DE4034744C2 - Device for variable laser beam division and guidance of the partial beams - Google Patents

Device for variable laser beam division and guidance of the partial beams

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DE4034744C2 DE4034744A DE4034744A DE4034744C2 DE 4034744 C2 DE4034744 C2 DE 4034744C2 DE 4034744 A DE4034744 A DE 4034744A DE 4034744 A DE4034744 A DE 4034744A DE 4034744 C2 DE4034744 C2 DE 4034744C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die die Strahlteilung eines Laserstrahles, insbesondere eines intensiven Co2-Laser­ strahles, bei in weiten Grenzen variablem Teilungsverhältnis, wobei diese Variation wahlweise auch sehr schnell in Zeiten ≦ 1 ms erfolgen kann, sowie die dem jeweiligen Anwendungszweck ange­ paßte Führung der erzeugten Teilstrahlen ermöglicht. Vorrangige Anwendungsgebiete der Erfindung sind Materialbearbeitungsaufga­ ben, die spezielle Intensitätsprofile mit rasch veränderlicher Intensitätsverteilung oder spezielle Polarisationseigenschaften erfordern, z. H. die Bearbeitung von unterschiedlichen Materiali­ en, insbesondere Metallen, bei höchster Qualität der Bearbei­ tungsparameter durch optimale Steuerung des Bearbeitungsprozes­ ses.The invention relates to a device that the beam splitting of a laser beam, in particular an intensive Co 2 laser beam, with a variable division ratio within wide limits, this variation optionally being able to take place very quickly in times ≦ 1 ms, and which is adapted to the respective application Allows guidance of the generated partial beams. Priority fields of application of the invention are material processing tasks which require special intensity profiles with rapidly changing intensity distribution or special polarization properties, e.g. H. the processing of different materials, especially metals, with the highest quality of the processing parameters through optimal control of the processing process.

Es gibt zahlreiche bekannte Anordnungen zur Aufteilung von Laser­ strahlung einerseits und zur Bestrahlung des zu bearbeitenden Werkstückes mit mehreren Teilstrahlen andererseits.There are numerous known laser splitting arrangements radiation on the one hand and for the irradiation of the material to be processed Workpiece with several partial beams on the other hand.

Die Aufteilung der Laserstrahlen erfolgt dabei i. a. durch unter­ schiedlichste Anordnungen passiver optischer Elemente, insbeson­ dere Spiegelanordnungen, deren wesentlichster Nachteil das fest vorgegebene bzw. nur sehr eingeschränkt variable Teilungsverhält­ nis ist. So wird z. B. in DD 119 915 A1 in einer Vorrichtung zur Teilung der Strahlungsenergie eines Gaslasers ein Spiegelpolygen als Umlenkspiegel eingesetzt.The laser beams are divided i. a. through under various arrangements of passive optical elements, in particular their mirror arrangements, the main disadvantage of which is fixed predetermined or only very limited variable division ratio nis is. So z. B. in DD 119 915 A1 in a device for Division of the radiation energy of a gas laser a mirror polygen used as a deflecting mirror.

Eine spezifische Anordnung zur Aufspaltung eines Co2-Laserstrah­ les und der Anwendung der Teilstrahlen zur Bearbeitung von Ther­ moplastwerkstücken wird in der US 398 9 774 beschrieben. Hier wird der Laserstrahl einfach mittels einer Teilerplatte aufge­ spalten, und anschließend werden beide Teilstrahlen getrennt durch Planspiegel auf das Werkstück gelenkt.A specific arrangement for splitting a Co 2 laser beam and the use of the partial beams for processing thermoplastic workpieces is described in US 398 9 774. Here the laser beam is simply split up by means of a splitter plate, and then both partial beams are directed onto the workpiece separately by plane mirrors.

Eine Anordnung zur Erzeugung mehrerer Arbeitsstrahlenbündel eines CO2-Hochleistungslasers bei gleichzeitiger externer Modulation der Strahlung wird in DD 248 229 A1 beschrieben, bei der durch das genutzte Modulatorprinzip auf der Basis eines Farby-Perot- Interferometers zwar eine hohe Variabilität der Strahlteilung gewährleistet ist, jedoch sämtliche erzeugten Teilstrahlen ein­ zeln einer Arbeitsaufgabe zugeführt werden. Möglichkeiten zur Führung der Teilstrahlen auf ein einziges Werkstück werden nicht angegeben.An arrangement for generating several working beams of a CO 2 high-power laser with simultaneous external modulation of the radiation is described in DD 248 229 A1, in which a high variability of the beam splitting is guaranteed by the modulator principle based on a Farby-Perot interferometer all generated partial beams are supplied individually to a work task. Possibilities for guiding the partial beams onto a single workpiece are not specified.

