der Multimodenfaser 4. Der Konvergenzwinkel ist dabei definiert als der Winkel zwischen einer Randgeraden des Laserlichts und der Strahlachse, d.h., der halbe Öffnungswinkel. Der Akzeptanzwinkel ist der maximale Einfallswinkel relativ zur Achse der Multimodenfaser 4, unter dem ein Lichtstrahl auf die Lichteintrittsfläche 10 einfallen darf, um in der Multimodenfaser 4 noch durch Totalreflexionen weitergeleitet zu werden. Dadurch wird die numerische Apertur der Multimodenfaser 4 ausgeleuchtet, so dass eine hohe Anzahl von Moden angeregt wird. Gleichzeitig wird ein Leistungsverlust durch einen zu großen Konvergenzwinkel vermieden. Eine Anregung vieler Moden wird zudem dadurch erreicht, dass das homogenisierte Strahlprofil im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichteintrittsfläche 10 der Multimodenfaser 4 ist. Beispielsweise kann der Parameter w der Super-Gauß-Verteilung dem Radius des Kerns der Multimodenfaser 4 entsprechen oder im Wesentlichen entsprechen. Dadurch ist einerseits gewährleistet, dass ein hoher Anteil der Laserlichtintensität in die Multimodenfaser 4 eingekoppelt wird. Darüber hinaus gewährleistet dies die Anregung einer hohen Anzahl an Moden innerhalb der Multimodenfaser und damit eine vergleichsweise gute Homogenisierung des Top-Hat-angenäherten Strahlprofils, welches sich innerhalb des Bearbeitungsfokus 21 befindet.As based on the 1 can be seen, the laser light converges on the light entry surface 10 the multimode fiber 4 , A convergence angle of the laser light at the light entry surface 10 essentially corresponds to an acceptance angle of the multimode fiber 4 , The convergence angle is defined as the angle between an edge line of the laser light and the beam axis, ie, half the opening angle. The acceptance angle is the maximum angle of incidence relative to the axis of the multimode fiber 4 , under which a ray of light on the light entry surface 10 may come to mind in the multimode fiber 4 to be forwarded by total reflections. This will be the numerical aperture of the multimode fiber 4 illuminated, so that a high number of modes is excited. At the same time a power loss is avoided by a too large convergence angle. An excitation of many modes is also achieved in that the homogenized beam profile substantially congruent with the light entry surface 10 the multimode fiber 4 is. For example, the parameter w of the super Gaussian distribution may be the radius of the core of the multimode fiber 4 correspond or substantially correspond. This ensures on the one hand that a high proportion of the laser light intensity in the multimode fiber 4 is coupled. In addition, this ensures the excitation of a high number of modes within the multimode fiber and thus a comparatively good homogenization of the top-hat-approximated beam profile, which is within the processing focus 21 located.

Die gewünschte Ausdehnung des homogenisierten Strahlprofils an der Lichteintrittsfläche 10 und der gewünschte Konvergenzwinkel werden durch eine Abbildungsoptik 6 des Strahlhomogenisierers ermöglicht, welche einen Zwischenfokus 9 auf die Lichteintrittsfläche 10 des Kerns der Multimodenfaser 4 abbildet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Abbildungsoptik 6 beispielsweise als 4f-Abbildungsoptik ausgebildet, welche zwei refraktive optische Elemente 15 und 16 mit jeweils positiver Brechkraft aufweist. Es sind jedoch auch andere Konfigurationen der Abbildungsoptik 6 denkbar.The desired extension of the homogenized beam profile at the light entry surface 10 and the desired convergence angle are achieved by imaging optics 6 of the Strahlhomogenisierers, which allows an intermediate focus 9 on the light entry surface 10 the core of the multimode fiber 4 maps. In the embodiment shown, the imaging optics 6 For example, formed as a 4f imaging optics, which two refractive optical elements 15 and 16 each having positive refractive power. However, there are other configurations of the imaging optics 6 conceivable.

