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QUERVERWEIS AUF DAMIT VERBUNDENE ANMELDUNG
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität für die am 12. Juli 2019 eingereichte chinesische Anmeldung Nr.
201910628330.8 mit dem Titel „Lichtwellenleiter-Laserkoppler“, die hiermit unter Bezugnahme auf ihre Gesamtheit integriert wird.
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GEBIET DER TECHNIK
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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf das technische Gebiet der Lichtwellenleiterlaser, insbesondere auf einen Lichtwellenleiter-Laserkoppler.
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HINTERGRUND
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Mit der allmählichen Zunahme der Anwendung von Lichtwellenleiter-Lasern in der zivilen Industrie, der Verteidigungsindustrie und der medizinischen Industrie hat sich die Faserlasertechnologie in den letzten Jahren sehr schnell entwickelt, insbesondere Hochleistungs-Faserlaservorrichtungen zeigen einzigartige Vorteile im Bereich der industriellen Verarbeitung. Faserlaservorrichtungen werden bisher häufig zum Schneiden von Blechen eingesetzt und zeigen auch ein großes Potenzial beim Schweißen, Beschichten und Reinigen. Außerdem werden aufgrund der zunehmenden Verbreitung der Faserlaser in immer mehr Bereichen immer höhere Anforderungen an die Vielfalt der Strahlarten gestellt.
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Derzeit geben die meisten kommerziell erhältlichen Faserlaser Strahlen mit Gaußschen oder Gauß-ähnlichen Formen aus, wobei die Gaußschen oder Gauß-ähnlichen Strahlen einen ziemlich begrenzten Anwendungsbereich haben. Zur Veranschaulichung: Gaußsche Strahlen eignen sich nicht zum Schneiden dicker Platten, während Flat-Top-Strahlen besser zum Schneiden dicker Platten geeignet sind. Darüber hinaus weisen ringförmige Strahlen einzigartige Vorteile auf, wenn Laserbohren erforderlich ist. In praktischen Anwendungen sind komplexe räumliche optische Transformationen erforderlich, um Strahlen verschiedener Strahlmoden zu erhalten, so dass für jeden Strahl ein eigener Laser benötigt wird, was die Nutzungskosten und die Komplexität des Systems erheblich erhöht. Daher besteht der dringendste technische Bedarf in diesem Bereich darin, eine Faserlaservorrichtung vorzuschlagen, die nicht nur mehrere Strahlmoden liefern kann, sondern auch unabhängig zwischen verschiedenen Strahlmoden in Echtzeit umgeschaltet werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Anwendung sehen einen Lichtwellenleiter-Laserkoppler vor, der die oben erwähnten Probleme anspricht oder zumindest teilweise anspricht.
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Ausführungsformen der vorliegenden Anwendung sehen einen Lichtwellenleiter-Laserkoppler vor, der ein optisches Lasereingangskabel, eine Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung und eine Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser umfasst. Die Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser ist eine koaxiale Mehrkernfaser, die einen kreisförmigen Faserkern enthält, der sich in einer axialen Mitte befindet, und mindestens zwei ringförmige Kerne, wobei jeder ringförmige Faserkern koaxial mit dem kreisförmigen Faserkern ist. Eine fluordotierte Schicht ist zwischen dem kreisförmigen Faserkern und einem benachbarten ringförmigen Faserkern angeordnet, und eine weitere fluordotierte Schicht ist ebenfalls zwischen jeweils zwei benachbarten ringförmigen Faserkernen angeordnet. Ein Ende des optischen Lasereingangskabels ist mit einer Faserlaservorrichtung verbunden, das andere Ende ist mit der Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung verbunden. Die Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung umfasst eine einstellbare Kollimationslinsengruppe und eine einstellbare Fokussierungslinsengruppe. Die einstellbare Kollimationslinsengruppe und die einstellbare Fokussierungslinsengruppe können horizontal entlang einer Richtung eines Laserstrahls in einem Gehäuse der Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung verschoben werden. Die Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung ist so konfiguriert, dass sie den durch das optische Lasereingangskabel eingehenden Laserstrahl in verschiedene Faserkerne der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser einkoppelt und eingibt und die Ausgabe von Laserstrahlen mit verschiedenen Strahlmoden ermöglicht.
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In dem durch die Ausführungsformen der Anwendung vorgesehenen Lichtwellenleiter-Laserkoppler wird der vom Lasergerät emittierte Laserstrahl eingekoppelt und durch eine Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung in verschiedene Kerne in der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser eingegeben, um Laserstrahlen verschiedener Strahlmoden zu erhalten, und somit kann eine Echtzeitumschaltung des Ausgangslaserstrahls zwischen verschiedenen Strahlmoden unabhängig realisiert werden; außerdem hat der Lichtwellenleiter-Laserkoppler eine relativ einfache Struktur.
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Figurenliste
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Um technische Lösungen in den Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung oder nach dem Stand der Technik deutlicher zu zeigen, werden nachstehend Zeichnungen kurz beschrieben, die in den Beschreibungen der Ausführungsformen oder des Standes der Technik benötigt werden. Selbstverständlich zeigen die Zeichnungen in der folgenden Beschreibung nur einige Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung, und andere Zeichnungen können gemäß diesen Zeichnungen ohne jegliche kreative Arbeit für den Fachmann erstellt werden.
