DE4009859A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von laserstrahlung hoher leistung und guter qualitaet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung hoher Leistung und guter Qualität, insbeson­ dere für Hochleistungsfestkörperlaser, bei dem die Strahlung mehrerer, auf nicht aneinandergereihten Strahlengangabschnitten erzeugter Einzelstrahlen in einer Sammeleinrichtung zu einem einzigen Ausgangsstrahl zusammengefaßt wird.

Es ist ein allgemeines Ziel, Laserstrahlung mit hoher Lei­ stung, zugleich aber auch mit hoher Strahlqualität zu erzeugen, die für die industrielle Werkstoffbearbeitung benötigt wird. Die in das Lasermedium einkoppelbare Leistung ist jedoch bei gasförmigem Lasermedium z. B. durch gaschemische Prozesse be­ grenzt und bei festem Lasermedium durch thermische Prozesse. Infolgedessen muß zur Erhöhung der Ausgangsleistung das Volumen des Lasermediums vergrößert werden, also durch Vergrößerung der Länge und/oder des Durchmessers des Lasermediums. In beiden Fällen ergibt sich das Problem, das vergrößerte Volumen des La­ sermediums im Sinne einer hohen Strahlqualität auszunutzen zu können. Bei großen Strahllängen innerhalb des Lasermediums, die z. B. durch oftmalige Faltung des Laserstrahls erreicht werden, ergibt sich in der Regel eine deutliche Verringerung der Strahlqualität aufgrund der langen Wechselwirkungswege zwischen dem Strahl und dem Lasermedium. Bei Lasermedien mit großen Querschnittsflächen sind die Resonatoren in der Regel sehr em­ pfindlich gegen die Justierung oder gegen Strahlstörungen und benötigen häufig komplizierte und teure asphärische Spiegel.

Bei Festkörperlasern kann z. Zt. mit mittleren Ausgangslei­ stungen bis zu 2 kW im kontinuierlichen Betrieb gearbeitet wer­ den. Die mittlere Ausgangsleistung ist bei einem zylindrischen Laserstab durch die infolge des Strahls erfolgende thermische Belastung des Stabs auf ca. 300 bis 500 Watt beschränkt. Für größere Ausgangsleistungen werden mehrere Laserstäbe in einem Resonator hintereinander angeordnet, oder es werden dem Resona­ tor Laserstäbe als Oszillator-Verstärker nachgeordnet.

Mehrere Laserstäbe in einem Resonator können bei hohen mittleren Laserausgangsleistungen zu Fluktuationen der Laserpa­ rameter und insbesondere der Strahlqualität führen, da die La­ serstäbe zumindest im Laufe der Zeit z. B. durch Alterung ein­ zelner Pumplichtlampen unterschiedliche Leistungen eingekoppelt erhalten. Die Wirkung der Laserstäbe als thermische Linse kann zu einer thermischen Ungleichbelastung der Laserstäbe führen, so daß der Resonator instabil wird. Dabei können wenige Prozent Schwankung in der eingekoppelten Leistung zu einer prozentmäßig um ein Vielfaches größeren Fluktuation bzw. Absenkung der Aus­ gangsleistung führen. Infolge der Wirkung des Laserstabmediums als thermische Linse kommt es in der Regel auch zu einer Abnah­ me der Strahlqualität. Bei der Verwendung eines plattenförmigen Lasermediums kann zwar die Linsenwirkung durch geeignete Strahlfaltung innerhalb der Platte in gewissem Rahmen ausgegli­ chen werden, so daß die Strahlqualität dann nahezu unabhängig von der mittleren Ausgangsleistung ist. Derartige sogenannte Slablaser sind jedoch z. Zt. nur mit einer mittleren Ausgangs­ leistung bis zu 500 Watt realisierbar und infolge ihres Aufbaus technologisch nicht unproblematisch.

