DE4001091A1 - Vorrichtung zur energetisierung einer substanz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von Energie auf eine in einem Strom eines Trägermediums geförderte Substanz, insbesondere eine in dem Strom des Trägermediums verteilte, vorzugsweise gleichmäßig ver­ teilte Substanz.

Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise dazu einge­ setzt, um eine energetisierte Substanz auf ein Substrat aufzutragen. Es ist aber auch denkbar derartige Vor­ richtungen dazu einzusetzen, um eine Substanz zu chemischen Reaktionen anzuregen.

Aus dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, eine Substanz einem Plasmastrahl zuzuführen und durch ein Plasmaspritzverfahren auf eine Oberfläche aufzutragen.

Ferner ist es bekannt, eine in einem Trägermedium ge­ förderte Substanz durch Durchstrahlen des Stroms des Trägermediums mit einem Laserstrahl zu energetisieren.

Der Nachteil des letztgenannten Verfahrens besteht darin, daß der Querschnitt der Kreuzung des Trägermediums mit dem Laserstrahl sehr klein ist und somit für viele Fälle keine ausreichende Anregung der Substanz in dem Trägermedium möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß eine möglichst effektive Anregung der Substanz in dem Strom des Trägermediums möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs be­ schriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Trägermedium einen Energiezufuhrkanal durchströmt, daß der Energiezufuhrkanal von einem Teil eines optischen Wellen­ leiters umfaßt ist, daß ein Laser vorgesehen ist, dessen Laserstrahl mit der Substanz in Wechselwirkung tritt, und daß der Laserstrahl in den optischen Wellenleiter einge­ koppelt und von diesem in Längsrichtung desselben geführt ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß durch die Führung des Laserstrahls in dem optischen Wellenleiter, d. h. insbesondere durch die Mehrfach-Reflexion des Laserstrahls an den Wandflächen des optischen Wellenleiters, eine intensive Wechselwirkung zwischen Laserstrahl und Substanz dann möglich ist, wenn der Energiezufuhrkanal ebenfalls von dem optischen Wellen­ leiter umfaßt ist und somit eine mehrfache Wechselwirkung zwischen dem Laserstrahl und der in dem Trägermedium ge­ förderten Substanz erfolgt. Besonders vorteilhaft wirkt sich dabei die mehrfache Umlenkung des Laserstrahls in dem Wellenleiter aus, da somit die Möglichkeit besteht, die Substanz auch aus unterschiedlichen Wechselwirkungs­ richtungen anzuregen.

Besonders vorteilhaft ist es im Rahmen eines erfindungs­ gemäßen Ausführungsbeispiels, wenn der Aufheizkanal in Längsrichtung des Wellenleiters verläuft, so daß der Laserstrahl und die Substanz in dem Trägermedium parallel zueinander geführt sind und sich somit die Wechsel­ wirkungsstrecke einfach durch die Strecke festlegen läßt, über welche der Aufheizkanal und der Wellenleiter in Längsrichtung miteinander verlaufen.

Insbesondere für all diejenigen Anwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher die energeti­ sierte Substanz zur weiteren Wechselwirkung mit einer weiteren Substanz oder auf ein Substrat aufgebracht werden soll, ist es vorteilhaft, wenn der Aufheizkanal ein erstes Ende aufweist, an welchem das Trägermedium mit der von dem Laserstrahl energetisierten Substanz austritt.

Darüberhinaus ist es zweckmäßig, wenn der Aufheizkanal ein zweites Ende aufweist, an welchem das Trägermedium mit der durch den Laserstrahl zu energetisierenden Substanz in den Aufheizkanal eintritt.

Schließlich ist es vorteilhaft, wenn der optische Wellen­ leiter ein erstes Ende aufweist, an welchem der Laser­ strahl aus diesem austritt. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung, bei welcher das erste Ende des optischen Wellenleiters mit dem ersten Ende des Aufheizkanals zu­ sammenfällt.

Darüberhinaus ist günstigerweise vorgesehen, daß der optische Wellenleiter ein zweites Ende aufweist, an welchem der Laserstrahl in diesen eintritt.