- ist eine schematische Darstellung der Struktur und der Brechungsindexverteilung einer standardmäßigen Energieübertragungsfaser nach dem Stand der Technik;
- ist eine schematische Darstellung der Struktur und der Brechungsindexverteilung einer Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser in einem Lichtwellenleiter-Laserkoppler gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung;
- ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Lichtwellenleiter-Laserkopplers gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung;
- ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Lichtwellenleiter-Laserkopplers gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung;
- ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines weiteren Lichtwellenleiter-Laserkopplers gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung;
- ist eine Darstellung der Strahlmodussteuerung, die durch Kopplung eines fokussierten Rundlasers mit einem Lichtwellenleiter-Laserkoppler gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung realisiert wird;
- ist eine schematische Darstellung des optischen Weges eines Laserkopplers mit einem konischen Linsenpaar zur Realisierung einer ringförmigen Strahlformung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung;
- zeigt einen weiteren Laserkoppler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung; und
- ist eine Darstellung der Strahlmodussteuerung, die durch Kopplung eines geformten und fokussierten Ringlasers durch einen Lichtwellenleiter-Laserkoppler gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung realisiert wird.
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Verweisende Zahlen:
- 101
- Standardmäßige Energieübertragungsfaser-Lackschicht;
- 102
- Standardmäßiger Energieübertragungsfaserkern;
- 103
- Standardmäßige Energieübertragungsfaser-Außenmantelschicht;
- 104
- Fluordotierte standardmäßige Energieübertragungsfaser-Lackschicht;
- 105
- Kreisförmiger Kern 1 der koaxialen Dreikernfaser;
- 106
- Ringförmiger Kern 2 der koaxialen Dreikernfaser;
- 107
- Ringförmiger Kern 3 der koaxialen Dreikernfaser;
- 109
- Fluordotierte Schicht;
- 108
- Koaxiale Dreikernfaser-Lackschicht;
- 201
- Eintrittsfaser;
- 202
- Standardmäßige Energieübertragungsfaser;
- 203
- einstellbare Kollimationslinsengruppe;
- 204
- einstellbare Fokussierungslinsengruppe;
- 205
- Multistrahl-Energieübertragungsfaser;
- 206
- doppelendiges Übertragungskabel;
- 301
- Einstellstange;
- 302
- Feder-Abdrückschraube;
- 303
- zweiter optischer Linsentubus;
- 304
- Glasschieberfeder;
- 305
- Einstellgehäuse;
- 401
- Strahlverschiebungsplatte;
- 402
- elektrischer Dreh-Schrittmotor;
- 601
- konisches Linsenpaar;
- 602
- Gaußscher Strahl;
- 603
- Ringfleck 1;
- 604
- Ringfleck 2;
- 605
- erster optischer Linsentubus;
- 606
- Linsenfeder;
- 607
- Schrittmotor;
- 608
- Einstellring.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Um die Ziele, technischen Lösungen und Vorteile der Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung deutlicher zu erläutern, werden die technischen Lösungen in den Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung nachstehend in Verbindung mit den Zeichnungen in den Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung klar beschrieben. Selbstverständlich handelt es sich bei den beschriebenen Ausführungsformen um Teile der Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung und nicht um alle Ausführungsformen. Aufgrund der Ausführungsformen in der vorliegenden Anmeldung fallen alle anderen Ausführungsformen, die von Fachleuten ohne kreative Arbeit erhalten werden können, in den Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung.
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Gegenwärtig besteht die Grundstruktur einer Faserlaservorrichtung hauptsächlich aus zwei Teilen, nämlich einem Laserkörper und einem Laserübertragungssystem. Das Laserübertragungssystem, das auch als Laserübertragungskabel bezeichnet wird, besteht hauptsächlich aus zwei Teilen, nämlich einer Energieübertragungsfaser und einer Ausgabeseite. Bei der tatsächlichen Verwendung kann ein vom Laser erzeugter Laserstrahl direkt durch die Energieübertragungsfaser ausgegeben werden. Alternativ kann der Laserstrahl auch durch ein optisches Laserübertragungskabel in einen Shutter oder einen optischen Koppler eingeleitet werden und dann in ein anderes optisches Laserübertragungskabel zur Ausgabe eingeleitet werden, nachdem er durch den optischen Koppler geformt und gekoppelt wurde. Die Verwendung des oben genannten Shutters und des optischen Kopplers soll den Austausch des optischen Laserübertragungskabels erleichtern, um Laserstrahlen mit unterschiedlichen Strahlenmodi auszugeben.
