DE102020116268A1 - Fasergekoppelter laser mit variablem strahlparameterprodukt - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Veränderung des Strahlparameterprodukts bei Dioden-lasern bei der Lasermaterialbearbeitung. Die vorlegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung zur Verfügung, umfassend Laserdioden als Laserquelle; eine Fokussierlinse; eine Faser, in die das Licht eingekoppelt wird, wobei das Strahlparameterprodukt der Faser größer ist als das Strahlparameterprodukt des einfallenden Laserlichts; und ein Substrat zur Erzeugung eines Versatzes der Strahlachse.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Veränderung des Strahlparameterprodukts bei Dioden-lasern bei der Lasermaterialbearbeitung.
• Beschreibung des relevanten Stands der Technik
• Für die Materialbearbeitung verschiedener Arten von Materialien und Dicken sind normalerweise verschiedene Arten von Lasern notwendig (z. B. CO₂-Laser, Multimodenfaserlaser, Einmodenfaserlaser, Direktdiodenlaser). Alle diese verschiedenen Laser unterscheiden sich durch den Strahlqualitätsfaktor bzw. das Strahlparameterprodukt des erzeugten Laserstrahls. Während Singlemode-Faserlaser sehr gut zum Schneiden von Material mit einer Dicke von <1 mm geeignet sind, erfordert Material mit einer Dicke von etwa 10 mm ein viel höheres Strahlparameterprodukt von 5-10 mm mrad. Für Materialdicken oberhalb von 30 mm werden derzeit CO₂-Laser verwendet.
• Bei der Lasermaterialbearbeitung, insbesondere zum Schneiden oder für remote Schweißanwendungen, werden Laser mit einem guten Strahlparameterprodukt (auch SPP oder BPP) verwendet. Singlemode-Laser im Wellenlängenbereich von 1 µm haben einen schlechten Schneidwirkungsgrad, wenn es um das Schneiden von mittleren oder dicken Materialien geht, obwohl diese über eine hohe Leistung verfügen. Beim Schneiden von Material erzeugt ein so genanntes Monomode-Strahlprofil nur einen sehr dünnen Schnitt, der nicht breit genug ist, um das geschmolzene Material bei dickeren Materialien auszuwerfen. Zudem muss das ausgeschnittene Stück oft mit einem Hammer entfernt werden und fällt nicht heraus, da es verkantet ist. Darüber hinaus resultieren aus der Verwendung eines solchen Strahlprofils in Bezug auf Rechtwinkligkeit und Oberflächenrauheit keine guten Schnittkanten. Die Oberflächenrauheit resultiert aus Interferenzen im Schneidspalt (ähnlich Beugung am Einfachspalt). In Zonen mit geringerer Intensität kühlt die Schmelze schneller ab.
• Aus den vorstehend genannten Gründen werden bei größeren Materialstärken daher auch CO₂-Laser verwendet, die das gleiche Strahlparameterprodukt (gemessen durch die Divergenz und den emittierenden Bereich) aufweisen, jedoch aufgrund des Wellenlängenunterschieds einen schlechteren Strahlqualitätsfaktor (M2) aufweisen. Im Allgemeinen sind sowohl Strahlparameterprodukt als auch der Strahlqualitätsfaktor grundlegende Parameter eines Laserstrahls, der bei der Ausbreitung nicht verändert werden kann. Daher muss der Lasertyp an die Stärke der zu bearbeitenden Materialien angepasst werden.
• Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Lösungen bekannt, jedoch basieren diese all auf mehrschichtigen Fasern, um die Leistung vom zentralen Faserkern auf äußere Schichten zu verschieben. Dadurch wird eine Ringprofil um den zentralen Spot des Lasers erzeugt.
• Im Stand der Technik wird auch ein Festkörperlaser zum Einkoppeln in den Mittelkern oder dessen erste Ummantelung beschrieben.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen fasergekoppelten Diodenlaser mit variablem Strahlparameterprodukt zu schaffen.
• Kurze Beschreibung der Erfindung
• Die vorlegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung zur Verfügung, umfassend:
• - Laserdioden als Laserquelle;
• - Eine Fokussierlinse;
• - Eine Faser, in die das Licht eingekoppelt wird, wobei das Strahlparameterprodukt der Faser größer ist als das Strahlparameterprodukt des einfallenden Laserlichts; und
• - Ein Substrat zur Erzeugung eines Versatzes der Strahlachse.
• Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat parallel transparent ist, aus mehreren nebeneinander angeordneten, unterschiedlich dicken Substraten besteht oder aus einem Substrat mit Untereinheiten mit unterschiedlichen Brechungsindizes besteht.
• In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung zumindest einen drehbaren Umlenkspiegel als Substrat oder zusätzlich zu einem Substrat umfassen kann.
• In einer weiteren Ausführungsform kann das Substrat eine Zoomoptik sein.
• Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Substrat ein Linsenpaar aus plankonvexer und konkaver Linse mit identischen Krümmungsradien ist.
• In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Linsenpaar Meniskuslinsen umfassen.
• In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Substrat um die Kombination einer Doppelbrechungsoptik mit einer drehbaren Halbwellenplatte erweitert ist.
• Erfindungsgemäß kann das Substrat vor oder nach der Fokussierlinse, aber vor der Faser, in die das Laserlicht eingekoppelt wird, angeordnet sein.
• In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Laserquelle ein Multiwellenlängenlaser sein und als Substrat ist ein in Richtung der Strahlachse bewegliches Gitter vorgesehen.
• Weiterhin kann zusätzlich ein planparalleles Substrat im Strahlengang vor dem Gitter angeordnet sein.
• Ein weiterer gegenstand der vorliegenden Erfindung ist einVerfahren zum Erhöhen der Kopplungsdivergenz zur Abnahme des Strahlparameterprodukt, umfassen die Schritte
1. a. Erzeugen eines Laserstrahls mittels eines Diodenlasers;
2. b. Fokussieren des Laserstrals mittels einer Fokussierlinse;
3. c. Einkoppeln des Laserstrahls in eine Faser, wobei die Divergenz, Punktgröße oder der Einfallswinkel des Laserstahls mittels eines Substrats verändert wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch derart ausgestaltet sein, dass die Faser, in die der Laserstahl eingekoppelt wird, ein höheres Strahlparameterprodukt aufweist als das einfallende Laserlicht.
• Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich ohne weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung, in der einfach bevorzugte Ausführungsformen und Implementierungen dargestellt sind. Die vorliegende Erfindung kann auch in anderen und unterschiedlichen Ausführungsformen verwirklicht werden und ihre verschiedenen Details können in verschiedenen, offensichtlichen Aspekten modifiziert werden, ohne Lehre und Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Dementsprechend sind die Zeichnungen und Beschreibungen als veranschaulichend und nicht als einschränkend anzusehen. Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt und werden teilweise aus der Beschreibung offensichtlich oder können der Ausführung der Erfindung entnommen werden.
• Figurenliste
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher dargestellt. Dabei ist für den Fachmann offensichtlich, dass es sich nur um mögliche, beispielhafte Ausführungsformen handelt, ohne dass die Erfindung auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt wird.
• 1 zeigt die Verwendung eine parallelen transparenten Substrats.
• 2 zeigt die Verwendung von drehbaren Umlenkspiegeln.
• 3 zeigt die Verwendung von Umlenkspiegeln, um eine Fehlpunktbestimmung zu erzeugen.
• 4 zeigt die Verwendung einer Zoomoptik zum Fokussieren in die Faser.