Insbesondere bei all den Anwendungen, bei denen der Laser­ strahl gemeinsam in der energetisierten Substanz aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung austritt, ist es von Vorteil, wenn der Wellenleiter einen Strahlformer für den Laserstrahl bildet, welcher einen sich an dem ersten Ende bildenden Austrittskegel des Laserstrahls festlegt. Da­ durch läßt sich bestimmen, wie groß dieser Austrittskegel des Laserstrahls sein soll und somit auch welche Energie­ dichte der austretende Laserstrahl aufweisen soll, um nach Verlassen somit bestimmen zu können, ob beispielsweise ein nach dieser Vorrichtung angeordnetes Substrat lediglich von der energetisierten Substanz getroffen oder beispiels­ weise noch zusätzlich durch den austretenden Laserstrahl aufgeheizt werden soll.

Besonders vorteilhaft ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welchem der Laserstrahl vor seinem Eintritt in den optischen Wellenleiter mit einem optischen Element fokussiert wird und anschließend als divergierender Strahl in den optischen Wellenleiter eintritt. Mit dieser Fokussierung des Laserstrahls und dem Eintreten desselben als divergierender Strahl in den optischen Wellenleiter läßt sich eine hohe Zahl von Mehrfach-Reflexionen erzeugen, wobei durch den Winkel der Divergenz des Laserstrahls die Anzahl der Mehrfach- Reflexionen in dem Wellenleiter vorherbestimmbar ist, so daß sich insbesondere auch über die Divergenz des Laser­ strahls die Möglichkeit bietet, mit der erfindungsgemäßen Lösung die Stärke der Wechselwirkungen zwischen Laser­ strahl und der zu energetisierenden Substanz den jeweiligen Erfordernissen anzupassen.

Bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde nichts darüber ausgesagt, wie der optische Wellenleiter ausgebildet sein soll. Im einfachsten Fall ist vorgesehen, daß der optische Wellenleiter in Längsrichtung parallel zueinander verlaufende Wellenleiterflächen aufweist.

Die konstruktiv einfachste Lösung sieht vor, daß der optische Wellenleiter zwei parallel zueinander verlaufende ebene Wellenleiterflächen aufweist.

Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, daß der optische Wellenleiter den Laserstrahl allseitig führt, wobei hierzu ebenfalls parallele Wellenleiterflächen denk­ bar sind.

Alternativ dazu ist bei einer Vorrichtung vorgesehen, daß der optische Wellenleiter in seiner Längsrichtung konisch aufeinanderzu verlaufende Wellenleiterflächen aufweist. Durch diesen konischen Verlauf läßt sich zusätzlich noch die Führung des Laserstrahls variieren und außerdem auch noch der Austrittskegel des austretenden Laserstrahls gegenüber dem Winkel der Divergenz des eintretenden Laser­ strahls variieren.

Ferner läßt sich über den konischen Verlauf der Wellen­ leiterflächen auch noch die Wechselwirkung zwischen dem Laserstrahl und der Substanz dadurch anpassen, daß bei einem konischen Verlauf der Wellenleiterflächen in Längs­ richtung ebenfalls die Zahl der Mehrfach-Reflexionen pro Weglänge in Längsrichtung variieren läßt und somit auch eine Variation der Wechselwirkung des Laserstrahls mit der Substanz über die Längsrichtung möglich ist.

Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht dabei vor, daß der optische Wellenleiter in Richtung auf das erste Ende konisch aufeinanderzu verlaufende Wellenleiter­ flächen aufweist. Hiermit läßt sich die Zahl der Mehrfach- Reflexionen in Richtung auf das erste Ende zu erhöhen und auch der Austrittskegel des Laserstrahl aufweiten.

Bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde lediglich festgelegt, daß der Wellenleiter den Aufheiz­ kanal umfaßt. Dies erfordert im einfachsten Fall, daß die Wellenleiterflächen das Trägermedium mit der Substanz führen. Um jedoch zu verhindern, daß die energetisierte Substanz mit den Wellenleiterflächen wechselwirkt und somit dieselben verschmutzt, ist vorteilhafterweise der Aufheizkanal mit einer Antihaftbeschichtung für die Substanz und das Trägermedium versehen.

Alternativ zum Vorsehen einer Antihaftbeschichtung ist es ebenfalls im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung denkbar, daß der Aufheizkanal mit einem Führungsrohr für das Trägermedium und die Substanz versehen ist, so daß weder das Trägermedium noch die Substanz mit den Wellenleiter­ flächen in Berührung kommen und damit bereits eine Wechselwirkung ausgeschlossen ist.

Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn die Antihaft­ schicht oder das Führungsrohr als für den Laserstrahl transparent ausgebildet ist.