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ist eine schematische Darstellung der Struktur und der Brechungsindexverteilung einer standardmäßigen Energieübertragungsfaser nach dem Stand der Technik. Wie in gezeigt wird, besteht die standardmäßige Energieübertragungsfaser nach dem Stand der Technik aus einer vierschichtigen Struktur mit einem Kern 102 in der Mitte, einer Außenmantelschicht 103, einer Lackschicht 101 und einer fluordotierten Schicht 104. Der Kern und die Außenmantelschicht bestehen aus reinem Siliziumdioxid, das zu den Flächen mit hohem Brechungsindex, d. h. zu den Laserübertragungsflächen, gehört. Das Material der fluordotierten Schicht 104 ist im Allgemeinen fluordotiertes Siliziumdioxid, und die fluordotierte Schicht und die Lackschicht sind Flächen mit niedrigem Brechungsindex, die so konfiguriert sind, dass sie einen Laserstrahl zur Übertragung auf den Kern 102 oder die Außenmantelschicht 103 begrenzen. Obwohl die Außenmantelschicht 103 der standardmäßigen Energieübertragungsfaser zur Übertragung des Laserstrahls verwendet werden kann, ist aus der Brechungsindexverteilung der standardmäßigen Energieübertragungsfaser in zu entnehmen, dass die standardmäßige Energieübertragungsfaser vor allem die folgenden Mängel aufweist: großer Divergenzwinkel des Ausgangslaserstrahls, leicht zu erwärmende Lackschicht 101 und weniger unterstützte Strahlmoden.
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Wie in gezeigt wird, 1(B) und in dargestellt, sieht die vorliegende Anwendung einen Lichtwellenleiter-Laserkoppler vor, der ein optisches Lasereingangskabel, eine Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung und eine Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser 205 enthält. Die Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser 205 ist eine koaxiale Mehrkernfaser, die einen kreisförmigen Faserkern 105 und mindestens zwei ringförmige Kerne enthält, die sich in einer axialen Mitte befinden, und jeder ringförmige Faserkern ist koaxial mit dem kreisförmigen Faserkern 105. Eine fluordotierte Schicht 109 ist zwischen dem kreisförmigen Faserkern 105 und dem benachbarten ringförmigen Faserkern angeordnet, und die fluordotierte Schicht 109 ist ebenfalls zwischen jeweils zwei benachbarten ringförmigen Faserkernen angeordnet. Ein Ende des optischen Lasereingangskabels ist mit einer Laservorrichtung verbunden, und das andere Ende davon ist mit der Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung verbunden. Die Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung umfasst eine einstellbare Kollimationslinsengruppe und eine einstellbare Fokussierungslinsengruppe. Die einstellbare Kollimationslinsengruppe und die einstellbare Fokussierungslinsengruppe können horizontal entlang einer Richtung eines Laserstrahls in einem Gehäuse der Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung verschoben werden. Die Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung ist so konfiguriert, dass sie den durch das optische Lasereingangskabel eingegebenen Laserstrahl in verschiedene Faserkerne der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser einkoppelt und eingibt und die Ausgabe von Laserstrahlen mit verschiedenen Strahlmoden ermöglicht.
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Es sollte beachtet werden, dass eine schematische Darstellung ist, die die Struktur und die Brechungsindexverteilung einer Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser in einem Lichtwellenleiter-Laserkoppler gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung zeigt, speziell eine schematische Darstellung, die die Struktur und die Brechungsindexverteilung einer Dreikern-Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser zeigt. Zur Vereinfachung der Darstellung werden alle Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung anhand der Dreikern-Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser als Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser beschrieben. In den Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung ist die Anzahl der Schichten der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser nicht darauf beschränkt, und es sind zumindest alle Strukturen der Dreikern-Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser enthalten.
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Speziell ist die Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser, die in einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung vorgesehen wird, eine koaxiale Mehrkernfaser, und der kreisförmige Kern 105 befindet sich in der Achsenmitte, und das Material kann reines Siliziumdioxid sein. Da der Durchmesser nach außen erweitert ist, enthält die koaxiale Mehrkernfaser auch zwei oder mehr koaxiale ringförmige Kerne, nämlich den ringförmigen Kern 106 und den ringförmigen Kern 107, wobei der Durchmesser des ringförmigen Kerns 107 größer ist als der des ringförmigen Kerns 106. Zusätzlich ist eine fluordotierte Schicht 109 zwischen dem kreisförmigen Kern 105 und dem ringförmigen Kern sowie zwischen dem ringförmigen Kern 106 und dem ringförmigen Kern 107 angeordnet. Das Material der fluordotierten Schicht kann fluordotiertes Siliziumdioxid sein. Außerdem können mehrere Schichten ringförmiger Kerne außerhalb des ringförmigen Kerns 107 angeordnet sein, während zwischen jeweils zwei benachbarten ringförmigen Kernen eine fluordotierte Schicht vorgesehen wird. Auf der Außenseite der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser ist ferner eine Deckschicht 108 vorgesehen, und zwischen der Deckschicht 108 und einem äußersten Ringkern ist eine fluordotierte Schicht 109 vorgesehen.