Bei einer aus mehreren Laserstäben bestehenden Oszillator- Verstärkeranordnung muß zur Erzielung eines hohen Wirkungsgra­ des mit Impulsleistungen von 10 bis 40 kW gearbeitet werden. Das Impuls-Pausenverhältnis ist jedoch bei einer mittleren Lei­ stung von einigen Kilowatt kaum unter 1 : 10 abzusenken, so daß ein quasikontinuierlicher Betrieb, also ein Betrieb mit einem Impuls-Pausenverhältnis von 1 : 1 bei der genannten mittleren Leistung nicht zu erreichen ist.

Aus der DE 38 29 812 A1 ist ein Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen bekannt, bei der mehrere Platten aus Laser­ medium einander parallel und kreisförmig angeordnet sind. Alle Platten werden möglichst gleichmäßig mit Pumplicht versorgt und die Einzelstrahlen werden einer als sogenannter Axicon-Spiegel ausgebildeten Sammeleinrichtung zugeführt, der den Ausgangs­ strahl abgibt. In diesem Ausgangsstrahl sind die Einzelstrahlen parallel nebeneinander angeordnet und dem Sammelspiegel ent­ sprechend über den Querschnitt des Ausgangsstrahls verteilt. Dessen Strahlqualität ist also dementsprechend inhomogen und der Strahlquerschnitt ist groß.

Demgegenüber liegt der Erfindung zugrunde, ein Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen so zu verbessern, daß die Strahlqualität des sich aus den Einzelstrahlen ergebenden Hoch­ leistungs-Ausgangsstrahls gleich der Strahlqualität der Einzel­ strahlen ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine erste Laser­ einrichtung während einer ersten Zeit in Betrieb ist, daß eine zweite Lasereinrichtung während einer zweiten, auf die erste folgende Zeit in Betrieb ist, und daß sich die Betriebszeiten beider Lasereinrichtungen oder mindestens einer weiteren Laser­ einrichtung im Sinne eines zeitlich ununterbrochenen Ausgangs­ strahls zyklisch abwechseln, und daß die infolgedessen zeitlich aufeinander folgenden Einzelstrahlen von der Sammeleinrichtung gleichachsig zusammengefaßt werden.

Die Erfindung macht gegenüber dem Stand der Technik von einem grundsätzlich anderen Weg Gebrauch, indem eine zeitliche Verknüpfung mehrerer nacheinander erzeugter Einzelstrahlen er­ folgt, die gleichachsig zusammengefaßt werden. Wenn die Teil­ strahlen in Lasereinrichtungen geringer mittlerer Leistung und entsprechend hoher Strahlqualität erzeugt werden, ergibt sich durch die Kombination der Einzelstrahlen ein Laserstrahl, der sowohl vergleichsweise hohe Leistung, als auch hohe Strahlqua­ lität hat. Die zeitliche Verknüpfung ermöglicht nicht nur einen quasikontinuierlichen Betrieb, sondern einen kontinuierlichen Betrieb ohne Pause. Es ist möglich, die einzelnen Lasereinrich­ tungen mit einer der gewünschten Strahlqualität entsprechenden besonders hohen Leistung arbeiten zu lassen und die Einzel­ strahlen zu einem Hochleistungslaserstrahl zeitlich nacheinan­ der zusammenzufassen, der eine besonders hohe mittlere Leistung bei der gewünschten bzw. noch in Kauf zu nehmenden Strahlquali­ tät hat. Insbesondere kann eine größere Anzahl von Laser- oder Oszillatorverstärker-Anordnungen mit hohen Impulsleistungen be­ trieben werden, so daß sich durch die Addition der Einzelstrah­ len im Sinne eines kontinuierlichen Betriebes ein Dauerstrahl besonders großer mittlerer Leistung ergibt.

