DE2336169A1 - Laserstrahlschmelzvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Laserstrahlschmelzvorrichtung zum Ziehen von zylindrischen Körpern aus einem Ausgangskörper, bestehend aus einem Laser für hochintensive Strahlung und einer Optik zur Verteilung der Strahlungsenergie auf die Erweichungszone des Körpers.

Aus der OS 1 769 405 ist ein Verfahren zur Herstellung von Einkristallen nach der Methode des tiegelfreien Zonenschmelzens bekannt, bei dem die stabförmigen Ausgangsmaterialien unter Zuhilfenahme eines Laserstrahls zonenförmig aufgeschmolzen werden. Der Laserstrahl wird stets von der gleichen Seite her auf die Schmelzzone fokussiert.

Dies führt dazu, daß das'stabförmige Ausgangsmaterial auf der dem Laserstrahl zugewandten Seite in einem größeren Bereich und auf höh/ere Temperaturen erhitzt wird als auf der dem Laserstrahl abgewandten Seite. Dadurch wird die Homogenität des gezogenen Einkristalls negativ beeinflußt.

Zur gleichmäßigen allseitigen Erwärmung eines stabförmigen Rohlings müssen entweder mehrere Laserstrahlen verwendet werden oder ein Laserstrahl über eine Optik in einem seitlich auftreffenden Ring zerlegt werden.

Eine derartige Vorrichtung ist mit einer allerdings sehr komplizierten Optik mit Axikon-Strahlführung (mindestens 2 Axikons) in einem Artikel in Journ. of the Opt. Soc. of Am., 44, 8 (1954), S. 592 - 597 beschrieben.

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine mit einer einfachen Optik ausgerüstete Laserstrahlschmelzvorrichtung anzugeben, welche die Herstellung von hochreinen zylindrischen Körpern ermöglicht.

Diese'Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Optik aus einer langbrennweitigen Sammellinse, einem im Strahlengang hinter der Linse rotierenden transparenten Keil, der die Strahlung auf einem Kegelmantel um den Ausgangskörper herumführt und aus einem hochreflektierenden Spiegelkonus besteht, durch welche, die Strahlung auf eine vorgegebene ringförmige Erweichungszone des Körpers fokussiert wird.

Der Einsatz dieser Vorrichtung ermöglicht es, jeder Teilfläche eines Ringes des zylindrischen Ausgangskörpers zeitlich nacheinander die gleiche Schmelzwärme zuzuführen, wenn der Laserstrahl mit Hilfe des rotierenden Keiles mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um den zylindrischen Ausgangskörper herumgeführt wird.

Als Sammellinse wird insbesondere eine mit einem solchen Astigmatismus behaftet.e eingesetzt, daß die Erweichungszone auf den Durchmesser des zylindrischen Ausgangskörpers aufgeweitet ist.

Vorteilhafterweise wird die Schmelzwärme mit dem hochintensiven Strahl eines COp-Lasers erzeugt. Ein COp-Laser weist auch einen besonders hohen Wirkungsgrad auf.

Beim Ziehen wird der Ausgangskörper zur Vorheizung insbesondere mit einem ringförmigen Heizkörper umgeben.

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Die Vorrichtung erweist sich als besonders vorteilhaft für die Herstellung von ummantelten Lichtleitfasern.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in der Figurenbeschreibung näher erläutert.

Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Laserstrahlschmelzvorrichtung,

Figur 2 einen Teil der Laserstrahlschmelzvorrichtung mit dem astigmatischen Strahlenverlauf.

In der Figur 1 fällt ein paralleles COg-laserstrahlenbündel 1 über eine langbrennweitige Linse 2 auf einen transparenten Keil 3» welcher mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um die optische Achse 4 rotiert und dadurch kegelförmig nach außen gelenkt wird. Der Laserstrahl gelangt von hier weiter auf einen hochreflektierenden Spiegelkonus 5, von wo er zu einem Ausgangskörper 6 hinreflektiert wird. Der Ausgangskörper 6 hat einen Durchmesser d. Es wird durch einen zylinderförmigen Vorheizkörper 7 von oben nach unten hin durchgezogen.

Durch Verstellen der Sammellinse 2 in Richtung des Pfeils wird der Laserstrahl 1 auf den jeweiligen Durchmesser des Ausgangskörpers 6 in der Erweichungszone 8 fokussiert.

Infolge der gleichförmigen Erwärmung entlang des Umfanges des Ausgangskörpers 6 entsteht schließlich ein fadenförmiges Körper 9» der die Rotationssymmetrie des Materials des Ziehgutes beibehält.

In der Figur 2 ist ein Ausschnitt des Spiegelkonus 5 in Draufsicht dargestellt. 10 ist der Ort, an dem der Laserstrahl 1 in einem bestimmten Zeitpunkt zum Ausgangskörper reflektiert wird. Die Krümmungen der Sammellinsen 2 sind

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so gev/ählt, daß durch den Astigmatismus eine Aufv/eitung des Laserstrahls parallel zu einer Querschnittsfläche des Ziehgutes 6 über eine Strecke 11 erfolgt. Die Strecke 11 entspricht annähernd dem Durchmesser d des Ziehgutes 6.

2 Figuren

5 Patentansprüche

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Claims (5)

—5— Patentansprüche

1. Laserstrahlschmelzvorrichtung zum Ziehen von zylindrischen Körpern aus einem Ausgangskörper bestehend aus einem Laser für hochintensive Strahlung und einer Optik zur Verteilung der Strahlungsenergie auf die Erweichungszone des Körpers, dadurch gekennzeich net , daß die Optik aus einer langbrennweitigen Sammellinse, einem im Strahlengang hinter der Linse rotierenden transparenten Keil, der die Strahlung auf einem Kegelmantel um den Ausgangskörper herumführt und aus einem hochreflektierenden Spiegelkonus besteht, durch welche die Strahlung auf eine vorgegebene ringförmige Erweichungszone des Körpers fokussiert wird.

2. Laserstrahlschmelzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Linse astigmatisch ist, derart, daß die Erweichungszone auf den Durchmesser des zylindrischen Ausgangskörpers aufgeweitet ist.

3. Laserstrahlschmelzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und

2, dadurch gekennzeich net , daß der Laser ein C0₂-Laser ist.

4. Laserstrahlschmelzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet , daß der zylindrische Ausgangskörper zur Vorheizung von einem Heizkörper umgeben ist.

5. Verwendung der Laserstrahlschmelzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4 zur Herstellung von ummantelten Lichtleitfasern.

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