DE60037091T2

DE60037091T2 - Verfahren zur Schutz einer faseroptische Einheit gegen Strahlung

Info

Publication number: DE60037091T2
Application number: DE60037091T
Authority: DE
Inventors: Glyn Richard Crick Edwards; Clive L. M. Rugby Ireland; Timothy M. W. Rugby Weedon; Stewart Thomas Ingram
Original assignee: GSI Group Ltd
Current assignee: Novanta Technologies UK Ltd
Priority date: 1999-11-01
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2020-09-14
Also published as: JP3520044B2; EP1096285A2; EP1096285A3; JP2001166176A; ATE378614T1; EP1096285B1; DE60037091D1; US6347178B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz einer Führungsanordnung für optische Fasern vor überschießender Strahlung hoher Leistung. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich betrifft das Verfahren optische Fasern zum Zuführen eines Hochleistungslaserstrahls zu einem Werkstück. Durch die Ausgestaltung entweder des Eingangs- oder des Ausgangsendes einer optischen Faseranordnung wird die Anordnung weitaus weniger anfällig für Ausfälle entweder aufgrund einer am Eingang vorliegenden Strahl/Faser-Fehlausrichtung oder, am Ausgangsende, aufgrund von Rückreflexion von Laserstrahlung oder Rückwärtskopplung von optischer Breitbandstrahlung, die an einem Werkstück durch Wechselwirkung mit einem Laserstrahl entsteht.
Es wird generell bevorzugt, für die Zuführung eines Laserstrahls zu einem Werkstück für Materialverarbeitungsvorgänge ein Faseroptik-Zuführsystem zu verwenden. Die verwendeten Laser können typischerweise Nd:YAG-Laser sein, die bei Wellenlängen von beispielsweise 1060 nm funktionieren. Die Vorteile der Verwendung von Faseroptik-Zuführsystemen sind bekannt; dazu gehört die Fähigkeit, einen Laserstrahl leicht über ein Werkstück zu scannen, die Fähigkeit, den Laser von dem Werkstück entfernt anzuordnen, und die Fähigkeit, Leistung aus einem einzelnen Laser auf mehrere entfernte Arbeitsplätze zu verteilen.
Die Struktur optischer Fasern und die Funktionsprinzipien sind bekannt. Eine optische Faser zur Übertragung eines Laserstrahls umfasst generell einen zentralen Kern mit kreisförmigem Querschnitt, der von einer Mantelschicht umgeben ist. In der Regel sind auch eine Pufferschicht und eine äußere Umhüllungsschicht vorgesehen, um die Kern- und die Mantelschicht zu schützen.
Idealerweise wird ein Laserstrahl in eine optische Faser eingleitet, indem er an einer Eingangsfläche der Faser auf die Kernregion gerichtet wird. In der Praxis kann jedoch häufig ein Teil des Laserstrahls unabsichtlich auch auf die Mantelregion der Eingangsfläche der Faser auftreffen, und dies kann häufig dazu führen, dass beträchtliche Laserleistung in die Mantelschicht eintritt. Hierzu kann es deshalb kommen, weil die Breite des Laserstrahls an der Eingangsfläche der Faser die Breite des Kerns übersteigt oder die Achse des Laserstrahls möglicherweise nicht gut mit der Achse des Kerns ausgerichtet ist.
Eine Strahlzuführungs-Faseranordnung endet generell an jedem Ende in einem Abschluss. Der Abschluss dient dazu, die Faser anzuordnen und zu befestigen, so dass die Eingangs- und die Ausgangsfläche der Faser jeweils an vorgegebenen Positionen angeordnet sind und dort bleiben. Besonders wichtig ist dies an der Fasereingangsfläche, damit die axiale und laterale Ausrichtung zwischen dem einfallenden Laserstrahl und dem Faserkern erhalten bleiben. Der Starrheit halber und um zu ermöglichen, dass alle Wärme in dem Abschluss abgeleitet wird, bestehen der Körper und die Hauptteile eines Abschlusses im Allgemeinen aus Metall. Die Faser wird üblicherweise mit Klebemittel, Kitt oder Leim irgendeiner Art an dem Abschluss befestigt.
Bei der herkömmlichen Fasergestaltung erfolgt die Wahl der Materialien für Puffer und Umhüllung der Faser aufgrund von anderen Eigenschaften als der Beständigkeit gegenüber hohen Niveaus optischer Strahlung. Die Pufferschicht kann zum Beispiel dazu gestaltet sein, Abrieb der Oberfläche der Mantelschicht zu verhindern und Wasserdampf von ihr fernzuhalten sowie eine elastische Schicht zur Aufnahme von mechanischen Stößen bereitzustellen. Die Umhüllung bietet zusätzlichen mechanischen Schutz und Festigkeit. Dies bedeutet, dass sowohl die Umhüllungs- als auch die Pufferschicht beschädigt werden können, wenn sie hohen Niveaus optischer Strahlung ausgesetzt werden. Es sollte daher nicht zugelassen werden, dass Laserstrahlung direkt auf die Umhüllungs- und die Pufferschicht auftrifft. Um den Puffer und die Umhüllung von unmittelbarer Strahlung zu trennen und den Vorgang der Befestigung der Faser an dem Abschluss zu erleichtern, ist es dementsprechend üblich, dass sowohl der Puffer als auch die Ummantelung über wenigstens eine kurze Länge entfernt werden, die sich von der Eingangsfläche und von der beabstandeten Fläche (Ausgangsfläche) der Faser erstreckt.
Das Klebemittel, das normalerweise zur Befestigung einer Faser an einem Abschluss verwendet wird, kann zwischen dem Mantel und dem Abschluss und/oder zwischen der Umhüllung und dem Abschluss aufgebracht werden. Wird es zwischen dem Mantel und dem Abschluss aufgebracht, so geht, da in dem Fasermantel beträchtliche Laserstrahlleistung vorhanden sein kann, ein Teil dieser Laserleistung aus dem Mantel in das Klebemittel über, und ein Teil dieser Leistung geht dann von dem Klebemittel in den Abschluss aus Metall über. Die gebräuchlichsten Klebemittel sind zwar insofern gegenüber Laserleistung auf mäßigem Niveau tolerant, als sie diese nicht absorbieren und sich daher nicht erwärmen; das benachbarte Metallteil absorbiert Laserleistung jedoch leicht und wird dadurch sehr heiß. Dies wiederum überhitzt das Klebemittel und führt zu seinem Ausfall, was potentiell einen katastrophalen Schaden an der Faser verursacht. Eine ähnliche Wirkung tritt ein, wenn Eingangsstrahlung den Kern und den Mantel verfehlt und direkt auf das Klebemittel auftrifft.