Da es für zahlreiche Applikationen günstig ist, das Werkstück mit zwei Teilstrahlen zu beaufschlagen, die unterschiedliche Eigen­ schaften, insbesondere unterschiedliches räumliches oder zeit­ liches Intensitätsverhalten aufweisen, befaßt sich eine Reihe von Lösungen mit diesem Problem. In den einfachsten Varianten werden die getrennten Teilstrahlen mit separaten Fokussieroptiken in das gleiche Bearbeitungsvolumen fokussiert (vgl. US 360 4 890 und DD 231 522 A1). Diese Anordnungen besitzen den gravierenden Nach­ teil, daß beide Strahlen gegeneinander geneigt das Werkstück treffen, so daß von Vornherein eine Anisotropie in der Bearbei­ tungsebene in Kauf genommen werden muß.Since it is cheap for numerous applications, the workpiece with to apply two partial beams, the different eigen , especially different spatial or time Lich Lich intensity behavior, deals with a number of Solutions to this problem. In the simplest variants the separate partial beams with separate focusing optics in the same processing volume focused (cf. US 360 4 890 and DD 231 522 A1). These arrangements have the serious after part that both beams are inclined towards each other the workpiece so that there is anisotropy in the machining from the outset level must be accepted.

Deshalb versucht man, mit speziellen Anordnungen die Teilstrahlen wieder zu vereinigen und kollinear auf das Werkstück zu schicken. I. a. werden dazu durchbohrte Optiken verwendet. So werden im DD 251 097 A1 Möglichkeiten für das Ineinanderführen von Laserstrah­ len sowohl bei Verwendung von Fokussierlinsen als auch bei Ver­ wendung von Hohlspiegeln beschrieben, wobei jedoch die Teilstrah­ len nach der Vereinigung stark unterschiedliche Divergenz besit­ zen, so daß eine gemeinsame Führung über größere Wegstrecken unmöglich ist.Therefore one tries to arrange the partial beams with special arrangements reunite and send collinear to the workpiece. I. a. pierced optics are used for this. So in the DD 251 097 A1 Possibilities for the interlacing of laser beams len both when using focusing lenses and when ver Use of concave mirrors described, however, the partial beam After the merger, the divergence is very different zen, so that a common guide over longer distances is impossible.

In der Anordnung gemäß der DE 270 80 39 A1 kann dieser Nachteil zwar umgangen werden, dafür ist jedoch für die Modenstruktur der Teilstrahlen die einschneidende Voraussetzung zu erfüllen, daß einer der Strahlen eine ringförmige Energieverteilung aufweisen muß.This disadvantage can occur in the arrangement according to DE 270 80 39 A1 are circumvented, but for the fashion structure the Partial beams to meet the incisive requirement that one of the beams has an annular energy distribution got to.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung zur variab­ len Laserstrahlteilung und Führung der Teilstrahlen, insbesondere intensiver CO2-Laserstrahlung, um einerseits solche Materialbear­ beitungsaufgaben wie das Schneiden, Ritzen, Bohren und Abtragen spröder Werkstoffe, z. B. Glas, Keramik usw. , mit hoher Effekti­ vität und Qualität durchführen zu können und andererseits durch optimale Steuerung des Bearbeitungsprozesses z. B. beim Schneide von Metallen eine wesentliche Verbesserung der Bearbeitungsge­ nauigkeit zu erzielen.The aim of the invention is to provide an arrangement for variab len laser beam division and guidance of the partial beams, in particular intensive CO 2 laser radiation, on the one hand such processing tasks as cutting, scoring, drilling and removing brittle materials, eg. As glass, ceramics, etc., with high effectiveness and quality to perform and on the other hand by optimal control of the machining process z. B. in the cutting of metals to achieve a significant improvement in the machining accuracy.

