DE112021007338T5

DE112021007338T5 - Lasersystem

Info

Publication number: DE112021007338T5
Application number: DE112021007338.9T
Authority: DE
Inventors: Masato Kawasaki; Hiroshi Kikuchi; Tomotaka Katsura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-03-23
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2024-01-04
Also published as: US20230163550A1; JP6949289B1; JPWO2022201310A1; CN116941146A; WO2022201310A1

Abstract

Ein Lasersystem (101) umfasst: ein erstes Laserelement (11), das ein Ende eines ersten externen Resonators (1) bildet; ein zweites Laserelement (12), das ein Ende eines zweiten externen Resonators (2) bildet; ein diffraktives optisches Element, in das eine erste Strahlenbündelgruppe (21) und eine zweite Strahlenbündelgruppe (22) so eintreten, dass positive und negative Einfallswinkel jedes Strahlenbündels der ersten Strahlenbündelgruppe (21) und jedes Strahlenbündels der zweiten Strahlenbündelgruppe (22) einander entgegengesetzt sind und von dem ein erstes Strahlenbündel (51), das die konvergierte erste Strahlenbündelgruppe (21) ist, und ein zweites Strahlenbündel (52), das die konvergierte zweite Strahlenbündelgruppe (22) ist, emittiert werden; ein teilreflektierendes Element, das ein gegenüberliegendes Ende des ersten externen Resonators (1) und ein gegenüberliegendes Ende des zweiten externen Resonators (2) bildet, einen Teil des ersten Strahlenbündels (51) und einen Teil des zweiten Strahlenbündels (52) reflektiert und den Rest des ersten Strahlenbündels (51) und den Rest des zweiten Strahlenbündels (52) transmittiert; und ein Strahlenbündel-Umlenkelement, das das von dem diffraktiven optischen Element emittierte zweite Strahlenbündel (52) zu dem teilreflektierenden Element umlenkt.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Lasersystem, das Strahlenbündel koppelt, die von einer Mehrzahl von Laserelementen emittiert werden.
Stand der Technik
Ein Halbleiterlaserelement hat eine geringe Strahlleistung, die von einem einzelnen lichtemittierenden Punkt erzeugt werden kann, und es ist notwendig, die von einer Mehrzahl von Halbleiterlaserelementen erzeugten Strahlenbündel für Anwendungen wie die Laserbearbeitung zu bündeln. Als Technik für ein Lasersystem, das die von einer Mehrzahl von Halbleiterlaserelementen emittierten Strahlenbündel bündelt, wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein externer Resonator mit einer Mehrzahl von Halbleiterlaserelementen und einem diffraktiven optischen Element verwendet wird, um Strahlenbündel mit unterschiedlichen Wellenlängen an den jeweiligen Halbleiterlaserelementen oszillieren zu lassen und die Strahlenbündel zu einem einzigen Strahlenbündel zu koppeln. Ein solches Lasersystem ist mit dem Problem behaftet, dass die maximale Leistung begrenzt ist, um eine Beschädigung der einzelnen optischen Elemente aufgrund der hohen Lichtintensität, die von jedem optischen Element des Lasersystems empfangen wird, zu vermeiden.
Die Nichtpatentliteratur 1 offenbart ein Lasersystem mit zwei externen Resonatoren, die Strahlenbündel von einer Mehrzahl von Laserelementen unter Verwendung eines diffraktiven optischen Elements koppeln, wobei die beiden externen Resonatoren ein gemeinsames Beugungsgitter verwenden. In dem Lasersystem gemäß Nichtpatentliteratur 1 sind die beiden externen Resonatoren symmetrisch in Bezug auf die Senkrechte des Beugungsgitters angeordnet. Das Lasersystem gemäß Nichtpatentliteratur 1 koppelt die von den beiden externen Resonatoren oszillierten Strahlenbündel und gibt das gekoppelte Strahlenbündel aus. Durch die Verwendung der beiden externen Resonatoren ist es möglich, die von jedem optischen Element des Lasersystems empfangene Lichtintensität zu reduzieren.
Liste der Anführungen
Nichtpatentliteratur
Nichtpatentliteratur 1: „High power diode laser source with a transmission grating for two spectral beam combining", Optik, 2019, Vol. 192, 162918
Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Gemäß der in Nichtpatentliteratur 1 beschriebenen konventionellen Technik erfordert das Lasersystem jedoch für jeden der beiden externen Resonatoren außer dem Beugungsgitter weitere optische Elemente, wodurch sich die Anzahl der Komponenten erhöht. Unterschiede im Einstellungszustand der optischen Elemente in jedem externen Resonator oder Unterschiede in der Alterung der optischen Elemente in jedem externen Resonator führen zu Unterschieden in den Eigenschaften der Strahlenbündel, die von jedem externen Resonator ausgegeben werden, oder in einigen Fällen zu einer Änderung der relativen Positionsbeziehung der Strahlenbündel. Daher besteht bei dem Lasersystem gemäß der herkömmlichen Technik das Problem, dass die Anzahl der Komponenten erhöht wird und dass leicht eine Schwankung der Strahlcharakteristiken auftritt.
Die vorliegende Offenbarung erfolgt in Anbetracht der obigen Ausführungen, und es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Lasersystem zu erhalten, das in der Lage ist, die Anzahl der Komponenten zu reduzieren und Schwankungen in den Strahlcharakteristiken zu verringern.
Technische Lösung
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen und das Ziel zu erreichen, umfasst ein Lasersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung: ein erstes Laserelement, das dafür angepasst ist, eine erste Strahlenbündelgruppe zu emittieren, wobei die erste Strahlenbündelgruppe aus einem oder einer Mehrzahl von Strahlenbündeln besteht, und dafür angepasst ist, ein Ende eines ersten externen Resonators zu bilden, um die erste Strahlenbündelgruppe in Resonanz zu bringen; ein zweites Laserelement, das dafür angepasst ist, eine zweite Strahlenbündelgruppe zu emittieren, wobei die zweite Strahlenbündelgruppe aus einem oder einer Mehrzahl von Strahlenbündeln besteht, und dafür angepasst ist, ein Ende eines zweiten externen Resonators zu bilden, um die zweite Strahlenbündelgruppe in Resonanz zu bringen; ein diffraktives optisches Element: in das die erste Strahlenbündelgruppe und die zweite Strahlenbündelgruppe so eintreten, dass positive und negative Einfallswinkel jedes Strahlenbündels der ersten Strahlenbündelgruppe und jedes Strahlenbündels der zweiten Strahlenbündelgruppe einander entgegengesetzt sind; und von dem ein erstes Strahlenbündel, das die konvergierte erste Strahlenbündelgruppe ist, und ein zweites Strahlenbündel, das die konvergierte zweite Strahlenbündelgruppe ist, emittiert werden; ein teilreflektierendes Element, das dafür angepasst ist, ein gegenüberliegendes Ende des ersten externen Resonators und ein gegenüberliegendes Ende des zweiten externen Resonators zu bilden, dafür angepasst ist, einen Teil des ersten Strahlenbündels und einen Teil des zweiten Strahlenbündels zu reflektieren, und dafür angepasst ist, den Rest des ersten Strahlenbündels und den Rest des zweiten Strahlenbündels zu transmittieren; und ein Strahlenbündel-Umlenkelement, das dafür angepasst ist, das von dem diffraktiven optischen Element emittierte zweite Strahlenbündel zu dem teilreflektierenden Element umzulenken.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Ein Lasersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung hat den Effekt, dass die Anzahl der Komponenten und die Schwankungen der Strahlcharakteristiken reduziert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration eines Lasersystems gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise eines Transmissionsgitters, das das Lasersystem gemäß der ersten Ausführungsform bildet.
3 ist eine graphische Darstellung, die einen Halbleiterlaserbarren zeigt, der ein Beispiel für ein Laserelement ist, das in dem Lasersystem gemäß der ersten Ausführungsform vorgesehen ist.
4 ist eine graphische Darstellung, die ein Installationsbeispiel für eine Abschirmung des Lasersystems gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
5 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung einer Positionsbeziehung von Strahlenbündeln in einem externen Resonator des Lasersystems gemäß der ersten Ausführungsform.
6 ist eine graphische Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel für eine Lasermaschine zeigt, in der das Lasersystem gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird.
7 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration eines Lasersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
8 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration eines Lasersystems gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
9 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für ein Strahlenbündel-Rotationselement zeigt, das in dem Lasersystem gemäß der dritten Ausführungsform vorgesehen ist.
10 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration eines Lasersystems gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
11 ist eine erste graphische Darstellung, die einen Teil eines Lasersystems gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
12 ist eine zweite graphische Darstellung, die einen Teil des Lasersystems gemäß der fünften Ausführungsform zeigt.
13 ist eine graphische Darstellung, die ein erstes Beispiel für einen Positionswechsler des Lasersystems gemäß der fünften Ausführungsform zeigt.
14 ist eine graphische Darstellung, die ein zweites Beispiel für den Positionswechsler des Lasersystems gemäß der fünften Ausführungsform zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend wird ein Lasersystem gemäß den Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
Erste Ausführungsform.
1 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration eines Lasersystems 101 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. 1 zeigt eine x-Achse, eine y-Achse und eine z-Achse eines dreiachsigen orthogonalen Koordinatensystems.
Das Lasersystem 101 umfasst ein erstes Laserelement 11 und ein zweites Laserelement 12, die Laserelemente sind. Das erste Laserelement 11 emittiert eine erste Strahlenbündelgruppe 21, bei der es sich um ein oder eine Mehrzahl von Strahlenbündeln handelt. Das zweite Laserelement 12 emittiert eine zweite Strahlenbündelgruppe 22, bei der es sich um ein oder eine Mehrzahl von Strahlenbündeln handelt. Das Lasersystem 101 umfasst: ein erstes Divergenzwinkel-Korrekturelement 31 und ein zweites Divergenzwinkel-Korrekturelement 32, die Divergenzwinkel-Korrekturelemente sind; und ein Transmissionsgitter 40, das ein diffraktives optisches Element ist. Das erste Divergenzwinkel-Korrekturelement 31 korrigiert den Divergenzwinkel der ersten Strahlenbündelgruppe 21. Das zweite Divergenzwinkel-Korrekturelement 32 korrigiert den Divergenzwinkel der zweiten Strahlenbündelgruppe 22.