Eine Realisierungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Vor­ richtung sieht vor, daß der Laserstrahl durch eine Blende hindurchfokussiert wird, welche das dem Laserstrahl fokussierende optische Element von dem die Substanz fördernden Trägermedium trennt. Dadurch wird eine Trennung des fokussierenden optischen Elements von der Substanz und dem Trägermedium erreicht und somit auch ein Verschmutzen dieses optischen Elements verhindert.

Um absolut sicherzustellen, daß das optische Element weder von der Substanz noch von dem Trägermedium verschmutzt wird, sieht eine besonders vorteilhafte Lösung vor, daß die Blende in Strahlrichtung des Laserstrahls von einem Strom eines Schutzmediums durchsetzt ist. Vorzugsweise ist das Schutzmedium mit dem Trägermedium identisch.

Bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Lösung wurde nicht im einzelnen dar­ gelegt, wie das Trägermedium beschaffen sein soll. So wäre es beispielsweise denkbar, daß auch das Trägermedium den Laserstrahl absorbiert und über das Trägermedium eine zu­ sätzliche Aufheizung der Substanz möglich ist. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Trägermedium für den Laserstrahl transparent ist, so daß lediglich eine Ab­ sorption des Laserstrahls durch die Substanz stattfindet und im übrigen das Trägermedium die Führung des Laser­ strahls in dem Wellenleiter nicht beeinflußt.

Das Trägermedium könnte so beschaffen sein, daß es mit der energetisierten Substanz in Wechselwirkung tretende Bestandteile umfaßt. Besonders einfache Verhältnisse sind jedoch dann erhältlich, wenn das Trägermedium gegenüber der Substanz inert ist.

Im einfachsten Fall ist dabei vorgesehen, daß das Träger­ medium ein Gas ist, wobei es sich insbesondere um ein Inertgas handelt.

Hinsichtlich der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verwendenden Substanz wurden bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen ebenfalls keine näheren Angaben ge­ macht. So ist es beispielsweise denkbar, in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Substanz zu chemischen Reaktionen durch den Laserstrahl anzuregen und hierzu die Substanz in einen energetisch höheren Zustand zu bringen.

Im einfachsten Fall findet die erfindungsgemäße Vor­ richtung dann Verwendung, wenn die Substanz durch den Laserstrahl aufheizbar ist, d. h. also durch den Laser­ strahl aufgeheizt werden soll, insbesondere wenn die Substanz durch den Laserstrahl aufgeschmolzen werden soll.

Diese Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in all den Fällen vorteilhaft, in denen die Substanz ein Pulver ist, wobei vorzugsweise das Pulver durch den Laser­ strahl aufschmelzbar sein soll.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung sieht vor, daß diese zum Auftragen eines Strahls aus energetisierter Substanz auf ein Substrat ausgebildet ist, wobei hierunter alle Anwendungs­ fälle fallen, bei welchen beispielsweise eine Schicht auf ein Substrat aufgebracht werden soll.

Ferner ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhafter­ weise so ausgebildet, daß der Strahl der energetisierten Substanz innerhalb des aus dieser Vorrichtung austretenden Laserstrahls verläuft, so daß dieser Laserstrahl zusätz­ lich noch nach Verlassen der Vorrichtung vorteilhafter­ weise dazu verwendet werden kann, um beispielsweise die energetisierte Substanz in diesem Zustand zu halten oder auch beispielsweise das Substrat zumindest teilweise zu energetisieren.

Für besonders bevorzugte Anwendungsfälle ist vorgesehen, daß der mit der energetisierten Substanz austretende Laserstrahl beim Auftreffen auf das Substrat eine dieses nicht aufschmelzende Energiedichte aufweist. Diese Lösung weist besonders große Vorteile auf, da sie die Möglichkeit schafft, einerseits beispielsweise die als Pulver mitge­ führte Substanz aufzuschmelzen und andererseits aber die Möglichkeit schafft, die aufgeschmolzene Substanz auf einem Substrat zu deponieren, ohne dieses Substrat selbst aufzuschmelzen, was beispielsweise erhebliche Vorteile bei der Herstellung kristalliner Schichten bietet.