Die Einzelstrahlen der Lasereinrichtungen können aber auch bei entsprechender Steuerung mit vorbestimmten Pausen aufeinan­ derfolgen. Die vorgenannten Vorteile, insbesondere die Vorteile hoher Strahlqualität bleiben dabei erhalten. Die Einzelstrahlen können jedoch auch zeitlich überlappend erzeugt werden, wenn die beteiligten Bauteile dies zulassen und die damit einherge­ hende Beeinträchtigung der Strahlqualität in Kauf genommen wer­ den kann. Im Idealfall möglichst hoher mittlerer Leistung bei gleichzeitig möglichst hoher Strahlqualität wird das Verfahren so durchgeführt, daß sich die Betriebszeiten der Lasereinrich­ tungen unmittelbar aneinander anschließen.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlung hoher Leistung und guter Qualität, insbesondere für Hochleistungsfestkörperlaser, mit mehreren La­ serstrahlung, auf nicht aneinandergereihten Strahlengangab­ schnitten erzeugenden Lasereinrichtungen, deren Einzelstrahlen einer einen einzigen Ausgangsstrahl erzeugenden Sammeleinrich­ tung zugeführt sind. Mit dieser Vorrichtung kann ein Hochlei­ stungslaserstrahl als Ausgangsstrahl erzeugt werden, dessen Strahlqualität gleich der Strahlqualität der Einzelstrahlen ist, wenn sie eine die Lasereinrichtungen zeitlich nacheinander in Betrieb setzende Steuereinrichtung hat, und daß die zeitlich aufeinander folgenden Einzelstrahlen auf der Ausgangsstrahlbahn von der Sammeleinrichtung gleichachsig zusammengefaßt sind.

Mit der Steuereinrichtung wird erreicht, daß die Laserein­ richtungen im gewünschten Umfang zeitlich nacheinander in Be­ trieb sind, so daß auf die bereits oben vorbeschriebene Weise die Teilstrahlen der Lasereinrichtungen zeitlich nacheinander erzeugt werden, wobei beispielsweise zu einem bestimmten Zeit­ punkt jeweils nur eine einzige Lasereinrichtung in Betrieb ist. Durch die Zusammenfassung der zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelstrahlen auf derselben Achse der Ausgangsstrahlbahn wird dann ein Laserstrahl erzeugt, mit dem Werkstücke kontinuierlich bearbeitet werden können, also bei hoher Leistung und mit einer der Qualität der Einzelstrahlen entsprechend guten Strahlquali­ tät.

Wenn die Ausgangsstrahlbahn der Sammeleinrichtung eine et­ wa strahlquerschnittsgroße Gesamtquerschnittsfläche aufweist, liegt eine die Radialerstreckung betreffende optimale Anpassung der Ausgangsstrahlbahn bzw. der Sammeleinrichtung an den gege­ benen Strahlquerschnitt vor.

Eine zweckmäßige konstruktive Ausgestaltung der Vorrich­ tung hat die Merkmale, daß die Sammeleinrichtung ein in der Strahlbahn des ersten Einzelstrahls angeordnetes, strahlrich­ tungsgebendes Element aufweist, das den zweiten Einzelstrahl nur während der Betriebszeit der zweiten Lasereinrichtung in die Strahlbahn des ersten Einzelstrahls zu lenken vermag, das aber den ersten Einzelstrahl während der Betriebszeit der er­ sten Lasereinrichtung nicht aus dessen Strahlbahn lenken kann. Eine derartige Ausgestaltung hat bei zwei Lassereinrichtungen den Vorteil, daß nur ein einziges strahlrichtungsgebendes Ele­ ment ausreicht, um die zeitlich aufeinanderfolgenden Einzel­ strahlen auf derselben Ausgangsstrahlbahn gleichachsig zusam­ menzufassen. Dabei kann das strahlrichtungsgebende Element den jeweiligen technischen Erfordernissen entsprechend ausgewählt werden.