In der ersten Ausführungsform umfasst die erste Strahlenbündelgruppe 21 eine Mehrzahl von Strahlenbündeln mit unterschiedlichen Wellenlängen. Die zweite Strahlenbündelgruppe 22 umfasst eine Mehrzahl von Strahlenbündeln mit unterschiedlichen Wellenlängen. Jedes Strahlenbündel der ersten Strahlenbündelgruppe 21 und jedes Strahlenbündel der zweiten Strahlenbündelgruppe 22 breitet sich in der xy-Ebene aus. Das Transmissionsgitter 40 beugt jedes Strahlenbündel der ersten Strahlenbündelgruppe 21 und jedes Strahlenbündel der zweiten Strahlenbündelgruppe 22 in der xy-Ebene mit Wellenlängendispersionsvermögen. Der Hauptstrahl eines jeden Strahlenbündels, das die erste Strahlenbündelgruppe 21 bildet, und der Hauptstrahl eines jeden Strahlenbündels, das die zweite Strahlenbündelgruppe 22 bildet, sind in der xy-Ebene enthalten.
Das Lasersystem 101 umfasst: einen ersten reflektierenden Spiegel 71 und eine erste Linse 91, die im optischen Weg der ersten Strahlenbündelgruppe 21 zwischen dem ersten Divergenzwinkel-Korrekturelement 31 und dem Transmissionsgitter 40 angeordnet sind; und eine zweite Linse 92, die im optischen Weg der zweiten Strahlenbündelgruppe 22 zwischen dem zweiten Divergenzwinkel-Korrekturelement 32 und dem Transmissionsgitter 40 angeordnet ist. Der erste reflektierende Spiegel 71, der ein Strahlenbündel-Umlenkelement ist, lenkt jedes Strahlenbündel der ersten Strahlenbündelgruppe 21 in der xy-Ebene um. Die erste Linse 91 kollimiert jedes Strahlenbündel der ersten Strahlenbündelgruppe 21. Die zweite Linse 92 kollimiert jedes Strahlenbündel der zweiten Strahlenbündelgruppe 22.
Die erste Strahlenbündelgruppe 21 wird durch den ersten reflektierenden Spiegel 71 umgelenkt und tritt in das Transmissionsgitter 40 ein. Die erste Strahlenbündelgruppe 21 und die zweite Strahlenbündelgruppe 22 treten in einer solchen Weise in das Transmissionsgitter 40 ein, dass die positiven und negativen Einfallswinkel jedes Strahlenbündels der ersten Strahlenbündelgruppe 21 und jedes Strahlenbündels der zweiten Strahlenbündelgruppe 22 einander entgegengesetzt sind. Das Transmissionsgitter 40 ist an einer Stelle angeordnet, an der sich zumindest ein Teil der ersten Strahlenbündelgruppe 21, die durch den ersten reflektierenden Spiegel 71 umgelenkt wird, und zumindest ein Teil der zweiten Strahlenbündelgruppe 22 überlagern. Das Transmissionsgitter 40 beugt die erste Strahlenbündelgruppe 21, um die erste Strahlenbündelgruppe 21 zu konvergieren. Das Transmissionsgitter 40 beugt die zweite Strahlenbündelgruppe 22, um die zweite Strahlenbündelgruppe 22 zu konvergieren. Vom Transmissionsgitter 40 wird ein erstes Strahlenbündel 51, das die konvergierte erste Strahlenbündelgruppe 21 ist, und ein zweites Strahlenbündel 52, das die konvergierte zweite Strahlenbündelgruppe 22 ist, emittiert. Der Hauptstrahl des ersten Strahlenbündels 51 und der Hauptstrahl des zweiten Strahlenbündels 52 sind in der xy-Ebene enthalten.
Das Lasersystem 101 umfasst einen teilreflektierenden Spiegel 60, der ein teilreflektierendes Element ist, und einen zweiten reflektierenden Spiegel 72, der ein Strahlenbündel-Umlenkelement ist. Der zweite reflektierende Spiegel 72 ist im optischen Weg des zweiten Strahlenbündels 52 zwischen dem Transmissionsgitter 40 und dem teilreflektierenden Spiegel 60 angeordnet. Der zweite reflektierende Spiegel 72 lenkt das zweite Strahlenbündel 52 in der xy-Ebene um. Der zweite reflektierende Spiegel 72 lenkt das vom Transmissionsgitter 40 emittierte zweite Strahlenbündel 52 zu dem teilreflektierenden Spiegel 60 um. Durch die Umlenkung des vom Transmissionsgitter 40 emittierten zweiten Strahlenbündels 52 durch den zweiten reflektierenden Spiegel 72 werden der Hauptstrahl des ersten Strahlenbündels 51 und der Hauptstrahl des zweiten Strahlenbündels 52 parallel zueinander.
Der teilreflektierende Spiegel 60 reflektiert einen Teil des einfallenden ersten Strahlenbündels 51 und transmittiert den Rest des einfallenden ersten Strahlenbündels 51. Der teilreflektierende Spiegel 60 reflektiert einen Teil des einfallenden zweiten Strahlenbündels 52 und transmittiert den Rest des einfallenden zweiten Strahlenbündels 52. Die Einfallsebene 61 des teilreflektierenden Spiegels 60, in die das erste Strahlenbündel 51 und das zweite Strahlenbündel 52 eintreten, ist eine einzige Ebene. Durch die Verwendung des teilreflektierenden Spiegels 60 mit der Einfallsebene 61, die eine einzige Ebene ist, ist es möglich, den externen Resonator mit einem einfachen optischen System zu realisieren.
Ein erster externer Resonator 1 ist ein externer Resonator, der die erste Strahlenbündelgruppe 21 in Resonanz bringt. Das erste Laserelement 11 bildet das eine Ende des ersten externen Resonators 1. Der teilreflektierende Spiegel 60 bildet das gegenüberliegende Ende des ersten externen Resonators 1. Ein zweiter externer Resonator 2 ist ein externer Resonator, der die zweite Strahlenbündelgruppe 22 in Resonanz bringt. Das zweite Laserelement 12 bildet das eine Ende des zweiten externen Resonators 2. Der teilreflektierende Spiegel 60 bildet das gegenüberliegende Ende des zweiten externen Resonators 2. Der teilreflektierende Spiegel 60 wird gemeinsam für die Resonanz der ersten Strahlenbündelgruppe 21 durch den ersten externen Resonator 1 und die Resonanz der zweiten Strahlenbündelgruppe 22 durch den zweiten externen Resonator 2 verwendet. Das Transmissionsgitter 40 wird gemeinsam für den ersten externen Resonator 1 und den zweiten externen Resonator 2 verwendet.
Die vom ersten Laserelement 11 emittierte erste Strahlenbündelgruppe 21 durchläuft die erste Linse 91 und tritt in den ersten reflektierender Spiegel 71 ein. Der erste reflektierende Spiegel 71 lenkt die erste Strahlenbündelgruppe 21 zu dem Transmissionsgitter 40 um, um die erste Strahlenbündelgruppe 21 in das Transmissionsgitter 40 eintreten zu lassen. Die vom zweiten Laserelement 12 emittierte zweite Strahlenbündelgruppe 22 durchläuft die zweite Linse 92 und tritt in das Transmissionsgitter 40 ein. Das Transmissionsgitter 40 konvergiert die erste Strahlenbündelgruppe 21 und konvergiert die zweite Strahlenbündelgruppe 22. Das erste Strahlenbündel 51 und das zweite Strahlenbündel 52 werden aus dem Transmissionsgitter 40 emittiert. Das vom Transmissionsgitter 40 emittierte erste Strahlenbündel 51 tritt in den teilreflektierenden Spiegel 60 ein. Der zweite reflektierende Spiegel 72 lenkt das vom Transmissionsgitter 40 emittierte zweite Strahlenbündel 52 zu dem teilreflektierenden Spiegels 60 um, um das zweite Strahlenbündel 52 in den teilreflektierenden Spiegel 60 eintreten zu lassen.
Das von dem teilreflektierenden Spiegel 60 reflektierte erste Strahlenbündel 51 tritt in das Transmissionsgitter 40 ein. Der zweite reflektierende Spiegel 72 lenkt das zweite Strahlenbündel 52, das von dem teilreflektierenden Spiegel 60 reflektiert wird, zu dem Transmissionsgitter 40 um, um das zweite Strahlenbündel 52 in das Transmissionsgitter 40 eintreten zu lassen. Das Transmissionsgitter 40 bewirkt, dass das erste Strahlenbündel 51 divergiert, und bewirkt, dass das zweite Strahlenbündel 52 divergiert. Jedes Strahlenbündel der ersten Strahlenbündelgruppe 21 und jedes Strahlenbündel der zweiten Strahlenbündelgruppe 22 wird vom Transmissionsgitter 40 emittiert. Der erste reflektierende Spiegel 71 lenkt die vom Transmissionsgitter 40 emittierte erste Strahlenbündelgruppe 21 zu dem ersten Laserelement 11 um. Die erste Strahlenbündelgruppe 21 durchläuft die erste Linse 91 und tritt in das erste Laserelement 11 ein. Die zweite Strahlenbündelgruppe 22, die von dem Transmissionsgitter 40 emittiert wird, durchläuft die zweite Linse 92 und tritt in das zweite Laserelement 12 ein. Das erste Strahlenbündel 51, das den teilreflektierenden Spiegel 60 durchlaufen hat, und das zweite Strahlenbündel 52, das den teilreflektierenden Spiegel 60 durchlaufen hat, werden aus dem Lasersystem 101 nach außen emittiert.