Wird Klebemittel direkt zwischen der Umhüllung und dem Abschluss vorgesehen, so ist das Klebemittel weiter von dem Mantel entfernt und wird daher mit geringerer Wahrscheinlichkeit überhitzt. Da jedoch die Umhüllung selbst durch den Puffer, bei dem es sich um ein flexibles Material handelt, von dem Mantel getrennt ist, ist dies nicht zufriedenstellend, um die Faserflächen genau an vorgegebenen Positionen zu halten.
Gegenwärtig werden optische Strahlzuführungssysteme dazu verwendet, Laserleistungen von bis zu 5 Kilowatt Dauerstrichlaserleistung zu übertragen. Es wird erwartet, dass bald Leistungsniveaus von 10 Kilowatt mittlerer Leistung oder darüber üblich sind. Ist auch nur ein kleiner Anteil der Strahlleistung irgendwo anders als im Kern der Faser vorhanden, so sind katastrophale Ausfälle insbesondere in den Abschlüssen eindeutig möglich.
Es hat in der Vergangenheit mehrere Versuche gegeben, das Problem der auf beide Faserflächen einfallenden optischen Strahlung zu lösen, die direkt in die Mantelschicht eintritt, jedoch sind diese nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Am Eingangsende der Faser kann der Strahl beispielsweise aufgrund einer schweren Fehlausrichtung des Strahls oder eines überdimensionierten Strahls über den Rand des Mantels gelangen und somit auf den Faserabschluss auftreffen oder in ihn eintreten. Optische Strahlung, die über den Rand des Mantels und an der Seite des Mantels nach unten gelangt, wird nachfolgend unabhängig von der Strahlungsquelle oder dem Grund für das Überschießen als "überschießende Strahlung" bezeichnet.
Überschießende Strahlung kann auf optische Faseranordnungen und insbesondere auf Faserabschlussanordnungen besonders katastrophale Wirkung haben.
Auch an dem Ausgangsende einer optischen Faser kann überschießende Strahlung auftreten. Um Laserstrahlung aus der Ausgangsfläche einer optischen Faser auf ein Werkstück zu koppeln, wird die Fläche im Allgemeinen unter Verwendung eines optischen Systems, das typischerweise zwei Linsen A, B aufweist, wie in 1 gezeigt, auf das Werkstück abgebildet. Ein Strahl aus einem Laser C wird durch eine optische Faser D über ein optisches System auf ein Werkstück E gerichtet. Befindet sich das Werkstück im Fokus, d. h. in der Bildebene der Faserfläche, so wird auch der Bereich des Werkstücks, auf den der Laser einfällt, auf die Faserausgangsfläche zurück abgebildet. Da die Kopplung von Laserstrahlung in ein Werkstück niemals vollkommen ist, wird stets ein Teil der Laserstrahlung von dem Werkstück zurück auf die Faser reflektiert. Der Grad der Rückreflexion ist generell dann am höchsten, wenn der Laserstrahl eingeschaltet wird oder zum ersten Mal auf einen neuen Bereich des Werkstücks aufgebracht wird und bevor der Laserstrahl Zeit hatte, die Oberflächenreflektivität des Werkstücks wie erforderlich zu zerstören. Häufig wird den Anwendern empfohlen, das Werkstück in Bezug zu dem optischen System zu neigen, um die Menge an rückreflektierter Laserstrahlung zu verringern, die den Ausgangsabschluss erreicht.
Neben rückreflektierter Strahlung entsteht auch ein Problem durch optische Breitbandstrahlung, die durch die Wechselwirkung des Laserstrahls mit dem Werkstück erzeugt wird. Es ist bekannt, dass die Wechselwirkung eines Strahls mit einem Material in der Regel eine Wolke von teilweise ionisiertem Gas ähnlich einer sichtbaren Flamme erzeugt, die sich typischerweise mehrere Millimeter von der Werkstückoberfläche erstreckt. Auch andere Strahlung wird durch die Wechselwirkung erzeugt. Im Ergebnis wird optische Strahlung erzeugt, die sich über einen Bereich von Frequenzen erstreckt. Ein Großteil dieser erzeugten Strahlung breitet sich zu der Faserabbildungsoptik hin aus und wird von dieser abgefangen, so dass sie in der Region um die Ausgangsfläche der Faser fokussiert wird. Die laterale Ausdehnung der fokussierten Prozessstrahlung ist jedoch generell größer als der Manteldurchmesser, und zwar aus verschiedenen Gründen, beispielsweise dem Durchmesser der Wolke, chromatischen Linsenaberrationen und wenn das Werkstück sich nicht im Fokus befindet. Diese Gründe führen stets zu beträchtlicher überschießender Strahlung, die den Faserabschluss stark beschädigen kann.
Im Gegensatz zu einer Fehlausrichtung des Laserstrahls an der Fasereingangsfläche, die durch gute Gestaltung und sorgfältige Ausrichtung wenigstens teilweise korrigierbar ist, lässt sich der Einfall von Prozessstrahlung am Ausgangsende der Faser (und damit von überschießender Strahlung) nicht beheben. Dementsprechend ist eine beträchtliche Menge an überschießender Strahlung am Ausgangsende einer Faser unvermeidlich.
Es sind in der Vergangenheit Versuche unternommen worden, die schädlichen Wirkungen überschießender Strahlung zu verringern. Beispiele sind die DE 297 10678 , die US 5,179,610 , die EP 0619508 und die US 5,291,570 . Bei diesen Lösungen wurde ein Reflektor in dem Weg der überschießenden Strahlung verwendet. Solche Reflektoren sind schwierig herzustellen und zu positionieren, und sie erfordern Beschichtungen, die schwierig zu fertigen sind und die aus Materialien mit relativ niedriger Schwelle für optische Beschädigung aufweisen.
Die DE 199 10 725 A offenbart das Ablenken von Strahlung von einer Achse durch totale innere Reflexion. Die JP 55 126208 A offenbart einen Lichtmonitor, der einen rohrförmigen Körper mit einem geneigten Ende aufweist, wobei der Körper eine optische Faser umgibt.