Im Zwischenfokus 9 wird ein homogenisiertes Strahlprofil erzeugt, welches im Vergleich zum Strahlprofil des eintreffenden Laserstrahls 3 homogenisiert ist. Hierzu weist der Strahlhomogenisierer 5 ein diffraktives optisches Element 7 auf, auf welches kollimiertes Laserlicht einfällt. Durch eine Fokussieroptik 8, wird das Laserlicht, welches vom diffraktiven optischen Element 7 ausgeht, auf den Zwischenfokus 9 in einer Brennebene der Fokussieroptik 8 fokussiert. Es ist denkbar, dass das Lasersystem 1 so konfiguriert ist, dass die Lichteintrittsfläche 10 der Multimodenfaser 4 am Ort des Zwischenfokus 9 angeordnet ist. In diesem Fall weist der Strahlhomogenisierer 5 keine Abbildungsoptik 6 auf. Optional kann es sinnvoll sein, Blenden 14, 26 einzusetzen um parasitäre Beugungsordnung des diffraktiven optischen Elements 7 auszublenden.In the intermediate focus 9 a homogenized beam profile is generated, which compared to the beam profile of the incoming laser beam 3 is homogenized. For this purpose, the Strahlhomogenisierer 5 a diffractive optical element 7 on which collimated laser light is incident. Through a focusing optics 8th , the laser light is emitted by the diffractive optical element 7 goes out to the intermediate focus 9 in a focal plane of the focusing optics 8th focused. It is conceivable that the laser system 1 is configured so that the light entry surface 10 the multimode fiber 4 at the place of the intermediate focus 9 is arranged. In this case, the beam homogenizer points 5 no imaging optics 6 on. Optionally, it may be useful to aperture 14 . 26 to use parasitic diffraction order of the diffractive optical element 7 hide.

Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, dass das homogenisierte Strahlprofil an der Lichteintrittsfläche 10 der Multimodenfaser 4 unter Verwendung von reflektiven und/oder refraktiven optischen Elementen erzeugt wird. Beispielsweise kann der Strahlhomogenisierer 5 zwei optische Elemente aufweisen. Jedes der optischen Elemente kann als asphärische Linse oder asphärischer Spiegel konfiguriert sein.Alternatively or additionally, it is also conceivable that the homogenized beam profile at the light entry surface 10 the multimode fiber 4 is generated using reflective and / or refractive optical elements. For example, the beam homogenizer 5 have two optical elements. Each of the optical elements may be configured as an aspheric lens or aspheric mirror.

Das kollimierte Laserlicht zur Beleuchtung des diffraktiven optischen Elements 7 wird von einer Kollimationsoptik 11 und einem optionalen Strahlaufweiter 13 erzeugt, welche jeweils stromaufwärts des diffraktiven optischen Elements 7 angeordnet sind. Zwischen der Kollimationsoptik 11 und dem Strahlaufweiter 13 ist optional ein Isolator 12 im Laserlicht angeordnet, dieser kann auch an einer anderen Stelle platziert werden, um eine Rückreflexion von Teilen des Laserlichts in den Laser 24 zu verhindern.The collimated laser light for illuminating the diffractive optical element 7 is by a collimation optics 11 and an optional beam expander 13 generated respectively upstream of the diffractive optical element 7 are arranged. Between the collimation optics 11 and the beam expander 13 is optional an isolator 12 When placed in laser light, it can also be placed elsewhere to allow back reflection of parts of the laser light into the laser 24 to prevent.

Das diffraktive optische Element 7 weist eine diffraktive Phasenstruktur auf. Zusätzlich oder alternativ ist es denkbar, dass das diffraktive optische Element 7 eine diffraktive Amplitudenstruktur aufweist. Durch die Vermeidung einer diffraktiven Amplitudenstruktur kann jedoch in der Regel ein höherer Anteil der Leistung des eintreffenden Laserstrahls 3 in den Top-Hat des Top-Hat-angenäherten Strahlprofils konzentriert werden, welches sich im Bearbeitungsfokus 21 befindet. Die diffraktive Amplitudenstruktur und/oder die diffraktive Phasenstruktur können beispielsweise auf Basis eines iterativen Fouriertransformations-Algorithmus (engl.: iterative Fourier transform algorithm; IFTA) berechnet werden.The diffractive optical element 7 has a diffractive phase structure. Additionally or alternatively, it is conceivable that the diffractive optical element 7 has a diffractive amplitude structure. By avoiding a diffractive amplitude structure, however, a higher proportion of the power of the incident laser beam can as a rule be used 3 be concentrated in the top hat of the top hat approximated beam profile, which is in the processing focus 21 located. The diffractive amplitude structure and / or the diffractive phase structure can be calculated, for example, on the basis of an iterative Fourier transform algorithm (IFTA).