In den ersten externen Resonator 1 wird je nach Bedarf ein optisches Element eingefügt, um jedes Strahlenbündel der ersten Strahlenbündelgruppe 21 oder das erste Strahlenbündel 51 zu kollimieren, zu kondensieren oder zu drehen. Die erste Linse 91 ist ein Beispiel für ein optisches Element, das jedes Strahlenbündel der ersten Strahlenbündelgruppe 21 kollimiert. In den zweiten externen Resonator 2 wird je nach Bedarf ein optisches Element eingefügt, um jedes Strahlenbündel der zweiten Strahlenbündelgruppe 22 oder das zweite Strahlenbündel 52 zu kollimieren, zu kondensieren oder zu drehen. Die zweite Linse 92 ist ein Beispiel für ein optisches Element, das jedes Strahlenbündel der zweiten Strahlenbündelgruppe 22 kollimiert.
Als Nächstes wird die Wirkungsweise des Transmissionsgitters 40 im Detail beschrieben. 2 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise des Transmissionsgitters 40, das das Lasersystem 101 gemäß der ersten Ausführungsform bildet. Das Bezugszeichen α1 bezeichnet einen Einfallswinkel jedes Strahlenbündels, das die erste Strahlenbündelgruppe 21 bildet, die in das Transmissionsgitter 40 eintritt, und erfüllt α1>0. Das Bezugszeichen α2 bezeichnet einen Einfallswinkel jedes Strahlenbündels, das die zweite Strahlenbündelgruppe 22 bildet, die in das Transmissionsgitter 40 eintritt, und erfüllt α2<0. Das Bezugszeichen β1 bezeichnet einen Beugungswinkel jedes Strahlenbündels, das die erste Strahlenbündelgruppe 21 bildet, und erfüllt β1>0. Das Bezugszeichen β2 bezeichnet einen Beugungswinkel jedes Strahlenbündels, das die zweite Strahlenbündelgruppe 22 bildet, und erfüllt β2<0.
Die erste Strahlenbündelgruppe 21 und die zweite Strahlenbündelgruppe 22 treten so in das Transmissionsgitter 40 ein, dass α1 positiv und α2 negativ ist, d. h. die positiven und negativen Werte von α1 und a2 sind einander entgegengesetzt. Das erste Strahlenbündel 51 ist plus primäres Beugungslicht der ersten Strahlenbündelgruppe 21. Das zweite Strahlenbündel 52 ist minus primäres Beugungslicht der zweiten Strahlenbündelgruppe 22.
Wenn die Wellenlänge eines Strahlenbündels A, der Gitterabstand des Transmissionsgitters 40 d und die Beugungsordnung m ist, gilt für a, den Einfallswinkel im Transmissionsgitter 40, und β, den Beugungswinkel im Transmissionsgitter 40, eine Beziehung der folgenden Formel (1) . $sin α + sin β = m λ /d$
Wie aus den Bezugszeichen α1, α2, β1 und β2 klar hervorgeht, wird das erste Strahlenbündel 51, bei dem es sich um das plus primäre Beugungslicht handelt, durch das Auftreffen der ersten Strahlenbündelgruppe 21 auf das Transmissionsgitter 40 extrahiert; und wird das zweite Strahlenbündel 52, bei dem es sich um das minus primäre Beugungslicht handelt, durch das Auftreffen der zweiten Strahlenbündelgruppe 22 auf das Transmissionsgitter 40 extrahiert. Indem man die optischen Elemente so anordnet, dass α2=-α1 und β2=-β1 ist, schwingen zudem das erste Strahlenbündel 51 und das zweite Strahlenbündel 52 mit der gleichen Wellenlänge. Durch die gleichzeitige Verwendung des plus primären Beugungslichts und des minus primären Beugungslichts des Transmissionsgitters 40 kann das Lasersystem 101 Strahlenbündel mit der gleichen Wellenlänge durch den ersten externen Resonator 1 und den zweiten externen Resonator 2 simultan oszillieren lassen.
Im Falle eines üblichen externen Resonators, der die Wellenlängenselektivität eines Gitters nutzt, ist es schwierig, eine Mehrzahl von Lichtstrahlenbündeln mit der gleichen Wellenlänge simultan oszillieren zu lassen. Daher muss ein externer Resonator ein breiteres Wellenlängenband verwenden, um die Strahlleistung zu erhöhen. Um das Wellenlängenband zu verbreitern, ist es erforderlich, die Anzahl der Laserelementtypen zu erhöhen, was die Konfiguration des externen Resonators verkompliziert. Im Gegensatz dazu kann das Lasersystem 101 gemäß der ersten Ausführungsform mit einer einfachen Konfiguration eine Mehrzahl von Lichtstrahlenbündeln mit der gleichen Wellenlänge simultan oszillieren lassen.
Im Lasersystem 101 wird ein Teil der vom ersten Laserelement 11 emittierten ersten Strahlenbündelgruppe 21 durch das Transmissionsgitter 40 reflektiert und tritt in einigen Fällen in das zweite Laserelement 12 ein. Außerdem wird in dem Lasersystem 101 ein Teil der vom zweiten Laserelement 12 emittierten zweiten Strahlenbündelgruppe 22 von dem Transmissionsgitter 40 reflektiert und tritt in einigen Fällen in das erste Laserelement 11 ein. In einer solchen Situation führt die Wechselwirkung zwischen verschiedenen Laserelementen gelegentlich zu einem Phänomen, das als parasitäre Oszillation bezeichnet wird. Wenn eine parasitäre Oszillation auftritt, wird die Laseroszillation instabil, und es kann ein Problem wie z. B. eine zeitliche Variation der Strahlleistung oder eine zeitliche Variation des Strahlprofils des Lasersystems 101 auftreten.
In der ersten Ausführungsform, wenn der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels 60 für das erste Strahlenbündel 51 und das zweite Strahlenbündel 52 R1 ist und der Reflexionsgrad des Transmissionsgitters 40 für das erste Strahlenbündel 51 und das zweite Strahlenbündel 52 R2 ist, beträgt R1 das Fünffache von R2 oder mehr. Wenn R1 kleiner als das Fünffache von R2 ist, tritt die oben genannte parasitäre Oszillation wahrscheinlich auf. Das Lasersystem 101 kann die zeitliche Schwankung der Strahlleistung und die zeitliche Schwankung des Strahlprofils verringern, da R1 das Fünffache von R2 oder mehr beträgt. In Anbetracht der zeitlichen Degradation eines Laserelements oder eines optischen Elements beträgt R1 wünschenswerterweise das Zehnfache von R2 oder mehr.
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel für das Laserelement in der ersten Ausführungsform beschrieben. Als das erste Laserelement 11 und das zweite Laserelement 12 können Halbleiterlaserbarren verwendet werden. 3 ist eine graphische Darstellung, die einen Halbleiterlaserbarren 200 zeigt, der ein Beispiel für ein Laserelement ist, das in dem Lasersystem 101 gemäß der ersten Ausführungsform vorgesehen ist. Der in 3 dargestellte Halbleiterlaserbarren 200 ist ein stirnseitig lichtemittierender Halbleiterlaser. Der Halbleiterlaserbarren 200 umfasst einen Fabry-Perot-Resonator. Der Fabry-Perot-Resonator ist nicht dargestellt.
Der Halbleiterlaserbarren 200 emittiert ein Strahlenbündel 201 mit unterschiedlichen Durchmessern in der vertikalen und der horizontaler Richtung. Der Divergenzwinkel des Strahlenbündels 201 in Richtung einer schnellen Achse 202 ist größer als der Divergenzwinkel des Strahlenbündels 201 in Richtung einer langsamen Achse 203 senkrecht zur schnellen Achse 202. In 1 fällt die schnelle Achse 202 mit der z-Achse zusammen. Die langsame Achse 203 liegt in der xy-Ebene.
Der Halbleiterlaserbarren 200 enthält eine Mehrzahl von lichtemittierenden Punkten 204, die in einem eindimensionalen Array angeordnet sind. Die lichtemittierenden Punkte 204 sind in der Richtung der langsamen Achse 203 angeordnet. Jeder lichtemittierende Punkt 204 besteht aus einem Verstärkungselement, das ein Lasermedium ist. Eine von dem Halbleiterlaserbarren 200 emittierte Strahlenbündelgruppe besteht aus der gleichen Anzahl von Strahlenbündeln 201 wie die Anzahl der lichtemittierenden Punkte 204 des Halbleiterlaserbarrens 200. 1 zeigt ein Strahlenbündel der ersten Strahlenbündelgruppe 21, die von dem ersten Laserelement 11 emittiert wird, und ein Strahlenbündel der zweiten Strahlenbündelgruppe 22, die von dem zweiten Laserelement 12 emittiert wird. Die von dem Halbleiterlaserbarren 200 emittierte Strahlenbündelgruppe besteht beispielsweise aus etwa 10 bis 50 Strahlenbündeln.
Um den Halbleiterlaserbarren 200 auf einen externen Resonator anzuwenden, wird eine Stirnfläche des Halbleiterlaserbarrens 200 mit einer hochreflektierenden Beschichtung beschichtet, die einen Reflexionsgrad von beispielsweise 90 % oder mehr aufweist, und wird eine gegenüberliegende Stirnfläche des Halbleiterlaserbarrens 200 mit einer niedrigreflektierenden Beschichtung beschichtet, die einen Reflexionsgrad von beispielsweise 3 % oder weniger aufweist. Dementsprechend wird ein externer Resonator zwischen der mit einer hochreflektierenden Beschichtung versehenen Stirnfläche des Halbleiterlaserbarrens 200 und dem außerhalb des Halbleiterlaserbarrens 200 angebrachten teilreflektierenden Spiegel 60 gebildet.