Die vorliegende Erfindung entstand in dem Versuch, die schädlichen Wirkungen von potentiell schädigenden Mengen überschießender Strahlung sowohl am Eingangs- als auch am Ausgangsende einer Faseranordnung hoher Leistung zu vermeiden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Schutz einer Führungsanordnung für optische Fasern vor überschießender Strahlung hoher Leistung gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung lediglich als Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, von denen
1 ein optisches System einschließlich einer optischen Faser zum Abbilden eines Laserstrahls auf ein Werkstück zeigt;
2 einen Faserabschluss zeigt;
3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Abschlusses aus 2 zeigt;
4 den Abschluss aus 2 zeigt, der außerdem eine Strahlenfalle enthält;
5 eine Prüfanordnung zur Untersuchung des Niveaus abgewiesener Strahlung mit Variation der Werkstückposition in Bezug auf eine Position im Fokus zeigt;
6 eine typische Zeitkurve des abgewiesen Strahlungssignals zeigt, das durch eine Fotodiode erzeugt wird, die mit einer Vorrichtung wie in 5 verwendet wird;
7 schematisch einen Teil der Vorrichtung aus 2 mit einer alternativen Ausführungsform der Eingangsapertur zeigt;
8, 9, 10, 11 und 12 alternative Ausgestaltungen für das Kapillarrohr zeigen.
2 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine optische Faser 1 ist in einem koaxialen Loch in einer zylindrischen Metallhülse 2 angebracht. Die Faser ist an der Hülse mit einem Klebemittel wie beispielsweise Epoxidkitt befestigt, das zwischen der Faserumhüllung und der Innenwand der Hülse angebracht ist. Die Faser umfasst einen Kern, die Mantelschicht 5, die Pufferschicht 3 und die Umhüllung 12. Die Hülse weist eine Außenwand 2a auf, die bis auf kurze Längen 2b, 2c an jedem Ende ausgespart ist; sie ist daher generell hantelförmig. Die Hülse ist in Gleitpassung in einem koaxialen Loch 4a in einem Abschlusskörper 4 angebracht. Sie kann mit jedem geeigneten Mittel befestigt werden, beispielsweise durch Vorsehen von Gewindestiften (nicht dargestellt), welche durch die Wand des Körpers angebracht sind und gegen die Hülse anliegen.
Die Umhüllung 12 der Faser endet innerhalb der Hülse, und die Pufferschicht 3 steht um einen kurzen Abstand (ca. 1 mm) über die Hülse hinaus vor. Darüber hinaus und weiter in den Abschluss hinein liegt die Mantelschicht 5 der optischen Faser über eine Länge von 45 mm frei. Innerhalb der Hülse befindet sich eine Länge von etwa 4 mm offen liegender Pufferschicht; und der Raum zwischen der Pufferschicht und der Innenwand der Hülse ist mit Silikongummi (182 RTV) 14 gefüllt. Mantel und Kern (nicht dargestellt) enden in einer planen, polierten Endfläche 13, die zu der Längsachse der Faser senkrecht steht.
Wenn sich ein Abschluss an dem Eingangsende der Faser befindet, wird ein Laserstrahl aus einem Laser (nicht dargestellt) an der Fläche 13 eingebracht und bewegt sich durch die Faser in der Figur von rechts nach links und weiter. Ist der Abschluss an dem Ausgangsende angebracht, so bewegt sich die Laserstrahlung in der Figur von links nach rechts und tritt aus der Oberfläche 13 aus.
Des Weiteren ist ein Quarzglas-Kapillarrohr 6 vorgesehen. Dieses weist eine koaxiale Durchgangsöffnung auf, und die optische Faser (oder wenigstens ihr offen liegender Mantelabschnitt 5) ist durch die koaxiale Durchgangsöffnung 6a des Kapillarrohrs geführt. Der Kerndurchmesser der Faser beträgt in einem Beispiel 600 Mikrometer. Der Durchmesser des Mantels beträgt typischerweise 730 Mikrometer. In diesem Fall kann gemäß Ausführungsformen der Erfindung die Durchgangsöffnung des Kapillarrohrs beispielsweise 740 bis 750 Mikrometer betragen. Dadurch bleibt ein Zwischenraum, der ausreichend klein ist, um die laterale Position der Faser zu bestimmen, dabei aber groß genug ist, um eine Kopplung von Strahlung aus dem Mantel in das Rohr zu vermeiden.
Das Kapillarrohr in denn dargestellten Beispiel hat einen Durchmesser von 3,5 mm bei einer Gesamtlänge von 25 mm. Die Eingangsfläche 7 des Kapillarrohrs ist poliert, plan und senkrecht zu der Rohrachse. Die Ausgangsfläche 8 des Kapillarrohrs ist ebenfalls poliert und plan, ist jedoch in dieser Ausführungsform in einem Winkel von 45° zu der Rohrachse geneigt. Es ist zu beachten, dass die Faserendfläche ca. 1 mm über die Rohreingangsfläche hinaus vorsteht.
Das Kapillarrohr ist in der Durchgangsöffnung einer Halterung 9 angebracht, die jede geeignete Form haben kann, die aber auch die Form einer gespaltenen Metallklemme mit einer Durchgangsöffnung annehmen kann, die axial und peripher ausgespart ist, um die Kontaktfläche mit dem Rohr zu verringern. Das Kapillarrohr sollte jedoch von der Halterung 9 relativ fest gehalten werden. Die Halterung 9 ist selbst in einer koaxialen, inneren Durchgangsöffnung 4b an dem äußeren Ende des Abschlusskörpers 4 angebracht und ist mit Hilfe eines mit Gewinde versehenen Sperrrings 10, der in das Ende des Abschlusskörpers geschraubt ist, gegen einen inneren Ansatz 4c befestigt. Bevorzugt kann die laterale Positionierung der Halterung 9 relativ zu dem Abschlusskörper variiert werden, um die relative Position der Faserendfläche einzustellen, beispielsweise mit Hilfe von Gewindestiften, die durch die Wand des Abschlusses angebracht sind und gegen die Halterung anliegen.
Der Abschlusskörper 4 weist in der Nähe der Ausgangsfläche 8 des Kapillarrohrs auch ein Loch bzw. eine Öffnung 16 in der Wand auf.