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Die numerische Apertur des Kerns 102 der standardmäßigen Energieübertragungsfaser beträgt im Allgemeinen 0,22, und die numerische Apertur der Außenmantelschicht 103 beträgt im Allgemeinen 0,46. Bei der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser im Lichtwellenleiter-Laserkoppler, der durch eine Ausführungsform der Anmeldung bereitgestellt wird, beträgt die numerische Apertur der Außenmantelschicht bis zu 0,46, wenn eine standardmäßige Energieübertragungsfaser verwendet wird. Wenn der ringförmige Laserstrahl in der Außenmantelschicht übertragen wird, ist es sehr wahrscheinlich, dass sein Divergenzwinkel 0,2 überschreitet. Für Laseranwendungen gelten strenge Grenzwerte für den Divergenzwinkel des Ausgangslasers, und bei vielen Laseranwendungen muss der Divergenzwinkel des Ausgangslasers geringer als 0,2 sein. Eine zu große numerische Apertur kann jedoch zu Leistungsverlusten des Lasers und zur Geräteschaden führen. Außerdem kann der Divergenzwinkel des Ausgangslaserstrahls durch Verringerung der numerischen Apertur optimiert werden. Daher sind in der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser in dem Lichtwellenleiter-Laserkoppler, der durch eine Ausführungsform der Anwendung vorgesehen wird, die numerischen Aperturen des kreisförmigen Kerns 105, des ringförmigen Kerns 106 und des ringförmigen Kerns 107 reduziert, deren Bereich von 0,1 bis 0,22 eingestellt werden kann. Dabei ist der kreisförmige Kern 105 so konfiguriert, dass er einen Gaußschen Strahl oder einen Flat-Top-Strahl überträgt, während der ringförmige Kern 106 und der ringförmige Kern 107 so konfiguriert sind, dass sie einen ringförmigen Strahl übertragen.
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Außerdem enthält, wie in gezeigt, das optische Lasereingangskabel eine Eingangsfaser 201 und eine standardmäßige Energieübertragungsfaser 202, wobei die Eingangsfaser 201 mit der Faserlaservorrichtung verbunden ist und so konfiguriert ist, dass sie den von der Faserlaservorrichtung emittierten Laserstrahl über die standardmäßige Energieübertragungsfaser 202 in die Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung eingibt.
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Es sollte darauf hingewiesen werden, dass in den Ausführungsformen der vorliegenden Anwendung der Strahlmodus des durch das optische Lasereingangskabel eingegebenen Laserstrahls nicht speziell festgelegt ist, so dass entweder ein Gauß- oder Gauß-ähnlicher Strahl oder ein Flat-Top-Strahl gewählt werden kann.
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Weiterhin enthält die in einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung vorgesehene Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung unter anderem eine einstellbare Kollimationslinsengruppe 203 und eine einstellbare Fokussierungslinsengruppe 204, wobei die einstellbare Kollimationslinse 203 auf einer Seite in der Nähe des optischen Lasereingangskabels angeordnet ist und die einstellbare Fokussierungslinse 204 auf einer Seite in der Nähe der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser angeordnet ist. Die einstellbare Kollimationslinsengruppe 203 und die einstellbare Fokussierungslinsengruppe 204 können horizontal entlang einer Richtung des Laserstrahls im Gehäuse der Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung verschoben werden, um die Justierung des Laserstrahls entsprechend den tatsächlichen Bedürfnissen zu ermöglichen.
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Im Bereich der Faserlaser kann die Kopplung von Hochleistungslasern räumliche Kopplung und Faserkopplung umfassen. Der Kopplungsmodus, der von dem Lichtwellenleiter-Laserkoppler angenommen wird, der in einer Ausführungsform der vorliegenden Anwendung vorgesehen ist, ist die räumliche Kopplung. Speziell wird der Laserstrahl, nachdem er durch das Lasereingangskabel in den Lichtwellenleiter-Laserkoppler eingegeben wurde, zunächst durch die einstellbare Kollimationslinsengruppe 203 kollimiert, und der kollimierte Laserstrahl wird erneut fokussiert und durch die einstellbare Fokussierungslinse 204 in die verschiedenen Kerne der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser 205 eingekoppelt, so dass die Ausgangslaserstrahlen verschiedener Strahlmoden an einem Ausgangsende der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser erhalten werden.
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Der Lichtwellenleiter-Laserkoppler, der durch eine Ausführungsform der Anmeldung vorgesehen ist, kann den Laserstrahl von einem kreisförmigen Kern auf den anderen kreisförmigen Kern koppeln, d. h. die Ausgabe eines kreisförmigen Flecks ermöglichen, wie z. B. eines Flat-Top-Laserstrahls, eines Gaußschen oder Gauß-ähnlichen Laserstrahls. Alternativ kann der Lichtwellenleiter-Laserkoppler den Laserstrahl von einem kreisförmigen Kern auf den ringförmigen Kern koppeln, wodurch die Ausgabe eines ringförmigen Laserstrahls ermöglicht wird. Weiterhin kann der Laserstrahl gleichzeitig von einem kreisförmigen Kern auf einen kreisförmigen Kern und einen ringförmigen Kern gekoppelt werden, um die gleichzeitige Ausgabe des ringförmigen Laserstrahls und des kreisförmigen Laserstrahls zu ermöglichen.