Die Wellenlänge des vom Halbleiterlaserbarren 200 emittierten Strahlenbündels 201 ist eine Wellenlänge, die leicht fasergekoppelt werden kann, zum Beispiel von 400 nm bis 1100 nm. Im Wellenlängenbereich von 900 nm bis 1000 nm sind Halbleiterlaserelemente im Handel erhältlich, die eine höhere Leistung und längere Lebensdauer aufweisen als jene in anderen Wellenlängenbereichen. Ein solches Halbleiterlaserelement eignet sich für Hochleistungsanwendungen wie die Laserbearbeitung.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Halbleiterlaserbarren 200 ein Beispiel für ein Laserelement ist, das eine lichtemittierende Quelle des Lasersystems 101 darstellt. Das Laserelement ist nicht auf den Halbleiterlaserbarren 200 beschränkt. Das Laserelement könnte z. B. ein oberflächenlichtemittierendes Halbleiterlaserelement sein. Darüber hinaus ist die Wellenlänge des Laserelements nicht auf 400 nm bis 1100 nm beschränkt und kann beliebig gewählt werden.
Bei jedem von dem in 1 dargestellten ersten Laserelement 11 und zweiten Laserelement 12 werden Strahlenbündel mit unterschiedlichen Wellenlängen von den jeweiligen lichtemittierenden Punkten einer Mehrzahl von lichtemittierenden Punkten emittiert. Das erste Divergenzwinkel-Korrekturelement 31 und das zweite Divergenzwinkel-Korrekturelement 32 verringern den Divergenzwinkel der Strahlenbündel. Das Transmissionsgitter 40 beugt jedes Strahlenbündel, das eine Strahlenbündelgruppe bildet, mit einem der Wellenlänge entsprechenden Winkel, um die Strahlenbündel zu einem einzigen Strahlenbündel zu konvergieren. Das Lasersystem 101 konvergiert die erste Strahlenbündelgruppe 21, die aus einer Mehrzahl von zerstreuten Strahlenbündeln besteht, zu einem einzigen ersten Strahlenbündel 51. Darüber hinaus konvergiert das Lasersystem 101 die zweite Strahlenbündelgruppe 22, die aus einer Mehrzahl von zerstreuten Strahlenbündeln besteht, zu einem einzigen zweiten Strahlenbündel 52. Dementsprechend kann das Lasersystem 101 die Lichtkondensationsleistung für die Strahlenbündel verbessern.
Die hier erwähnte Lichtkondensationsleistung ist eine Eigenschaft, die durch das Strahlparameterprodukt (SPP) repräsentiert wird. Das SPP ist ein Index, der durch das Produkt aus dem Radius an der Taille des Strahlenbündels bei der Lichtkondensation und dem Divergenz-Halbwinkel des Strahlenbündels nach der Lichtkondensation definiert ist. Die Einheit von SPP wird in mm.mrad angegeben. Je kleiner der Wert von SPP ist, desto höher ist die Lichtkondensationsleistung, was bedeutet, dass das Strahlenbündel in einem feineren Bereich kondensiert werden kann. Da das Strahlenbündel in einem feineren Bereich kondensiert werden kann, lässt sich eine höhere Energiedichte erzielen. Da die Energiedichte höher ist, ist es möglich, bei der Anwendung der Laserbearbeitung die Bearbeitungsqualität und die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern.
Viele der übliche Transmissionsgitter haben eine hohe Beugungseffizienz für entweder s-polarisiertes Licht oder p-polarisiertes Licht und eine niedrige Beugungseffizienz für das jeweils andere. Wenn das Transmissionsgitter 40 in der ersten Ausführungsform ein solches Transmissionsgitter ist, beugt das Transmissionsgitter 40 zum Beispiel 90 % oder mehr des einfallenden s-polarisierten Lichts und transmittiert 50 % oder mehr des einfallenden p-polarisierten Lichts. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass die erste Strahlenbündelgruppe 21 und die zweite Strahlenbündelgruppe 22, die in das Transmissionsgitter 40 eintreten, nur aus s-polarisiertem Licht bestehen.
Das tatsächlich vom Laserelement emittierte Laserlicht kann jedoch eine Mischung aus s-polarisiertem Licht und p-polarisiertem Licht enthalten. Selbst das Laserlicht, das hauptsächlich aus s-polarisiertem Licht besteht, kann ein paar Prozent p-polarisiertes Licht enthalten. Wenn die erste Strahlenbündelgruppe 21 und die zweite Strahlenbündelgruppe 22, die hauptsächlich aus s-polarisiertem Licht bestehen, in das Transmissionsgitter 40 eintreten, kann p-polarisiertes Licht, das in der ersten Strahlenbündelgruppe 21 und der zweiten Strahlenbündelgruppe 22 enthalten ist, in einigen Fällen durch das Transmissionsgitter 40 hindurchtreten. In diesem Fall wird das p-polarisierte Licht, welches das Transmissionsgitter 40 passiert hat, zu Streulicht, das vom normalen optischen Weg im ersten externen Resonator 1 oder im zweiten externen Resonator 2 abweicht. Die Erzeugung von Streulicht führt gegebenenfalls zur Erwärmung von Komponenten im Lasersystem 101 oder zur Verschlechterung der Lichtkondensationsleistung des Ausgangsstrahlenbündels. Daher ist es wünschenswert, dass das Lasersystem 101 die Erzeugung von Streulicht reduzieren kann.
Um die Erzeugung von Streulicht zu reduzieren, kann das Lasersystem 101 Polarisationstrennungselemente enthalten. Die Polarisationstrennungselemente sind zwischen dem ersten Laserelement 11 und dem Transmissionsgitter 40 und zwischen dem zweiten Laserelement 12 und dem Transmissionsgitter 40 installiert. Da der Polarisationsgrad der ersten Strahlenbündelgruppe 21 und der zweiten Strahlenbündelgruppe 22, die in das Transmissionsgitter 40 eintreten, durch die Polarisationstrennungselemente erhöht wird, kann das Lasersystem 101 die Erzeugung von Streulicht reduzieren.
In dem Lasersystem 101 kann ein Teil des ersten Strahlenbündels 51 oder ein Teil des zweiten Strahlenbündels 52 in einigen Fällen zu Streulicht werden. Wenn Streulicht, das ein Teil des ersten Strahlenbündels 51 ist, in den optischen Weg des zweiten Strahlenbündels 52 eintritt oder wenn Streulicht, das ein Teil des zweiten Strahlenbündels 52 ist, in den optischen Weg des ersten Strahlenbündels 51 eintritt, tritt gegebenenfalls parasitäre Oszillation auf. Das Lasersystem 101 kann eine Abschirmung enthalten, um die Erzeugung von Streulicht zu reduzieren.
4 ist eine graphische Darstellung, die ein Installationsbeispiel für eine Abschirmung 120 in dem Lasersystem 101 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Die Abschirmung 120 ist ein Plattenmaterial, das einfallendes Licht absorbiert. Die Abschirmung 120 ist zwischen dem optischen Weg des ersten Strahlenbündels 51 und dem optischen Weg des zweiten Strahlenbündels 52 zwischen dem Transmissionsgitter 40 und dem teilreflektierenden Spiegel 60 vorgesehen. Die Abschirmung 120 schirmt das zweite Strahlenbündel 52 ab, das sich in Richtung des optischen Weges des ersten Strahlenbündels 51 ausbreitet, und schirmt das erste Strahlenbündel 51 ab, das sich in Richtung des optischen Weges des zweiten Strahlenbündels 52 ausbreitet. Durch Vorsehen der Abschirmung 120 kann das Lasersystem 101 die Erzeugung von Streulicht reduzieren. Die Position und der Bereich, in der bzw. dem die Abschirmung 120 vorgesehen ist, sind nicht auf den in 4 dargestellten Fall beschränkt. Die Abschirmung 120 ist zumindest teilweise zwischen dem Transmissionsgitter 40 und dem teilreflektierenden Spiegel 60 vorgesehen. Die Abschirmung 120 kann auch in Lasersystemen, die in einer zweiten und darauffolgenden Ausführungsformen beschrieben sind, auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform vorgesehen sein.
Als Nächstes wird eine Positionsbeziehung von Strahlenbündeln in einem externen Resonator des Lasersystems 101 beschrieben. Als Beispiel wird hier der Fall des ersten externen Resonators 1 beschrieben.
5 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung einer Positionsbeziehung von Strahlenbündeln in einem externen Resonator des Lasersystems 101 gemäß der ersten Ausführungsform. 5 zeigt die Hauptstrahlen 211, 212 und 213 von drei Strahlenbündeln, die die erste Strahlenbündelgruppe 21 bilden. Um die Energiedichte des von dem teilreflektierenden Spiegel 60 zu emittierenden ersten Strahlenbündels 51 zu erhöhen, ist es wünschenswert, dass sich die Hauptstrahlen 211, 212 und 213 in einem Punkt auf dem Transmissionsgitter 40 schneiden und dass die Hauptstrahlen 211, 212 und 213 zu einem einzigen ersten Strahlenbündel 51 konvergieren.
Die erste Linse 91 ist ein Beispiel für ein Mittel zum Konvergieren der Hauptstrahlen 211, 212 und 213 in einem Punkt auf dem Transmissionsgitter 40. Das Transmissionsgitter 40 ist in einem Brennpunkt der ersten Linse 91 angebracht. Die Hauptstrahlen 211, 212 und 213, die parallel zur optischen Achse der ersten Linse 91 verlaufen, schneiden sich in einem Punkt auf dem Transmissionsgitter 40 oder liegen auf dem Transmissionsgitter 40 ausreichend nahe beieinander. Ausreichend nahe bedeutet, dass die Strahlenbündel so nahe beieinander liegen, dass sie gebeugt und zu dem einzigen ersten Strahlenbündel 51 konvergiert werden können.