Zum Schutz des Puffers und des Silikongummiverschlusses 14 vor überschießender Strahlung, der es gelungen ist, das Kapillarrohr zu umgehen (z. B. durch den Zwischenraum zwischen dem Rohr und der Faser), und auch vor Strahlung innerhalb des Kapillarrohrs, die nicht aus der Öffnung 16 ausgetreten ist, ist in der Region zwischen dem Kapillarrohr und der Hülse koaxial mit der Faser ein Ablenkelement 15 aus Metall angebracht. Die Durchgangsöffnung des Ablenkelementes ist typischerweise ca. 1 mm größer als der Durchmesser des Mantels.
Die Anordnung aus 2 umfasst auch einen Körper 11, der eine Eingangsapertur 11a angrenzend an die Eingangsfläche 13 der Faser bestimmt. Der Körper 11 ist Teil eines "Aufnahme"-Körpers, dessen Profil komplementär zu dem Abschluss ist und in dem der Abschluss während der Verwendung angebracht ist.
Um das äußere Ende des Abschlusskörpers 4 koaxial zu dem Teil 17 des Aufnahmekörpers anzuordnen, weist der Teil 17 eine konische Durchgangsöffnung auf, gegen die der Abschlusskörper aufgenommen werden kann. Das Ende des Abschlusskörpers weist ein komplementäres Profil auf, und der Abschlusskörper wird vermittels einer Druckfeder (nicht dargestellt) gegen die Aufnahme (Teil 17) gedrückt.
Die Metallteile des Abschlusses und der Eingangsaperturkörper können aus jedem geeigneten Material wie z. B. einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung bestehen.
Die Funktionsweise der Abschlussanordnung wird am besten in Verbindung mit 3 veranschaulicht, die eine vergrößerte Ansicht des Bereiches um das Kapillarrohr 6 zeigt. Vorläufig sei angenommen, dass der Abschluss an dem Eingangsende der Faser angebracht ist. Es wird dann ein durch die Anordnung zu übertragender Laserstrahl zunächst durch Eingangsoptik, die in dem Strahlweg der Abschlussanordnung voraus angeordnet ist, so konditioniert, dass der Strahldurchmesser an der Faserfläche weniger als der Kerndurchmesser beträgt und der Konuswinkel des Strahls kleiner ist als der maximale Akzeptanzwinkel der Faser. Alle Strahlung aus dem Laserstrahl, welche die Faser verfehlt, d. h. überschießende Strahlung, tritt in die Eingangsfläche des Kapillarrohrs 6 ein, wie durch die Linien 41 und 42 angezeigt. Die Strahlung wird vermittels totaler innerer Reflexion an den zylindrischen Außen- und Innenwänden des Rohrs in dem Kapillarrohr gehalten. In dieser Hinsicht kann man sagen, dass das Kapillarrohr sich wie eine kurze optische Faser mit großem Durchmesser verhält. Wenn die Strahlung das andere (Ausgangs-)Ende des Rohres erreicht, unterliegt sie totaler innerer Reflexion an der um 45° geneigten Ausgangsfläche 8. Der Grund hierfür ist, dass der Einfallswinkel an der Fläche den Grenzwinkel übersteigt. Die Vorstellungen des Grenzwinkels und der totalen inneren Reflexion sind natürlich bekannt. Die reflektierte Strahlung tritt dann durch die zylindrische Seitenwand 43 des Rohrs in einer zu der Rohrachse ungefähr senkrechten Richtung aus und gelangt durch die Öffnung 16 in der Abschlussseitenwand und aus dem Abschluss heraus.
Strahlung, die korrekt in den Faserkern eingetreten ist, gelangt natürlich weiter durch den Kern und wird von dem Kapillarrohr 6 nicht beeinflusst.
In 3 ist die überschießende Strahlung (mit 41, 42 bezeichnet) der Einfachheit halber als kollimierter Strahl dargestellt. Das impliziert, dass es an der Eingangsfläche der Faser eine Strahltaille gibt und dass der Strahl vernachlässigbare Divergenz aufweist. Im Allgemeinen befindet sich eine Strahltaille nicht an der Fasereingangsfläche, und der Strahl divergiert innerhalb des Kapillarrohrs. Da die abgewiesene Strahlung durch eine zylindrische Seitenwand aus dem Kapillarrohr austritt, tritt die Strahlung in Form eines fächerförmigen Strahls aus.
An dem Ausgangsende einer optischen Faser umfasst die überschießende Strahlung rückreflektierte Laserstrahlung und optische Breitbandstrahlung, die von der Abbildungsoptik (d. h. dem optischen System aus 1, das die Linsen A und B umfasst) gesammelt und zu der Faser gerichtet worden ist. Somit ist es äußerst unwahrscheinlich, dass überschießende Strahlung, die an dem Ausgangsende in das Kapillarrohr eintritt, kollimiert wird.
Das Kapillarrohr muss nicht unbedingt eine Ausgangsfläche aufweisen, die um 45° zu der Achse des Rohrs geneigt ist. Für die bevorzugte Kombination aus einem Nd:YAG-Laser (Wellenlänge 1064 nm) und einem Quarzglas-Kapillarrohr (Brechungsindex, n = 1,45) beträgt der Grenzwinkel 43,6°, was relativ nah an dem Einfallswinkel von 45° für Strahlung liegt, die sich parallel zu der Rohrachse bewegt. Somit könnte Strahlung, die sich mit einer Neigung von nur 2° zu der Rohrachse bewegt, von der Ausgangsfläche des Rohrs übertragen werden, anstatt reflektiert zu werden, und dadurch in den Abschluss entweichen. Es mag zwar möglich sein, eine optische Beschichtung auf die Ausgangsfläche aufzubringen, um deren Reflektivität für innere Strahlung zu erhöhen, dies ist jedoch keine zufriedenstellende Option, da optische Beschichtungen anfällig für Zersetzung, Ausfall und optische Beschädigung und damit ungünstig sind. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann es somit zu den alternativen Verfahren zur Erhöhung des Anteils innerer Strahlung gehören, die an der Ausgangsfläche aus dem Rohr heraus reflektiert wird, entweder die Neigung der Ausgangsfläche zu der Achse des Rohres zu erhöhen, um den Einfallswinkel für Strahlung zu erhöhen, die sich entlang des Rohrs bewegt, oder für das Rohr ein Material zu wählen, das einen höheren Brechungsindex aufweist. Beispielsweise verringert eine Veränderung von n von 1,45 auf 1,6 den Grenzwinkel von 43,6° auf 38,7°. Somit werden der Winkel der Ausgangsfläche 8 und das Material des Rohrs beide dazu gewählt, die Menge an Strahlung zu maximieren, die an der Ausgangsfläche aus dem Kapillarrohr heraus reflektiert wird ("abgewiesene Strahlung").