4a illustriert die transversale Phasenverteilung, welche durch die diffraktive Phasenstruktur des diffraktiven optischen Elements 7 erzeugt wird. Die Grauwerte repräsentieren den Phasenwinkel in Radiant in der Ebene des diffraktiven optischen Elements 7. 4b illustriert die transversale Leistungsdichteverteilung des homogenisierten Strahlprofils in einer Ebene der Lichteintrittsfläche 10 der Multimodenfaser 4, wobei die Grauwerte willkürliche Einheiten repräsentieren. 4c illustriert die transversale Phasenverteilung des homogenisierten Strahlprofils in der Ebene der Lichteintrittsfläche 10 der Multimodenfaser 4, wobei die Grauwerte den Phasenwinkel in Radiant repräsentieren. Die in 4a gezeigte rotationssymmetrische Konfiguration der transversalen Phasenverteilung erzeugt auf der Lichteintrittsfläche 10 eine im Wesentlichen plane Phasenfront, wie dies in 4c zu sehen ist. Diese plane Phasenfront bewirkt, dass lediglich rotationssymmetrische Moden in der Multimodenfaser 4 angeregt werden. 4a illustrates the transverse phase distribution caused by the diffractive Phase structure of the diffractive optical element 7 is produced. The gray values represent the phase angle in radians in the plane of the diffractive optical element 7 , 4b illustrates the transverse power density distribution of the homogenized beam profile in a plane of the light entry surface 10 the multimode fiber 4 , where the gray values represent arbitrary units. 4c illustrates the transverse phase distribution of the homogenized beam profile in the plane of the light entry surface 10 the multimode fiber 4 , where the gray values represent the phase angle in radians. In the 4a shown rotationally symmetric configuration of the transverse phase distribution generated on the light entry surface 10 a substantially planar phase front, as in 4c you can see. This planar phase front causes only rotationally symmetric modes in the multimode fiber 4 be stimulated.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine noch größere Modenmischung und damit eine noch bessere Homogenisierung des Top-Hat-angenäherten Strahlprofils im Bearbeitungsfokus 21 und eine längere Propagationsdistanz D im Bearbeitungsbereich erreicht werden können, wenn Strahlformungstechniken unter Verwendung statistischer Phasenstrukturen verwendet werden. Die Wirkungsweise von statistischen Phasenstrukturen ist ähnlich der von diffraktiven Diffusoren.However, it has been shown that an even larger mode mixture and thus an even better homogenization of the top-hat-approximated beam profile in the machining focus 21 and a longer propagation distance D in the processing area can be achieved when beamforming techniques using statistical phase structures are used. The mode of action of statistical phase structures is similar to that of diffractive diffusers.

Entsprechend wird in einem zweiten Ausführungsbeispiel das diffraktive optische Element 7 als statistische diffraktive Phasenstruktur konfiguriert. Eine solche statistische diffraktive Phasenstruktur kann beispielsweise unter Verwendung eines iterativen Fouriertransformations-Algorithmus berechnet werden. Hierbei wird beispielsweise eine statistische (zufällige) oder im Wesentlichen statistische Phasenverteilung in einer Ebene des homogenisierten Strahlprofils angenommen und durch mehrere Iterationen die transversale Phasenverteilung in der Ebene des diffraktiven optischen Elements berechnet.Accordingly, in a second embodiment, the diffractive optical element 7 configured as a statistical diffractive phase structure. Such a statistical diffractive phase structure can be calculated, for example, using an iterative Fourier transform algorithm. In this case, for example, a statistical (random) or essentially statistical phase distribution in a plane of the homogenized beam profile is assumed and the transverse phase distribution in the plane of the diffractive optical element is calculated by a plurality of iterations.

5a illustriert die transversale Phasenverteilung in der Ebene des diffraktiven optischen Elements 7 im Lasersystem 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Grauwerte repräsentieren den Phasenwinkel in Radiant. Die diffraktive Struktur des diffraktiven optischen Elements 7 ist als statistische diffraktive Phasenstruktur konfiguriert. 5b illustriert die Leistungsdichteverteilung in der Ebene der Lichteintrittsfläche 10 der Multimodenfaser 4, wobei die Grauwerte willkürliche Einheiten repräsentieren. Im zweiten Ausführungsbeispiel erzeugt die statistische diffraktive Phasenstruktur punktförmige Schwankungen im Plateaubereich der Leistungsdichteverteilung. Diese Schwankungen werden durch die Modenmischung in der Multimodenfaser 4 abgeschwächt und sind im Top-Hat-angenäherten Strahlprofil, welches sich im Bearbeitungsfokus 21 befindet, nicht mehr zu erkennen. 5a illustrates the transverse phase distribution in the plane of the diffractive optical element 7 in the laser system 1 according to the second embodiment. The gray values represent the phase angle in radians. The diffractive structure of the diffractive optical element 7 is configured as a statistical diffractive phase structure. 5b illustrates the power density distribution in the plane of the light entry surface 10 the multimode fiber 4 , where the gray values represent arbitrary units. In the second embodiment, the statistical diffractive phase structure generates point-like fluctuations in the plateau region of the power density distribution. These variations are due to the mode mixing in the multimode fiber 4 attenuated and are in the top hat-approximated beam profile, which is in the processing focus 21 is no longer recognizable.