Eine Ausführungsform des strahlrichtungsgebenden Elements, die keine bewegten Teile hat und damit keinen durch Bewegungs­ vorgänge folgenden Verschleiß aufweisen kann, wird dadurch er­ reicht, daß das strahlrichtungsgebende Element ein in der Strahlbahn des ersten Einzelstrahls befindlicher Spiegel ist, dessen Reflexionseigenschaften in Ruhestellung änderbar sind. Ein solcher Spiegel besteht beispielsweise aus einem Kristall, der das Laserlicht normalerweise durchläßt, so daß der erste Einzelstrahl auf seiner Strahlbahn nicht behindert wird. Eine Änderung der Reflexionseigenschaften des Kristalls ist dadurch erreichbar, daß er mit Licht bestrahlt wird, so daß er für La­ serstrahlung nicht mehr durchlässig ist. Er vermag solche La­ serstrahlung dann vielmehr zu reflektieren, so daß der zweite Einzelstrahl in die Strahlbahn des ersten Strahls gelenkt wer­ den kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines solchen ru­ henden strahlrichtungsgebenden Elements liegt vor, wenn das strahlrichtungsgebende Element ein akustooptischer Wandler ist. Dieser Wandler besteht aus einem das Laserlicht stets reflek­ tierenden Kristall. Jedoch ändert sich der Reflexionswinkel in Abhängigkeit von der Wellenlänge, mit der akustische Wellen in den Kristall eingekoppelt werden. Es ist also beispielsweise möglich, den akustisch unerregten Wandler zu benutzen, um mit seinem Kristall den ankommenden ersten Einzelstrahl in eine ge­ wünschte Richtung zu reflektieren, wodurch die Ausgangsstrahl­ bahn bestimmt ist. Der Strahleinfallswinkel des zweiten Einzel­ strahls und die akustische Erregung des Kristalls werden dann so aufeinander abgestimmt, daß auch der zweite Einzelstrahl in dieselbe Richtung bzw. auf dieselbe Ausgangsstrahlbahn des er­ sten Einzelstrahls gelenkt wird.

Eine weitere grundsätzliche Ausgestaltung des strahlrich­ tungsgebenden Elements liegt vor, wenn das strahlrichtungsge­ bende Element ein beweglicher Spiegel ist, der sich nur während der Betriebszeit der zweiten Lasereinrichtung in der Strahlbahn des ersten Einzelstrahls befindet. In diesem Fall muß der Spie­ gel periodisch in die Strahlbahn des ersten Einstellstrahls hinein und herausbewegt werden, was zwar einen erhöhten bauli­ chen Aufwand bedeutet, andererseits jedoch eine Unabhängigkeit von den Materialeigenschaften eines unbeweglichen Spiegels er­ möglicht.

Um ein hochfrequentes Umschalten zwischen mehreren Laser­ einrichtungen zu ermöglichen, ist die Vorrichtung so ausgebil­ det, daß das strahlrichtungsgebende Element ein motorisch ange­ triebener Spiegel ist, dessen Stellung innerhalb oder außerhalb der Strahlbahn des ersten Einzelstrahls von einem Sensor erfaß­ bar ist, welcher der die Lasereinrichtungen zeitlich nacheinan­ der in Betrieb setzenden Steuereinheit der jeweiligen Spiegel­ stellung entsprechende Steuerimpulse zu übermitteln vermag. Ei­ ne sehr einfache Ausführungsform eines solchen motorisch ange­ triebenen Spiegels ist ein Kippspiegel, der von einem Galvano­ meter betätigt wird. Derartige Kippspiegel kommen insbesondere dann zum Einsatz, wenn eine Vielzahl von Lasereinrichtungen zeitlich nacheinander zum Einsatz kommen, so daß die Kippspie­ gel dementsprechend vielzählig sind und nur in vergleichsweise großen Zeitabständen zum Einsatz kommen, so daß sich ihr Ver­ schleiß dementsprechend in Grenzen halten kann. Ihr Einsatz ist also dann vergleichsweise problemlos, wenn die Vorrichtung so ausgestaltet ist, daß in der Strahlbahn des ersten Einzel­ strahls mehrere hintereinander angeordnete strahlrichtungsge­ bende Elemente angeordnet und in bezug auf die ihnen zugeordne­ ten Lasereinrichtungen synchronisierbar sind.

