DE3215611A1 - Vorrichtung zur messung der polarisation eines laserstrahls hoher dauerstrichleistung - Google Patents
Vorrichtung zur messung der polarisation eines laserstrahls hoher dauerstrichleistungInfo
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Description
Eugen* Sfchäfei;," j^hkopf 4b,. 7000 Stuttgart 1
Beschreibung
Vorrichtung zur Messung der Polarisation eines Laserstrahls hoher Dauerstrichleistung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Polarisation eines Laserstrahls hoher Dauerstrichleistung.
Seit kurzem ist allgemein bekannt, daß der Polarisation
eines Laserstrahls beim Laser-Schneiden von Werkstoffen eine entscheidende Bedeutung zukommt. Demzufolge ist es
erforderlich, die Polarisationseigenschaften eines Laserstrahls hoher Dauerstrichleistung zuverlässig und wegen
möglicher Veränderungen - auch zeitlich aufgelöst zu bestimmen.
Es ist allgemein bekannt, daß Platten aus nichtmetallischen Werkstoffen ( z.B. Ge, KCl, ZnSe ), welche für die
Laserwellenlänge ( z.B. 10 Mikrometer ) transparent sind, die unter dem Brewster-Winkel in den Strahlengang eingebracht
werden, vorzugsweise Strahlung reflektieren, welche senkrecht zur Einfallsebene polarisiert ist. Bei
hohen Intensitäten und großen Strahlquerschnitten sind diese Materialien jedoch entweder ungeeignet (Ge :
temperaturabhängige Absorption), unbeständig (KCl : hygroskopisch), oder verhältnismäßig teuer (ZnSe).
• ·
Andererseits ist bekannt, daß auch gut reflektierende Metalle bei nahezu streifendem Lichteinfall diese Eigenschaft
aufweisen. (Duley, W.W. Academic Press New York: 1978, pp. 137)
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Polarisationseigenschaften von Laserstrahlen hoher Dauerstrichleistung
auf einfache Weise zu messen. Darüber hinaus wird wegen der bei vielen Lasern nicht stabilen Polarisationsrichtung
eine zeitliche Auflösung der Messung gefordert. Ferner ist es für zahlreiche Aufgaben der Lasermaterialbearbeitung
wichtig, die Elliptizität von zirkulär polarisierter
Laserstrahlung zu kontrollieren. Da bei Laserstrahlen mit höheren transversalen Modenzahlen die einzelnen Moden
verschiedene Polarisationsrichtungen aufweisen, besteht eine weitere Aufgabe in der räumlichen Auflösung der
Polarisationsmessung.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
eine ebene, perforierte Metallplatte geringer Dicke und mit spiegelnder Oberfläche so in einem, um seine Achse
drehbar gelagerten und für den Ein-, bzw. Austritt von Laserstrahlung beidseitig offenen Rohr angebracht ist,
daß ihre Oberflächennormale zur Rohrachse einen Winkel von annähernd, jedoch nicht exakt 90° bildet; daß
dieses Rohr eine weitere seitliche öffnung aufweist, und daß sich an dieser öffnung, außerhalb des Rohres,
fest mit besagtem Rohr verbunden, ein Empfängerelement zur Intensitätsmessung von Laserstrahlung befindet.
Zur Messung der Polarisation von Laserstrahlung relativ niedriger Leistung (einige hundert Watt), ist zur kon-
(ο
-X-
struktiven Vereinfachung vorteilhaft, wenn besagte Metallplatte
keine Perforation aufweist.
Um die Baulänge des polarisierenden Reflektors in Richtung der optischen Achse zu verkürzen, ist nach
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß besagte Metallplatte durch
einen Gitterrost ersetzt ist, bei welchem mindestens eine Reihe von Gitterstegen spiegelnde Oberflächen aufweist,
deren Oberflächennormalen mit der Rohrachse einen Winkel von annähernd, jedoch nicht exakt 90° bilden.
Zur Vermeidung von Beugungseffekten des Gitters ist in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung vorgesehen, daß besagte Metallplatte durch ein schmales, ebenes Metallband mit spiegelnder Oberfläche
ersetzt ist, dessen Mittellinie die Rohrachse schneidet und dessen Oberflächennormale mit der Rohrachse
einen Winkel von annähernd, jedoch nicht exakt 90° bildet.
Aus demselben Grund wird in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß besagter
Gitterrost durch eine Reihe von Stegen ersetzt ist, welche spiegelnde Oberflächen aufweisen, deren Oberflächennormalen mit der Rohrachse einen Winkel von annähernd,
jedoch nicht exakt 90° bilden.