Die erfindungsgemäße Lösung wird neben der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ebenfalls durch ein Verfahren gelöst, bei welchem eine von einem Trägermedium geförderte Substanz einen optischen Wellenleiter durchsetzt und mittels eines sich in dem optischen Wellenleiter in dessen Längsrichtung ausbreitenden Laserstrahls energetisiert wird, wobei weitere besondere bevorzugte Ausführungs­ beispiele dieses Verfahrens entsprechend den Varianten der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Vor­ richtung ausgestaltet sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegen­ stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeich­ nerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungs­ beispiel;

Fig. 2 eine perspektivische ausschnittsweise Dar­ stellung eines Aufheizkanals einer ersten Variante des ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Fig. 2 einer zweiten Variante des Aufheizkanals und

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungs­ gemäßen Lösung.

Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, dargestellt in Fig. 1, umfaßt einen als Ganzes mit 10 bezeichneten Wellenleiter, welcher zwei parallel zueinander verlaufende Wände 12 und 14 mit einander zugewandten Wandflächen 16 und 18 aufweist, wobei die Wandflächen 16 und 18 parallel zueinander und symmetrisch zu einer Längsachse 20 verlaufen und optisch reflektierend ausgebildet sind.

Die beiden Wandflächen 16 und 18 sind vorzugsweise eben und begrenzen den Wellenleiter 10 in einer Richtung quer zur Längsachse 20. In einer Richtung senkrecht dazu, sind ebenfalls noch parallel und symmetrisch zur Längsachse 20 verlaufende Wandflächen 22 vorgesehen, wobei diese Wand­ flächen im einfachsten Fall nicht optisch reflektierend ausgebildet sein können. Sie können aber auch als Wellen­ leiterflächen optisch reflektierend ausgebildet sein. Der Wellenleiter 10 hat dabei vorzugsweise entweder einen rechteckigen oder einen quadratischen Querschnitt.

Alternativ dazu ist es aber denkbar, den optischen Wellen­ leiter 10 mit einem runden Querschnitt zu versehen, wobei die gesamte Innenfläche des Wellenleiters 10 dann optisch reflektierend ausgebildet ist.

Der optische Wellenleiter 10 weist ein erstes Ende 24 sowie ein zweites Ende 26 auf. An dem zweiten Ende 26 des optischen Wellenleiters 10 schließt sich ein als Ganzes mit 28 bezeichnetes Anschlußstück an, welches ein mit seinen Wänden 30 koaxial zur Längsachse 20 ausgerichtetes und sich unmittelbar an die Wände 12, 14 und 22 an­ schließendes Anschlußgehäuse 32 aufweist, wobei sich die Wände 30 mit zunehmendem Abstand von dem zweiten Ende 26 konisch erweitern.

Das Anschlußgehäuse 32 trägt dabei vorzugsweise an seinem dem zweiten Ende 26 abgewandten Ende eine Fokussierlinse 34, mit welcher ein koaxial zur Längsachse 20 ankommender Laserstrahl 36 auf einen auf der Längsachse 20 liegenden Fokus 38 fokussiert wird und daher innerhalb des Anschluß­ gehäuses 32 konvergierend bis zum Fokus verläuft und von diesem Fokus ausgehend wieder divergiert. Der Konvergenz- und Divergenzwinkel bezüglich der Längsachse 20 ist dabei mit α gekennzeichnet.

Vorzugsweise ist der Fokus 38 so gelegt, daß der diver­ gierende Laserstrahl bei Erreichen eines Strahlquer­ schnitts, welcher dem Abstand der Wandflächen 16 und 18 entspricht in den optischen Wellenleiter 10 eingetreten ist und somit dann in dem optischen Wellenleiter 10 Mehrfach-Reflexionen des Laserstrahls bis zu dessen erstem Ende 24 auftreten. Im Anschluß an das erste Ende 24 tritt dann der Laserstrahl in Form eines Austrittskegels 40 aus dem Wellenleiter 10 aus, wobei der Austrittskegel 40 eben­ falls divergent ist und mit seiner Kegelmantelfläche einen Winkel β mit der Längsachse 20 einschließt.

Nahe dem zweiten Ende 26 ist das Anschlußgehäuse 32 mit einer Einlaßöffnung 42 versehen, in welche ein Schnecken­ gehäuse 44 einmündet, in welchem seinerseits eine Förder­ schnecke 46 für durch den Laserstrahl 36 aufzuschmelzendes und die zu energetisierende Substanz darstellendes Pulver angeordnet ist. Die Förderschnecke 46 ist dabei durch einen Antrieb 48 im Schneckengehäuse 44 in Drehung ver­ setzbar, um seitlich des Schneckengehäuses durch einen Pulvereinlaß 50 aus einem Pulverbehälter 52 zugeführtes Pulver in das Anschlußgehäuse 32 zu fördern.