• 5 zeigt die Verwendung eines Linsenpaares (plankonvex und konkav) mit identischem Krümmungsradius vor der Fokussierlinse.
• 6 zeigt die Verwendung der Doppelbrechungsoptik in Kombination mit einer einstellbaren Halbwellenplatte (Verzögerungsplatte).
• 7 Verwendung eines drehbaren (Pfeil) dispersiven Elements mit einer Laserquelle mit mehreren Wellenlängen.
• 8 zeit die Verwendung von Multi-Wavelenth-Lasern.
• 9 zeigt die Verwendung eines planparallelen Substrats im Strahlengang.
• 10 zeigt die Zusammenfassung von Effekten.
• Ausführliche Beschreibung der Erfindung
• Die zuvor formulierte Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche decken weitere spezifische Ausführungsformen der Erfindung ab.
• Die Erfindung basiert auf dem Ansatz, die Divergenz oder Punktgröße oder den Einfallswinkel des Strahls am Fasereingang zu verändern, um eine echte Änderung des Strahlparameterprodukts innerhalb der Grenzen der Faser oder einen Ring im Kern zu erzeugen. Letztendlich kann die Verwendung einer mehrfach ummantelten Faser zum Erzeugen eines Rings um den zentralen Kern verwendet werden, während gleichzeitig ein homogenes Kernlicht erhalten bleiben kann. Auf diese Weise kann die Leistungsverteilung zwischen Kern und Mantel in jedem Verhältnis eingestellt werden, selbst wenn Multi-Mantel-Fasern verwendet werden.
• Das minimale Strahlparameterprodukt wird durch die grundlegenden Eigenschaften des Diodenlasers definiert und ist daher niedrig genug, um dünne Materialien sehr gut zu schneiden. Durch die gezielte Veränderung des Strahlparameterprodukts kann dieser Laser jedoch auch für alle Arten von Materialien mit optimierter Strahlcharakteristik in Bezug auf das Strahlparameterprodukt oder Spot-Donut-Profil verwendet werden.
• Wenn die Laserstrahlung in ein lichtleitendes optisches System eingekoppelt wird, das auf Totalreflexion basiert, wie z. B. ein Stab oder eine Faser, wird das Strahlparameterprodukt normalerweise verringert (höhere BPP-Zahl = schlechter, verringerter BPP), da die Divergenz konstant bleibt, die Emissionsfläche j edoch Kernfläche, oder sogar die Mantelfläche der Faser vergrößert. Dies bedeutet, dass das Strahlparameterprodukt unter Beibehaltung der Divergenz durch Einkoppeln in eine Faser verschlechtert werden kann. Dies ist auch bei Diodenlasern der Fall, die frei in die Faser eingekoppelt werden.
• Durch Verwendung einer Faser mit einem größeren Akzeptanzwinkel (NA) als der des einfallende Laserstrahls kann das Strahlparameterprodukt am Faserausgang dadurch verringert werden, indem die Einfallswinkeldivergenz oder der Einfallswinkel an der Eingangsseite erhöht werden. Alternativ können mehrfach ummantelte Fasern verwendet werden, um das Strahlparameterprodukt noch weiter zu senken.
• So kann beispielsweise eine Anordnung nach der veröffentlichten US Patentanmeldung US 2015/0321286 A1 , welches ein Verfahren beschreibt, um mehrere Diodenlaser (mit unterschiedlicher Wellenlänge) für unterschiedliche Strahlprofile in der Ausbreitung im freien Raum anzuordnen, zur Einkopplung in eine Faser verwendte werden, um unterschiedliche Strahlparameterprodukte- oder Strahlformen zu erzeugen.
• Die vorliegende Erfindung verwendet Fasern, die ein Strahlparameterprodukt aufweisen, das größer ist als das Strahlparameterprodukt des einfallenden Laserlichts. Durch verschiedene Faserkopplungen kann das Strahlparameterprodukt am Faserausgang beeinflusst werden, ebenso wie die Emissionsform, die von Spot zu Donut verändert werden kann.
• Theoretisch könnte ein Laser mit einem Strahlparameterprodukt von 1 mm mrad beispielsweise in eine 20 mm mrad-Faser eingekoppelt werden, und der austretende BPP wäre immer noch 1 mm mrad.
