JP2022520002A - Laser system - Google Patents

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Abstract

Figure 2022520002000001

本発明は、有用な光分布(L)を成形するための2つのレーザ光源(12a、12b)、2つの光入力チャネル(18a、18b)及び2つの光出力チャネル(24a、24b)を備えた供給光学系(20)、及びビーム成形光学系(28)を備えたレーザシステム(10)に関する。光入力チャネルは、各々少なくとも2つのレーザビーム(14)を含む1つの入力ビーム群(16a、16b)に給電するように設計されており、光出力チャネルは、各々1つの出力ビーム群(26a、26b)を案内するように設計されている。供給光学系(20)は、各出力ビーム群(26a、26b)が、第1光入力チャネル(18a)の入力ビーム群(16a)からの少なくとも1つのレーザビーム(14)と、第2光入力チャネル(18b)の入力ビーム群(16b)からの少なくとも1つのレーザビーム(14)とを有するように、供給されたレーザビーム(14)を再配置するように設定される。
【選択図】なし

Figure 2022520002000001

The present invention comprises two laser light sources (12a, 12b), two optical input channels (18a, 18b) and two optical output channels (24a, 24b) for shaping a useful light distribution (L). The present invention relates to a laser system (10) including a supply optical system (20) and a beam forming optical system (28). The optical input channels are designed to feed one input beam group (16a, 16b), each containing at least two laser beams (14), and the optical output channels are each one output beam group (26a, 16b). It is designed to guide 26b). In the supply optical system (20), each output beam group (26a, 26b) has at least one laser beam (14) from the input beam group (16a) of the first optical input channel (18a) and a second optical input. The supplied laser beam (14) is configured to be rearranged to have at least one laser beam (14) from the input beam group (16b) of the channel (18b).
[Selection diagram] None

Description

本発明は、複数のレーザビームによって提供される有用な光分布(L)を生成するためのレーザシステム又はレーザ装置に関する。 The present invention relates to a laser system or laser device for producing a useful light distribution (L) provided by a plurality of laser beams.

有利であるが排他的ではない適用分野は、線形ビームプロファイルを有する有用な光分布、特に伝搬方向に沿って広がる出力ビームであって、作用面内で消失しない強度を有する線方向に沿って延びる線形ビーム断面を有する出力ビームの生成である。 An advantageous but non-exclusive application is a useful light distribution with a linear beam profile, particularly an output beam that extends along the propagation direction and extends along a linear direction with an intensity that does not disappear in the plane of action. The generation of an output beam with a linear beam cross section.

このような線状ビームプロファイルは、例えば、半導体又はガラスの表面の加工、例えば、TFTディスプレイの製造、半導体のドーピング、太陽電池の製造、又は建築目的のために美的に設計されたガラス表面の製造に使用される。ここで、線状ビームプロファイルは、加工される表面にわたって線の延長方向に垂直に走査される。例えば、放射線は、表面改質プロセス(再結晶、融解、拡散プロセス)をトリガすることができ、所望の加工結果を達成することができる。 Such linear beam profiles can be used, for example, to process semiconductor or glass surfaces, such as TFT display manufacturing, semiconductor doping, solar cell manufacturing, or glass surface manufacturing aesthetically designed for architectural purposes. Used for. Here, the linear beam profile is scanned perpendicular to the extension direction of the line over the surface to be machined. For example, radiation can trigger surface modification processes (recrystallization, melting, diffusion processes) to achieve the desired processing results.