Vorzugsweise ist der Pulverbehälter 52 seinerseits mit einem Rührer 54, welcher durch einen Antrieb 56 in Drehung versetzbar ist, versehen, um das in dem Pulverbehälter 52 gelagerte Pulver zu lockern und gleichmäßig mit konstanter Menge durch den Pulvereinlaß 50 der Förderschnecke 46 zu­ zuführen, welche dann eine konstante Pulvermenge in das Anschlußgehäuse 32 fördert.

Das in das Anschlußgehäuse 32 mittels der Förderschnecke 46 eingebrachte Pulver wird dort von einem als Träger­ medium dienenden Gasstrom 58 aufgenommen und durch den Wellenleiter 10 hindurchtransportiert, wobei das für die Ausbildung des Gasstroms 58 notwendige Gas durch einen Anschlußstutzen 60, der ungefähr in Höhe der Einlaßöffnung 42 angeordnet ist, in das Anschlußgehäuse 32 eingebracht wird. Dieses Gas vermischt sich intensiv mit dem durch die Einlaßöffnung 42 eingebrachten Pulver und führt zur Aus­ bildung des Gasstroms 58, der in konstanter Verteilung das aufzuschmelzende Pulver mitträgt.

Um zu erreichen, daß das Pulver vollständig von dem Gas­ strom 58 mitgetragen wird, ist nahe des Fokus 38 in dem Anschlußgehäuse 32 eine sich senkrecht zur Längsachse 20 erstreckende Blende 62 vorgesehen, deren Blendenöffnung 64 so bemessen ist, daß der im Anschluß an die Fokussierlinse 34 konvergierende Teil des Laserstrahls 36 die Blende 62 ungehindert durchsetzt. Vorzugsweise kann der Fokus 38 in Höhe der Blendenöffnung 64 liegen.

Zweckmäßigerweise sind in diesem Fall die Einlaßöffnung und der Anschlußstutzen 60 zwischen der Blende 62 und dem zweiten Ende 26 angeordnet und somit im Bereich des im Anschluß an den Fokus 38 divergierenden Teil des Laser­ strahls 36.

Durch die Blendenöffnung 64 ist bereits eine erhebliche Reduzierung des Querschnitts erreicht, durch welchen Pulver entgegengesetzt zur Strahlrichtung 66 des Laser­ strahls 36 in Richtung auf die Fokussierlinse 34 trans­ portiert werden könnte.

Um zusätzlich zu vermeiden, daß überhaupt Pulver durch die Blendenöffnung 64 hindurchtritt, wird in das Anschluß­ gehäuse 32 zwischen der Blende 62 und der Fokussierlinse 34 Schutzgas durch einen Anschlußstutzen 68 eingeblasen, welches zur Ausbildung eines Schutzgasstroms 70 in Richtung der Strahlrichtung 66 durch die Blendenöffnung 64 führt, so daß mittels dieses Hilfsgasstroms 70 jegliche Ausbreitung von Pulver in Richtung auf die Fokussierlinse unterbunden ist.

Im einfachsten Fall wird dabei als Schutzgas dasselbe Gas verwendet, wie dasjenige Gas, welches durch den Anschluß­ stutzen 60 in das Anschlußgehäuse 32 eingeleitet wird, um zur Ausbildung des Gasstroms 58, welcher dann letztlich das Pulver durch den Wellenleiter 10 transportiert, bei­ zutragen.

Im Rahmen einer vereinfachten Version der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung ist aber auch denkbar, den Anschluß­ stutzen 60 wegzulassen und das gesamte Gas, welches zur Ausbildung des Gasstroms 58 erforderlich ist, durch den Anschlußstutzen 68 in das Anschlußgehäuse 32 einzubringen, so daß auch der gesamte Gasstrom 58 bereits durch die Blendenöffnung 64 hindurchtritt und das zwischen der Blende 62 und dem zweiten Ende über die Einlaßöffnung 42 eingebrachte Pulver mitreißt und durch den Wellenleiter 10 trägt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert nun so, daß der optische Wellenleiter 10 einen Aufheizkanal 80 für das von dem Gasstrom 58 durch den Wellenleiter 10 getragene Pulver darstellt, da der Laserstrahl durch mehrfache Hin- und Herreflexion zwischen den Wandflächen 16 und 18 zwischen diesen geführt ist und somit auch das zwischen diesen Wandflächen 16 und 18 in den Gasstrom 58 geförderte Pulver durch Absorption von Laserstrahlung aufheizt und auf seinem Weg durch den Wellenleiter von dem zweiten Ende 26 bis zum ersten Ende 24 aufschmilzt.

