DE19840937A1

DE19840937A1 - Mehrkanalmodulator

Info

Publication number: DE19840937A1
Application number: DE1998140937
Authority: DE
Inventors: Heinrich Juergensen
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Hell Gravure Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2018-09-09
Also published as: WO2000013840A1; DE19840937B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Modulation von Laserstrahlen. Ein in einer Laserstrahlungsquelle (1) erzeugter Laserstrahl (2) wird in eine Strahlverzweigeranordnung (3) mit Strahlverzweigern (4) zur Erzeugung von Teilstrahlen (5) eingekoppelt. Ein an die Strahlverzweigeranordnung (3) angeschlossener optischer Mehrkanalmodulator (6) weist Strahlverzweiger (7) zur weiteren Verzweigung der Teilstrahlen (5) in Ausgangsstrahlen (8, 8') auf. Der Mehrkanalmodulator (6) enthält paarweise zugeordnete, ein- und ausschaltbare optische Modulatoren (9, 9'). Die Ausgänge der optischen Modulatoren (9, 9') bilden jeweils erste und zweite Modulationsausgänge (10, 10'). Die aus den ersten Modulationsausgängen (10) austretenden Ausgangsstrahlen (8) werden zur Materialbearbeitung auf einer Bearbeitungsfläche (11) genutzt, während die aus den zweiten Modulationsausgängen (10') austretenden Ausgangsstrahlen (8') in einem Strahlungssumpf (13) vernichtet werden. Die Modulatoren (9, 9') werden derart ein- und ausgeschaltet, daß jeweils nur die genutzten oder die nicht genutzten Ausgangsstrahlen (8, 8') aus dem Mehrkanalmodulator (6) austreten.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrkanalmodulator für Laser, vorzugsweise hoher Lei stung, beispielsweise zur Materialbearbeitung oder zur Druckformherstellung, wobei der Laserstrahl in mehrere Teilstrahlen aufgespalten wird und die Teilstrahlen moduliert werden. Die Modulation erfolgt derart, daß bei jeweils zwei Teilstrahlen an jedem Teil strahl ein Modulator angeordnet ist, der jeweils von einem elektrischen Steuersignal geschaltet wird. Die Schaltung der Modulatoren erfolgt so, daß in dem Fall, daß ein Mo dulator eingeschaltet ist, der andere Modulator ausgeschaltet, ist oder wenn der ausge schaltete Modulator eingeschaltet wird, der andere ausgeschaltet wird. Es soll aber im mer einer der beiden Modulatoren eingeschaltet sein. Die aus dem ersten Modulator austretende Strahlung wird erfindungsgemäß auf eine Bearbeitungsfläche gerichtet, während die Strahlung aus dem zweiten Modulator in einen Sumpf zur Aufnahme und Unschädlichmachung der nicht auf der Bearbeitungsfläche erwünschten Strahlung ge leitet wird. Durch Verzweigung können aus einem Laserstrahl beliebig viele Teilstrahlen gewonnen werden, indem beispielsweise an einer Faser sogenannte Faserschmelz koppler, wie sie im Gesamtkatalog G3, Bestellnr. 650020 der Fa. Spindler und Hoyer, Göttingen, angeboten werden, angebracht sind, die als Verzweiger ausgebildet sind und beispielsweise einen Eingang und zwei Ausgänge haben. Es ist auch möglich, mittels Verfahren der Integrierten Optik optische Wellenleiter auf ein Substrat aufzubrin gen und die Wellenleiter so anzuordnen, daß ebenfalls eine Aufspaltung mittels Wel lenleiter in jeweils zwei Teilstrahlen erfolgt. Solche Wellenleiter sind in dem Buch "Op toelectronics: An Introduction, Prentice-Hall, ISBN 0-13-638353 X (PBK) auf den Seiten 412 ff beschrieben. Ebenfalls kann man mit den Verfahren der Integrierten Optik sehr schnelle optische Ventile, also optische Modulatoren, herstellen, die mittels elektrischer Signale mit vorteilhaft niedriger Spannung, erfindungsgemäß aus integrierten Schalt kreisen, gesteuert werden können. Es ist bekannt, daß man Laserstrahlung beispiels weise aus Fasern in solche Wellenleiter einkoppeln und Strahlung aus solchen Wellen leitern in Fasern einkoppeln kann. Es ist also möglich, mit Methoden der Integrierten Optik eine Aufspaltung eines Eingangs in mehrere Ausgänge zu realisieren, also bei spielsweise eine Baumstruktur mit jeweils einem Eingang und zwei zugehörigen Aus gängen aufzubauen, oder für mehrere Eingänge mehrere solcher Verzweigungen oder Bäume, wobei die Ausgänge mit sehr präzisen Abständen auf dem Substrat angeordnet werden können. Zwar kann man mit Integrierter Optik sehr gut eine große Anzahl von Teilstrahlen sehr hoher Strahlqualität und die zugehörigen Modulatoren realisieren, aber die Wellenleiter können nicht mit beliebig hoher Strahlungsleistung beaufschlagt wer den. Deshalb wird erfindungsgemäß die Laserstrahlung zunächst vorzugsweise über die erwähnten Faserschmelzkoppler oder andere Methoden verzweigt, indem bei spielsweise eine Baumstruktur aus n Ebenen mit Zweifach- Verzweigungen gewählt wird und beispielsweise aus Fasern eine Anordnung mit 2ⁿ Ausgängen aufgebaut wird, an denen die Strahlungsleistung je Ausgang durch die Teilung soweit reduziert worden ist, daß die Wellenleiter eines Bauteils, das mit den Methoden der Integrierten Optik aufgebaut ist, nicht übersteuert werden. Werden beispielsweise n = 4 Ebenen mit Fa serschmelzkopplern eingesetzt, ist die Strahlungsleistung an den 16 Ausgängen auf 1/16 des in den einen Fasereingang eingespeisten Wertes gesunken. Diese Ausgänge werden an das mittels der Methoden der Integrierten Optik aufgebaute Bauteil ange schlossen, das beispielsweise in Ebenen mit Zweifach- Verzweigungen enthält, so daß 2^n+m Ausgänge entstehen, wobei die Ausgänge mit den optischen Ventilen bzw. Modu latoren versehen sind. Wenn beispielsweise in = 5 Ebenen mit Zweifach-Verzweigern in den Wellenleitern bestehen, kommt man auf 512 Ausgänge, von denen 256 auf die Bearbeitungsfläche gerichtet sind. Durch besondere Maßnahmen wird dafür gesorgt, daß die Strahlungsleistung aller 256 Ausgänge hinreichend gleich ist. Die anderen 256 Ausgänge werden vorzugsweise in den Sumpf geleitet. Dabei können die Wellenleiter erfindungsgemäß so angeordnet werden, daß sie die Strahlung stufenweise in eine ge ringere Zahl von Wellenleitern vereinigen, bis der Übergang auf eine Faseranordnung erfolgt, die über weitere solcher Vereiniger die gesamte Strahlung wieder in eine einzige Faser führen kann. Dies ist vorteilhaft, da sich die Strahlung besonders bei hohen Lei stungen mittels einer Faser besser vom Bearbeitungsort wegbringen läßt. Diese Anord nung kann erfindungsgemäß auch zur gezielten Modulation der Strahlungsleistung, die in den Sumpf geleitet wird, verwendet werden, wobei die große Anzahl von Modulatoren eine hoch aufgelöste, digital quantisierte Amplitudenmodulation der Strahlung ermög licht. Damit ist erfindungsgemäß eine präzise Amplitudenmodulation sehr hoher Strah lungsleistung bei sehr hoher Bandbreite möglich. In diesem Fall würde beispielsweise der Ort der Bearbeitungsfläche mit dem Ort des Sumpfes vertauscht.