レーザシステムは、高エネルギー密度及び/又は空間的に強く拡張された直線強度分布を生成するために、所望の有用な光分布を供給するための複数のレーザ光源を含む。例えば、DE 10 2008 027 229 B4は、複数のレーザ光源によって放射され、それらの光学チャネルの一部の途中についてグループで実行される幾つかのレーザビームをビーム成形し、組み合わせるための装置を示し、この装置においては、レーザビームは最終的に一緒にされ、所望の線状ビームプロファイルに変換され得る。これを有用な光分布に変換するために、レーザ放射は、種々のレーザ光源からのレーザビームによって照射されるように設計された複数の光学素子を通過する。従って、光学素子の均一な照射を達成するために、全てのレーザ光源が常に作動しているべきである。レーザ光源が故障した場合、又はレーザ光源を弱め又は非活性化することによって有用な光分布の強度を減少させようとする場合、光学素子はもはや均等に照射されない。これは、有用な光分布の品質及び均質性を損なう可能性がある。 The laser system includes multiple laser sources to provide the desired useful light distribution in order to produce a high energy density and / or a spatially strongly expanded linear intensity distribution. For example, DE 10 2008 027 229 B4 shows a device for beam shaping and combining several laser beams emitted by multiple laser sources and performed in groups along the way of some of their optical channels. In this device, the laser beams can eventually be combined and transformed into the desired linear beam profile. To convert this into a useful light distribution, laser radiation passes through multiple optics designed to be illuminated by laser beams from various laser sources. Therefore, all laser light sources should be in operation at all times to achieve uniform irradiation of the optics. If the laser light source fails, or if an attempt is made to reduce the intensity of the useful light distribution by weakening or deactivating the laser light source, the optics are no longer evenly illuminated. This can compromise the quality and homogeneity of the useful light distribution.

DE 10 2008 027 229 B4DE 10 2008 027 229 B4

本発明は、パワー変動が発生した場合、又は個々のレーザ光源が不活性化された場合に、レーザシステムの機能性及び有用な光分布の質を改善するという目的に基づいている。 The present invention is based on the object of improving the functionality and useful light distribution quality of a laser system in the event of power fluctuations or inactivation of individual laser sources.

この目的は、請求項1に記載のレーザシステムによって達成される。レーザシステムは、全体として、複数の装置及び/又は構成部分を備える装置である。特に、レーザシステムは、レーザビームを指定するための少なくとも2つのレーザ光源と、レーザビームのための供給光学系とを備える。供給光学系は、レーザビームのための少なくとも第1の光入力チャネル及び第2の光入力チャネルを有する。さらに、供給光学系は、少なくとも1つの第1の光出力チャネルと、レーザビームが供給光学系から出る第2の光出力チャネルとを備える。次いで、供給光学系のレーザビームは、光出力チャネルのレーザビームから直線的な断面を有する所望の有用な光分布を形成するように設計されたビーム成形光学系を通ってビーム経路内を続いて走行する。 This object is achieved by the laser system according to claim 1. A laser system as a whole is a device comprising a plurality of devices and / or components. In particular, the laser system comprises at least two laser sources for designating the laser beam and supply optics for the laser beam. The feed optics have at least a first optical input channel and a second optical input channel for the laser beam. Further, the supply optical system includes at least one first optical output channel and a second optical output channel from which the laser beam exits the supply optical system. The laser beam of the feed optics then continues in the beam path through a beam shaping optic designed to form the desired useful light distribution with a linear cross section from the laser beam of the optical output channel. Run.

第1及び第2の光入力チャネルは、それぞれ、入力ビーム群が供給され得るように設計され、入力ビーム群は、各々、少なくとも2つのレーザビームを含み得る。第1及び第2の光出力チャネルは、それぞれ、1つの出力ビーム群を案内するように設計されており、各出力ビーム群は、今度は、少なくとも2つのレーザビームを含み得る。 The first and second optical input channels are each designed to be supplied with an input beam group, each of which may contain at least two laser beams. The first and second light output channels are each designed to guide one output beam group, and each output beam group may in turn include at least two laser beams.

供給光学系は、供給されたレーザビームが入力チャネルから出力チャネルへの遷移で再ソートされるように設定される。特に、供給光学系は、各出力ビーム群が、第1光入力チャネルの入力ビーム群からの少なくとも1つのレーザビームと、第2光入力チャネルの入力ビーム群からの1つのレーザビームとを含むように作用する。 The feed optics are set so that the feed laser beam is re-sorted on the transition from the input channel to the output channel. In particular, supply optics such that each output beam group comprises at least one laser beam from the input beam group of the first light input channel and one laser beam from the input beam group of the second light input channel. Acts on.