Damit tritt am ersten Ende 24 aus dem Aufheizkanal 80 ein Pulverstrahl 82 von aufgeschmolzenem Pulver aus, wobei der Pulverstrahl 82 auf ein Substrat 84 beispielsweise zur Beschichtung desselben gerichtet ist.

Ferner tritt ebenfalls am ersten Ende 24 der Laserstrahl in Form des Austrittskegels 40 aus dem Wellenleiter 10 aus, wobei dieser Austrittskegel 40 mit dem Winkel β divergiert. Im Fall von parallelen Wandflächen 16 und 18 des Wellenleiters 10 ist der Winkel β gleich dem Winkel α und somit abhängig von der Dimensionierung der Fokussier­ linse 34.

Durch den Austrittskegel 40 besteht die Möglichkeit, den aus dem Wellenleiter 10 austretenden Laserstrahl 36 so stark aufzuweiten, daß dieser bei seinem Auftreffen auf dem Substrat 84 das Substrat 84 aufheizt, jedoch dieses selbst nicht schmilzt, so daß lediglich das geschmolzene Pulver dadurch auf dem Substrat deponiert wird. Bei einer verbesserten Variante, dargestellt in Fig. 2, wird im Prinzip von der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ausge­ gangen. Um allerdings zu vermeiden, daß der optische Wellenleiter 10 durch anhaftendes, aufschmelzendes Pulver verschmutzt wird und somit hinsichtlich seiner Reflexions­ eigenschaften beeinträchtigt wird, sind die Wandflächen 16 und 18 noch zusätzlich jeweils mit einer Antihaftschicht 86 und 88 versehen, welche ein Anhaften von aufge­ schmolzenem Pulver in dem Gasstrom 58 verhindert und somit auch die optisch für das Laserlicht reflecktierenden Wand­ flächen 16 und 18 schützt.

Alternativ zu dieser Variante kann es aber auch erfindungsgemäß vorgesehen sein, in den Wellenleiter 10 ein separates Rohr 90 einzuführen, wie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt, wobei dieses Rohr 90 aus einem nicht­ haftenden Material hergestellt ist und somit ebenfalls verhindert, daß aufgeschmolzenes oder auch nicht aufge­ schmolzenes Pulver an den optisch reflektierenden Wand­ flächen 16 und 18 des Wellenleiters 10 anhaftet und deren Reflexionseigenschaften beeinträchtigt.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Lösung, dargestellt in Fig. 4, sind diejenigen Teile, insoweit als sie mit denen des ersten Ausführungs­ beispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen ver­ sehen, so daß bezüglich deren Beschreibung auf die Aus­ führungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen werden kann.

Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist der optische Wellenleiter 100 nicht mit parallel zueinander verlaufenden Wänden 102 und 104 versehen, sondern mit konisch von dem zweiten Ende 26 sich in Richtung auf das erste Ende 24 hin verengenden Wänden 102 und 104, so daß folglich auch deren Wandflächen 106 und 108 sich konisch verengen.

Dies hat zur Folge, daß der divergent in den optischen Wellenleiter 100 eintretende Laserstrahl 36 in zunehmend größeren Winkeln zur Längsachse 20 reflektiert wird und somit letztlich mit einem Winkel β′ für den Austrittskegel 40 aus dem Wellenleiter 100 austritt, welcher größer als der Winkel α ist, unter dem die Fokussierlinse 34 der Laserstrahl zum Fokus 38 hin reflektiert und unter welchem der Laserstrahl nach dem Fokus 38 divergierend in den optischen Wellenleiter 100 eintritt.

Damit wird die Wechselwirkung zwischen dem von dem Gas­ strom 58 durch den vom optischen Wellenleiter 100 gebildeten Aufheizkanal 80 getragenen Pulver und dem Laserstrahl 36 in dem Aufheizkanal 80 intensiviert und andererseits aber eine noch stärkere Aufweitung des Aus­ trittskegels 40 erreicht, so daß eine noch geringere Auf­ heizung des Substrats 84 durch den in Form des Austritts­ kegels 40 austretende Laserstrahl die Folge ist.

Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel wird bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 das Pulver nicht mittels einer Schnecke durch die Einlaßöffnung 42 in das Anschlußgehäuse 32 zwischen der Blende 62 und dem zweiten Ende 26 gefördert, sondern das Pulver wird in einer in der Fig. 4 zeichnerisch nicht dargestellten Vorrichtung bereits mit dem Gasstrom intensiv vermischt und durch ein in die Einlaßöffnung 52 einmündendes Transportrohr 110 mitsamt dem Gasstrom, der dieses Pulver trägt, in das Anschlußgehäuse zwischen der Blende 62 und dem zweiten Ende 26 eingebracht.

Claims (26)

1. Vorrichtung zur Übertragung von Energie auf eine in einem Strom eines Trägermediums geförderte Substanz, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermedium (58) einen Energiezufuhrkanal (80) durchströmt, daß der Energiezufuhrkanal (80) von einem Teil eines optischen Wellenleiters (10) umfaßt ist, daß ein Laser vorgesehen ist, dessen Laserstrahl (36) mit der Substanz in Wechselwirkung tritt, und daß der Laserstrahl (36) in den optischen Wellenleiter (10) eingekoppelt und von diesem in Längsrichtung (20) desselben geführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufheizkanal (80) in Längsrichtung (20) des Wellenleiters (10) verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufheizkanal (80) ein erstes Ende (24) auf­ weist, an welchem das Trägermedium (58) mit der von dem Laserstrahl energetisierten Substanz (82) austritt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Aufheizkanal (80) ein zweites Ende (26) aufweist, an welchem das Trägermedium (58) mit der durch den Laserstrahl (36) zu energetisierenden Substanz in den Aufheizkanal (80) eintritt.

5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Wellenleiter (10) ein erstes Ende (24) aufweist, an welchem der Laserstrahl (36) austritt.

6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Wellenleiter (10) ein zweites Ende (26) aufweist, an welchem der Laserstrahl (36) in diesen eintritt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wellenleiter (10) einen Strahlformer für den Laserstrahl (36) bildet, welcher einen sich an dem ersten Ende bildenden Austrittskegel (40) des Laserstrahls festlegt.

8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (36) vor seinem Eintritt in den optischen Wellenleiter (10) mit einem optischen Element (34) fokussiert wird und an­ schließend als divergierender Strahl in den optischen Wellenleiter (10) eintritt.

9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Wellenleiter (10) in Längsrichtung (20) parallel zueinander ver­ laufende Wellenleiterflächen (12, 16, 22) aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Wellenleiter (10) zwei parallel zueinander verlaufende ebene Wellenleiterflächen (12, 16) aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Wellenleiter (10) den Laserstrahl (36) allseitig führt.

12. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Wellenleiter (100) in seiner Längsrichtung (20) konisch auf­ einanderzu verlaufende Wellenleiterflächen (106, 108) aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Wellenleiter (10) in Richtung auf das erste Ende (24) konisch aufeinanderzu verlaufende Wellenleiterflächen (106, 108) aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufheizkanal (80) mit einer Antihaftbeschichtung (86, 88) für die Substanz und das Trägermedium versehen ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufheizkanal (80) mit einem Führungsrohr (90) für das Trägermedium (58) und die Substanz versehen ist.

16. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (36) durch eine Blende (62) hindurchfokussiert wird, welche das den Laserstrahl (36) fokussierende optische Element (34) von dem die Substanz fördernden Trägermedium (58) trennt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (62) in Strahlrichtung (66) des Laser­ strahls (36) von einem Strom (70) eines Schutzmediums durchsetzt ist.

18. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (58) für den Laserstrahl (36) transparent ist.

19. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermedium (58) ein Gas ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas ein Inertgas ist.

21. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz durch den Laserstrahl (36) aufheizbar ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz ein Pulver ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver durch den Laserstrahl (36) im Verlauf des Aufheizkanals (80) aufschmelzbar ist.

24. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese zum Auftragen eines Strahls (82) aus energetisierter Substanz auf ein Substrat (84) ausgebildet ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl (82) der energetisierten Substanz innerhalb des aus dieser Vorrichtung austretenden Laserstrahls (40) verläuft.

26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der mit der energetisierten Substanz austretende Laserstrahl (40) beim Auftreffen auf das Substrat (84) eine dieses nicht-aufschmelzende Energiedichte aufweist.