Aufgabe der Erfindung ist es, durch eine entsprechende Vorrichtung einen Laserstrahl, insbesondere den intensiven Strahl eines CO2- Hochleistungslasers, aufzuteilen mit in weiten Grenzen variablem Teilungsverhältnis, wobei die Variation des Teilungsverhältnisses auch wahlweise sehr schnell, z. B. in Zeiten ≦ 1 ms, erfolgen kann und die anschließend noch in ihren Eigenschaften modifizierten Teilstrahlen so dem Bearbeitungsort zuzuführen, daß dort Laser­ strahlung mit einem veränderten, dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßten und insbesondere schnell variierbarem Intensitätspro­ fil oder Polarisationsverhalten entsteht, so daß unterschied­ lichste Anforderungen im Hinblick auf die Optimierung der jewei­ ligen Einsatzparameter erfüllt werden können.The object of the invention is to divide a laser beam, in particular the intense beam of a CO 2 high-power laser, with a suitable device with a widely variable division ratio, the variation of the division ratio also being very fast, e.g. B. in times ≦ 1 ms, and the then modified in their properties partial beams so that they supply the processing site that there laser radiation with a changed, adapted to the respective application and in particular quickly variable Intensitätspro fil or polarization behavior, so that different Lich Requirements with regard to the optimization of the respective application parameters can be met.

Diese Aufgabe wird mit der im PA1 angegebenen Vorrichtung gelöst. Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2-5 enthalten.This object is achieved with the device specified in PA1. Further developments of this device are in the subclaims 2-5 contain.

Der Grundgedanke der erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe ist also folgender: Die Elemente der Vorrichtung sollen die gewünschten Strahlungseigenschaften in drei Etappen realisieren; in der er­ sten Etappe erfolgt die variable Strahlaufteilung, in der zweiter Etappe erfolgt die Modifizierung der räumlichen Ausbreitungsei­ genschaften bzw. der Polarisation eines Teilstrahles, und in der dritten Etappe erfolgt die Führung der Teilstrahlen zum Bearbei­ tungsort, insbesondere die Wiedervereinigung der beiden Teil­ strahlen zu einem Gesamtstrahl mit neuen Eigenschaften.The basic idea of the solution to this problem according to the invention is So the following: The elements of the device should be the desired ones Realize radiation properties in three stages; in which he The first stage is variable beam splitting, the second Stage is the modification of the spatial spreading egg properties or the polarization of a partial beam, and in the In the third stage, the partial beams are guided for processing location, especially the reunification of the two parts radiate into a total beam with new properties.

Konkret wird dies mit folgender Anordnung realisiert: Die Strah­ lung des Hochleistungslasers wird zunächst auf einen an sich bekannten Modulator geschickt, der auf dem Prinzip eines Fabry- Perot-Interferometers (FPI) beruht, also einer Anordnung, welche die auftreffende Strahlung definiert in einen reflektierten An­ teil der Leistung PR und einen transmittierten Anteil der Lei­ stung PT bei verschwindend kleinen Verlusten im Modulator selbst aufteilt. Das Teilungsverhältnis PR/PT zwischen diesen beiden An­ teilen kann nun im durch die Reflektivität R der beiden Interfe­ rometerplatten festgelegten Intervall 0 ≦ PR/PT ≦ 4R/(1 - R)2 durch mehr oder weniger schnelle Änderungen des Abstandes d dieser Platten variiert werden, wobei je nach der Bauart des Modulators Frequenzen bis in den kHz-Bereich erzielt werden können.Specifically, this is realized with the following arrangement: The radiation of the high-power laser is first sent to a modulator known per se, which is based on the principle of a Fabry-Perot interferometer (FPI), that is to say an arrangement which defines the incident radiation in a reflected manner Part of the power P R and a transmitted portion of the power P T with vanishingly small losses in the modulator itself. The division ratio P R / P T between these two can now share in the interval defined by the reflectivity R of the two interfe rometer plates 0 ≦ P R / P T ≦ 4R / (1 - R) 2 by more or less rapid changes in the distance d of these plates can be varied, depending on the design of the modulator frequencies up to the kHz range can be achieved.