5c zeigt die transversale Phasenverteilung in der Ebene der Lichteintrittsfläche 10 der Multimodenfaser 4 im Lasersystem 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Grauwerte repräsentieren die Phasenwerte in Radiant. Ein Vergleich zwischen den 4c und 5c zeigt, dass durch die statistische diffraktive Phasenstruktur das Licht auf der Lichteintrittsfläche 10 der Multimodenfaser 4 keine plane Wellenfront mehr bildet. Hingegen ist auf der Lichteintrittsfläche 10 die Phasenverteilung eher statistischer Natur. Es konnte gezeigt werden, dass dadurch eine größere Modenmischung in der Multimodenfaser 4 erreicht werden kann. Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel ergibt sich dadurch zusätzlich eine Anregung von Moden in der Multimodenfaser 4, welche keine rotationssymmetrischen Feldverteilungen aufweisen, wodurch sich die Anzahl der propagierenden Moden erhöht. Damit kann der Interferenzkontrast im Top-Hat-angenäherten Strahlprofil, welches sich im Bearbeitungsfokus 21 befindet, abgesenkt und eine längere Propagationsdistanz D im Bearbeitungsbereich erhalten werden. 5c shows the transverse phase distribution in the plane of the light entry surface 10 the multimode fiber 4 in the laser system 1 according to the second embodiment. The gray values represent the phase values in radians. A comparison between the 4c and 5c shows that due to the statistical diffractive phase structure, the light on the light entry surface 10 the multimode fiber 4 no longer forms a plane wavefront. On the other hand is on the light entry surface 10 the phase distribution is more statistical in nature. It could be shown that this results in a larger mix of modes in the multimode fiber 4 can be achieved. Compared to the first embodiment, this additionally results in an excitation of modes in the multimode fiber 4 , which have no rotationally symmetric field distributions, which increases the number of propagating modes. Thus, the interference contrast in the top hat-approximated beam profile, which is in the processing focus 21 is located, lowered and a longer propagation distance D are obtained in the processing area.

In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel weist der Strahlhomogenisierer 5 zwei diffraktive optische Elemente auf. Ein erstes der zwei diffraktiven optischen Elemente erzeugt das homogenisierte Strahlprofil und das zweite diffraktive optische Element heilt Phasenstörungen. Es hat sich gezeigt, dass dadurch die Homogenität des Top-Hat-angenäherten Strahlprofils ihm Bearbeitungsfokus 21 weiter erhöht und ferner eine noch größere Propagationsdistanz D im Bearbeitungsbereich erzeugt werden kann.In a further alternative embodiment, the beam homogenizer 5 two diffractive optical elements. A first of the two diffractive optical elements generates the homogenized beam profile and the second diffractive optical element heals phase disturbances. It has been shown that thereby the homogeneity of the top hat-approximated beam profile him processing focus 21 further increased and further an even greater propagation distance D can be generated in the processing area.

Es ist ferner denkbar, dass der Strahlhomogenisierer 5 eine optische Verzögerungsvorrichtung aufweist, welche einen ersten Teil des Laserlichts relativ zu mindestens einem zweiten Teil des Laserlichts verzögert. Der erste Teil durchläuft eine Verzögerungsstrecke, während der zweite Teil die Verzögerungsstrecke umgeht. Die Verzögerungsvorrichtung kann stromaufwärts eines diffraktiven optischen Elements (wie das in 1 gezeigte diffraktive optische Element 7) angeordnet sein, mit dessen Hilfe die Homogenisierung des auf den Strahlhomogenisierer eintreffenden Laserstrahls erfolgt. Eine optische Weglänge der Verzögerungsstrecke kann länger sein als eine longitudinale Kohärenzlänge des Laserlichts, welches auf die Verzögerungsvorrichtung einfällt. Die Verzögerungsvorrichtung kann so konfiguriert sein, dass der erste Teil des Laserlichts mit Hilfe eines teildurchlässigen Spiegels vom zweiten Teil des Laserlichts separiert wird.It is also conceivable that the beam homogenizer 5 an optical delay device which delays a first portion of the laser light relative to at least a second portion of the laser light. The first part goes through a delay line, while the second part bypasses the delay line. The delay device may be located upstream of a diffractive optical element (such as that in FIG 1 shown diffractive optical element 7 ), by means of which the homogenization of the laser beam incident on the beam homogenizer takes place. An optical path length of the delay line may be longer than a longitudinal coherence length of the laser light incident on the delay device. The delay device may be configured such that the first part of the laser light is separated from the second part of the laser light with the aid of a partially transmissive mirror.