Durch Beugung jedes Strahlenbündels in einem der Wellenlänge des Strahlenbündels entsprechenden Winkel konvergieren die Hauptstrahlen 211, 212 und 213 zu einem einzigen ersten Strahlenbündel 51. Dementsprechend weist das erste Strahlenbündel 51, das von dem teilreflektierenden Spiegel 60 emittiert wird, eine höhere Lichtkondensationsleistung auf als die erste Strahlenbündelgruppe 21, die von dem ersten Laserelement 11 emittiert wird. Es sei darauf hingewiesen, dass das Positionsverhältnis der Strahlenbündel der zweiten Strahlenbündelgruppe 22 im zweiten externen Resonator 2 ähnlich ist wie bei den Strahlenbündeln der ersten Strahlenbündelgruppe 21 im ersten externen Resonator 1. In der obigen Beschreibung ist die Anzahl der Strahlenbündel, die eine Strahlenbündelgruppe bilden, drei, aber das Gleiche gilt für einen Fall, wo die Anzahl der Strahlenbündel, die eine Strahlenbündelgruppe bilden, mehr als drei beträgt.
Bei der ersten Ausführungsform wurde die Konfiguration mit dem ersten reflektierenden Spiegel 71 und dem zweiten reflektierenden Spiegel 72 beschrieben, aber beim Lasersystem 101 könnte je nach Anordnung der Laserelemente der erste reflektierende Spiegel 71 wegfallen. Das heißt, das Lasersystem 101 könnte anstelle des ersten reflektierenden Spiegels 71 und des zweiten reflektierenden Spiegels 72 nur den zweiten reflektierenden Spiegel 72 enthalten. Selbst wenn nur der zweite reflektierende Spiegel 72 enthalten ist, kann das Lasersystem 101 einen ähnlichen Effekt erzielen wie in dem Fall, wo der erste reflektierende Spiegel 71 und der zweite reflektierende Spiegel 72 enthalten sind.
Bei der ersten Ausführungsform besteht aufgrund von teilweisen Beschränkungen bei der physikalischen Anordnung der Laserelemente oder der optischen Elemente u. ä. ein Unterschied zwischen der optischen Weglänge des ersten externen Resonators 1 und der optischen Weglänge des zweiten externen Resonators 2. In diesem Fall kann das Lasersystem 101 den Einfluss der optischen Weglängendifferenz auf ein vernachlässigbares Ausmaß reduzieren, indem jedes in das Transmissionsgitter 40 eintretende Strahlenbündel kollimiert wird.
Gemäß der ersten Ausführungsform wird in dem Lasersystem 101 der teilreflektierende Spiegel 60 von dem ersten externen Resonator 1 und dem zweiten externen Resonator 2 gemeinsam genutzt. Das Lasersystem 101 kann die Anzahl der Komponenten reduzieren, indem der erste externe Resonator 1 und der zweite externe Resonator 2 sich den teilreflektierenden Spiegel 60 teilen, der ein optisches Element ist, das den Resonator bildet. Das Lasersystem 101 kann eine hohe Leistung erzielen, indem es die von dem ersten externen Resonator 1 und dem zweiten externen Resonator 2 oszillierten Strahlenbündel koppelt und das gekoppelte Strahlenbündel ausgibt. Darüber hinaus kann das Lasersystem 101 eine hohe Leistung erzielen, ohne die Lichtdichte in anderen optischen Elementen als dem Transmissionsgitter 40 zu erhöhen. Das Lasersystem 101 kann Schäden an den einzelnen optischen Elementen infolge der hohen Lichtintensität, die von jedem optischen Element empfangen wird, verringern.
Des Weiteren kann das Lasersystem 101 durch geeignete Wahl des Einfallswinkels und des Emissionswinkels des Transmissionsgitters 40 eine Mehrzahl von Strahlenbündeln mit der gleichen Wellenlänge simultan oszillieren lassen. Das Lasersystem 101 kann die Leistung erhöhen, ohne das Wellenlängenband zu verbreitern. Beim Lasersystem 101 können mehrere optische Elemente, die je nach Bedarf installiert werden können, von dem ersten externen Resonator 1 und dem zweiten externen Resonator 2 gemeinsam genutzt werden. Indem der erste externe Resonator 1 und der zweite externe Resonator 2 die optischen Elemente gemeinsam nutzen, kann das Lasersystem 101 das Auftreten von Unterschieden in den Strahlcharakteristiken infolge des Einstellzustands der optischen Elemente oder der Alterung der optischen Elemente erschweren. Das Lasersystem 101 kann Schwankungen in den Strahlcharakteristiken der durch den ersten externen Resonator 1 und durch den zweiten externen Resonator 2 oszillierten Strahlenbündel reduzieren.
Als nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel für eine Lasermaschine beschrieben, auf die das Lasersystem 101 gemäß der ersten Ausführungsform angewendet wird. 6 ist eine graphische Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel für eine Lasermaschine 110 zeigt, in der das Lasersystem 101 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird. Die Lasermaschine 110 bestrahlt ein Werkstück 114 mit Laserlicht 111, um das Werkstück 114 zu bearbeiten. Die Bearbeitung durch die Lasermaschine 110 ist eine Laserbearbeitung wie Schneiden oder Schweißen des Werkstücks 114.
Die Lasermaschine 110 umfasst: das Lasersystem 101, das Laserlicht 111 emittiert; eine optische Faser 112, durch die sich das Laserlicht 111 ausbreitet; ein optisches Kondensationssystem 113; ein optisches Bearbeitungssystem 115; und einen Antriebsmechanismus 116. Das optische Kondensationssystem 113 kondensiert das Laserlicht 111 auf der Einfallsstirnfläche der optischen Faser 112. Das optische Bearbeitungssystem 115 kondensiert das von der optischen Faser 112 emittierte Laserlicht 111 auf dem Werkstück 114. Der Antriebsmechanismus 116 bewegt das Werkstück 114 und das optische Bearbeitungssystem 115 relativ zueinander in der dreidimensionalen Richtung.
Das Werkstück 114 ist beispielsweise eine Metallplatte aus Eisen, rostfreiem Stahl oder dergleichen. Die Lasermaschine 110 kann die Laserbearbeitung einer Metallplatte durchführen, indem sie das für Hochleistungsanwendungen geeignete Lasersystem 101 enthält. Die hier beschriebene Konfiguration der Lasermaschine 110 ist ein Beispiel und kann in geeigneter Weise verändert werden. Das Lasersystem 101 kann auch auf einen 3D-Drucker oder dergleichen angewendet werden, indem es mit einer Konfiguration einer allgemein bekannten Lasermaschine kombiniert wird. Ähnlich wie das Lasersystem 101 können die in der zweiten und den darauffolgenden Ausführungsformen beschriebenen Lasersysteme ebenfalls auf die Lasermaschine 110, die das Werkstück 114 schneidet oder schweißt, oder eine andere Lasermaschine angewendet werden.
Zweite Ausführungsform.
7 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration eines Lasersystems 102 gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt. Bei der zweiten Ausführungsform sind die gleichen Komponenten wie jene bei der ersten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und es wird hauptsächlich die Konfiguration beschrieben werden, die von jener der ersten Ausführungsform abweicht.
Das Lasersystem 102 umfasst zusätzlich zu der Konfiguration des Lasersystems 101 gemäß der ersten Ausführungsform ein optisches Reduktionssystem 90. Das optische Reduktionssystem 90 ist zwischen dem Transmissionsgitter 40 und dem teilreflektierenden Spiegel 60 angeordnet.
Das optische Reduktionssystem 90: reduziert den Durchmesser des ersten Strahlenbündels 51, das sich von dem Transmissionsgitter 40 zu dem teilreflektierenden Spiegel 60 bewegt, und den Durchmesser des zweiten Strahlenbündels 52, das sich von dem Transmissionsgitter 40 zu dem teilreflektierenden Spiegel 60 bewegt; und reduziert den Abstand zwischen dem Hauptstrahl des ersten Strahlenbündels 51, das sich von dem Transmissionsgitter 40 zu dem teilreflektierenden Spiegel 60 bewegt, und dem Hauptstrahl des zweiten Strahlenbündels 52, das sich von dem Transmissionsgitter 40 zu dem teilreflektierenden Spiegel 60 bewegt. Das optische Reduktionssystem 90 besteht aus einem optischen Transfersystem mit optischer Leistung in xy-Richtung. Das optische Reduktionssystem 90 gemäß der zweiten Ausführungsform besteht aus einer ersten Linse 901 und einer zweiten Linse 902.
Das Lasersystem 102 verringert die Strahlgröße des ersten Strahlenbündels 51 und des zweiten Strahlenbündels 52 und verkürzt den Abstand zwischen dem ersten Strahlenbündel 51 und dem zweiten Strahlenbündel 52 mit dem optischen Reduktionssystem 90. Daher kann die Größe des teilreflektierenden Spiegels 60 und die Größe eines bei Bedarf zu installierenden optischen Elements im Vergleich zu dem Fall, wo das optische Reduktionssystem 90 nicht vorgesehen ist, reduziert werden. Das Lasersystem 102 kann eine höhere Strahlleistung erzielen, ohne die Größe des teilreflektierenden Spiegels 60 und die Größe des optischen Elements zu erhöhen.
Wenn aufgrund der Umlenkung der ersten Strahlenbündelgruppe 21 durch den ersten reflektierenden Spiegel 71 und aufgrund der Umlenkung des zweiten Strahlenbündels 52 durch den zweiten reflektierenden Spiegel 72 ein Unterschied zwischen der optischen Weglänge des ersten externen Resonators 1 und der optischen Weglänge des zweiten externen Resonators 2 besteht, kann das Lasersystem 102 die optische Weglängendifferenz durch Knicken der optischen Wege oder dergleichen beseitigen. In diesem Fall könnte das Lasersystem 102 bewirken, dass sich das erste Strahlenbündel 51 und das zweite Strahlenbündel 52 schneiden, und dann bewirken, dass das erste Strahlenbündel 51 und das zweite Strahlenbündel 52 parallel zueinander verlaufen. Insbesondere ist im optischen Weg des ersten Strahlenbündels 51 zwischen dem Transmissionsgitter 40 und der ersten Linse 91 ein Spiegel vorgesehen, der das erste Strahlenbündel 51 um 90 Grad in der xy-Ebene ablenkt, um zu bewirken, dass sich das erste Strahlenbündel 51 und das zweite Strahlenbündel 52 schneiden. Außerdem ist ein Spiegel vorgesehen, der das erste Strahlenbündel 51, welches das zweite Strahlenbündel 52 geschnitten hat, um 90 Grad in der xy-Ebene ablenkt, um zu bewirken, dass das erste Strahlenbündel 51 und das zweite Strahlenbündel 52 parallel zueinander verlaufen. Entsprechend wird die optische Weglängendifferenz durch den Abstand zwischen den beiden Spiegeln eliminiert.