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Außerdem können die einstellbare Kollimationslinsengruppe 203 und die einstellbare Fokussierungslinsengruppe 204 in dem in einer Ausführungsform der vorliegenden Anwendung vorgesehenen Lichtwellenleiter-Laserkoppler horizontal entlang einer Richtung des Laserstrahls im Gehäuse der Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung verschoben werden, so dass der Laserstrahl in verschiedene Kerne der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser 205 anhand einer manuellen Steuerung oder einer automatischen Steuerung eingekoppelt werden kann, um die Ausgangslaserstrahlen verschiedener Strahlmoden zu erhalten, und die Laserstrahlen durch das doppelendige Übertragungskabel 206 auszugeben.
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In dem Lichtwellenleiter-Laserkoppler, der durch die Ausführungsformen der Anwendung vorgesehen ist, wird der empfangene Laserstrahl durch die Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung kollimiert und in die verschiedenen Kerne der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser fokussiert, und somit kann eine Echtzeitumschaltung zwischen verschiedenen Strahlmoden unabhängig realisiert werden. Außerdem hat der Lichtwellenleiter-Laserkoppler eine relativ einfache Struktur.
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Aufgrund der vorstehenden Ausführungsformen wird in einer optionalen Ausführungsform ein Lichtwellenleiter-Laserkoppler vorgesehen, wobei die Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung ferner ein Strahlformungssystem umfasst. Das Strahlformungssystem befindet sich zwischen der einstellbaren Kollimationslinsengruppe 203 und der einstellbaren Fokussierungslinsengruppe 204 und ist so konfiguriert, dass es einen passierenden Gaußschen Strahl zu einem Ringstrahl formt. Der Gaußsche Strahl ist ein Strahl, der durch das optische Lasereingangskabel eingegeben wird, und das Laserformungs- und kopplungsgerät ist so konfiguriert, dass es den ringförmigen Strahl koppelt und in verschiedene Faserkerne in der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser 205 eingegeben wird und Ausgangslaserstrahlen mit verschiedenen Strahlmoden erhalten werden.
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Aufgrund der vorstehenden Ausführungsformen ist in einer optionalen Ausführungsform, wie in dargestellt, im Strahlformungssystem des Lichtwellenleiter-Laserkopplers eine Einstellvorrichtung für die Linsengruppe, einschließlich, aber nicht beschränkt auf eine Einstellstange 301, einen zweiten optischen Linsentubus 303, Feder-Abdrückschrauben 302, eine Glasschieberfeder 304 und ein Einstellgehäuse 305 enthalten.
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Wobei das Einstellgehäuse 305 eine hohlzylindrische Struktur hat und der zweite optische Linsentubus 303 und die Glasschieberfeder 304 im Einstellgehäuse 305 einkapselt sind. Ein Außendurchmesser eines Federrings der Glasschieberfeder 304 ist größer als ein Innendurchmesser des zweiten optischen Linsentubus 303. Das Einstellgehäuse 305 ist an einem Ende mit einer Öffnung und am anderen Ende mit einem Schlitz versehen, und das Einstellgehäuse 305 ist so konfiguriert, dass die Glasschieberfeder nicht hindurchpasst. Der zweite optische Linsentubus 303 ist so konfiguriert, dass er eine Linsengruppe einkapselt. Die Feder-Abdrückschrauben 302 sind symmetrisch an einer Außenwand des zweiten optischen Linsentubus 303 angeordnet und so konfiguriert, dass sie den zweiten optischen Linsentubus 303 in dem Einstellgehäuse 305 elastisch fixieren. Die Einstellstange 301 ist so konfiguriert, dass sie die Positionen des zweiten optischen Linsentubus 303 in dem Einstellgehäuse 305 einstellt.
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Darüber hinaus ist die Einstellvorrichtung für die Linsengruppe eine unabhängige Vorrichtung, die außerhalb der einstellbaren Kollimationslinsengruppe 203 angeordnet werden kann und so konfiguriert ist, dass sie die Positionen der Linsen in der einstellbaren Kollimationslinsengruppe 203 einstellt. Die Einstellvorrichtung für die Linsengruppe kann auch außerhalb der einstellbaren Fokussierlinsengruppe 204 angeordnet sein und ist so konfiguriert, dass sie die Positionen der Linsen in der einstellbaren Fokussierlinsengruppe 204 einstellt. Alternativ können die Einstellvorrichtungen für die Linsengruppe sowohl außerhalb der einstellbaren Kollimationslinsengruppe 203 als auch außerhalb der einstellbaren Fokussierlinsengruppe 204 angeordnet sein.
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Darüber hinaus umfasst die Einstellstange 301 eine obere Stange und eine untere Stange, wobei die Enden der oberen Stange und der unteren Stange symmetrisch an einer Bodenwand des zweiten optischen Linsentubus 303 angeordnet sind und die anderen Enden der oberen Stange und der unteren Stange beweglich an einem Gehäuse 306 des Strahlformungssystems befestigt werden können. Der zweite optische Linsentubus 303 kann sich horizontal bewegen, wenn die obere Stange und die untere Stange gleichzeitig mit gleicher Verschiebung eingestellt werden, und ein Neigungswinkel des zweiten optischen Linsentubus 303 wird eingestellt, wenn die obere Stange oder die untere Stange separat eingestellt wird.
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Speziell, wenn die obere Stange und die untere Stange der Einstellstange 301 gleichzeitig gedrückt werden, wird die Feder-Abdrückschraube 302 ausgefahren, und dann wird die Glasschieberfeder 304 verkürzt, wodurch der zweite optische Linsentubus 303 in eine horizontale Bewegung versetzt wird.