• Bei äquivalenten Werten von Strahldurchmesser und Faserkerndurchmesser, ist die Kopplungsdivergenz viel geringer als der Akzeptanzwinkel der Faser. Durch Erhöhen der Kopplungsdivergenz nimmt die Strahlfleckgröße typischerweise ab. Da die Faser die Strahlung jedoch homogenisieren würde, würde der Faserdurchmesser am Faserausgang das Laserlicht ausstrahlen, während die Divergenz mit der eintretenden Laserstrahlung identisch bleibt: Das Ergebnis ist eine Abnahme des Strahlparameterprodukt.
• Zum Beispiel könnte ein 10 mm mrad Laser in eine 100 µm oder 200 µm Faser mit identischem Strahlparameterprodukt eingekoppelt werden, aber wenn eine Faserkopplungslinse für die 100 µm Faser mit einer 200 µm Faser verwendet wird, wäre das resultierende Strahlparameterprodukt 20 mm mrad da die Kopplungsdivergenz in beiden Fällen 400 mrad wäre (voller Winkel), der Emissionsquerschnit sich aber verdoppelt hat
• Dies kann auch dadurch erreicht werden, dass der Eintrittswinkel nicht in die Faser gerichtet wird: Während der Fleck auf dem Faserkern zentriert bleibt, der Strahl jedoch unter einem Winkel > 0 ° geführt wird, verwandelt sich das Strahlprofil am Ausgang in ein Donut-Profil (abhängig vom Einkopplungswinkel), wenn der Fleck viel kleiner als die Faserkerngröße ist. Während „Off-Axis-Kopplung“ direkt zu einem Donut-Profil führt, bestimmen Winkel und Versatz die Breite und den Durchmesser des Rings.
• Es gibt verschiedene Optionen, um die oben beschriebenen Funktionen zu erreichen. Diese werden im Folgenden nun beschrieben.
• 1 zeigt die Verwendung eines parallelen transparenten Substrats 12. Bevor der Strahl in die Faser eintritt, wird er durch ein oder mehrere parallele transparente Substrate 12 (z. B. Glas) übertragen. Wenn das parallele transparente Substrate 12 rechtwinklig zur Strahlachse 15 ausgerichtet ist, trifft der Strahl nach der Fokussierlinse 11 zentriert in die Faser 10. Wenn das parallele transparente Substrat 12 gedreht oder verschoben wird (Pfeile), hat die Strahlachse einen seitlichen Versatz 15'. Alternativ kann das parallel transparent Substrat 12 aus mehreren Substraten mit unterschiedlichen Dicken oder Brechungsindizes bestehen, die innerhalb des Balkens bewegt werden. In 1 sind noch Umlenkspiegel 14 dargestellt, welche vor dem parallelen transparenten Substrat 12 angeordnet sein können. Auf der rechten Seite der Figur ist die Spotgeometrie 13 dargestellt.
• 2 zeigt die Verwendung von zwei drehbaren (Pfeile) Umlenkspiegeln 14 vor der Fokussierlinse 11 bei der Kopplung in die Faser 10. Durch diese Anordnung und Drehung zumindest eines Umlenkspiegels 14 kann ein Versatz bei der Einkopplung in die Faser 10 erzeugt werden, während an der Fokussierlinse 11 ein AOI von 0 ° beibehalten wird. Dieses Verfahren hat die gleiche Wirkung wie die in 1 beschriebene Anordnung. Auf der rechten Seite der Figur ist die Spotgeometrie 13 dargestellt.
• 3 zeigt eine Anordnung wie in 2, wobei aber die Umlenkspiegel 14 verwendet werden, um eine Fehlpunktbestimmung zu erzeugen, die jedoch zentriert ist. Dies führt zu einer Abnahme des Strahlparameterprodukts hinter der Faser 10. Ein Donut-Profil als Spotgeometrie 13 entsteht, wenn die ankommende Divergenz viel kleiner als der Akzeptanzwinkel der Faser 10 ist und die Fleckgröße viel kleiner als die Kerngröße ist. Auf der rechten Seite der Figur ist die Spotgeometrie 13 dargestellt.
• 4 zeigt, dass die Verwendung einer Zoomoptik 16 zum Fokussieren in die Faser eine Winkelvergrößerung erzeugt, während die Spotgröße konstant bleibt. Dadurch wird nach der Faser10 ein variables Strahlparameterprodukt erhalten bzw. ermöglicht, während die Leistungsverteilung nach der Faser annähernd konstant gehalten wird. Wenn die Spotgröße zusätzlich reduziert wird, können ähnliche Ergebnisse wie mit der Anordnung aus 3 erzielt werden. In Kombination mit den in 1 und in 2 sind Donut-Profile mit variablem Strahlparameterprodukt möglich. Auf der rechten Seite der Figur ist die Spotgeometrie 13 dargestellt.