Gemäß der zweiten Ausführungsform kann das Lasersystem 102 das optische System nach dem Konvergieren einer Mehrzahl von Strahlenbündeln durch das Transmissionsgitter 40 verkleinern. Folglich kann das Lasersystem 102 bei gleichzeitiger Verkleinerung des optischen Systems eine hohe Leistung erzielen.
Dritte Ausführungsform.
8 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration eines Lasersystems 103 gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt. Bei der dritten Ausführungsform sind die gleichen Komponenten wie jene bei der ersten oder zweiten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und es wird hauptsächlich die Konfiguration beschrieben werden, die von jener der ersten oder zweiten Ausführungsform abweicht.
Das Lasersystem 103 umfasst zusätzlich zu der Konfiguration des Lasersystems 102 gemäß der zweiten Ausführungsform ein erstes Strahlenbündel-Rotationselement 81 und ein zweites Strahlenbündel-Rotationselement 82, die Strahlenbündel-Rotationselemente sind. Das erste Strahlenbündel-Rotationselement 81 ist zwischen dem ersten Divergenzwinkel-Korrekturelement 31 und der ersten Linse 91 angeordnet. Das zweite Strahlenbündel-Rotationselement 82 ist zwischen dem zweiten Divergenzwinkel-Korrekturelement 32 und der zweiten Linse 92 angeordnet.
Das erste Strahlenbündel-Rotationselement 81 dreht jedes Strahlenbündel der ersten Strahlenbündelgruppe 21 um den Hauptstrahl des Strahlenbündels. Das zweite Strahlenbündel-Rotationselement 82 dreht jedes Strahlenbündel der zweiten Strahlenbündelgruppe 22 um den Hauptstrahl des Strahlenbündels. Das heißt, das erste Strahlenbündel-Rotationselement 81 und das zweite Strahlenbündel-Rotationselement 82, die Strahlenbündel-Rotationselemente sind, drehen jedes Strahlenbündel der ersten Strahlenbündelgruppe 21 und jedes Strahlenbündel der zweiten Strahlenbündelgruppe 22 um den Hauptstrahl des Strahlenbündels.
Man beachte, dass 8 die Hauptstrahlen von drei Strahlen, die die erste Strahlenbündelgruppe 21 bilden, und die Hauptstrahlen von drei Strahlen, die die zweite Strahlenbündelgruppe 22 bilden, zeigt. Die Konfiguration in der dritten Ausführungsform zeigt einen bemerkenswerten Effekt, wenn die Laserelemente Halbleiterlaserbarren sind. In der folgenden Beschreibung der dritten Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Laserelement 11 und dem zweiten Laserelement 12 jeweils um einen Halbleiterlaserbarren.
Das erste Strahlenbündel-Rotationselement 81 wird mit dem ersten Divergenzwinkel-Korrekturelement 31 kombiniert, um eine Mehrzahl von Strahlenbündeln, die die erste Strahlenbündelgruppe 21 bilden, auf dem Transmissionsgitter 40 zu überlagern. Das zweite Strahlenbündel-Rotationselement 82 wird mit dem zweiten Divergenzwinkel-Korrekturelement 32 kombiniert, um eine Mehrzahl von Strahlenbündeln, die die zweite Strahlenbündelgruppe 22 bilden, auf dem Transmissionsgitter 40 zu überlagern.
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel für ein Strahlenbündel-Rotationselement beschrieben. 9 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für ein Strahlenbündel-Rotationselement zeigt, das in dem Lasersystem 103 gemäß der dritten Ausführungsform vorgesehen ist. 9 zeigt ein Konfigurationsbeispiel für das erste Strahlenbündel-Rotationselement 81. Das zweite Strahlenbündel-Rotationselement 82 entspricht der folgenden Beschreibung für das erste Strahlenbündel-Rotationselement 81.
Das Strahlenbündel-Rotationselement ist ein optisches Rotationssystem, das ein Bild um 90 Grad um die optische Achse dreht. Das in 9 dargestellte erste Strahlenbündel-Rotationselement 81 ist ein Linsenarray. Auf der Fläche des ersten Strahlenbündel-Rotationselements 81, die dem ersten Laserelement 11 näher liegt, und auf der dem ersten Laserelement 11 entgegengesetzten Fläche ist jeweils eine Mehrzahl von zylindrischen Flächen ausgebildet, die in einer Richtung angeordnet sind. Jede zylindrische Fläche ist eine konvexe Fläche. Jede zylindrische Fläche ist um 45 Grad in Bezug auf eine vertikale Achse 802 geneigt, die senkrecht zur horizontalen Ebene verläuft. Der Array-Abstand einer Mehrzahl von Linsen ist derselbe wie der Array-Abstand der lichtemittierenden Punkte des Halbleiterlaserbarrens. Wenn die Brennweite durch Brechung an der zylindrischen Fläche f ist, beträgt der Abstand L zwischen der zylindrischen Fläche, die dem ersten Laserelement 11 näher liegt, und der zylindrischen Fläche, die dem ersten Laserelement 11 entgegengesetzt ist, 2f.
Die Hauptachsenrichtung des einfallenden Lichts, das ein Strahlenbündel ist, das vom ersten Laserelement 11 in das erste Strahlenbündel-Rotationselement 81 eintritt, ist die Richtung der vertikalen Achse 802. Die Nebenachsenrichtung des einfallenden Lichts ist die Richtung einer horizontalen Achse 803, die in der horizontalen Ebene enthalten ist. Dagegen ist die Hauptachsenrichtung des emittierten Lichts, das ein Strahlenbündel ist, das von dem ersten Strahlenbündel-Rotationselement 81 emittiert wird, nachdem es von dem ersten Laserelement 11 auf das erste Strahlenbündel-Rotationselement 81 gefallen ist, die Richtung der horizontalen Achse 803. Die Nebenachsenrichtung des emittierten Lichts ist die Richtung der vertikalen Achse 802. Wie oben beschrieben, wird das Licht, dessen Hauptachsenrichtung und Nebenachsenrichtung umgekehrt zu denen des einfallenden Lichts sind, vom ersten Strahlenbündel-Rotationselement 81 emittiert. Auf diese Weise dreht das erste Strahlenbündel-Rotationselement 81 das Strahlenbündel um 90 Grad um die optische Achse.
Zum Beispiel beträgt bei einem Halbleiterlaserbarren, der ein Strahlenbündel von 900 nm bis 1000 nm emittiert, der Gesamtwinkel des Divergenzwinkels des Strahlenbündels in Richtung der langsamen Achse im Allgemeinen etwa 5 Grad bis 10 Grad, während der Gesamtwinkel des Divergenzwinkels des Strahlenbündels in Richtung der schnellen Achse etwa 30 Grad bis 60 Grad beträgt. Das heißt, der Divergenzwinkel eines Strahlenbündels in Richtung der schnellen Achse ist größer als der Divergenzwinkel des Strahlenbündels in Richtung der langsamen Achse. Darüber hinaus ist die Lichtkondensationsleistung des Halbleiterlaserbarrens in Richtung der langsamen Achse geringer als die Lichtkondensationsleistung des Halbleiterlaserbarrens in Richtung der schnellen Achse.
Ein Halbleiterlaserbarren weist in einigen Fällen eine Verformung auf, die als „Smile“ bezeichnet wird und auf den Herstellungsprozess des Halbleiterlaserbarrens zurückzuführen ist. Aufgrund des Smiles kommt es an den lichtemittierenden Punkten zu Positionsabweichungen in Richtung der schnellen Achse. Gemäß der dritten Ausführungsform wird durch Drehen eines Strahlenbündels um 90 Grad durch das Strahlenbündel-Rotationselement die Richtung, in der die Positionen der lichtemittierenden Punkte aufgrund des Smiles variieren, in die Richtung der langsamen Achse umgewandelt, in der die Lichtkondensationsleistung relativ gering ist. Von daher kann das Lasersystem 103 die durch den Smile verursachte Verschlechterung der Lichtkondensationsleistung reduzieren.
Zum Beispiel wird in einem Fall, wo das erste Divergenzwinkel-Korrekturelement 31, das aus einer Linse mit einer zylindrischen Fläche besteht, verwendet wird, durch eine in Bezug auf die xy-Ebene leicht geneigte Installation des ersten Divergenzwinkel-Korrekturelements 31 jedes Strahlenbündel der ersten Strahlenbündelgruppe 21 von dem ersten Divergenzwinkel-Korrekturelement 31 in einem Zustand emittiert, in dem es in der z-Richtung abgewinkelt ist. Wenn das erste Strahlenbündel-Rotationselement 81 unmittelbar nach dem ersten Divergenzwinkel-Korrekturelement 31 installiert ist, wird jedes Strahlenbündelbündel, indem es das erste Strahlenbündel-Rotationselement 81 durchläuft, aus einem Zustand, in dem es in der z-Richtung abgewinkelt ist, in einen Zustand umgewandelt, in dem es in der xy-Ebene abgewinkelt ist. Durch geeignete Einstellung des Neigungswinkels des ersten Divergenzwinkel-Korrekturelements 31 in Bezug auf die xy-Ebene können die Hauptstrahlen der Strahlenbündel einander angenähert werden, während sich die Strahlenbündel in Richtung des Transmissionsgitters 40 bewegen.