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Ein weiteres Verfahren besteht darin, dass beim separaten Einstellen der oberen und der unteren Stange der Einstellstange 301 oder beim Einstellen der oberen und der unteren Stange mit ungleicher Verschiebung, da das Einstellgehäuse 305 fest installiert ist, der Gesamtneigungswinkel der gesamten zweiten optischen Linsentrommel 303 geändert wird, so dass der Kopplungswinkel des Eingangslaserstrahls geändert wird und der Laserstrahl in verschiedene Kerne der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser 205 eingekoppelt wird, um Ausgangslaserstrahlen mit verschiedenen Strahlmoden zu erhalten.
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Darüber hinaus ist es auch möglich, die Verschiebung der Einstellstange 301 durch externen Antrieb präzise zu steuern, um eine genauere Einstellung des Kopplungswinkels des Eingangslaserstrahls zu erreichen. In der Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung ist die Art und Weise der Einstellung der Verschiebung der Einstellstange 301 nicht speziell festgelegt.
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In den Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung jeder Linse in einer Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung vorgesehen, die die Kopplung von Laserstrahlen auf einfachere Weise ermöglichen.
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Aufgrund der vorstehenden Ausführungsformen ist in einer optionalen Ausführungsform, wie in gezeigt, ein Lichtwellenleiter-Laserkoppler vorgesehen. Das Strahlformungssystem umfasst außerdem eine Strahlverschiebungsvorrichtung. Nachdem der Laserstrahl die Strahlverschiebungsvorrichtung passiert hat, wird er horizontal verschoben und in verschiedene Faserkerne in der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser 205 eingegeben.
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Desweiteren umfasst die oben erwähnte Strahlverschiebungsvorrichtung unter anderem eine Strahlverschiebungsplatte 401, einen fixierenden Sockel, der so konfiguriert ist, dass er die Strahlverschiebungsplatte fixiert, und eine Antriebsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie den fixierenden Sockel zum Drehen antreibt. Nachdem der Laserstrahl die Strahlverschiebungsplatte 401 passiert hat, wird er horizontal verschoben und in verschiedene Faserkerne in der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser 205 eingegeben.
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Speziell kann die Strahlverschiebungsplatte 401 der oben genannten Strahlverschiebungsvorrichtung zwischen der einstellbaren Kollimationslinsengruppe 203 und der einstellbaren Fokussierungslinsengruppe 204 angeordnet werden, und die Strahlverschiebungsplatte 401 kann so gesteuert werden, dass sie sich in der XY-Ebene entlang der Z-Achse durch einen rotierenden Schrittmotor 402 dreht. Wenn sich die Strahlverschiebungsplatte 401 dreht, wird der Laserstrahl, der die Strahlverschiebungsplatte 401 passiert, entlang der Y-Achse in einer Richtung parallel zur X-Achse verschoben, so dass der Laserstrahl in verschiedene Kerne in der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser 205 eingekoppelt und ausgegeben wird, um Ausgangslaserstrahlen mit verschiedenen Strahlenmoden entsprechend den tatsächlichen Bedürfnissen zu erhalten.
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In dem Lichtwellenleiter-Laserkoppler, der durch die Ausführungsform der vorliegenden Anwendung vorgesehen ist, wird durch Bereitstellung einer Strahlverschiebungsplatte ein Verfahren zur Verarbeitung von Laserstrahlen vorgesehen, das eine Translation zur Kopplung erfordert.
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ist eine Darstellung der Strahlenmodensteuerung, die durch Einkopplung eines fokussierten kreisförmigen Lasers durch einen Lichtwellenleiter-Laserkoppler gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung realisiert wird. Wenn der Laserstrahl in den kreisförmigen Kern 1 der Standard-Energieübertragungsfaser oder den kreisförmigen Kern 105 der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser, die in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen ist, eingekoppelt wird, sind eine Eingangsposition des Laserstrahls und eine Punktform des Ausgangslaserstrahls in dargestellt, wobei der Ausgangslaserstrahl eine Punktform hat, die einem Gaußschen oder Gauß-ähnlichen kreisförmigen Strahl entspricht. Wenn der Laserstrahl mit einem seitlichen Offset in den kreisförmigen Kern 105 eingekoppelt wird, ist der Punkt des Ausgangslaserstrahls ein Flat-Top-Fleck.
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Wenn außerdem der Laserstrahl nur in den ringförmigen Kern der koaxialen Dreikernfaser 106 eingekoppelt wird, wie in gezeigt, ist der Fleck des ausgegebenen Laserstrahls ein kleiner ringförmiger Fleck.
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Wenn ferner die Kopplung des Laserstrahls gleichzeitig den kreisförmigen Kern der koaxialen Dreikernfaser 105, den ringförmigen Kern der koaxialen Dreikernfaser 106 und die fluordotierte Schicht 109 abdeckt, wird der Eingangslaserstrahl gleichzeitig in den kreisförmigen Kern der koaxialen Dreikernfaser 105 und den ringförmigen Kern der koaxialen Dreikernfaser 106 eingekoppelt. Wie in gezeigt wird, 5(c) gezeigt, umfasst die Ausgabe des Laserstrahls an diesem Punkt einen kreisförmigen Laserstrahl und einen ringförmigen Laserstrahl, wobei der Laserstrahlmodus ein kombinierter Strahl ist.