Es ist festgestellt worden, dass Strahlung aus dem Inneren des Kapillarrohrs anders als beabsichtigt über die zylindrische Wand direkt gegenüber der Ausgangsfläche entweichen kann. Wie oben erwartet, wird ein Teil der überschießenden Strahlung von der Ausgangsfläche übertragen, wenn diese um 45° zu der Achse des Rohrs geneigt ist. Das Einstellen der Neigung der Ausgangsfläche (bevorzugt auf 49°) hat sich als ein Weg erwiesen, diesen Effekt zu verringern. Es kann dann jedoch einige überschießende Strahlung in einer Richtung entweichen, die zu der der beabsichtigten Richtung diametral entgegengesetzt ist, so dass es notwendig wird, eine zweite Öffnung in dem Abschlusskörper vorzusehen, um ein Entweichen dieser Strahlung ebenfalls zu ermöglichen.
4 zeigt die Vorrichtung aus 2, jedoch zusätzlich mit einer "Strahlenfalle" 30, die dazu angeordnet ist, abgewiesene Strahlung zu empfangen, zu absorbieren und abzuführen. Die Strahlenfalle 30 umfasst einen Körper, der in Kombination mit dem Abschlusskörper 4 einen geschlossenen, ringförmigen Hohlraum 31 bestimmt, welcher dazu angebracht ist, durch die Öffnung 16 Strahlung zu empfangen. Strahlung, die in den Hohlraum 31 eintritt, verliert ihre Energie, um den Körper 30 aufzuwärmen, und diese Energie kann durch Kühlvorrichtungen abgeführt werden; beispielsweise durch Wasser-Kühlvorrichtungen (nicht dargestellt). Die Strahlenfalle in der Figur weist auch ein Fach 32 auf, in das eine Sonde 33 eingesetzt werden kann. Die Gründe hierfür werden weiter unten beschrieben.
Die Erfinder haben festgestellt, dass sich durch Analyse und/oder Einschätzung der Menge an abgewiesener Strahlung eine beträchtliche Menge an nützlichen Informationen erlangen lässt. An dem Eingangsende der Faseranordnung erhöht sich, wenn Mittel zum Messen wenigstens eines Anteils abgewiesener Strahlung vorgesehen sind, das gemessene Signal mit der Erhöhung einer Fehlausrichtung (axial und/oder lateral) der Faser relativ zu dem einfallenden Laserstrahl. Somit kann durch Einstellen der Position des Eingangsendes der Faser relativ zu dem Laserstrahl, um das Signal der abgewiesenen Strahlung zu minimieren, die Ausrichtung der Faser relativ zu dem Laserstrahl optimiert werden. Die abgewiesene Strahlung kann direkt gemessen werden; z. B. thermisch, optisch oder auf andere Weise. Alternativ kann die abgewiesene Strahlung indirekt gemessen werden; beispielsweise durch Messen der Temperatur des Mittels zum Absorbieren abgewiesener Strahlung (z. B. die Strahlenfalle 30 aus 4) oder durch Messen der Temperatur (bzw. der Temperaturdifferenz) einer zum Kühlen des Strahlungsabsorbtionsmittels verwendeten Kühlflüssigkeit (z. B. Wasser). So kann eine Temperaturmesssonde 33 in das Fach 32 eingesetzt werden, um die Temperatur der Strahlenfalle zu messen und dadurch indirekt die Menge an abgewiesener Strahlung zu messen. Die Sonde 33 ist mit einer geeigneten elektronischen Messvorrichtung 34 verbunden.
Am Ausgangsende der Faseranordnung hat abgewiesene Strahlung die Form von Prozessstrahlung, d. h. abgelenkter Laserstrahlung und optischer Breitbandstrahlung, welche durch die Wechselwirkung des Laserstrahls mit einem Werkstück erzeugt wird. Der Laserstrahlungsanteil der abgewiesenen Strahlung kann zu Messzwecken von dem Breitbandanteil getrennt werden, wobei bekannte Mittel wie beispielsweise Wellenlängen separierende optische Bauteile verwendet werden, z. B. optische Filter, dichroitische Spiegel, Phasenplatten, Beugungsgitter, Prismen usw. Alternativ können die separaten Prozessstrahlungsanteile direkt unter Verwendung von wellenlängenempfindlichen Detektoren gemessen werden. All diese Komponenten sind Fachleuten an sich bekannt.
Ein weiterer nützlicher Vorteil der Messung von abgewiesener Strahlung an dem Ausgangsende einer Faser ist es, zu bestimmen, ob ein Laserstrahl an einem Werkstück fokussiert ist. Wenn der Laserstrahl fokussiert ist, wird eine minimale Menge an Prozessstrahlung zurück zu der Faser gelenkt, so dass minimale überschießende Strahlung entsteht. Wenn der Laser nicht an dem Werkstück fokussiert ist, erhöht sich die Menge an überschießender Strahlung.
5 zeigt ein Beispiel einer Prüfanordnung zur Untersuchung des Niveaus abgewiesener Strahlung bei Variation der Werkstückposition in Bezug auf eine Position im Fokus. Neben den Komponenten aus 1, die einen Laser, eine Faseranordnung und ein optisches System zum Abbilden der Faseranordnung umfassen, ist ein Werkstück in Form einer geneigten Metallplatte 50 vorgesehen, das auf einem motorbetriebenen Lineartisch 51 angebracht ist. Der Lineartisch wird während der Verwendung des Lasers relativ zu dem optischen System verschoben. Die Neigung der Platte dient dazu, während eines Verschiebungsvorgangs die axiale Position der Platte relativ zu dem optischen System kontinuierlich zu verändern.
6 zeigt eine typische Zeitkurve 60 des von einer Silizium-Fotodiode erzeugten Signals und insbesondere Spannung im Verhältnis zur Zeit für ein Signal, das auf die abgewiesene Strahlung an dem Ausgangsende der Faseranordnung während eines Verschiebungsvorgangs einer Platte aus Aluminiumlegierung bezogen ist. Der Laser war ein zum Schweißen ausgestalteter cw Nd:YAG-Laser.