Beispiele für solche Verzögerungsvorrichtungen sind beispielsweise in US 2008/0225904 A1 und US 7,486,707 B2 offenbart, welche jeweils durch Verweis vollumfänglich einbezogen werden. Durch die Verzögerungsvorrichtung können Schwankungen in der Leistungs- bzw. Energiedichteverteilung des homogenisierten Strahlprofils auf der Lichteintrittsfläche 10 der Multimodenfaser 4 verringert werden. Es hat sich gezeigt, dass dies zu einer Erhöhung der Homogenität des Top-Hat-angenäherten Strahlprofils im Bearbeitungsfokus 21 und zu einer größeren Propagationsdistanz D im Bearbeitungsbereich führt.Examples of such delay devices are, for example, in US 2008/0225904 A1 and US Pat. No. 7,486,707 B2 disclosed, which are fully incorporated by reference. The delay device can cause fluctuations in the power or energy density distribution of the homogenized beam profile on the light entry surface 10 the multimode fiber 4 be reduced. It has been shown that this leads to an increase in the homogeneity of the top-hat-approximated beam profile in the machining focus 21 and leads to a larger propagation distance D in the processing area.

Von dem in 1 gezeigten Lasersystem unterscheidet sich das in 6 gezeigte Lasersystem 1 lediglich dadurch, dass hier der Strahlhomogenisierer 5' das diffraktives optisches Elements (DOE) 7 zur Erzeugung eines Multispot-Strahlprofils aus dem gaußförmigen Strahlprofil sowie die Multimodenfaser 4 aufweist, die zu einer Multi-Modenanregung in der Multimodenfaser 4 unter Verwendung des Multispot-Strahlprofils ausgebildet ist.From the in 1 The laser system shown differs in the 6 shown laser system 1 only in that here the Strahlhomogenisierer 5 ' the diffractive optical element (DOE) 7 for generating a multispot beam profile from the gaussian beam profile and the multimode fiber 4 resulting in multi-mode excitation in the multimode fiber 4 is formed using the multi-spot beam profile.

Ein Grundmode-Strahl wird durch das Teleskop 13 aufgeweitet und propagiert kollimiert durch ein 7, welches nach Fokussierung ein Multispot-Profil erzeugt. Dieses wird auf die einkopplungsseitige Faserendfläche 10 der Multimodefaser 4 abgebildet und regt eine Vielzahl von Moden in dieser Multimodefaser 4 an, sodass Modeninterferenz reduziert wird. Hierbei verringert die hohe Anzahl an Moden den Interferenzkontrast, sodass das Strahlprofil am Faserausgang homogener ist. Hierbei muss die Höhe der eingeschriebenen Ortsfrequenz an die jeweilige Faser-NA (Akzeptanzwinkel) angepasst sein. Die Abbildungsoptik 6 bestehend aus den Linsen 15, 16, kann aber auch weggelassen werden, wenn die Linse 8 geeignet gewählt werden kann. Dies verkürzt den Aufbau deutlich (2f Aufbau statt 6f).A fundamental mode beam is transmitted through the telescope 13 expanded and propagated collimated by a 7, which generates a multi-spot profile after focusing. This becomes on the coupling-side Faserendfläche 10 the multimode fiber 4 Imaged and stimulates a variety of modes in this multi-mode fiber 4 so that mode interference is reduced. Here, the high number of modes reduces the interference contrast, so that the beam profile at the fiber output is more homogeneous. Here, the height of the registered spatial frequency must be adapted to the respective fiber NA (acceptance angle). The imaging optics 6 consisting of the lenses 15 . 16 , but can also be omitted if the lens 8th can be suitably selected. This shortens the structure significantly ( 2f Construction takes place 6f ).

Die Wirkungsweise der Multispotanregung der Multimodefaser 4 kann wie folgt beschrieben werden. Ein grundmodiger Gaussstrahl wird auf die Faserendfläche der Multimodefaser 4 mit einem Kerndurchmesser von 100µm und einer numerischen Apertur von NA = 0,2 abgebildet, wobei die Spotgröße des anregenden Strahls 15µm (NA = 0,1) beträgt. In 7 wird nun das gemessene Strahlprofil am Ende einer 20m langen Multimodefaser 4 für eine zentrale Anregung (7a), einen Offset von etwa einem halben Kerndurchmesser (7b) und für einen Offset von etwas weniger als einem Kerndurchmesser dargestellt (7c). Die drei Einkoppelsituationen unterscheiden sich hauptsächlich durch die Gruppe an Moden der Multimodefaser 4, die angeregt wird. Für zentrale Anregung erkennt man, dass vornehmlich Moden mit Rotationssymmetrie angeregt wurden. In den anderen Fällen werden zwar Moden ohne radiale Symmetrie angeregt, allerdings können nun Moden mit radialer Symmetrie nicht mehr angeregt werden. Alle drei Fälle lassen Inhomogenitäten durch Modeninterferenz erkennen. Des Weiteren kann man feststellen, dass sich in den drei dargestellten Situationen zwar die Gruppe der angeregten Moden verändert hat, die numerische Apertur der eingekoppelten Strahlung am Fasereingang aber meist im Wesentlichen der numerischen Apertur der Strahlung am Faserausgang entspricht.The mode of action of the multispot excitation of the multimode fiber 4 can be described as follows. A ground-level Gaussian beam is applied to the fiber end face of the multimode fiber 4 with a core diameter of 100μm and a numerical aperture of NA = 0.2 shown, wherein the spot size of the exciting beam 15μm (NA = 0.1 ) is. In 7 Now the measured beam profile is at the end of a 20m long multimode fiber 4 for a central stimulus ( 7a ), an offset of about half a core diameter ( 7b) and represented for an offset of slightly less than a core diameter ( 7c) , The three launch situations are mainly differentiated by the group of modes of the multi-mode fiber 4 that's being stimulated. For central excitation, it can be seen that predominantly modes with rotational symmetry were excited. In the other cases, although modes are excited without radial symmetry, but now modes with radial symmetry can no longer be excited. All three cases indicate inhomogeneities due to mode interference. Furthermore, it can be seen that, although the group of excited modes has changed in the three situations illustrated, the numerical aperture of the injected radiation at the fiber input usually corresponds essentially to the numerical aperture of the radiation at the fiber output.