Im Gegensatz zu bekannten Anordnungen wird nun gemäß der Erfin­ dung der transmittierte Strahlungsanteil durch optische Mittel in seinen Ausbreitungseigenschaften, d. h. entweder seiner Divergenz oder seinem Strahldurchmesser oder seiner Polarisation, entspre­ chend der gewünschten Wirkung im Bearbeitungsprozeß verändert und anschließend durch die Interferometeranordnung "zurückgeschickt", so daß neben dem reflektierten Strahl der Leistung PR ein zwei­ ter, ein "doppelt-transmittierter" Strahl der Leistung PDT für Arbeitsaufgaben zur Verfügung steht. Da dieser Stlrahl durch ge­ eignete Anordnung der optischen Mittel genau richtungsgleich dem reflektierten Strahl überlagert werden kann, steht ein Arbeits­ strahl mit neuen, für zahlreiche Applikationen außerordentlich günstigen Eigenschaften zur Verfügung. Insbesondere lassen sich auf diese Weise neuartige kombinierte Intensitätsprofile bzw. Polarisationseigenschaften erzeugen, deren besonderen Vorzug ihre der jeweiligen Aufgabe anpaßfähige rasche Variabilität darstellt. Wahlweise kann der doppelt-transmittierte Strahl auch in eine vom reflektierten Strahl abweichende Richtung geschickt werden, so daß mit beiden oder je nach Einsatzfall auch nur einem, z. B. dem doppelt-transmittierten Strahl gearbeitet werden kann. Eine we­ sentliche Voraussetzung für die Funktion der Anordnung ist die Realisierung eines möglichst kleinen Neigungswinkels zwischen der optischen Achse des Modulators und der Achse des Laserstrahles. Der Neigungswinkel muß einerseits groß genug sein, damit sich das vom Modulator reflektierte Bündel gut separieren läßt, insbeson­ dere nicht in den Laserresonator zurückgekoppelt wird, und ande­ rerseits so klein sein, daß die Funktion des Modulators nicht durch mangelhafte Interferenz beeinträchtigt wird. Die letzte Forderung kann bei CO2-Laserstrahlung (λ = 10,6 m) bis zu Neigungswinkeln von etwa 5° gut erfüllt werden, wenn der Abstand d der Interferometerplatten 0,1 mm nicht überschreitet. Da dieser Winkel auch für die Bündelseparation völlig ausreicht, läßt sich die Anordnung problemlos realisieren.In contrast to known arrangements, according to the inven tion, the transmitted radiation component by optical means in its propagation properties, ie either its divergence or its beam diameter or its polarization, is changed accordingly in accordance with the desired effect in the machining process and then "sent back" by the interferometer arrangement that in addition to the reflected beam of power P R a two ter, a "double-transmitted" beam of power P DT is available for work tasks. Since this steel beam can be superimposed on the reflected beam in exactly the same direction by a suitable arrangement of the optical means, a working beam with new properties which are extraordinarily favorable for numerous applications is available. In particular, novel combined intensity profiles or polarization properties can be generated in this way, the particular advantage of which is their rapid variability which can be adapted to the respective task. Optionally, the double-transmitted beam can also be sent in a direction deviating from the reflected beam, so that with both or, depending on the application, only one, e.g. B. the double-transmitted beam can be worked. An essential requirement for the function of the arrangement is the realization of the smallest possible angle of inclination between the optical axis of the modulator and the axis of the laser beam. The angle of inclination must on the one hand be large enough so that the bundle reflected by the modulator can be separated well, in particular not be fed back into the laser resonator, and on the other hand be so small that the function of the modulator is not impaired by inadequate interference. The last requirement can be met with CO 2 laser radiation (λ = 10.6 m) up to angles of inclination of approximately 5 ° if the distance d between the interferometer plates does not exceed 0.1 mm. Since this angle is also completely sufficient for bundle separation, the arrangement can be implemented without any problems.

Zu beachten ist, daß auch der doppelt-transmittierte Strahl, unabhängig von seiner gezielten Beeinflussung, innerhalb dieses Winkelbereiches die Interferometeranordnung durchsetzen muß, damit unerwünschte Verluste vermieden werden.It should be noted that the double-transmitted beam, regardless of its targeted influence, within this  Angular range that the interferometer arrangement must penetrate, to avoid unwanted losses.