Während des Verschiebungsvorgangs bewegt sich die Platte näher zu dem optischen System. Das Signal der abgewiesenen Strahlung erhöht sich anfangs, da von dem optischen System mehr Laserstrahlung gesammelt wird, während sich die Platte der Position im Fokus nähert, und dies noch mehr, sobald der Laserstrahl mit der Plattenoberfläche in Wechselwirkung tritt, wodurch auch Breitbandstrahlung entsteht. Während sich die Kopplung verbessert, nimmt die Reflexion von Laserstrahlung ab, und auch die Breitbandstrahlung verringert sich. Die abgewiesene Strahlung erreicht ein Minimalniveau M. Danach, während sich die Platte über die Position im Fokus hinausbewegt, steigt das Signal der abgewiesenen Strahlung 60 wieder auf ein Maximum, bevor es wieder abfällt, wie erwartet. Eine physikalische Untersuchung der Platte ergab ein Schweißen zu voller Durchdringungstiefe (d. h. der Schmelzepool hatte sich zu der vollen Dicke der Platte ausgebreitet) an einer Position, die der Zeit entsprach, zu der sich die Platte im Fokus befand; d. h. als das Signal der abgewiesenen Strahlung sich auf einem Minimalniveau M zwischen den beiden Maximalwerten befand.
Allgemeiner gesprochen kann das Signal der abgewiesenen Strahlung an dem Ausgangsende einer optischen Faseranordnung dazu verwendet werden, anzuzeigen, ob andere kritische Parameter wie z. B. die Laserleistung ihren erlaubten Bereich für zufriedenstellende Materialverarbeitungsvorgänge verlassen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen können weitere Informationen über die Optimierung eines Materialverarbeitungsvorgangs durch Überwachung der relativen Mengen abgewiesener Strahlung erlangt werden, die innerhalb von zwei oder mehr ausgewählten Wellenlängenbändern vorliegen, beispielsweise in einem UV-/sichtbaren Band und in einem nahezu infraroten Band. Dies kann einen Hinweis auf das Temperaturprofil des Werkstücks unmittelbar um den von dem Laserstrahl bestrahlten Bereich liefern und kann daher einen Hinweis darauf geben, wie nah der Prozess sich am Optimum befindet.
Das Kapillarrohr selbst besteht bevorzugt aus einem Quarzglasmaterial. Prinzipiell kann jedoch eine ganze Reihe optischer Materialien verwendet werden; vorausgesetzt, sie weisen bei der gewählten Laserwellenlänge gute optische Übertragung und gute Warmfestigkeit auf. In der Praxis ist allerdings bei Verwendung eines Kapillarrohrs die Wahl der Materialien auf solche Materialien eingeschränkt, die zu einem Kapillarrohr "gezogen" werden können. Das Kapillarrohr kann einen relativ großen Durchmesser aufweisen, um sicherzustellen, dass an dem empfindlichen Bereich des Kapillarrohres, wo dieses an der Halterung 9 innerhalb des Abschlusskörpers 4 befestigt ist, das Strahlungsniveau innerhalb des Rohres relativ niedrig ist, um das Risiko von thermischer Beanspruchung oder Bruch zu verringern. Außerdem kann es vorzuziehen sein, dass der Außendurchmesser des Kapillarrohrs beträchtlich größer ist als der Innendurchmesser der Apertur 11a.
Die Eingangsfläche des Kapillarrohrs kann andere als plane Form aufweisen. Beispielsweise kann sie sphärisch, konvex oder anders geformt sein, um der Strahlung innerhalb des Kapillarrohrs erwünschte Eigenschaften zu verleihen. Zum Beispiel kann die Formgebung dazu verwendet werden, zu verhindern, dass die Strahlung auf die zylindrische Außenwand des Rohrs auftrifft. Die Eingangsfläche des Kapillarrohrs kann auch eine spezielle optische Oberflächenbehandlung erhalten, etwa einen feinen optischen Schliff oder eine feine optische Politur, um der Strahlung innerhalb des Kapillarrohrs bevorzugte räumliche Eigenschaften wie etwa Homogenität zu verleihen. Außerdem kann eine Anti-Reflexions-Beschichtung auf die Eingangsfläche aufgebracht werden, um die Rückreflexion von Strahlung zu dem Laser und/oder zu der hinteren Fläche des Eingangsaperturkörpers zu minimieren.
Um die Reflektivität der Außenwand des Kapillarrohrs zu verbessern und somit das Entweichen von Strahlung zu minimieren, wird für das Rohr bevorzugt ein Material gewählt, das einen hohen Brechungsindex aufweist, damit der Grenzwinkel für die Wand verringert wird, und/oder eine reflektierende Beschichtung (z. B. aus Metall oder dielektrisch) auf die Außenwand aufgebracht. Es kann sich auch als günstig erweisen, eine reflektierende Beschichtung auf die Innenwand aufzubringen.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Außenwand des Kapillarrohrs andere Form als die eines kreisförmigen Zylinders haben. Dies kann dazu verwendet werden, erwünschte mechanische Eigenschaften wie etwa die Vermeidung einer Drehung des Rohres oder besondere optische Eigenschaften zu erreichen. Es kann auch erwünscht sein, dass der innere Kanal des Kapillarrohrs, in dem die optische Faser untergebracht ist, nicht mit der äußeren Wand des Rohrs konzentrisch ist.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Ausgangsfläche des Kapillarrohrs andere als plane Form haben, um der von der Fläche reflektierten abgewiesenen Strahlung besondere Eigenschaften zu verleihen. Gemäß besonderen Ausführungsformen kann die Ausgangsfläche die Form eines umgekehrten Kegels annehmen, wie in 8 gezeigt, oder die eines äußeren Kegels, wie in 9 gezeigt, wobei die Kegel Innenwinkel von 90° aufweisen. In der Ausführungsform aus 8 tritt die abgewiesene Strahlung über 360° aus. Bei einem äußeren Kegel mit einem Innenwinkel von 90° wie in 9 kann die abgewiesene Strahlung zu der Eingangsfläche zurück und aus dem Rohr heraus reflektiert werden. Gemäß einer Alternative, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, kann das Kapillarrohr eine plane Ausgangsfläche senkrecht zu der Rohrachse aufweisen, die optisch beschichtet ist, um die Strahlung zurück zu der Eingangsfläche zu reflektieren, wie in 10.
Die Querschnittsform und/oder Größe des Kapillarrohrs kann entlang dessen Länge progressiv oder diskret variieren.