In der ersten und der zweiten Ausführungsform hat jede der ersten Linse 91 und der zweiten Linse 92 eine Rolle bei der Überlagerung einer Mehrzahl von Strahlenbündeln auf dem Transmissionsgitter 40 gespielt. In der dritten Ausführungsform kann eine Kombination aus dem Divergenzwinkel-Korrekturelement und dem Strahlenbündel-Rotationselement die oben beschriebene Funktion ausüben. Daher können sich die Positionen der ersten Linse 91 und der zweiten Linse 92 oder die Brennweiten der ersten Linse 91 und der zweiten Linse 92 in der dritten Ausführungsform von denen in der ersten oder zweiten Ausführungsform unterscheiden.
Gemäß der dritten Ausführungsform kann das Lasersystem 103 eine hohe Leistung erzielen und gleichzeitig die durch das Smile verursachte Verschlechterung der Lichtkondensationsleistung reduzieren.
Vierte Ausführungsform.
10 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration eines Lasersystems 104 gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt. Das Lasersystem 104 umfasst eine Mehrzahl von ersten Laserelementen und eine Mehrzahl von zweiten Laserelementen. Bei der vierten Ausführungsform sind die gleichen Komponenten wie jene bei der ersten bis dritten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und es wird hauptsächlich die Konfiguration beschrieben werden, die von jenen der ersten bis dritten Ausführungsform abweicht.
Das Lasersystem 104 umfasst zusätzlich zu der Konfiguration des Lasersystems 103 gemäß der dritten Ausführungsform ein erstes Laserelement 13 und ein zweites Laserelement 14. Das heißt, das Lasersystem 104 umfasst zwei erste Laserelemente 11 und 13 und zwei zweite Laserelemente 12 und 14. Das erste Laserelement 13 emittiert die erste Strahlenbündelgruppe 21, bei der es sich um ein oder eine Mehrzahl von Strahlenbündeln handelt. Das zweite Laserelement 14 emittiert die zweite Strahlenbündelgruppe 22, bei der es sich um ein oder eine Mehrzahl von Strahlenbündeln handelt.
Das Lasersystem 104 umfasst ferner ein erstes Divergenzwinkel-Korrekturelement 33, ein zweites Divergenzwinkel-Korrekturelement 34, ein erstes Strahlenbündel-Rotationselement 83 und ein zweites Strahlenbündel-Rotationselement 84. Das erste Divergenzwinkel-Korrekturelement 33 korrigiert den Divergenzwinkel der ersten Strahlenbündelgruppe 21, die von dem ersten Laserelement 13 emittiert wird. Das zweite Divergenzwinkel-Korrekturelement 34 korrigiert den Divergenzwinkel der zweiten Strahlenbündelgruppe 22, die von dem zweiten Laserelement 14 emittiert wird. Das erste Strahlenbündel-Rotationselement 83 ist zwischen dem ersten Divergenzwinkel-Korrekturelement 33 und der ersten Linse 91 angeordnet. Das erste Strahlenbündel-Rotationselement 83 dreht jedes Strahlenbündel der ersten Strahlenbündelgruppe 21 um den Hauptstrahl des Strahlenbündels. Das zweite Strahlenbündel-Rotationselement 84 ist zwischen dem zweiten Divergenzwinkel-Korrekturelement 34 und der zweiten Linse 92 angeordnet. Das zweite Strahlenbündel-Rotationselement 84 dreht jedes Strahlenbündel der zweiten Strahlenbündelgruppe 22 um den Hauptstrahl des Strahlenbündels. Das Transmissionsgitter 40: konvergiert die erste Strahlenbündelgruppe 21, die von jedem der ersten Laserelemente 11 und 13 emittiert wird, zu dem ersten Strahlenbündel 51; und konvergiert die zweite Strahlenbündelgruppe 22, die von jedem der zweiten Laserelemente 12 und 14 emittiert wird, zu dem zweiten Strahlenbündel 52.
Das erste Laserelement 11 und das erste Laserelement 13 emittieren Strahlenbündel mit voneinander verschiedenen Wellenlängen. Das zweite Laserelement 12 und das zweite Laserelement 14 emittieren Strahlenbündel mit voneinander verschiedenen Wellenlängen. Die erste Strahlenbündelgruppe 21 und die zweite Strahlenbündelgruppe 22 können Strahlenbündel mit der gleichen Wellenlänge enthalten. Die Anzahl der ersten Laserelemente, die im Lasersystem 104 vorgesehen sind, kann drei oder mehr betragen. Die Anzahl der zweiten Laserelemente, die in dem Lasersystem 104 vorgesehen sind, kann drei oder mehr betragen. Wenn ein Halbleiterlaserbarren mit einer Strahlleistung von 200 W verwendet wird, kann das Lasersystem 104 eine Strahlleistung von 2 kW oder mehr erreichen, indem insgesamt 10 oder mehr Halbleiterlaserbarren für die ersten Laserelemente und die zweiten Laserelemente vorgesehen werden. Dementsprechend kann das Lasersystem 104 eine hohe Leistung erzielen, die für die Laserbearbeitung geeignet ist.
Gemäß der vierten Ausführungsform kann das Lasersystem 104 durch die Einbeziehung einer Mehrzahl von ersten Laserelementen und einer Mehrzahl von zweiten Laserelementen eine hohe Leistung erreichen und gleichzeitig eine hohe Lichtkondensationsleistung beibehalten, indem eine Vielzahl von Strahlenbündeln in dem externen Resonator konvergiert wird.
Fünfte Ausführungsform.
11 ist eine erste graphische Darstellung, die eine Konfiguration eines Lasersystems 105 gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt. 12 ist eine zweite graphische Darstellung, die eine Konfiguration eines Lasersystems 105 gemäß der fünften Ausführungsform zeigt. Das Lasersystem 105 gemäß der fünften Ausführungsform kann die relative Position des ersten Strahlenbündels 51 und des zweiten Strahlenbündels 52 in der xy-Ebene verändern. Bei der fünften Ausführungsform sind die gleichen Komponenten wie jene bei der ersten bis vierten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und es wird hauptsächlich die Konfiguration beschrieben werden, die von jenen der ersten bis vierten Ausführungsform abweicht. 11 und 12 zeigen das erste Strahlenbündel 51, das zweite Strahlenbündel 52, den teilreflektierenden Spiegel 60 und eine Kondensorlinse 95 in der xy-Ebene. Das erste Strahlenbündel 51 und das zweite Strahlenbündel 52 treten nach dem Durchgang durch den teilreflektierenden Spiegel 60 in die Kondensorlinse 95 ein.
Das Lasersystem 105 kann die Lichtkondensationsleistung eines von dem Lasersystem 105 ausgegebenen Strahlenbündels durch Ändern der relativen Position zwischen dem ersten Strahlenbündel 51 und dem zweiten Strahlenbündel 52 verändern. Hier wird angenommen, dass das erste Strahlenbündel 51 und das zweite Strahlenbündel 52, die vom Lasersystem 105 ausgegeben werden, als ein einziges Strahlenbündel verwendet werden. Die Tatsache, dass sich der Abstand zwischen dem ersten Strahlenbündel 51 und dem zweiten Strahlenbündel 52 verändert, bedeutet, dass sich die Lichtkondensationsleistung eines von dem Lasersystem 105 ausgegebenen Strahlenbündels verändert.
Wie in 11 und 12 dargestellt, breiten sich das erste Strahlenbündel 51 und das zweite Strahlenbündel 52 nach dem Durchgang durch den teilreflektierenden Spiegel 60 parallel zueinander aus. Hier wird angenommen, dass das erste Strahlenbündel 51 und das zweite Strahlenbündel 52 ausreichend kollimiert sind. 11 zeigt, dass der Abstand zwischen dem ersten Strahlenbündel 51 und dem zweiten Strahlenbündel 52 verengt ist. 12 zeigt, dass der Abstand zwischen dem ersten Strahlenbündel 51 und dem zweiten Strahlenbündel 52 verbreitert ist.
In den in 11 und 12 dargestellten Fällen werden das erste Strahlenbündel 51 und das zweite Strahlenbündel 52, die von dem teilreflektierenden Spiegel 60 emittiert werden, durch die Kondensorlinse 95 kondensiert. Das heißt, das erste Strahlenbündel 51 und das zweite Strahlenbündel 52 werden in dem in 11 dargestellten Zustand und dem in 12 dargestellten Zustand mit der gleichen Brennweite auf den Brennpunkt fokussiert. Das erste Strahlenbündel 51 und das zweite Strahlenbündel 52 werden im Brennpunkt kondensiert und dann gestreut.
In dem in 11 dargestellten Zustand und dem in 12 dargestellten Zustand ist der Durchmesser Bd der Strahlenbündeltaille des aus dem ersten Strahlenbündel 51 und dem zweiten Strahlenbündel 52 bestehenden Strahlenbündels gleich. Der Öffnungswinkel 8 des aus dem ersten Strahlenbündel 51 und dem zweiten Strahlenbündel 52 bestehenden Strahlenbündels ist in dem in 12 dargestellten Fall größer als in dem in 11 dargestellten Fall. Auf diese Weise verändert das Lasersystem 105 die Lichtkondensationsleistung des vom Lasersystem 105 ausgegebenen Strahlenbündels durch Ändern des Abstands zwischen dem ersten Strahlenbündel 51 und dem zweiten Strahlenbündel 52. Das heißt, das Lasersystem 105 kann das SPP verändern.
Als Nächstes wird ein spezifisches Beispiel für einen Positionswechsler zum Ändern der relativen Position zwischen dem ersten Strahlenbündel 51 und dem zweiten Strahlenbündel 52 beschrieben. 13 ist eine graphische Darstellung, die ein erstes Beispiel für einen Positionswechsler des Lasersystems 105 gemäß der fünften Ausführungsform zeigt. In 13 ist der Positionswechsler ein Mechanismus 130, der das erste Laserelement 11 in der xy-Ebene bewegt. Das Lasersystem 105 verändert den Abstand zwischen dem ersten Strahlenbündel 51 und dem zweiten Strahlenbündel 52, indem es das erste Laserelement 11 relativ zum zweiten Laserelement 12 bewegt.