Wenn bei der vorbeschriebenen Ausgestaltung der Erfindung Kippspiegel eingesetzt, so verbleibt als Nachteil trotz einer gewissen baulichen Einfachheit andererseits die geringe Dauer­ haltbarkeit. Es ist daher von Vorteil, die Vorrichtung so aus­ zubilden, daß das strahlrichtungsgebende Element ein drehange­ triebener Spiegel ist, dessen Drehachse außerhalb der Strahl­ bahn des ersten Einzelstrahls angeordnet ist und der einen für einen Einzelstrahl bestimmten Reflexionsbereich hat, der sich über den n-ten Teil des Rotationsumfangs erstreckt (n = Anzahl der Lasereinheiten). Bei seiner Rotation gelangt der Spiegel nur für den n-ten Teil einer Umdrehung in die Ausgangsstrahl­ bahn und vermag dann den Einzelstrahl der zugehörigen Laserein­ richtung zu reflektieren. Wenn der Spiegel nicht mehr in der Ausgangsstrahlbahn ist, behindert er den dort vorhandenen, von einer anderen Lasereinrichtung erzeugten Einzelstrahl nicht.

Drehangetriebene Spiegel als strahlrichtungsgebende Elemente sind insbesondere dauerhaltbar und für kurze Betriebszeitspan­ nen der Lasereinrichtungen geeignet, da sie mit hohen Drehzah­ len eingesetzt werden können.

Um eine automatisierte Funktion der Vorrichtung zu errei­ chen, ist diese so ausgebildet, daß die Reflexionsbereiche ei­ ner Vielzahl von drehangetriebenen Spiegeln, die einer entspre­ chenden Vielzahl von Lasereinrichtungen zugeordnet sind, mit Hilfe einer Synchronisationsschaltung der Drehantriebe im Sinne eines zyklisch nacheinander erfolgenden Eingriffs dieser Refle­ xionsbereiche in die Strahlbahn des ersten Einzelstrahls an­ treibbar sind.

Bei schnellen Rotationen müssen die drehangetriebenen Spiegel gut ausgewuchtet sein. Das läßt sich in einfacher Weise dadurch erreichen, daß der drehangetriebene Spiegel aus einer strahldurchlässigen Scheibe besteht, die in einem Reflexionsbe­ reich mit einer reflektierenden Beschichtung versehen ist. Es ist allerdings auch möglich, drehangetriebene Metallspiegel zu verwenden, die geeignete Ausbrüche haben. In diesem Fall müssen geeignete Auswuchtmaßnahmen getroffen werden, was bei einer Verwendung einer strahldurchlässigen Scheibe mit einer reflek­ tierenden Beschichtung, die in der Regel massearm ist, meistens entfällt.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt drei Lasereinrichtungen 5a bis 5c, in denen auf jeweils separaten Strahlengangabschnitten 1a bis 1c räum­ lich unabhängig voneinander Einzelstrahlen 2a bis 2c erzeugt werden. Diese Einzelstrahlen werden einer Sammeleinrichtung 3 zugeführt, die die Einzelstrahlen 2a bis 2c zu einem einzigen Ausgangsstrahl 4 zusammenfaßt. Dieser Ausgangsstrahl hat eine einzige Achse 13 und beispielsweise den aus Fig. 1 ersichtlichen Durchmesser. Es versteht sich jedoch, daß der Gesamtquerschnitt des Ausgangsstrahls 4 in der Durchmessergröße und in der Quer­ schnittsform den technischen Bedürfnissen angepaßt sein kann.

In Fig. 1 ist unterhalb der Lasereinrichtungen 5a bis 5c jeweils die Abhängigkeit der Laserleistung P_L von der Zeit t dargestellt. Es ist ersichtlich, daß beispielsweise die Laser­ einrichtung 5a mehrfach mit einer Zeit τ_p in Betrieb ist. τ_p liegt in der Größenordnung von Millisekunden. Im Laufe der Zeit folgt auf eine Betriebszeit t_a mindestens eine Pausenzeit, in Fig. 1 folgen zwei Pausenzeiten, bevor die Lasereinheit 5a er­ neut einen Einzelstrahl 2a abgibt. Die Lasereinrichtung 5a wird demgemäß mit der sich aus der Zeit t_a und der Anzahl der Laser­ einrichtungen ergebenden Frequenz f betrieben, so daß demgemäß aufeinanderfolgende Einzelstrahlen 2a abgegeben werden.