Bei zahlreichen Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn die Rohröffnung, aus welcher der Laserstrahl austritt, mit
einem Strahlungsabsorber, oder dem Empfänger eines Leistungsmeßgerätes
abgeschlossen ist.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn besagtes Rohr über eine geeignete Antriebsart von einem Elektromotor in Rotation
versetzt wird.
In diesem Fall ist auch vorgesehen, daß an besagtem Rohr Schleifringe zur Stromversorgung und MeßSignalabnahme
angeordnet sind.
Um eine Information über den Drehwinkel zu erhalten,
ist vorgesehen, daß an besagtem Rohr oder dem dieses antreibenden Elektromotor eine Einrichtung angebracht
ist, die eine, dem Drehwinkel proportionale Spannung liefert.
Zur Vereinfachung der Auswertung der Messungen ist bei einem, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
vorgesehen, daß an besagtes Empfängerelement und besagten Winkelgeber eine Kombination von AD-Wandler,
Mikroprozessor und DA-Wandler angeschlossen ist, die die gemessene Intensität und den gemessenen Winkel von
Polarkoordinaten in Ausgangsspannungen, welche cartesischen Koordinaten entsprechen, umwandelt.
Damit Laserstrahlen höherer transversaler Modenzahlen mit räumlicher Auflösung der Modenstruktur vermessen
werden können, ist bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung vorgesehen, daß besagtes Empfängerelement durch eine lineare Aneinanderreihung
mehrerer Empfängerelemente ersetzt ist.
Es kann vorteilhaft sein, wenn sich an der Eintrittsöffnung des Rohres ein Umlenkspiegel befindet.
Ferner kann vorteilhaft sein, wenn sich an der seitlichen Rohröffnung ein Umlenkspiegel befindet.
-JS-
Damit die Ansprüche an die Genauigkeit der Einjustierung der Vorrichtung auf den Laserstrahl geringer werden,
oder um die Meßgenauigkeit bei gleichbleibenden Ansprüchen zu erhöhen, wird bei einem weiteren bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß eine zweite seitliche öffnung, symmetrisch zur ersten,
auf der gegenüberliegenden Rohrseite eingelassen ist, und daß sich an dieser, außerhalb des Rohres, fest mit
besagtem Rohr verbunden, ein zweites, gleichartiges Empfängerelement, bzw. eine lineare Aneinanderreihung
von Empfängerelementen zur Intensitätsmessung von Laserstrahlung befindet.
Zur Messung von Laserstrahlung hoher Leistung ist es von Vorteil, daß gegen diese Strahlung beständige Strukturen
aus metallischen Werkstoffen vorzugsweise den senkrecht zur Einfallsebene polarisierten Anteil der
Strahlung reflektieren und somit eine Vorrichtung, die solche Strukturen verwendet, die reflektierte
Intensität als Funktion des Drehwinkels zwischen Einfalls- und Polarisationsebene zu messen erlaubt.
Läßt man daher den Reflektor gemeinsam mit einem schnell ansprechenden Empfänger (z.B. pyroelektrischer
Detektor) rotieren, so kann in vorteilhafter Weise eine zeitliche Auflösung der Messung erzielt werden.
Durch Umwandlung der Intensitäts- und Winkelinformation in cartesische Koordinaten läßt sich das Polarigramm
unmittelbar auf einem Oszillographenschirm sichtbar machen. Die Verwendung einer linearen Aneinanderreihung
von mehreren Empfängerelementen, welche die Information zusätzlich räumlich aufzulösen gestatten, erlaubt es
darüber hinaus, die gesamte Modenstruktur des Laserstrahls zu erfassen. Mit dieser Information läßt sich die Qualität
eines Laserstrahls für die Materialbearbeitung in einfacher Weise beurteilen.
-jg-
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der
Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus
einer bevorzugten Ausführung der Vorrichtung
Fig. 2 einen Querschnitt durch das Rohr gemäß Fig. 1
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Anordnung des Gitterrosts im Rohr (Längsschnitt)
Fig. 4 vier Beispiele für die Ausführung des Gitterrosts, sowie seine Orientierung zum Laserstrahl
Fig. 5 einen Querschnitt durch,, das Rohr gemäß Fig. 1
bei Verwendung eines Metallbandes gemäß Anspruch 3
Fig. 6 einen Querschnitt durch das Rohr gemäß Fig. 1 bei Verwendung von Metallstegen gemäß Anspruch
5
Fig. 7 eine schematische Darstellung (Längsschnitt) einer Ausführung mit linearer Aneinanderreihung
mehrerer Empfängerelemente
Fig. 8 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer
bevorzugten Ausführung der Vorrichtung gemäß Anspruch 14
- ^- AO
Das Grundprinzip der Erfindung ist im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 erläutert.