Das ablenkende Element muss nicht unbedingt ein Kapillarrohr sein.
In den bisher beschriebenen Ausführungsformen wird wenigstens ein Teil der überschießenden Strahlung innerhalb des Kapillarrohrs durch Reflexion aus dem Kapillarrohr heraus umgelenkt. Jedoch eignen sich Vergleichsausführungsbeispiele, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind, für jedes Verfahren der Ablenkung von überschießender Strahlung aus dem Kapillarrohr. Zu solchen Verfahren gehören Brechung, Beugung und Streuung. Außerdem kann die Ablenkung der überschießenden Strahlung von dem Kapillarrohr an einer einzelnen Stelle oder von mehr als einer Stelle an oder in dem Kapillarrohr erfolgen; und im Falle einer einzelnen Stelle ist diese nicht auf die Ausgangsfläche beschränkt. Es werden nun spezifische Vergleichsausführungsbeispiele beschrieben.
Wie bereits erwähnt, beträgt der Grenzwinkel für Quarzglas für einen Nd:YAG-Laserstrahl bei einer Wellenlänge von 1064 nm 43,6°. Somit wird, wenn überschießende Strahlung in dem Kapillarrohr mit weniger als 43,6° auf die Ausgangsfläche einfüllt, die Strahlung von der Ausgangsfläche übertragen und wird von der optischen Faser weg refraktiert. 11 zeigt ein Vergleichsausführungsbeispiel, bei dem die Ausgangsfläche eines Kapillarrohrs um 55° zu der Achse des Rohres geneigt ist.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Reihe polierter Umfangsnuten an der Außenwand des Kapillarrohres an vorgegebenen Stellen entlang seiner Länge in der Weise vorgesehen sein, dass überschießende Strahlung, die auf eine Nut auftrifft, aus dem Rohr heraus und von ihm weg refraktiert wird. Ein solches Vergleichsausführungsbeispiel ist in 12 schematisch dargestellt. Tiefe, Beabstandung oder Profil der Nuten können gleich oder ungleich sein.
Alternativ kann überschießende Strahlung durch Beugung aus dem Kapillarrohr abgelenkt werden, beispielsweise an der Ausgangsfläche des Kapillarrohrs. Das Beugungsverfahren kann Amplitudenmodulation oder Phasenmodulation umfassen. Die Beugung von überschießender Strahlung kann beispielsweise durch selektives Aufbringen von zusätzlichem Material auf die gewählte Fläche (z. B. durch Vakuumbedampfen) oder durch selektives Entfernen von Material von der Fläche (z. B. durch selektives chemisches Ätzen, Beschuss oder Abtragen) oder durch selektive Modifikation der Eigenschaften des Materials in der Nähe der gewählten Fläche (z. B. durch selektiven Beschuss, chemische Diffusion oder Glühen).
Alternativ kann die gewählte Fläche des Kapillarrohrs durch Ätzen oder andere, in der Mikroelektronikindustrie bekannte Techniken mit einer Kleinstruktur versehen sein, wie sie jetzt an diffraktiven optischen Elementen (DOEs) gebräuchlich ist. Die strukturierte Oberfläche modifiziert die Phasenfront eines einfallenden Lichtstrahls, so dass durch Beugung und Interferenz eine neue Wellenfront mit gewünschten Eigenschaften erzeugt wird. Durch solche Mittel kann überschießende Strahlung innerhalb des Kapillarrohrs von der optischen Faser weg in eine Richtung abgelenkt werden, die bevorzugt zu der Achse des Rohrs in einem größeren Winkel geneigt ist, als dies bei Ablenkung der Strahlung durch Brechung an der Fläche möglich ist. Bevorzugt ist die beugende Fläche die Ausgangsfläche des Kapillarrohrs.
Alternativ kann überschießende Strahlung durch Streuung oder Diffusion aus dem Inneren des Kapillarrohrs abgelenkt werden. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem wenigstens ein Abschnitt der äußeren zylindrischen Wand des Kapillarrohrs mit einer geschliffenen oder matten Oberfläche vorgesehen wird, beispielsweise durch Abreiben oder Ätzen des gewählten Wandbereiches oder durch Aufbringen oder Aufdampfen von ausgewähltem Material auf der Oberfläche.
Alternativ können diskrete Streustellen unter der Oberfläche erzielt werden, beispielsweise durch Vorsehen einer oder mehrerer Umfangsnuten in der Rohrwand mit mechanischen oder anderen Mitteln.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung gibt es eine Grenze für den maximalen Außendurchmesser des Kapillarrohrs 6; diese wird generell durch fertigungstechnische Beschränkungen bestimmt. Um zu verhindern, dass überschießende Strahlung über den äußeren Rand des Kapillarrohrs in den Abschluss gelangt und dadurch Schaden verursacht, ist vor dem Kapillarrohr eine äußere Eingangsapertur 11a vorgesehen, die in 2 und 3 durch einen Aperturkörper 11 ausgebildet ist. Dies ist in 7 deutlicher dargestellt. Die optische Faser umfasst einen Kern 70 und eine Mantelschicht 71. Das Kapillarrohr 6 ist koaxial um die Faser angebracht. Die Apertur 11a ist durch den Aperturkörper 11 in der Weise bestimmt, dass sie einen Innendurchmesser d aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser D des Kapillarrohrs. Hierdurch wird sichergestellt, dass alle Strahlung, die durch die Eingangsapertur gelangt, entweder in die Faser oder in das Kapillarrohr eintreten muss.