In derselben vorbeschriebenen Weise werden die Laserein­ richtungen 5b, 5c betrieben, wie sich aus den Darstellungen P_L(t) ergibt, wobei t_b und t_c die Betriebszeiten der Laserein­ richtungen 5b, 5c sind, während der letztere also Einzelstrahlen 2b, 2c abgeben. Die Betriebsweise der Lasereinrichtungen 5b, 5c ist jedoch derart, daß die Einzelstrahlen 2b, 2c nur dann er­ zeugt werden, wenn von anderen Lasereinrichtungen keine Laser­ strahlung erzeugt wird. Das ergibt sich aus der zeitlich ver­ setzten Anordnung der Betriebszeiten t_a bis t_c die jeweils die Größe τ_p haben.

Die die Einzelstrahlen 2a bis 2c zusammenfassende Sammel­ einrichtung 3 vermag die zeitlich aufeinanderfolgenden Einzel­ strahlen 2a bis 2c gleichachsig zu einem einzigen ununterbro­ chenen Ausgangsstrahl 4 zusammmenzufassen, wobei aus der in Fig. 1 rechts von der Sammeleinrichtung 3 dargestellten Abhän­ gigkeit P_L(t) ersichtlich ist, daß sich die vielen Betriebszei­ ten t_a bis t_c usw. der einzelnen Lasereinrichtungen derart ad­ dieren, daß ein ununterbrochener Ausgangsstrahl der ersichtli­ chen beispielsweisen Leistung P_L erzeugt wird. Die Strahlquali­ tät dieses ununterbrochenen Ausgangsstrahls 4 ist gleich der Strahlqualität der Einzelstrahlen, so daß durch deren Optimie­ rung bzw. durch optimale Ausgestaltung der Lasereinrichtung 5a bis 5c dafür gesorgt werden kann, daß auch der Ausgangsstrahl 5 stets eine gute oder zumindest hinreichende Strahlqualität hat. Hinzu kommt, daß die Leistung der einzelnen Lasereinrichtungen 5a für eine bestimmte Strahlqualität wegen der zeitlichen Be­ schränkung ihres Einsatzes vergleichsweise hoch gewählt werden kann, so daß die Leistung des Ausgangsstrahls entsprechend hoch ist, und zwar ununterbrochen.

In Fig. 1 ist dargestellt, daß die Einzelstrahlen 2a, 2c der Sammeleinrichtung 3 durch Umlenkspiegel 14 zugeführt werden. Die Ausgestaltung kann aber auch in jeder anderen geeigneten Weise durchgeführt werden. So zeigt beispielsweise Fig. 2, daß die Einzelstrahlen 2a der Lasereinrichtung 5a über einen Um­ lenkspiegel 14 in eine Strahlbahn 2a′ gelenkt wird, in die alle anderen Einzelstrahlen 2b, 2c im Sinne einer einzigen Ausgangs­ strahlbahn 4 eingespiegelt werden. Auch diese Anordnung ist nur in dem Sinne einer einfachen zeichnerischen Darstellung der Zu­ sammenfassung der Einzelstrahlen mit dem dargestellten rotier­ baren Spiegeln als strahlrichtungsgebende Elemente 6 zu verste­ hen. Im praktischen Einsatzfall wird man die Strahlführung der Einzelstrahlen 2a bis 2c oder weiterer Einzelstrahlen an die jeweilige Ausgestaltung der gewählten strahlrichtungsgebenden Elemente 6 anpassen.

Die strahlrichtungsgebenden Elemente 6 der Ausführungsform der Fig. 2 sind von einem Antriebsmotor 12 drehangetriebene Spiegel mit Reflexionsbereichen 10, wobei der Spiegel aus einer strahldurchlässigen Scheibe besteht, beispielsweise einer Glas­ scheibe, deren Refelexionsbereich 10 von einer laserstrahlung­ reflektierenden Beschichtung gebildet ist. Die beiden anderen Bereiche bzw. Segmente 15 sind also strahldurchlässig. Die An­ ordnung des strahlrichtungsgebenden Elements 6 bzw. Drehspie­ gels ist derart, daß sich dessen Drehachse 9 außerhalb der Strahlbahn 2a′ des ersten Einzelstrahls 2a befindet. In Fig. 1 ist die Drehachse 9 jeweils unter einem Winkel zur Strahlbahn 2a′ angeordnet, um unter Berücksichtigung der Radialerstreckung der Antriebsmotoren 12 zu kleinen radialen Abmessungen des Ele­ ments 6 zu kommen.