Insgesamt lässt sich aus dieser Betrachtung ableiten, dass eine Multispot-Modenanregung mit einer geeigneten Gewichtung der einzelnen Spots dazu führt, dass die Einkoppelbedingungen für Moden verschiedener Symmetriegruppen gleichzeitig erfüllt werden und sich am Ausgang der Multimodenfaser 4 ein Top-Hat-angenähertes Strahlprofil ergibt. Insbesondere werden zum Beispiel radial symmetrische und radial anti-symmetrische Moden angeregt (on- und off-axis Einkopplung). Dieses Vorgehen erhöht die Anzahl der angeregten Moden und sorgt für eine bessere Durchmischung (Moden verschiedener Symmetriegruppen), sodass der Interferenzkontrast am Faserausgang reduziert wird.Overall, it can be deduced from this observation that a multispot mode excitation with a suitable weighting of the individual spots leads to the coupling conditions for modes of different symmetry groups being fulfilled simultaneously and at the output of the multimode fiber 4 gives a top hat approximated beam profile. In particular, for example, radially symmetric and radially anti-symmetric modes are excited (on- and off-axis coupling). This procedure increases the number of excited modes and provides better mixing (modes of different symmetry groups), thus reducing the interference contrast at the fiber output.

8a zeigt die Phasenmaske eines eindimensionalen DOE 7 und 8b das zugehörige Intensitätsprofil in Form einer Multispotverteilung. 9a zeigt die Phasenmaske eines zweidimensionalen DOE 7 und 9b das zugehörige Intensitätsprofil Form einer Multispotverteilung. Der Kreis im Intensitätsprofil entspricht dem Faserkern der Multimodefaser 4, in die eingekoppelt werden soll. Bei Verwendung zweier diffraktiver optischer Elemente kann das erste Element das Ziel-Strahlprofil generieren und das zweite Element Phasenstörungen heilen, um einen propagierenden Supergauß/Top-Hat zu erzeugen 8a shows the phase mask of a one-dimensional DOE 7 and 8b the associated intensity profile in the form of a multi-spot distribution. 9a shows the phase mask of a two-dimensional DOE 7 and 9b the associated intensity profile form of a multi-spot distribution. The circle in the intensity profile corresponds to the fiber core of the multimode fiber 4 to be coupled into. Using two diffractive optical elements, the first element can generate the target beam profile and the second element can cure phase noise to produce a propagating supergauss / top hat

Alternativ zum diffraktiven Ansatz (DOE) kann auch eine refraktive Strahlteilung, z.B. in Form von Mikrolinsenarrays, eingesetzt werden.Alternatively to the diffractive approach (DOE), a refractive beam splitting, e.g. in the form of microlens arrays.

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Claims (25)