Die Figur ist eine Prinzipdarstellung der beschriebenen Anordnung.

Claims

1. Mehrkanalmodulator zur Aufspaltung und Modulation von Laserstrahlung, dadurch gekennzeichnet,
daß die aufzuspaltende und zu modulierende Laserstrahlung in mindestens einer Faser geführt wird,
daß an den Ausgang der Faser jeweils ein oder mehrere Faserverzweiger angekoppelt sind,
daß an die Ausgänge der Faserverzweiger eine oder mehrere mittels Methoden der Integrierten Optik hergestellten Wellenleiteranordnungen angekoppelt sind, die mindestens zwei Eingänge für die Einkopplung der Laserstrahlung aus den Faserverzweigern aufweisen,
daß jeder Eingang der Wellenleiteranordnung eine oder mehrere Verzweigungen aufweist, wobei die Ausgänge der Verzweigungen jeweils in einen mittels Methoden der Integrierten Optik hergestellten Modulator einmünden,
daß die Modulatoren die Strahlung je nach Schaltzustand der Steuersignale auf jeweils einen ersten oder zweiten Ausgang führen,
daß die eine Art der Ausgänge der Modulatoren auf eine Bearbeitungsfläche gerichtet ist
und daß die andere Art der Ausgänge der Modulatoren einem außerhalb der Integrierten Optik gelegenen Sumpf zur Unschädlichmachung der nicht auf der Bearbeitungsfläche erwünschten Laserstrahlung zugeführt wird.

2. Mehrkanalmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Art der Ausgänge der Modulatoren mittels Integrierter Optik vereinigt wird und dem Sumpf zugeführt wird.

3. Mehrkanalmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Art der Ausgänge der Modulatoren mittels Integrierter Optik und mittels Faseroptik vereinigt wird und dem Sumpf zugeführt wird.

4. Mehrkanalmodulator zur Aufspaltung und Modulation von Laserstrahlung, dadurch gekennzeichnet,
daß die aufzuspaltende und zu modulierende Laserstrahlung in mindestens einer Faser geführt wird,
daß an den Ausgang der Faser jeweils ein oder mehrere Faserverzweiger angekoppelt sind,
daß an die Ausgänge der Faserverzweiger eine oder mehrere mittels Methoden der Integrierten Optik hergestellten Wellenleiteranordnungen angekoppelt sind, die mindestens zwei Eingänge für die Einkopplung der Laserstrahlung aus den Faserverzweigern aufweisen,
daß jeder Eingang der Wellenleiteranordnung eine oder mehrere Verzweigungen aufweist, wobei die Ausgänge der Verzweigungen jeweils in einen mittels Methoden der integrierten Optik hergestellten Modulator einmünden,
daß die Modulatoren die Strahlung je nach Schaltzustand der Steuersignale auf jeweils einen ersten oder zweiten Ausgang führen,
daß die eine Art der Ausgänge der Modulatoren einem außerhalb der Integrierten Optik gelegenen Sumpf zur Unschädlichmachung der nicht auf der Bearbeitungsfläche erwünschten Laserstrahlung zugeführt wird
und daß die andere Art der Ausgänge der Modulatoren mittels Integrierter Optik vereinigt wird und auf eine Bearbeitungsfläche gerichtet ist.

5. Mehrkanalmodulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die eine Art der Ausgänge der Modulatoren dem Sumpf zugeführt wird
und daß die andere Art der Ausgänge der Modulatoren mittels Integrierter Optik und mittels Faseroptik vereinigt wird und auf die Bearbeitungsfläche gerichtet ist.

6. Mehrkanalmodulator nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Quelle für die Laserstrahlung ein oder mehrere Faserlaser (Fiberlaser) zur Anwendung kommen.