Die strahlrichtungsgebenden Elemente 6 bzw. die Refle­ xionsbereiche 10 müssen so relativ zueinander positioniert wer­ den, daß die Einzelstrahlen nicht durch Reflexionsbereiche 10 behindert werden, auf die im Augenblick kein Einzelstrahl des zugehörigen Lasers fällt. Um das zu erreichen, ist zunächst ei­ ne Positionsmessung der strahlrichtungsgebenden Elemente 6 er­ forderlich, nämlich durch Sensoren 7, beispielsweise eine lichtempfindliche Diode, die nicht bestrahlt wird, wenn sich ein Reflexionsbereich 10 in ihrem Meßbereich befindet. Diese Diode 7 übermittelt der jeweiligen Spiegelstellung entsprechen­ de Steuerimpulse 8, so daß eine die Lasereinrichtungen 5a bis 5b zeitlich nacheinander in Betrieb setzende Steuereinheit 17 stets gemeldet bekommt, welches strahlrichtungsgebende Element 6 gerade reflektiert. Dementsprechend erhalten diese Einrich­ tungen 5a bis 5c codierte Steuerimpulse 16a bis 16c. Die zeit­ liche Verteilung dieser Steuerimpulse ist in Fig. 2 unterhalb der Lasereinrichtung 5a bis 5c dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die jeweiligen Lasereinrichtungen nur dann angesteuert wer­ den, wenn keine andere Lasereinheit in Betrieb ist. Dafür sorgt eine Synchronisationsschaltung 11 der Steuereinheit 17, welche an die für jeden Antriebsmotor 12 zuständige Motorsteuerschal­ tung 18 angeschlossen ist, denen auch die Steuerimpulse 8 der Sensoren 7 zur Motorsynchronisation zugeführt werden. Die Syn­ chronisation der Drehantriebe 12 erfolgt derart, daß alle Re­ flexionsbereiche 10 zyklisch nacheinander in die Strahlbahn 2a′ des ersten Einzelstrahls 2a gelangen, wo sie die dementspre­ chend von der Steuereinheit 17 ausgelösten Einzelstrahlen 2a bis 2c der zugehörigen Lasereinrichtungen zyklisch nacheinander auf dieselbe Ausgangsstrahlbahn gleichachsig reflektieren.

Claims (13)

1. Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung hoher Leistung und guter Qualität, insbesondere für Hochleistungsfestkör­ perlaser, bei dem die Strahlung mehrerer, auf nicht anein­ andergereihten Strahlengangabschnitten (1a bis 1c) erzeug­ ter Einzelstrahlen (2a bis 2c) in einer Sammeleinrichtung (3) zu einem einzigen Ausgangsstrahl (4) zusammengefaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Laserein­ richtung (5a) während einer ersten Zeit (t_a) in Betrieb ist, daß eine zweite Lasereinrichtung (5b) während einer zweiten, auf die erste folgende Zeit (t_b) in Betrieb ist, und daß sich die Betriebszeiten (t_a, t_b) beider Laserein­ richtungen (5a, 5b) oder mindestens einer weiteren Laser­ einrichtung (5c) im Sinne eines zeitlich ununterbrochenen Ausgangsstrahls (4) zyklisch abwechseln, und daß die in­ folgedessen zeitlich aufeinander folgenden Einzelstrahlen (2a bis 2c) von der Sammeleinrichtung (3) gleichachsig zu­ sammengefaßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Betriebszeiten (t_a bis t_c) der Lasereinrichtungen (5a bis 5c) unmittelbar aneinander anschließen.

3. Vorrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlung hoher Lei­ stung und guter Qualität, insbesondere für Hochleistungs­ festkörperlaser, mit mehreren Laserstrahlung auf nicht an­ einandergereihten Strahlengangabschnitten (1a bis 1c) er­ zeugenden Lasereinrichtungen (5a bis 5c), deren Einzel­ strahlen (2a bis 2c) einer einen einzigen Ausgangsstrahl (4) erzeugenden Sammeleinrichtung (3) zugeführt sind, da­ durch gekennzeichnet, daß sie eine die Lasereinrichtun­ gen (5a bis 5c) zeitlich nacheinander in Betrieb setzende Steuereinrichtung (17) hat, und daß die zeitlich aufeinan­ derfolgenden Einzelstrahlen (2a bis 2c) auf der Ausgangs­ strahlbahn (4) von der Sammeleinrichtung (3) gleichachsig zusammengefaßt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstrahlbahn (4) der Sammeleinrichtung (3) eine etwa strahlquerschnittsgroße Gesamtquerschnittsfläche aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sammeleinrichtung (3) ein in der Strahlbahn (2a′) des ersten Einzelstrahls (2a) angeordne­ tes, strahlrichtungsgebendes Element (6) aufweist, das den zweiten Einzelstrahl (2b) nur während der Betriebszeit (t_b) der zweiten Lasereinrichtung (5b) in die Strahlbahn (2a′) des ersten Einzelstrahls (2a) zu lenken vermag, das aber den ersten Einzelstrahl (2a) während der Betriebszeit (t_a) der ersten Lasereinrichtung (5a) nicht aus dessen Strahlbahn (2a′) lenken kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlrichtungsgebende Element ein in der Strahl­ bahn (2a′) des ersten Einzelstrahls (2a) befindlicher Spiegel ist, dessen Reflexionseigenschaften in Ruhestel­ lung änderbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlrichtungsgebende Element ein akustooptischer Wandler ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlrichtungsgebende Element (6) ein beweglicher Spiegel ist, der sich nur während der Betriebszeit (t_b) der zweiten Lasereinrichtung (5b) in der Strahlbahn (2a′) des ersten Einzelstrahls (2a) befindet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlrichtungsgebende Element (6) ein motorisch angetriebener Spiegel ist, dessen Stellung innerhalb oder außerhalb der Strahlbahn (2a′) des ersten Einzelstrahls (2a) von einem Sensor (7) erfaßbar ist, welcher der die Lasereinrichtungen (5a bis 5b) zeitlich nacheinander in Betrieb setzenden Steuereinheit (17) der jeweiligen Spie­ gelstellung entsprechende Steuerimpulse (8) zu übermitteln vermag.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strahlbahn (2a′) des ersten Einzelstrahls (2a) mehrere hintereinander ange­ ordnete strahlrichtungsgebende Elemente (6) angeordnet und in bezug auf die ihnen zugeordneten Lasereinrichtungen (5b, 5c) synchronisierbar sind.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlrichtungsge­ bende Element (6) ein drehangetriebener Spiegel ist, des­ sen Drehachse (9) außerhalb der Strahlbahn (2a′) des er­ sten Einzelstrahls (2a) angeordnet ist und der einen für einen Einzelstrahl (2b oder 2c) bestimmten Reflexionsbe­ reich (10) hat, der sich über den n-ten Teil des Rota­ tionsumfangs erstreckt (n = Anzahl der Lasereinheiten).

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsbereiche (10) einer Vielzahl von drehan­ getriebenen Spiegeln, die einer entsprechenden Vielzahl von Lasereinrichtungen (5a bis 5c) zugeordnet sind, mit Hilfe einer Synchronisationsschaltung (11) der Drehantrie­ be (12) im Sinne eines zyklisch nacheinander erfolgenden Eingriffs dieser Reflexionsbereiche (10) in die Strahlbahn (2a′) des ersten Einzelstrahls (2a) antreibbar sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der drehangetriebene Spiegel aus einer strahldurchlässigen Scheibe besteht, die in einem Refle­ xionsbereich (10) mit einer reflektierenden Beschichtung versehen ist.