その結果、各出力ビーム群は、両方の光入力チャネルからの寄与を含む。特に、入力チャネルのうちの1つからのレーザビームは、出力ビーム群のそれぞれに存在する。その結果、例えば、光入力チャネルを通る照射が減少する場合(例えば、レーザ光源の1つが非活性化される場合)、各光出力チャネルも照射される。その結果、特に、種々のレーザ光源の放射パワーが互いに対して変化する場合、又は個々のレーザ光源が全く放射しない場合に、有用な光分布の質及び均質性を改善することができる。 As a result, each output beam group contains contributions from both optical input channels. In particular, a laser beam from one of the input channels is present in each of the output beam groups. As a result, for example, if the illumination through the optical input channels is reduced (eg, if one of the laser sources is deactivated), each optical output channel is also illuminated. As a result, the quality and homogeneity of the useful light distribution can be improved, especially when the radiating powers of the various laser sources vary relative to each other, or when the individual laser sources do not emit at all.

本文脈では、光学チャネル(入力チャネル、出力チャネル)は、特に、レーザビームの群が、チャネル内の他のチャネルから空間的に分離されかつ/又は光学的に分離されて案内されるという事実によって特徴付けられる。光学チャネルは、複数の光学的に有効な要素(レンズ、ミラー、開口など)を備えることができる。この点において、入力チャネルは、特に、レーザビーム又はレーザビーム群を照射することができ、次いで、他のビーム又はビーム群とは別個に走行することができる光学素子を備えた供給光学系のセクションである。入力ビーム群の異なるレーザビームは、各出力ビーム群が、第1の光入力チャネルの少なくとも入力ビーム群及び第2の光入力チャネルの入力ビーム群からのレーザビームを含むように、供給光学系において出力ビーム群に再分配される。 In this context, optical channels (input channels, output channels) are guided, in particular, by the fact that a group of laser beams is spatially separated and / or optically separated from other channels within the channel. Characterized. An optical channel can include multiple optically effective elements (lens, mirror, aperture, etc.). In this regard, the input channel is, in particular, a section of feed optics with optical elements capable of irradiating a laser beam or group of laser beams and then traveling separately from other beams or groups of beams. Is. Laser beams with different input beam groups are provided in the supply optical system such that each output beam group contains a laser beam from at least the input beam group of the first optical input channel and the input beam group of the second optical input channel. It is redistributed into the output beam group.

供給光学系は、基本的に、入力ビーム群の各レーザビームが、この入力ビーム群の他のレーザビームと混合されることなく、供給光学系を通過し、出力チャネルのうちの1つに導かれるように設計することができる。この点において、レーザビームは、次いで、他のレーザビームと組み合わされることなく、それぞれの入力ビームチャネルから出力ビームチャネルへと導かれる。異なるレーザビームの混合(例えば、均質化光学系、円筒レンズアレイ等による)は、そのような構成において、例えば、ビーム成形光学系においてのみ行われる。原理的には、それぞれの光入力チャネルを介して放射される種々のレーザビームが、互いに分離された光サブチャネル内の供給光学系内を走行することが考えられる。光学的意味での混合は、例えば、供給光学系内で互いに空間的に離間されたレーザビームを導くことによって回避することができる。ただし、上記の構成は必須ではない。 The feed optics basically allow each laser beam in the input beam group to pass through the feed optics and lead to one of the output channels without being mixed with the other laser beams in this input beam group. It can be designed to be used. In this regard, the laser beam is then guided from each input beam channel to the output beam channel without being combined with other laser beams. Mixing of different laser beams (eg, with homogenized optics, cylindrical lens arrays, etc.) is done only in such configurations, eg, in beam forming optics. In principle, it is conceivable that various laser beams emitted through their respective optical input channels travel within the supply optical system within the optical subchannels separated from each other. Mixing in the optical sense can be avoided, for example, by guiding laser beams spatially separated from each other in the feed optics. However, the above configuration is not essential.