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und zeigen auch die Fleckenmorphologie der Ausgangslaserstrahlen verschiedener Strahlenmoden, die nach der Einkopplung in die verschiedenen Kerne der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser 205 in der oben genannten Weise erhalten werden. In den Ausführungsformen der vorliegenden Anwendung wird dies nicht im Detail beschrieben.
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Bei der eigentlichen Prüfung des Lichtwellenleiter-Laserkopplers, der durch die in beschriebene Ausführungsform der Anwendung vorgesehen ist, bewiesen die erhaltenen Flecken der Ausgangslaserstrahlen verschiedener Strahlmoden in vollem Umfang, dass der Lichtwellenleiter-Laserkoppler, der durch die Ausführungsform der Anwendung vorgesehen ist, die verschiedenen Kernstrukturen der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser durch die Laserformungs- und -kopplungsvorrichtung kombinieren kann und unabhängig die Echtzeitumschaltung zwischen verschiedenen Strahlmoden ermöglichen kann.
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ist eine schematische Darstellung des optischen Weges eines Laserkopplers mit einem konischen Linsenpaar zur Realisierung einer ringförmigen Strahlformung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung. Wie in gezeigt wird, 6 gezeigt wird, ist in dem Laserkoppler, der durch eine Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung vorgesehen ist, ein Strahlformungssystem zwischen der einstellbaren Kollimationslinsengruppe 203 und der einstellbaren Fokussierungslinsengruppe 204 vorgesehen. Das Strahlformungssystem kann ein konisches Linsenpaar 601 sein, und das konische Linsenpaar 601 umfasst unter anderem zwei konische Linsen mit entgegengesetzten Kegelscheitelwinkeln. Bei der tatsächlichen Laserstrahlkopplung können, wenn der empfangene Laserstrahl ein Gaußscher oder Gauß-ähnlicher Laserstrahl ist, sowohl die einstellbare Kollimationslinsengruppe 203 als auch die einstellbare Fokuslinsengruppe 204 verwendet werden, um den empfangenen Laserstrahl direkt in verschiedene Kerne der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser 205 einzukoppeln. Alternativ ist es möglich, das Strahlformungssystem zu verwenden, um einen Gaußschen oder Gauß-ähnlichen Laserstrahl in einen ringförmigen Laserstrahl zu formen, und dann den erhaltenen ringförmigen Laserstrahl in verschiedene Kerne der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser 205 einzukoppeln.
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Speziell, wenn der durch das Lasereingangskabel eingegebene Laserstrahl ein Gauß- oder Gauß-ähnlicher Laserstrahl 602 ist, wird der Laserstrahl zunächst durch die einstellbare Kollimationslinsengruppe 203 kollimiert und dann kann das konische Linsenpaar 601 den kollimierten Gauß- oder Gauß-ähnlichen Laserstrahl zu einem ringförmigen Laserstrahl formen, wobei der ringförmige Laserstrahl kollimiert wird, und schließlich wird der kollimierte ringförmige Laserstrahl fokussiert und durch die einstellbare Fokussierungslinsengruppe 204 in verschiedene Kerne in der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser eingekoppelt, um Ausgangslaserstrahlen verschiedener Strahlmoden zu erhalten.
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Weiterhin ist es durch die Steuerung des Abstands zwischen den beiden Linsen des konischen Linsenpaars 601 möglich, ringförmige Laserstrahlen mit unterschiedlichen Durchmessern zu erhalten. Zur Veranschaulichung kann ein ringförmiger Laserstrahl mit einem kleinen ringförmigen Fleck 603 oder ein ringförmiger Laserstrahl mit einem großen ringförmigen Fleck 604 erzeugt werden. Die Fleckdicke des ringförmigen Laserstrahls mit einem kleinen ringförmigen Fleck 603 oder des ringförmigen Laserstrahls mit einem großen ringförmigen Fleck 604 entspricht dem halben Fleckdurchmesser des Eingangslaserstrahls nach der Kollimation durch die einstellbare Kollimationslinsengruppe 203.
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In dem Lichtwellenleiter-Laserkoppler, der durch die Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung vorgesehen ist, wird der ringförmige Laserstrahl mit einem Strahlformungssystem eingekoppelt, was folgende Vorteile bietet: einerseits ist beim Prozess der Laserstrahlkopplung aufgrund der Tatsache, dass die Kopplungseffizienz umso größer ist, je größer das Überlappungsintegral zwischen dem Modusfeld des Eingangslaserstrahls und dem Strahlmodusfeld des Zielausgangslasers ist, in dem Lichtwellenleiter-Laserkoppler der Ausführungsformen der vorliegenden Anwendung nach der Kopplung des ringförmigen Laserstrahls in die koaxiale Mehrkernfaser das Überlappungsintegral mit den erhaltenen Ausgangslaserstrahlen verschiedener Strahlmoden im Vergleich zum kreisförmigen Laserstrahl größer, wodurch die Strahlqualität des finalen Ausgangsstrahls verbessert wird. Andererseits kann nach der Umformung des Gaußschen Laserstrahls in einen ringförmigen Laserstrahl durch die Vergrößerung der Modusfeldfläche des Eingangslasers die Energiedichte wirksam reduziert werden, so dass während des Kopplungsprozesses die Wahrscheinlichkeit des Verbrennens des Kopplungsendes der Ausgangsfaser verringert wird.