• 5 zeigt die Verwendung eines Linsenpaares 18 (plankonvex und konkav) mit identischem Krümmungsradius vor der Fokussierlinse 11, welches als optischer einstellbarer Keil wirken kann, wenn beide Linsen des Linsenpaars 18 entlang ihrer einander zugewandten Oberflächen gegeneinander verschoben werden (Pfeile). Wenn beide Objektive parallel zueinander sind, wird der Strahl das Linsensystem nicht passieren. Wenn die Linsen verschoben werden, kompensieren sich die inneren Krümmungen, aber die äußeren Planflächen bilden einen Keil, der zu einer Strahlverschiebung führt und somit zu einer versetzten Einkopplung der Strahlachse 15'. Hinter einer letzten Fokussierlinse ergibt sich ein reiner Versatz ohne Fehlausrichtung des Strahls. Der Gesamtversatz wird durch den Winkel zwischen den beiden Planflächen definiert.
• 6 zeigt die Verwendung der Doppelbrechungsoptik 21 in Kombination mit einer einstellbaren Halbwellenplatte (Verzögerungsplatte): Durch ein Doppelbrechungsmaterial (z. B. Calcit oder YVO₄), aus dem die Doppelbrechungsoptik 21 besteht, wird unpolarisiertes Licht in zwei verschiedene Strahlengänge aufgespalten, wodurch ein Versatz zwischen S- und P-polarisierten Strahlfraktionen nach dem Kristall erzeugt wird, bevor dieses nach der Fokussierlinse 11 in die Faser 10 eingekoppelt wird. Durch Verwendung einer drehbaren (um optische Achse, Pfeil) Halbwellen- oder Viertelwellenplatte 22 oder einer EOM / Pockels-Zelle kann die Polarisation des Lichts gedreht werden, wenn die Polarisation um 90° gedreht wird, wird das gesamte einfallende Licht (abhängig vom Polarisationsgrad der Quelle) ausgekoppelt auf den Nebenarm.. In jedem Winkel zwischen 0° und 90° wird nur ein Teil des einfallenden Lichts gedreht, was bedeutet, dass die Lichtmenge entlang des außergewöhnlichen Brechungsindex des Doppelbrechungskristalls eingestellt werden kann. Wenn die Kristallabmessungen mit den Fasereigenschaften übereinstimmen, ist dieser Lichtanteil im äußerem Donut.
• Die Verwendung eines drehbaren (Pfeil) dispersiven Elements 23 mit einer Laserquelle mit mehreren Wellenlängen würde den Strahl in Abhängigkeit vom Winkel des gedrehten dispersiven Elements 23 aufweiten (7). Insbesondere Übertragungsgitter oder - prismen würden die Strahlausbreitung optisch nicht beeinflussen, wenn sie unter 0 ° positioniert werden. Durch Drehen des genannten Elements 23 würde sich der Strahl bevor er auf die Fokussierlinse 11 trifft nach oben ausbreiten, und der Kopplungswinkel in die Faser 10 würde für jede Wellenlänge unterschiedlich sein, wobei die Kopplungsdivergenz erhöht wird. Bei Verwendung einer einzigen Wellenlängenquelle wäre dies nur eine Aufspreizung in den gebeugten Strahl und 0. Ordnung.
• Alle in 1-7 gezeigten Variationen können vor oder nach der Fokussierlinse platziert werden, da die Linse Winkel in seitlichen Versatz umwandelt und umgekehrt.
• 8 zeit die Verwendung von Multi-Wavelenth-Lasern mit Wellenlängen λ1, λn, bei denen Gitter 24 zur Wellenlängenkombination und / oder -stabilisierung verwendet werden, ist es möglicherweise auch möglich, das Gitter 24 in beide Richtungen der optischen Achse (Pfeil) des Systems zu bewegen, da dies nicht den Beugungswinkel, sondern den Versatz zwischen der Wellenlänge beeinflussen würde. Wenn nicht mehr derselbe Punkt auf dem Gitter getroffen wird, führt dies zu einem höheren Strahlparameterprodukt im freien Raum und wirkt sich auch auf die Faserkopplung aus, da der Gesamtstrahl eine Verbreiterung (kurzwellige Anteile werden später/früher gebeugt als langwellige) hat, gleichzeitig kann eine Verschiebung des Gitters zu einem Versatz des Strahlenbündels bei der Einkopplung in die Faser führt ( 8).