Durch die öffnung 1 tritt ein Laserstrahl in das Rohr 2 ein und verläßt es wieder durch die öffnung
3. Ein bevorzugt senkrecht zur Einfallsebene polarisierter Teil, der Laserstrahlung wird an der perforierten
Metallplatte 4 reflektiert und trifft nach Durchtritt durch die seitliche Rohröffnung 5 auf ein Empfängerelement
6. Letzteres ist mit dem Rohr 2 mittels Halterung 7 fest verbunden. Das Rohr 2 ist vermittels Lagern 8
in einem Gehäuse 9 drehbar gelagert. Es wird über einen Antrieb 10 durch einen Elektromotor 11 in Rotation versetzt.
Ein Winkelgeber 12 erlaubt die Messung des Drehwinkels. Das Signal des Empfängerelements 6 wird in
einem Verstärker 13 verstärkt und über Schleifringe 14 zur Weiterverarbeitung nach außen geführt.
Bei Rotation des 'Rohres 2 um seine Achse entsteht nunmehr im Empfängerelement ein Meßsignal, das gemeinsam
mit der Anzeige des Drehwinkels eine Aussage über den Polarisationszustand des Laserstrahls erlaubt.
In Fig. 2 ist der Schnitt durch das Rohr 2 nach A-A gemäß Fig.. 1 dargestellt. Er erlaubt die Sicht auf eine
typische Ausgestaltung der perforierten Metallplatte 4.
Die Art der Perforation kann selbstverständlich auch anders gestaltet sein, z.B. mit rechteckigen Löchern,
sodaß die reflektierenden Stege zwischen den Löchern einen geringeren Anteil an der Gesamtfläche einnehmen.
Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung mit Gitterrost 15 oder Stegen 15'nach Anspruch 2 bzw.
Anspruch 5.
— 8 —
Einige typische Ausgestaltungen des Gitterrosts 15, bzw. der Stege 15' , sowie ihre Anordnung im Laserstrahl
sind in den Schnittzeichnungen der Flg. 4 dargestellt.
Fig. 5 zeigt in einem Querschnitt A-A gemäß Fig. 1 die
Anordnung eines Metallbandes 16 gemäß Anspruch 4. In der Darstellung ist die Projektion der Reflexionsrichtung auf die Zeichenebene vertikal.
Fig. 6 zeigt in einem Querschnitt A-A gemäß Fig. 1 die
Anordnung der Stege 1.5' gemäß Anspruch 5. In der Darstellung ist die Projektion der.Reflexionsrichtung auf
die Zeichenebene ebenfalls vertikal.
In Fig. 7 ist die Anordnung eines Gitterrosts 15 oder von
Stegen 15', wie in Fig. 3, sowie die lineare Aneinanderreihung von Empfängerelementen 17 zur räumlichen Auflösung
der Information dargestellt. Von jedem Steg wird ein, seiner räumlichen Position entsprechender Anteil der
Strahlung auf ein zugeordnetes Empfängerelement reflektiert.
Fig. 8 zeigt schließlich eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 14. Der
Gitterrost 15, bzw. die Stege 15'sind symmetrisch aufgebaut,
ebenfalls symmetrisch zur seitlichen Öffnung 5 ist die Öffnung 5', ist zum Empfängerelement 6 das Empfängerelement
6'und ist zur Halterung 7 die Halterung 7'angeordnet.
Die Empfängerelemente 6 und 6'werden so geschaltet, daß sich ihre Signale addieren. Auf diese Weise ist sichergestellt,
daß die Auswirkung von geringen Abweichungen der Richtung des einfallenden Laserstrahls von der Rohrachse
auf das Meßsignal· kompensiert werden.