Beim zweiten Durchgang des transmittierten Strahles durch das FPI tritt ein weiterer reflektierter Strahlungsanteil auf. Je nach gewählter Anordnung überlagert sich dieser Strahl, der einen relativ geringen Anteil an der Gesamtstrahlungsleistung aufweist, dem transmittierten Strahl, oder er kann separiert werden. In keinem Falle wird die Funktion der Anordnung merklich beeinträch­ tigt.The second time the transmitted beam passes through the FPI there is another reflected radiation component. Depending on In the chosen arrangement, this beam overlaps the one has a relatively small share in the total radiation power, the transmitted beam, or it can be separated. In in no case will the function of the arrangement be noticeably impaired does.

Im Falle seiner Separierbarkeit ist dieser reflektierte Strah­ lungsanteil für eine Diagnose der Gesamtanordnung gut geeignet.In the case of its separability, this is reflected beam Well suited for a diagnosis of the overall arrangement.

Für die Wahl der optischen Mittel zur gezielten Formung des transmittierten Strahles gibt es eine ganze Reihe von Möglichkei­ ten. Die gesamte Palette der Strahlformungsvarianten läßt sich bei ausgezeichneter Abbildungsqualität durch eine Anordnung von drei justierbaren Spiegeln realisieren, wobei die Reflexionen einerseits unter sehr kleinen Winkeln zu den optischen Achsen und damit mit geringen Abbildungsfehlern erfolgen und andererseits zwei der Spiegel als Teleskop ausgebildet werden können, mit den drei Optionen Einengung, Aufweitung und gezielte Divergenzände­ rung für das transmittierte Bündel. Durch Ersetzen eines Spiegels durch einen Phasendreher und geeignete Anordnung können darüber hinaus die Polarisationseigenschaften des transmittierten Bündels gezielt beeinflußt und damit im Gesamtstrahl so modifiziert und schnell variiert werden, daß neuartige Wirkungen in der Materialbearbeitung erzielt werden können.For the selection of the optical means for the targeted shaping of the transmitted beam there are a number of possibilities The entire range of beam shaping variants can be with excellent image quality through an arrangement of Realize three adjustable mirrors, taking the reflections on the one hand at very small angles to the optical axes and thus with low aberrations and on the other hand two of the mirrors can be designed as a telescope with the three options narrowing, widening and targeted divergence tion for the transmitted bundle. By replacing a mirror by means of a phase rotator and suitable arrangement the polarization properties of the transmitted beam specifically influenced and thus modified in the overall beam and are quickly varied that novel effects in the Material processing can be achieved.

Bei einer vereinfachten Variante der Anordnung genügt ein ju­ stierbarer Spiegel zur Rückreflexion des transmittierten Bündels, der z. B. mit einem definierten Radius versehen werden kann, um die räumlichen Ausbreitungseigenschaften des doppelt-transmit­ tierten Strahles im gewünschten Maße zu beeinflussen.In a simplified variant of the arrangement, a ju bullet mirror for back reflection of the transmitted bundle, the z. B. can be provided with a defined radius in order the spatial propagation properties of the double transmit to affect the desired beam.

Verzichtet man auf die Justierbarkeit dieses Spiegels und legt man sich auf eine Richtung für den modifizierten Arbeitsstrahl fest, kann die Austrittsfläche des FPI, also die Außenseite der zweiten FPI-Platte, als dieser rückreflektierende Spiegel ausge­ bildet werden.If you dispense with the adjustability of this mirror and put one direction for the modified working beam fixed, the exit surface of the FPI, i.e. the outside of the  second FPI plate when this retroreflective mirror is out be formed.

Alle Varianten weisen einen weiteren Vorzug auf. Der beschriebene Modulator auf dem FPI-Prinzip besitzt in den herkömmlichen Ein­ satzfällen zwei Charakteristiken P (Δ d) für die Leistungsmodula­ tion, die Reflexionscharakteristik und die Transmissionscharakte­ ristik, die beide durch die Reflektivität R der beiden Interfero­ meterplatten fixiert werden. Durch die "Doppeltransmission" ent­ steht nun eine dritte Charakteristik, da die Transmissionscharak­ teristik praktisch noch einmal mit sich selbst multipliziert wird. Sie zeichnet sich insbesondere durch einen wesentlich höhe­ ren Kontrast gegenüber der einfachen Transmissionscharakteristik aus und besitzt wie letztere den großen Vorzug, daß Tmax = 1 gilt. Dadurch wird die Anwendungsbreite der Anordnung wesentlich erweitert. Mit der Nutzung des doppelt-transmittierten Strahles stellt sie für viele Applikationen die günstigste Anordnung dar.All variants have another advantage. The modulator described on the FPI principle has two characteristics P (Δ d) for the power modulation, the reflection characteristic and the transmission characteristic, both of which are fixed by the reflectivity R of the two interferometer plates in the conventional use cases. The "double transmission" now creates a third characteristic, since the transmission characteristic is practically multiplied again by itself. It is characterized in particular by a significantly higher contrast compared to the simple transmission characteristic and, like the latter, has the great advantage that T max = 1. The application range of the arrangement is thereby considerably expanded. With the use of the double-transmitted beam, it represents the cheapest arrangement for many applications.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment are explained.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigenShow in the accompanying drawings