Der die Eingangsapertur ausbildende Körper kann aus vielen verschiedenen Materialien bestehen. In der Regel besteht er aus einem Material wie z. B. einem Metall oder möglicherweise einem Keramikwerkstoff. Er könnte jedoch auch aus einem optisch transparenten Material bestehen. Vorausgesetzt, dass das Material nicht optisch beschichtet ist, weist der Körper dann eine sehr hohe Beschädigungsschwelle hinsichtlich optischer Strahlung auf. Verglichen mit einer Apertur aus Metall oder Keramik würde hierdurch die Möglichkeit vermieden, dass Material durch die einfallende Strahlung von dem Aperturkörper abgeschmolzen wird und sich so auf der Eingangsfläche der Faser und/oder dem Kapillarrohr ablagert. Wie in 7 dargestellt, kann in einer möglichen Ausgestaltung der Aperturkörper 11 eine Scheibe aus optisch transparentem Material umfassen, die ein konisches, zentrales Loch 75 aufweist, welches die eigentliche Apertur 11a bildet. Das konische, zentrale Loch 75 weist einen Innenwinkel von ca. 90° und einen minimalen Öffnungsdurchmesser auf, der größer ist als der Faserdurchmesser, jedoch kleiner als der Außendurchmesser des Kapillarrohrs. Der Vorteil des konischen Aufbaus ist, dass Strahlung, die sich außerhalb des Durchmessers d der Apertur befindet, von der inneren Oberfläche 80 reflektiert wird und durch den äußeren Rand einer Scheibe, wie dargestellt, nach außen abgelenkt wird. In der Praxis kann das Profil der Apertur eine Vielzahl von Formen annehmen; eine bevorzugte Anforderung ist jedoch, dass auf den Aperturkörper einfallende Strahlung dann nicht durch die Apertur auf die Faser oder das Kapillarrohr abgelenkt werden sollte.
Die vorliegende Erfindung kann mit optischen Fasern jeder Art verwendet werden, die aus allen Materialien bestehen können. Die Fasern können Stufenindex- oder Gradientenindexfasern oder Fasern anderer Typen sein. Außerdem ist die Erfindung nicht auf Verwendungen mit einzelnen Fasern beschränkt. Sie kann mit Systemen verwendet werden, die mehrere Fasern enthalten, z. B. mehrere in Serie verbundene Fasern, und mit komplexeren Anordnungen, die parallele und/oder serielle optische Fasern aufweisen.
Die vorliegende Erfindung betrifft generell die Lösung von Problemen im Zusammenhang mit überschießender Strahlung. Wie bereits bemerkt, kann jedoch Schaden an der Faser und/oder dem Verbinder auch durch Strahlung entstehen, die an der Faserfläche direkt in den Mantel eintritt. Ein Verfahren zur Verringerung der Menge an Leistung, die in den Mantel eintritt, ist eine Verringerung der Querschnittsfläche des Mantels durch Verringerung der Dicke des Mantels. Bei einem Kerndurchmesser von einer Einheit (z. B. 600 Mikrometer) ist der Mantel typischerweise 0,1 Einheiten (60 Mikrometer) dick. Dies ergibt ein Mantel-/Kerndurchmesserverhältnis von 1,2. Es kann jedoch möglich sein, die Manteldicke zu verringern, um ein Mantel-/Kerndurchmesserverhältnis von etwa 1,05 zu erzielen. Hierdurch verringert sich die Querschnittsfläche des Mantels von 44% auf nur 10% von derjenigen des Kerns. Die Verwendung eines dünneren Mantels in Kombination mit der Ablenkung gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert die Integrität und Zuverlässigkeit einer optischen Faseranordnung für Laserübertragung mit hoher Leistung weiter.
Die vorliegende Erfindung kann mit Lasern aller Typen verwendet werden. Bei den Lasern kann es sich um Impuls- oder Dauerstrichlaser oder um jeden anderen Typ handeln, und die vorliegende Erfindung kann auch mit jeder Strahlungsquelle verwendet werden, die von einer optischen Faser übertragen werden kann; nicht unbedingt Laserstrahlung.
Ein Abschluss kann entweder an dem Eingangs- oder an dem Ausgangsende einer Faseranordnung oder an beiden Enden angewendet werden.
Bei der Analyse von abgewiesener Strahlung muss die abgewiesene Strahlung nicht unbedingt lokal, d. h. an dem Abschluss oder an der Strahlenfalle, gemessen oder analysiert werden. Sie kann auch an einem entfernten Standort eingeschätzt oder analysiert werden. Dies könnte beispielsweise über eine zweite optische Faser erfolgen, deren proximales Ende einen Teil der abgewiesenen Strahlung abfängt und abtastet.
Die vorliegende Erfindung ist für jede Anwendung anwendbar, zu der die Übertragung von Laserstrahlung oder optischer Strahlung hoher Leistung gehört, nicht nur für Materialverarbeitungsvorgänge, sondern auch für andere Verwendungen wie z. B. medizinische Anwendungen, zur Detonation von Sprengvorrichtungen oder für andere Anwendungen.

Claims

Ein Verfahren zum Schutz einer Führungsanordnung für optische Fasern vor überschießender Strahlung hoher Leistung (41, 42), umfassend das Anbringen eines optisch transmittierenden, länglichen, rohrförmigen Körpers (6) anliegend an einen Teil einer optischen Faser (1) und diesen axial umschließend, wobei der Körper (6) ein Ende (8) aufweist, welches bezüglich der Längsachse des Körpers (6) geneigt ist, wodurch überschießende Strahlung (41, 42), welche in das andere Ende (7) des Körpers eintritt, dazu veranlasst wird, innerhalb des Körpers (6) durch totale innere Reflexion zu verbleiben, bevor sie am geneigten Ende (8) dazu veranlasst wird, durch totale innere Reflexion von der Achse weg abgelenkt zu werden.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Anordnung für die optische Faser eine Verbindungsanordnung an einem Ende einer optischen Faser ist, und wobei das Verfahren den Schutz der Verbindungsanordnung vor überschießender Strahlung umfasst.
Ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, wobei der Körper ein Kapillarrohr ist.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die überschießende Strahlung überschießende Laserenergie ist.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend den Schritt der zumindest teilweisen Absorption der abgelenkten Energie an einem Strahlungsenergieabsorber.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 5, enthaltend den Schritt des Analysieren oder Messen der überschießenden Strahlung.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Neigungswinkel 45° oder 49° bezüglich der Längsachse beträgt.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper eine distal von der geneigten Fläche angeordnete Fläche aufweist, welche zu der Längsachse des Körpers normal ist.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der interne Durchmesser des Elements im Bereich zwischen 740 und 750 μm liegt, wenn die optische Faser eine 730 μm-Faser ist.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper eine Länge von 25 mm aufweist.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper an oder in Richtung einer Eingangsseite der optischen Faser liegt.
Ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Körper an oder in Richtung einer Ausgangsseite einer optischen Faser liegt.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Anbringung des Ablenk-Körpers an die optische Faser ein Abschlusskörper verwendet wird.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Spalt zwischen der äußeren Oberfläche des Mantels der optischen Faser und dem inneren Durchmesser des Körpers gebildet wird.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper an den Mantel der Faser anliegend, ohne eine Zwischenschicht angeordnet ist.