供給光学系は、好ましくは、各光入力チャネルに対して少なくとも1つの光学素子を有し、その光学素子は、ビーム偏向及び/又はビーム誘導のために設計される。また、光学素子は、それぞれの光入力チャネルの入力ビーム群のうちの1つのレーザビームのみ、又はそれぞれの光入力チャネルの入力ビーム群のうちのレーザビームのサブグループのみを検出するように、供給光学系内にセットアップ及び配置される。入力ビーム群のレーザビーム上又はそれぞれのサブグループ上にのみ選択的に作用するこのような光学要素によって、レーザビームは、入力ビーム群と出力ビーム群との間に言及される方法で再配置することができる。 The feed optics preferably have at least one optic for each optical input channel, the optic being designed for beam deflection and / or beam guidance. Further, the optical element is supplied so as to detect only one laser beam in the input beam group of each optical input channel or only a subgroup of the laser beam in the input beam group of each optical input channel. Set up and placed within the optical system. With such optics acting selectively only on the laser beam of the input beam group or on each subgroup, the laser beam is rearranged between the input beam group and the output beam group in the manner referred to. be able to.

特に、光学素子は、光学素子によって選択的に検出されるレーザビーム、又は光学素子によって選択的に検出されるレーザビームのサブグループが、同一の光入力チャネルにおいて光学素子によって検出されないそれぞれのレーザビームとは異なる光出力チャネルに導かれるように設計され、配置されている場合には有利である。例えば、光学素子が、入力ビーム群のレーザビームのうちの1つを、検出されない他のレーザビームとは異なる光出力チャネルに選択的に向けることが考えられる。 In particular, the optical element is a laser beam selectively detected by the optical element, or a subgroup of laser beams selectively detected by the optical element is not detected by the optical element in the same optical input channel. It is advantageous if it is designed and arranged to be guided to a different optical output channel. For example, it is conceivable that the optical element selectively directs one of the laser beams of the input beam group to an optical output channel different from the other undetected laser beams.

供給光学系は、好ましくは、1つ又は複数のビームステアリング要素及び/又は1つ又は複数のビーム誘導要素を備え、その手段によって、光入力チャネルから光出力チャネルへのビーム経路が画定される。ビーム経路は、好ましくは、方向の変化を有し、特に、複数回の方向の変化を有する。ビーム経路が、例えばZ折りのように(文字Zの形状に類似して)数回折り畳まれる場合、特に有利である。その結果、長い光路をコンパクトな設置スペースに収めることができる。これにより、例えば、屈折強度が比較的低く且つ/又は比較的大きな焦点距離を有する望遠鏡又は他のビーム成形光学系をビーム経路内で使用することが可能となる。屈折強度が低く且つ/又は焦点距離が大きい光学系では通常収差が小さくなる傾向があるので、ビーム経路を折り畳むことによって光学精度を高くすることができる。 The feed optics preferably include one or more beam steering elements and / or one or more beam guidance elements, by which means delimit the beam path from the optical input channel to the optical output channel. The beam path preferably has directional changes, especially multiple directional changes. This is especially advantageous if the beam path is folded several times (similar to the shape of the letter Z), for example a Z fold. As a result, a long optical path can be accommodated in a compact installation space. This allows, for example, a telescope or other beam-forming optical system with relatively low refraction intensity and / or relatively large focal length to be used in the beam path. Since an optical system having a low refraction intensity and / or a large focal length usually tends to have a small aberration, the optical accuracy can be improved by folding the beam path.

他の実施態様においては、特に折り畳まれたビーム経路は、後続のビーム成形光学系においてビーム経路の平面に垂直な平面内を走る。この点において、ビーム成形光学系はまた、複数の光学素子を含み、その光学素子の手段によって、ビーム経路が指定され、それによって、特に、方向の1つ又は複数の変化も有し、好ましくは、1回又は複数回折り畳まれる。この点において、折り畳まれたビーム経路は、今度は、ビーム経路が走る平面を割り当てることができる。 In another embodiment, the particularly folded beam path runs in a plane perpendicular to the plane of the beam path in subsequent beam shaping optics. In this regard, the beam forming optics also include a plurality of optical elements, the means of which the optical element specifies a beam path, thereby having one or more changes in direction, preferably. Can be folded once or multiple times. In this regard, the folded beam path can in turn be assigned a plane through which the beam path runs.