Fig. 1: eine Anordnungsvariante mit drei Spiegeln zur For­ mung und Führung des transmittierten Strahls; Fig. 1: an arrangement variant with three mirrors for shaping and guiding the transmitted beam;

Fig. 2: eine Anordnungsvariante mit zwei Spiegeln; FIG. 2 shows a variant of arrangement with two mirrors;

Fig. 3: eine Anordnungsvariante mit einem Spiegel; FIG. 3 shows a variant of arrangement with a mirror;

Fig. 4: eine Anordnungsvariante mit als Spiegel ausgebil­ deter FPI-Austrittsfläche; FIG. 4 shows a variant of arrangement with a mirror ausgebil deterministic FPI-exit surface;

Fig. 5: T(Δ d)-Charakteristiken für Einfachtransmission (I) und Doppeltransmission (II) eines FPI mit R = 0,3; Fig. 5: T (Δ d) characteristics for single transmission (I) and double transmission (II) of an FPI where R = 0.3;

Fig. 6: einige typische modifizierte Intensitätsprofile des aus der kollinearen Überlagerung des reflek­ tierten und des doppelt-transmittierten Anteiles resultierenden Gesamtstrahles. Fig. 6: some typical modified intensity profiles of the total beam resulting from the collinear superimposition of the reflected and the double-transmitted portion.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel fällt die Strahlung 2 des CO2-Hochleistungslasers 1 auf die von der Versor­ gungseinrichtung 4 angesteuerte Interferometeranordnung 3, die vorzugsweise durch den Modulator gemäß DD 234 208 A1 gebildet wird. Dessen optische Achse 5 ist unter einem Winkel α gegen die Richtung des Laserstrahles 2 geneigt. Der Modulator spaltet die­ sen Strahl auf in den reflektierten Anteil 6 und den transmit­ tierten Anteil 7, der durch ein von den Spiegeln 8 und 9 gebilde­ tes Teleskop geformt und mittels des justierbaren Spiegels 10 ein zweites Mal durch das FPI geschickt wird. Der doppelt-transmit­ tierte Anteil 11 kann dann wahlweise dem reflektierten Stahl 6 überlagert oder separat der Bearbeitungsaufgabe zugeführt werden.In the example shown in Fig. 1 embodiment, the radiation 2 drops of CO 2 -Hochleistungslasers 1 to the restriction device 4 from the versor driven interferometer 3, which is preferably formed by the modulator according to DD 234 208 A1. Its optical axis 5 is inclined at an angle α against the direction of the laser beam 2 . The modulator splits this beam into the reflected portion 6 and the transmitted portion 7 , which is formed by a telescope formed by the mirrors 8 and 9 and sent by means of the adjustable mirror 10 a second time through the FPI. The double-transmitted portion 11 can then either be superimposed on the reflected steel 6 or fed separately to the machining task.

Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Variante mit zwei Spiegeln 12 und 13. Bei abbildender Funktion dieser Spiegel sind sie wegen der großen Reflexionswinkel als off-axis-Spiegel auszubilden. Die Darstellung illustriert für diese Anordnungsvariante die Nutzung des zweiten reflektierten Strahlungsanteiles 17 zur Strahlungs­ diagnostik mittels eines Detektors 18. Fig. 2 shows a simplified variant with two mirrors 12 and 13. In the imaging function of these mirrors, they must be designed as off-axis mirrors because of the large reflection angles. For this arrangement variant, the illustration illustrates the use of the second reflected radiation component 17 for radiation diagnosis by means of a detector 18 .

In Fig. 3 ist die Anordnungsvariante mit einem Spiegel 14 darge­ stellt.In Fig. 3, the arrangement variant with a mirror 14 is Darge.