.Al-Leerseite
BAD ORIGINAL
Claims (14)
- Anmelder: Dieter Brandt, Klingenstr. 20, 7151 AffalterbP-eber· Hof.fruann, Xm ß.etzengaiern 9, 7000 Stutt 'öligen ßah&i&c, GänRo'pf 4b, 7000 Stuttgart 1Patentansprüche :Vorrichtung zur Messung der Polarisation eines Laserstrahls hoher Dauerstrichleistung, dadurch gekennzeichnet, daß eine ebene, perforierte Metallplatte geringer Dicke und mit spiegelnder Oberfläche so in einem, um seine Achse drehbar gelagerten und für den Einbzw. Austritt von Laserstrahlung beidseitig offenen Rohr angebracht ist, daß ihre Oberflächennormale zur Rohrachse einen Winkel von annähernd, jedoch nicht exakt 90 bildet; daß dieses Rohr eine weitere seitliche Öffnung aufweist, und daß sich an dieser öffnung, außerhalb des Rohres, fest mit besagtem Rohr verbunden, ein Empfängerelement zur Intensitätsmessung von Laserstrahlung befindet.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Metallplatte keine Perforation aufweist.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Metallplatte durch einen Gitterrost ersetzt ist, bei welchem mindestens eine Reihe von Gitterstegen spiegelnde Oberflächen aufweist, deren Oberflächernormalen mit der Rohrachse einen Winkel von annähernd, jedoch nicht exakt 90° bilden.— 2 —
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Metallplatte durch ein schmales, ebenes Metallband mit spiegelnder Oberfläche ersetzt ist, dessen Mittellinie die Rohrachse schneidet und dessen Oberflächennormale mit der Rohrachse einen Winkel von annähernd, jedoch nicht exakt 90° bildet.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß besagter Gitterrost durch eine Reihe von Stegen ersetzt ist, welche spiegelnde Oberflächen aufweisen, deren Oberflächennormalen zur Rohrachse einen Winkel von annähernd, jedoch nicht exakt 90° bilden.
- 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung des Rohres, aus welcher der Laserstrahl austritt, mit einem Strahlungsabsorber oder dem Empfänger eines Leistungsmeßgerätes abgeschlossen ist.
- 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Rohr über eine geeignete Antriebsart von einem Elektromotor in Rotation versetzt wird.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an besagtem Rohr Schleifringe zur Stromversorgung und Meßsignalabnahme angeordnet sind.
- 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Rohr, oder dem dieses antreibenden Elektromotor eine Einrichtung angebracht ist, die eine, dem Drehwinkel proportionale Spannung liefert.
- 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an besagtes Empfängerelement, und besagten Winkelgeber eine Kombination von AD-Wandler, Mikroprozessor und DA-Wandler angeschlossen ist, die die gemessene Intensität und den gemessenen Winkel von Polarkoordinaten in Ausgangsspannungen, welche cartesischen Koordinaten entsprechen, umwandelt.
- 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Empfängerelement durch eine lineare Aneinanderreihung mehrerer Empfängerelemente ersetzt ist.
- 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis .11, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der Eintrittsöffnung des Rohres ein Umlenkspiegel befindet.
- 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der seitlichen Rohröffnung ein Umlenkspiegel befindet.
- 14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3, sowie 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite seitliche Öffnung, symmetrisch zur ersten, auf der gegenüberliegenden Rohrseite eingelassen ist und daß sich an dieser, außerhalb des Rohres, fest mit besagtem Rohr verbunden, ein zweites, gleichartiges Empfängerelement, bzw. eine lineare Aneinanderreihung von Empfängerelementen zur Intensitätsmessung von Laserstrahlung befindet.
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DE19823215611 DE3215611A1 (de) | 1982-04-27 | 1982-04-27 | Vorrichtung zur messung der polarisation eines laserstrahls hoher dauerstrichleistung |
Applications Claiming Priority (1)
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DE3215611A1 true DE3215611A1 (de) | 1983-10-27 |
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DE19823215611 Withdrawn DE3215611A1 (de) | 1982-04-27 | 1982-04-27 | Vorrichtung zur messung der polarisation eines laserstrahls hoher dauerstrichleistung |
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DE (1) | DE3215611A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10347978A1 (de) * | 2003-10-15 | 2005-06-02 | Raylase Ag | Polarisationsmeßeinrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Polarisation eines Laserstrahls |
-
1982
- 1982-04-27 DE DE19823215611 patent/DE3215611A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
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DE10347978A1 (de) * | 2003-10-15 | 2005-06-02 | Raylase Ag | Polarisationsmeßeinrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Polarisation eines Laserstrahls |
DE10347978B4 (de) * | 2003-10-15 | 2006-03-02 | Raylase Ag | Polarisationsmeßeinrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Polarisation eines Laserstrahls |
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