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Aufgrund der vorstehenden Ausführungsformen ist in einer optionalen Ausführungsform, wie in gezeigt, ein Lichtwellenleiter-Laserkoppler vorgesehen. Das Strahlformungssystem umfasst außerdem eine Einstellvorrichtung für konische Linsenpaare. Die Einstellvorrichtung für konische Linsenpaare umfasst einen ersten optischen Linsentubus 605, eine Linsenfeder 606 und einen Einstellring 608, ohne darauf beschränkt zu sein. Der erste optische Linsentubus 605 hat eine hohlzylindrische Struktur mit einer Öffnung an einem Ende und einem Schlitz am anderen Ende und ist so konfiguriert, dass das konische Linsenpaar 601 nicht hindurchpasst. Das konische Linsenpaar 601 ist in dem ersten optischen Linsentubus 605 eingekapselt, und der Innendurchmesser des ersten optischen Linsentubus 605 ist etwas größer als der Außendurchmesser des konischen Linsenpaars 601. Die Linsenfeder 606 befindet sich zwischen den beiden konischen Linsen 601, der Einstellring 608 befindet sich an einem offenen Ende des ersten optischen Linsentubus 605, und der Einstellring 608 und die Linsenfeder 606 sind so konfiguriert, dass sie einen Abstand zwischen den beiden konischen Linsen im konischen Linsenpaar 601 einstellen.
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Speziell kann der Einstellring 608 manuell oder mit anderen Mitteln in den ersten optischen Linsentubus 605 geschoben werden, und der Einstellring 608 stellt den Abstand zwischen den beiden Linsen im konischen Linsenpaar 601 während des Verschiebevorgangs weiter ein.
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In einem Lichtwellenleiter-Laserkoppler, der durch eine Ausführungsform der vorliegenden Anwendung vorgesehen ist, wird durch Hinzufügen eines Schrittmotors 607 das Ausgabeende des Schrittmotors fest mit dem Einstellring 608 verbunden, und die Vorwärts- und Rückwärtsdrehung des Schrittmotors 607 entspricht der Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung des Einstellrings 608. Es ist auch möglich, den Einstellring 608 durch eine hydraulische Vorrichtung zu verschieben. Diesbezüglich sind in den Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung die Vorrichtung und das Verfahren zum Antrieb der Verschiebung des Einstellrings 608 nicht speziell festgelegt.
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ist eine Darstellung der Strahlmodussteuerung, die durch Kopplung eines geformten und fokussierten Ringlasers durch einen Lichtwellenleiter-Laserkoppler gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung realisiert wird. Wie in gezeigt wird, beweisen die Flecken der Ausgangslaserstrahlen der verschiedenen Strahlmoden, die durch den Lichtwellenleiter-Laserkoppler, der in den Ausführungsformen der vorliegenden Anwendung vorgesehen ist, bei den tatsächlichen Prüfungen vollständig, dass der Lichtwellenleiter-Laserkoppler, der in den Ausführungsformen der vorliegenden Anwendung vorgesehen ist, die verschiedenen Kernstrukturen der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser durch die Laserformungs- und Kopplungsvorrichtung kombinieren kann und unabhängig die Echtzeitumschaltung zwischen verschiedenen Strahlmoden ermöglichen kann.
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In dem Lichtwellenleiter-Laserkoppler, der durch die Ausführungsformen der vorliegenden Anwendung vorgesehen ist, wird durch Bereitstellung des Strahlformungssystems der Abstand zwischen den beiden konischen Linsen in dem konischen Linsenpaar eingestellt, um ringförmige Laserstrahlen mit verschiedenen Durchmessern zu erhalten. Dadurch wird ein Nutzen für die Laserformungs- und Kopplungsvorrichtung geschaffen, um die ringförmigen Laserstrahlen mit verschiedenen Durchmessern in die verschiedenen Kerne der Mehrstrahl-Energieübertragungsfaser einzugeben.
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Abschließend sollte darauf hingewiesen werden, dass alle oben genannten Ausführungsformen nur dazu dienen, die technischen Lösungen der vorliegenden Anwendung zu erläutern, und dass sie nicht darauf beschränkt sind. Obwohl die vorliegende Anwendung im Detail mit Bezug auf die vorstehenden Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte verstanden werden, dass der Fachmann die technischen Lösungen, die in den vorstehenden Ausführungsformen dokumentiert wurden, noch ändern und äquivalente Substitutionen an einem Teil der technischen Merkmale vornehmen kann, und diese Änderungen und Substitutionen nicht dazu führen, dass das Wesen der entsprechenden technischen Lösungen vom Anwendungsbereich der technischen Lösungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Anwendung abweicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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