Fig. 4 illustriert die Nutzung der Außenseite 15 der zweiten FPI- Platte 16 als rückreflektierendes Element. Fig. 4 illustrates the use of the outside 15 of the second FPI plate 16 as a retroreflective element.

Fig. 5 verdeutlicht den Unterschied in den T(Δ d)-Charakteristi­ ken für Einfachtransmission (Kurve I) und Doppeltransmission (Kurve II) eines FPI mit R = 0,3. Fig. 5 illustrates the difference in the T (Δ d) characteristics for single transmission (curve I) and double transmission (curve II) of an FPI with R = 0.3.

Bei den in Fig. 6 dargestellten typischen Intensitätsprofilen des aus der kollinearen Überlagerung des reflektierten Strahles 6 mit dem doppelt-transmittierten Strahl 11 resultierenden Gesamtstrah­ les wurde eine Einengung des transmittierten Strahles durch das Teleskop angenommen. Profil a) entspricht dann dem Fall T = 1 des FPI, Profil c) entspricht T = Tmin und Profil b) zeigt einen Zwischenzustand.In the typical intensity profiles shown in FIG. 6, the total beam resulting from the collinear superposition of the reflected beam 6 with the double-transmitted beam 11 was assumed to be a narrowing of the transmitted beam by the telescope. Profile a) then corresponds to the case T = 1 of the FPI, profile c) corresponds to T = T min and profile b) shows an intermediate state.

BezugszeichenlisteReference list

11

CO2 CO 2

-Hochleistungslaser
- high power laser

22nd

Laserstrahlung
Laser radiation

33rd

Interferometeranordnung
Interferometer arrangement

44th

Versorgungseinrichtung der Interferometeranordnung
Supply device of the interferometer arrangement

55

Optische Achse
Optical axis

66

Reflektierter Anteil der Laserstrahlung
Reflected portion of the laser radiation

77

Transmittierter Anteil der Laserstrahlung
Transmitted portion of the laser radiation

88th

Teleskopspiegel
Telescopic mirror

99

Teleskopspiegel
Telescopic mirror

1010th

Justierbarer Umlenkspiegel
Adjustable deflecting mirror

1111

Doppelt-transmittierter Anteil der Laserstrahlung
Double-transmitted portion of the laser radiation

1212th

Justierbarer Umlenkspiegel
Adjustable deflecting mirror

1313

Justierbarer Umlenkspiegel
Adjustable deflecting mirror

1414

Justierbarer Umlenkspiegel
Adjustable deflecting mirror

1515

Als Spiegel ausgebildete Außenseite der zweiten Interfero­ meterplatte
Outside of the second interferometer plate designed as a mirror

1616

Zweite Interferometerplatte
Second interferometer plate

1717th

Zweiter reflektierter Strahlungsanteil
Second reflected radiation component

1818th

Strahlungsdetektor
Radiation detector

Claims (5)