Der Mechanismus 130 bewegt das erste Laserelement 11 in eine Richtung, in der der Abstand zwischen der ersten Strahlenbündelgruppe 21 und der zweiten Strahlenbündelgruppe 22 verengt wird, und in eine Richtung, in der der Abstand zwischen der ersten Strahlenbündelgruppe 21 und der zweiten Strahlenbündelgruppe 22 verbreitert wird. Es sei darauf hingewiesen, dass der Positionswechsler nicht auf den Mechanismus 130 beschränkt ist, der das erste Laserelement 11 bewegt, sondern auch ein Mechanismus sein könnte, der das zweite Laserelement 12 bewegt.
14 ist eine graphische Darstellung, die ein zweites Beispiel für den Positionswechsler des Lasersystems 105 gemäß der fünften Ausführungsform zeigt. In 14 ist der Positionswechsler ein Mechanismus 140, der den zweiten reflektierenden Spiegel 72, der ein Strahlenbündel-Umlenkelement ist, dreht. Der Mechanismus 140 verändert die Ausbreitungsrichtung des zweiten Strahlenbündels 52 durch Drehen des zweiten reflektierenden Spiegels 72 um die z-Achse, um den Abstand zwischen dem ersten Strahlenbündel 51 und dem zweiten Strahlenbündel 52 zu verändern.
Der Positionswechsler ist nicht auf den in 13 oder 14 dargestellten beschränkt. Zum Beispiel könnte der Positionswechsler ein Glassubstrat, das im optischen Weg der ersten Strahlenbündelgruppe 21 installiert ist, und einen Mechanismus, der das Glassubstrat um die z-Achse dreht, umfassen und die erste Strahlenbündelgruppe 21 durch die Drehung des Glassubstrats in der xy-Ebene bewegen. Der Positionswechsler könnte das erste Strahlenbündel 51 oder das zweite Strahlenbündel 52 in der xy-Ebene verschieben oder umlenken, indem er einen von mehreren Spiegeln gebildeten optischen Biegeweg benutzt. Der Positionswechsler könnte die relative Position des ersten Strahlenbündels 51 und des zweiten Strahlenbündels 52 durch eine Kombination verschiedener Methoden verändern.
Gemäß der fünften Ausführungsform kann das Lasersystem 105 je nach zu bearbeitendem Objekt eine optimale Lichtkondensationsleistung einstellen.
Die bei jeder der obigen Ausführungsformen beschriebene Konfiguration ist ein Beispiel für den Gehalt der vorliegenden Offenbarung. Die Konfiguration jeder der Ausführungsformen kann mit einer anderen bekannten Technik kombiniert werden. Die Konfigurationen der jeweiligen Ausführungsformen können in geeigneter Weise kombiniert werden. Ein Teil der Konfiguration jeder der Ausführungsformen kann weggelassen oder geändert werden, ohne vom Kern der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Liste der Bezugszeichen
1 erster externer Resonator; 2 zweiter externer Resonator; 11, 13 erstes Laserelement; 12, 14 zweites Laserelement; 21 erste Strahlenbündelgruppe; 22 zweite Strahlenbündelgruppe; 31, 33 erstes Divergenzwinkel-Korrekturelement; 32, 34 zweites Divergenzwinkel-Korrekturelement; 40 Transmissionsgitter; 51 erstes Strahlenbündel; 52 zweites Strahlenbündel; 60 teilreflektierender Spiegel; 61 Einfallsebene; 71 erster reflektierender Spiegel; 72 zweiter reflektierender Spiegel; 81, 83 erstes Strahlenbündel-Rotationselement; 82, 84 zweites Strahlenbündel-Rotationselement; 90 optisches Reduktionssystem; 91, 901 erste Linse; 92, 902 zweite Linse; 95 Kondensorlinse; 101, 102, 103, 104, 105 Lasersystem; 110 Lasermaschine; 111 Laserlicht; 112 optische Faser; 113 optisches Kondensationssystem; 114 Werkstück; 115 optisches Bearbeitungssystem; 116 Antriebsmechanismus; 120 Abschirmung; 130, 140 Mechanismus; 200 Halbleiterlaserbarren; 201 Strahlenbündel; 202 schnelle Achse; 203 langsame Achse; 204 lichtemittierender Punkt; 211, 212, 213 Hauptstrahl; 802 vertikale Achse; 803 horizontale Achse.
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 Nicht-Patentliteratur

„High power diode laser source with a transmission grating for two spectral beam combining", Optik, 2019, Vol. 192, 162918 [0004]

Claims

Lasersystem, umfassend: ein erstes Laserelement, das dafür angepasst ist, eine erste Strahlenbündelgruppe zu emittieren, wobei die erste Strahlenbündelgruppe aus einem oder einer Mehrzahl von Strahlenbündeln besteht, und dafür angepasst ist, ein Ende eines ersten externen Resonators zu bilden, um die erste Strahlenbündelgruppe in Resonanz zu bringen; ein zweites Laserelement, das dafür angepasst ist, eine zweite Strahlenbündelgruppe zu emittieren, wobei die zweite Strahlenbündelgruppe aus einem oder einer Mehrzahl von Strahlenbündeln besteht, und dafür angepasst ist, ein Ende eines zweiten externen Resonators zu bilden, um die zweite Strahlenbündelgruppe in Resonanz zu bringen; ein diffraktives optisches Element: in das die erste Strahlenbündelgruppe und die zweite Strahlenbündelgruppe so eintreten, dass positive und negative Einfallswinkel jedes Strahlenbündels der ersten Strahlenbündelgruppe und jedes Strahlenbündels der zweiten Strahlenbündelgruppe einander entgegengesetzt sind; und von dem ein erstes Strahlenbündel, das die konvergierte erste Strahlenbündelgruppe ist, und ein zweites Strahlenbündel, das die konvergierte zweite Strahlenbündelgruppe ist, emittiert werden; ein teilreflektierendes Element, das dafür angepasst ist, ein gegenüberliegendes Ende des ersten externen Resonators und ein gegenüberliegendes Ende des zweiten externen Resonators zu bilden, dafür angepasst ist, einen Teil des ersten Strahlenbündels und einen Teil des zweiten Strahlenbündels zu reflektieren, und dafür angepasst ist, den Rest des ersten Strahlenbündels und den Rest des zweiten Strahlenbündels zu transmittieren; und ein Strahlenbündel-Umlenkelement, das dafür angepasst ist, das von dem diffraktiven optischen Element emittierte zweite Strahlenbündel zu dem teilreflektierenden Element umzulenken.
Lasersystem nach Anspruch 1, wobei das erste Strahlenbündel ein plus primäres Beugungslicht der ersten Strahlenbündelgruppe ist, und das zweite Strahlenbündel ein minus primäres Beugungslicht der zweiten Strahlenbündelgruppe ist.
Lasersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine reflektierende Oberfläche des teilreflektierenden Elements, die dafür angepasst ist, das erste Strahlenbündel und das zweite Strahlenbündel zu reflektieren, eine einzige Ebene ist.
Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Elements für das erste Strahlenbündel und das zweite Strahlenbündel das Fünffache oder mehr des Reflexionsgrads des diffraktiven optischen Elements für die erste Strahlenbündelgruppe und die zweite Strahlenbündelgruppe beträgt.
Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend ein optisches Reduktionssystem, das dafür angepasst ist: einen Durchmesser des ersten Strahlenbündels, das sich von dem diffraktiven optischen Element zu dem teilreflektierenden Element bewegt, und einen Durchmesser des zweiten Strahlenbündels, das sich von dem diffraktiven optischen Element zu dem teilreflektierenden Element bewegt, zu reduzieren; und einen Abstand zwischen einem Hauptstrahl des ersten Strahlenbündels, das sich von dem diffraktiven optischen Element zu dem teilreflektierenden Element bewegt, und einem Hauptstrahl des zweiten Strahlenbündels, das sich von dem diffraktiven optischen Element zu dem teilreflektierenden Element bewegt, zu reduzieren.
Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend ein Strahlenbündel-Rotationselement, das dafür angepasst ist, jedes Strahlenbündel der ersten Strahlenbündelgruppe und jedes Strahlenbündel der zweiten Strahlenbündelgruppe um einen Hauptstrahl des Strahlenbündels zu drehen.
Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend: eine Mehrzahl der ersten Laserelemente; und eine Mehrzahl der zweiten Laserelemente, wobei das diffraktive optische Element: dafür angepasst ist, die erste Strahlenbündelgruppe, die von jedem der ersten Laserelemente emittiert wird, zu dem ersten Strahlenbündel zu konvergieren; und dafür angepasst ist, die zweite Strahlenbündelgruppe, die von jedem der zweiten Laserelemente emittiert wird, zum zweiten Strahlenbündel zu konvergieren.
Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend einen Positionswechsler, der dafür angepasst ist, eine relative Position des ersten Strahlenbündels und des zweiten Strahlenbündels in einer Ebene, die den Hauptstrahl des ersten Strahlenbündels und den Hauptstrahl des zweiten Strahlenbündels enthält, zu verändern.
Lasersystem nach Anspruch 8, wobei der Positionswechsler ein Mechanismus ist, der dafür angepasst ist, das erste Laserelement relativ zu dem zweiten Laserelement zu bewegen.
Lasersystem nach Anspruch 8, wobei der Positionswechsler ein Mechanismus ist, der dafür angepasst ist, das Strahlenbündel-Umlenkelement zu drehen.
Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend eine Abschirmung, die zwischen einem optischen Weg des ersten Strahlenbündels und einem optischen Weg des zweiten Strahlenbündels vorgesehen ist.