• Dieselbe Wirkung wie für 8 beschrieben ist möglich, wenn ein planparalleles Substrat 25 in den Strahlengang eingeführt wird (9). Wenn das planparallele Substrat 25 eingefahren wird, dringen die Strahlen in das Substrat 25 ein und verlassen das Substrat 25 je nach Einfallswinkel des Strahls versetzt. Die Größe des Versatzes kann durch die Substratdicke des planparallelen Substrats 25 mit unterschiedlichem Brechungsindex beeinflusst werden. So kann ein Satz von planparallelen Substraten 25, die in den Strahlengang hinein- oder herausbewegt werden können, individuelle Strahlparameterprodukte erzeugen.
• Alle oben beschriebenen Variationen können in Einzelkernfasern verwendet werden, aber auch in Mehrfachmantelfasern mit einem oder mehreren Mänteln (Hüllen). In Einzelkernfasern ist das Verhalten der Strahleigenschaften nach der Faser wie oben beschrieben. Bei mehrfach ummantelten Fasern erzeugen die äußeren Ummantelungen einen Ring um die Mitte. In allen Teilen, die nur Versatzvariationen beschreiben, können je nach Faserstruktur unterschiedliche Donuts erstellt werden. In Kombination mit den anderen Methoden können verschiedene Donuts und Center Spots erstellt werden.
• 10 fasst den identischen Effekt schematisch zusammen:
1. A) Ein Laser mit gegebener Divergenz wird auf ein Ziel fokussiert;
2. B) Die Laserquelle durchläuft die Fokuslinse mit einem Versatz, was zu einem Fehlpointing führt, jedoch kein Offset an der Zielposition, potenzielle Spotvergrößerung;
3. C) Die Laserquelle Pointen unter einem von 0° abweichenden Winkel auf die Fokusierlinse, wodurch ein Pointingfehler und eine Offset-Verschiebung (Versatz in der Fokalebene) erzeugt wird;
4. D) Die Laserquelle ist nicht zentriert und strahlt außerhalb des Zentrums durch die Fokussierlinse, was zu einem Versatz führt, jedoch ohne Fehlpointing oder Spotveränderung
• Die vorliegende Erfindung schafft eine Möglichkeit, das Strahlparameterprodukt im laufenden Betrieb in einem Bereich von dem bestmöglichen Strahlparameterprodukt der Laserquelle bis zum maximalen Strahlparameterprodukt der Transportfaser (äußerster Mantel) anzupassen, während weiterhin Kernlicht bereitgestellt werden kann, welches ebenfalls einstellbar ist.
• Derzeitige Technologien können nur Multi-Clad-Fasern verwenden und wechseln daher nur zwischen zentrierter Strahlung und Mantelstrahlung, insbesondere bei hohen Strahlparameterprodukten von 30 mm mrad oder mehr.
• Derzeit verfügbaren Konzepte werden für Faserlaser beschrieben und nicht für Diodenlaser. Mit den vorliegend beschriebenen Verfahren und deren Kombination können Schneid- und Schweißanwendungen mit demselben Lasersystem durchgeführt werden.
• Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurde zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung gegeben. Es ist nicht beabsichtigt, erschöpfend zu sein oder die Erfindung genau auf die offenbarte Form zu beschränken. Modifikationen und Variationen sind angesichts der obigen Lehre möglich oder können aus der Praxis der Erfindung erlangt werden. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um es dem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen zu verwenden, die für die spezielle beabsichtigte Verwendung geeignet sind. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird. Die Gesamtheit jedes der oben genannten Dokumente wird durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
• Bezugszeichenliste