1. Vorrichtung zur variablen Laserstrahlteilung und Führung der Teilstrahlen, insbesondere für CO2-Hochleistungslaserstrahlen, bei der die Strahlung des Lasers auf einen Modulator fällt, der als Fabry-Perot- Interferometer mit schnell variierbarer Reflektivität ausgebildet ist und unter einem Winkel zwischen seiner optischen Achse und der Richtung der Laserstrahlung angeordnet ist, der einerseits so klein ist, daß die Interferenzfähigkeit des Modulatorsystems nur unwesentlich beeinflußt wird, und andererseits so groß ist, daß eine unerwünschte Rückkopplung des vom Modulator reflektierten Strahlungsanteils mit dem Laserresonator ohne die Verwendung optischer Hilfsmittel vermieden wird und dieser Strahlenanteil entweder direkt oder über einen Hilfsspiegel zum Bearbeitungsort gelangt, wobei das Leistungsverhältnis zwischen den beiden Teilstrahlen in von den Parametern des Modulators vorgegebenen Grenzen und mit Frequenzen innerhalb des ebenfalls durch den Modulator vorgegebenen Bereiches vorgebbar variiert, dadurch gekennzeichnet, daß optische Mittel den transmittierten Strahlungsanteil (7) in seinen räumlichen Ausbreitungseigenschaften, insbesondere seiner Divergenz, seinem Strahlungsdurchmesser oder seiner Polarisation, ändern und auf eine solche Weise wieder durch den Modulator (4) zurückschicken, daß dieser doppelt-transmittierte Strahl (11) wahlweise dem reflektierten Strahl (6) sich überlagert oder in einer vorgebbaren, dem winkelmäßigen Arbeitsbereich des Modulators (4), vorzugsweise einem Winkelbereich, der 5° Neigung gegen die Modulatorachse nicht überschreitet, entsprechenden Richtung an den Bearbeitungsort gelangt.1. Device for variable laser beam division and guidance of the partial beams, in particular for CO 2 high-power laser beams, in which the radiation from the laser falls on a modulator, which is designed as a Fabry-Perot interferometer with rapidly variable reflectivity and at an angle between its optical axis and the direction of the laser radiation is arranged, which is so small on the one hand that the interference capability of the modulator system is influenced only insignificantly, and on the other hand is so large that undesired feedback of the radiation component reflected by the modulator with the laser resonator is avoided without the use of optical aids and this radiation component reaches the processing location either directly or via an auxiliary mirror, the power ratio between the two partial beams being within the limits specified by the parameters of the modulator and with frequencies within that likewise specified by the modulator A range that can be predetermined varies, characterized in that optical means change the transmitted radiation component ( 7 ) in its spatial propagation properties, in particular its divergence, its radiation diameter or its polarization, and send it back through the modulator ( 4 ) in such a way that it doubles Transmitted beam ( 11 ) either overlaps the reflected beam ( 6 ) or reaches the processing location in a predeterminable direction that corresponds to the angular working range of the modulator ( 4 ), preferably an angular range that does not exceed 5 ° inclination with respect to the modulator axis. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Spiegel (14) vorgesehen ist, der den transmittierten Strahlungsanteil (7) zur Doppeltransmission durch den Modulator (4) reflektiert, wobei dieser Spiegel so nahe wie möglich am Fabry-Perot-Interferometer angeordnet und mit einem Krümmungsradius versehen ist, der die jeweils gewünschte Divergenz des doppelt-transmittierten Strahles (11) realisiert und andererseits so justierbar ist, daß der doppelt-transmittierte Strahl (11) die vorgebbare Richtung erhält.2. Device according to claim 1, characterized in that a single mirror ( 14 ) is provided which reflects the transmitted radiation component ( 7 ) for double transmission through the modulator ( 4 ), this mirror as close as possible to the Fabry-Perot interferometer is arranged and provided with a radius of curvature which realizes the respectively desired divergence of the double-transmitted beam ( 11 ) and on the other hand is adjustable so that the double-transmitted beam ( 11 ) receives the predeterminable direction. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite (15) der zweiten Interferometerplatte (16), die wahlweise als ebener paralleler, ebener gekippter oder mit einem Krümmungsradius versehener Spiegel ausgeführt ist, den rückreflektierenden Spiegel bildet.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the outside ( 15 ) of the second interferometer plate ( 16 ), which is optionally designed as a plane parallel, plane tilted or provided with a radius of curvature, forms the retroreflective mirror. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückreflexion des transmittierten Strahlungsanteils (7) mittels zweier Spiegel (12, 13) erfolgt.4. The device according to claim 1, characterized in that the back reflection of the transmitted radiation component ( 7 ) by means of two mirrors ( 12 , 13 ). 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückreflexion des transmittierten Strahlungsanteils (7) mittels dreier Spiegel (8, 9, 10) erfolgt, die so angeordnet sind, daß die Reflexionen unter möglichst kleinen Winkeln zu den Spiegelnormalen erfolgen und zwei von ihnen eine Teleskopanordnung bilden zur wahlweisen Aufweitung, Einengung oder Divergenzänderung des doppelt-transmittierten Strahls (11) und daß Justiereinrichtungen vorgesehen sind, die den doppelt­ transmittierten Strahl (11) in die vorgebbare Richtung lenken.5. The device according to claim 1, characterized in that the back reflection of the transmitted radiation portion ( 7 ) by means of three mirrors ( 8 , 9 , 10 ), which are arranged so that the reflections take place at the smallest possible angles to the mirror normal and two of They form a telescope arrangement for selectively widening, narrowing or changing the divergence of the double-transmitted beam ( 11 ) and that adjustment devices are provided which direct the double-transmitted beam ( 11 ) in the predeterminable direction.
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