Lasersystem (1), umfassend einen Strahlhomogenisierer (5) zur Homogenisierung eines im Wesentlichen gaußförmigen Strahlprofils eines Laserlichts zu einem homogenisierten Strahlprofil; wobei das im Wesentlichen gaußförmige Strahlprofil eine zweidimensionale Energiedichteverteilung oder Leistungsdichteverteilung des Laserlichts repräsentiert; wobei die Homogenisierung unter Verwendung eines optischen Elements des Strahlhomogenisierers (5) erfolgt, welches als refraktives, reflektives und/oder diffraktives optisches Element konfiguriert ist; und wobei das Lasersystem (1) ferner eine Multimodenfaser (4) aufweist und konfiguriert ist zu einer Modenanregung in der Multimodenfaser (4) unter Verwendung des homogenisierten Strahlprofils.Laser system (1) comprising a beam homogenizer (5) for homogenizing a substantially Gaussian beam profile of a laser light into a homogenized beam profile; wherein the substantially Gaussian beam profile represents a two-dimensional energy density distribution or power density distribution of the laser light; wherein the homogenization is performed using an optical element of the beam homogenizer (5) configured as a refractive, reflective and / or diffractive optical element; and wherein the laser system (1) further comprises a multi-mode fiber (4) and is configured to mode-excite in the multi-mode fiber (4) using the homogenized beam profile. Lasersystem (1), umfassend einen Strahlhomogenisierer (5') zur Homogenisierung von Laserlicht mit einem im Wesentlichen gaußförmigen Strahlprofil, das eine zweidimensionale Energie- oder Leistungsdichteverteilung des Laserlichts repräsentiert, zu einem homogenisierten Strahlprofil, wobei die Homogenisierung unter Verwendung mindestens eines optischen Elements (7) des Strahlhomogenisierers (5'), welches aus dem gaußförmigen Strahlprofil ein Multispot-Strahlprofil erzeugt und als refraktives, reflektives und/oder diffraktives optisches Element konfiguriert ist, und einer Multimodenfaser (4) des Strahlhomogenisierers (5') erfolgt, die zu einer Multi-Modenanregung in der Multimodenfaser (4) unter Verwendung des Multispot-Strahlprofils konfiguriert ist.Laser system (1) comprising a beam homogenizer (5 ') for homogenizing laser light having a substantially Gaussian beam profile, which represents a two-dimensional energy or power density distribution of the laser light, to a homogenized beam profile, wherein the homogenization is performed using at least one optical element (7) of the beam homogenizer (5 ') which generates a multispot beam profile from the Gaussian beam profile and is configured as a refractive, reflective and / or diffractive optical element, and a multimode fiber (4) of the Beam homogenizer (5 '), which is configured for multi-mode excitation in the multi-mode fiber (4) using the multi-spot beam profile. Lasersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das homogenisierte Strahlprofil eine Plateaugleichförmigkeit aufweist mit einer Kennzahl, welche geringer ist als 0,3 oder geringer ist als 0,1.Laser system after Claim 1 or 2 , characterized in that the homogenized beam profile has a plateau irregularity with an index which is less than 0.3 or less than 0.1. Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das homogenisierte Strahlprofil eine Flankensteilheit aufweist mit einer Kennzahl geringer als 0,3 oder geringer als 0,1, bezogen auf Schwellenwerte von 10% und 90% eines Maximalwertes des homogenisierten Strahlprofils.Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the homogenized beam profile has a slope with a characteristic number less than 0.3 or less than 0.1, based on threshold values of 10% and 90% of a maximum value of the homogenized beam profile. Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil von zumindest 80% einer Gesamtenergie oder -leistung des homogenisierten Strahlprofils eine Strahlgleichförmigkeit aufweist, welche gleichförmiger ist als ±10% oder gleichförmiger ist als ±2%.Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that a proportion of at least 80% of a total energy or power of the homogenized beam profile has a beam uniformity which is more uniform than ± 10% or more uniform than ± 2%. Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasersystem (1) so konfiguriert ist, dass das homogenisierte Strahlprofil im Wesentlichen ein Super-Gauß-Strahlprofil mit einer Ordnung größer oder gleich 5 oder größer gleich 10 ist.Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the laser system (1) is configured such that the homogenized beam profile is substantially a super Gaussian beam profile with an order greater than or equal to 5 or greater than 10. Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasersystem (1) konfiguriert ist, das homogenisierte Strahlprofil im Wesentlichen an einer Lichteintrittsfläche (10) eines Kerns der Multimodenfaser (4) zu erzeugen, gesehen entlang einer Ausbreitungsrichtung des Laserlichts.Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the laser system (1) is configured to generate the homogenized beam profile substantially at a light entry surface (10) of a core of the multi-mode fiber (4), viewed along a propagation direction of the laser light. Lasersystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine transversale Ausdehnung des homogenisierten Strahlprofils im Wesentlichen einer Lichteintrittsfläche (10) eines Kerns der Multimodenfaser (4) entspricht.Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that a transverse extension of the homogenized beam profile essentially corresponds to a light entry surface (10) of a core of the multimode fiber (4). Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlhomogenisierer (5) so konfiguriert ist, dass das Laserlicht konvergierend auf eine Lichteintrittsfläche (10) eines Kerns der Multimodenfaser (4) eintrifft.Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the beam homogenizer (5) is configured so that the laser light converges on a light entry surface (10) of a core of the multimode fiber (4) arrives. Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch einen Laserverstärker (18) zur Verstärkung zumindest eines Teils des Laserlichts, wobei der Laserverstärker (18) stromabwärts der Multimodenfaser (4) angeordnet ist.A laser system as claimed in any one of the preceding claims, further characterized by a laser amplifier (18) for amplifying at least a portion of the laser light, the laser amplifier (18) being located downstream of the multimode fiber (4). Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt der Multimodenfaser (4) so konfiguriert ist, dass mit Hilfe des Abschnitts zumindest ein Teil des Laserlichts verstärkbar ist.Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that at least a portion of the multi-mode fiber (4) is configured so that at least a portion of the laser light can be amplified by means of the portion. Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlhomogenisierer (5) eine Abbildungsoptik (6) aufweist.Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the beam homogenizer (5) has imaging optics (6). Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlhomogenisierer (5) eine Kollimationsoptik (11) aufweist.Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the beam homogenizer (5) has a collimating optics (11). Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlhomogenisierer (5) eine Strahlanpassungsoptik (13) zur Strahlaufweitung und/oder zur Strahlverengung des Laserlichts aufweist.Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the beam homogenizer (5) has beam matching optics (13) for beam expansion and / or beam narrowing of the laser light. Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element des Strahlhomogenisierers (5) als diffraktives optisches Element (7) konfiguriert ist.Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the optical element of the beam homogenizer (5) is configured as a diffractive optical element (7). Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element des Strahlhomogenisierers (5) als refraktives optisches Element (15, 16) konfiguriert ist, welches eine oder mehrere, insbesondere asphärische, refraktive optische Fläche aufweist. Laser system according to one of Claims 1 to 14 , characterized in that the optical element of the Strahlhomogenisierers (5) is configured as a refractive optical element (15, 16) having one or more, in particular aspherical, refractive optical surface. Lasersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element des Strahlhomogenisierers (5) als reflektives optisches Element (15, 16) konfiguriert ist, welches eine oder mehrere, insbesondere asphärische, reflektive optische Fläche aufweist.Laser system according to one of Claims 1 to 14 , characterized in that the optical element of the Strahlhomogenisierers (5) is configured as a reflective optical element (15, 16) having one or more, in particular aspherical, reflective optical surface. Lasersystem nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des optischen Elements als stochastische Phasenmaske wirkt.Laser system according to one of Claims 15 to 17 , characterized in that at least a part of the optical element acts as a stochastic phase mask. Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasersystem (1) ferner eine Monomodenfaser (2) aufweist, welche stromaufwärts des Strahlhomogenisierers (5) angeordnet ist.Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the laser system (1) further comprises a single-mode fiber (2) which is arranged upstream of the beam homogenizer (5). Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch einen Faserlaser, welcher konfiguriert ist, zumindest einen Teil des Laserlichts zu erzeugen.The laser system of any one of the preceding claims, further characterized by a fiber laser configured to generate at least a portion of the laser light. Lasersystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lasermedium des Faserlasers einen Monomoden-Faserkern aufweist.Laser system after Claim 20 , characterized in that a laser medium of the fiber laser comprises a single-mode fiber core. Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlhomogenisierer (5) so konfiguriert ist, dass ein Orts-Frequenzspektrum des homogenisierten Strahlprofils unterdrückt ist für jeden Frequenzwert oberhalb einer transversalen Grenz-Ortsfrequenz der Multimodenfaser (4).Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the beam homogenizer (5) is configured so that a spatial frequency spectrum of the homogenized beam profile is suppressed for each frequency value above a transverse limit spatial frequency of the multimode fiber (4). Lasersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlhomogenisierer (5') zur Erzeugung des Multispot-Strahlprofils mindestens ein diffraktives optisches Element (7) mit einer ein- oder zweidimensionalen Phasenmaske aufweist.Laser system according to one of Claims 2 to 21 , characterized in that the beam homogenizer (5 ') for generating the multi-spot beam profile has at least one diffractive optical element (7) with a one- or two-dimensional phase mask. Lasersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlhomogenisierer (5') zur Erzeugung des Multispot-Strahlprofils mindestens ein refraktives optisches Element mit einer ein- oder zweidimensionalen Phasenmaske, insbesondere ein ein- oder zweidimensionalen Mikrolinsenarray, aufweist.Laser system according to one of Claims 2 to 21 , characterized in that the beam homogenizer (5 ') for generating the multi-spot beam profile has at least one refractive optical element with a one- or two-dimensional phase mask, in particular a one- or two-dimensional microlens array. Verfahren zum Homogenisieren von Laserlicht mit einem im Wesentlichen gaußförmigen Strahlprofil, das eine zweidimensionale Energie- oder Leistungsdichteverteilung des Laserlichts repräsentiert, zu einem homogenisierten Strahlprofil, insbesondere zu einem TopHat-Strahlprofil, wobei das Strahlprofil in einer Multimodenfaser (4) zu einer Modenanregung führt.A method for homogenizing laser light having a substantially Gaussian beam profile, which represents a two-dimensional energy or power density distribution of the laser light, to a homogenized beam profile, in particular to a TopHat beam profile, wherein the beam profile in a multi-mode fiber (4) leads to a mode excitation.
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