10

Faser

11

Fokussierlinse

12

paralleles transparentes Substrat

13

Spotgeometrie

14

Umlenkspiegel

15

Strahlachse

16

Zoomoptik

18

Linsenpaar

21

Doppelbrechungsoptik

22

Halbwellen- oder Viertelwellenplatte

23

dispersives Element

24

Gitter

25

Substrat

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 2015/0321286 A1 [0027]

Claims (12)

1. Eine Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung, umfassend: - Laserdioden als Laserquelle; - Eine Fokussierlinse; - Eine Faser, in die das Licht eingekoppelt wird, wobei das Strahlparameterprodukt der Faser größer ist als das Strahlparameterprodukt des einfallenden Laserlichts; und - Ein Substrat zur Erzeugung eines Versatzes der Strahlachse.
2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat parallel transparent ist, aus mehreren nebeneinander angeordneten, unterschiedlich dicken Substraten besteht oder aus einem Substrat mit Untereinheiten mit unterschiedlichen Brechungsindizes besteht.
3. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, umfassend zumindest einen drehbaren Umlenkspiegel als Substrat oder zusätzlich zu einem Substrat.
4. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat eine Zoomoptik ist.
5. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein Linsenpaar aus plankonvexer und konkaver Linse mit identischen Krümmungsradien ist.
6. Die Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Linsenpaar Meniskuslinsen umfasst.
7. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, wobei das Substrat um die Kombination einer Doppelbrechungsoptik mit einer drehbaren Halbwellenplatte erweitert ist.
8. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Substrat vor oder nach der Fokussierlinse, aber vor der Faser, in die das Laserlicht eingekoppelt wird, angeordnet ist.
9. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Laserquelle ein Multiwellenlängenlaser ist und als Substrat ein in Richtung der Strahlachse bewegliches Gitter ist.
10. Die Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei zusätzlich ein planparalleles Substrat im Strahlengang vor dem Gitter angeordnet ist.
11. Ein Verfahren Erhöhen der Kopplungsdivergenz zur Abnahme des Strahlparameterprodukt, umfassen die Schritte a. Erzeugen eines Laserstrahls mittels eines Diodenlasers; b. Fokussieren des Laserstrahls mittels einer Fokussierlinse; c. Einkoppeln des Laserstrahls in eine Faser, wobei die Divergenz, Punktgröße oder der Einfallswinkel des Laserstahls mittels eines Substrats verändert wird.
12. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Faser, in die der Laserstahl eingekoppelt wird, ein höheres Strahlparameterprodukt aufweist als das einfallende Laserlicht.

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