供給光学系は、好ましくは、第1の光入力チャネル及び第2の光入力チャネルが、例えば反対のビーム方向を有し、特に反対側からの異なるビーム方向を有するレーザビームがチャネルに放射され得るように配置されるように設計される。特に、供給光学系は、それ自体の筐体を有し、第1の光入力チャネルへのビーム入口と、第2の光入力チャネルへのさらなるビーム入口とが、筐体の反対側に配置される。これらの手段により、レーザシステム内の供給光学系に対して互いに反対のレーザ光源を配置することが可能になる。更なるレーザ光源のための更なるビーム入口も設けることができ、これは特に筐体の更なる自由側に配置される。その結果、レーザ光源は互いに空間的に分離される。これは、例えば、冷却及び給電が可能になるので、動作信頼性を増大させる。保守作業も簡単になる。 The feed optics preferably have a first optical input channel and a second optical input channel having, for example, opposite beam directions, in particular a laser beam having different beam directions from the opposite side can be radiated into the channels. Designed to be arranged in such a way. In particular, the feed optics have its own enclosure, with a beam inlet to the first optical input channel and an additional beam inlet to the second optical input channel located on opposite sides of the enclosure. The light. These means make it possible to arrange laser light sources opposite to each other with respect to the supply optical system in the laser system. Additional beam inlets for additional laser sources can also be provided, which are specifically located on the further free side of the enclosure. As a result, the laser sources are spatially separated from each other. This increases operational reliability, for example by allowing cooling and feeding. Maintenance work is also easy.

他の実施態様においては、少なくとも1つの光出力チャネルに対する供給光学系は、このそれぞれの光出力チャネルの他のレーザビームと比較して少なくとも1つのレーザビームの光路を変更するように設定される光路調整光学系を含む。このような経路調整光学系は、好ましくは、各光出力チャネルに対して提供される。光路調整光学系は、特に、光出力チャネルからの1つのレーザビームのみ、又は光出力チャネルからのレーザビームのサブグループのみを受光するように設計される。光路調整光学系は、例えば、偏向ミラーの組み合わせを有することができ、それによって、付加的な可変長光路を規定することができる。次いで、それぞれ検出されたレーザビーム又はそれぞれ検出されたレーザビームのサブグループは、この付加的な可変長光路を横断する。 In another embodiment, the supply optical system for at least one optical output channel is configured to change the optical path of at least one laser beam as compared to the other laser beams of this respective optical output channel. Includes adjustable optics. Such path-adjusting optics are preferably provided for each optical output channel. Optical path conditioning optics are specifically designed to receive only one laser beam from the optical output channel or a subgroup of laser beams from the optical output channel. The optical path adjustment optical system can have, for example, a combination of deflection mirrors, thereby defining an additional variable length optical path. Each detected laser beam or subgroup of each detected laser beam then traverses this additional variable length optical path.

このシステムは、モジュール式で、スケーラブルであることが有利である。特に、2つ以上の光入力チャネルを設けることができる。代替的又は付加的に、供給光学系は、2つよりも多い入力ビーム群を照射できるように設計することができる。供給光学系は、入力ビーム群のビームが幾つかの異なる出力ビーム群に分割されるように設計されるのが有利である。供給光学系は、さらに、出力ビーム群の各々が、複数の入力ビーム群の各々からの少なくとも1つのレーザビームを含むように設計されることが好ましい。このようなシステムは、1つ又は複数のレーザ光源が非活性化された場合でも、ほぼ均一に照射される。 The advantage of this system is that it is modular and scalable. In particular, two or more optical input channels can be provided. Alternatively or additionally, the feed optics can be designed to illuminate more than two input beam groups. It is advantageous that the feed optics are designed so that the beam of the input beam group is divided into several different output beam groups. The feed optics are further preferably designed such that each of the output beam groups contains at least one laser beam from each of the plurality of input beam groups. Such a system is irradiated almost uniformly even when one or more laser sources are deactivated.

他の実施態様においては、ビーム成形光学系は、光出力チャネルから出現するレーザビームを受光する再成形光学系を有する。再成形光学系は、検出されたレーザビームから直線的に延びるビーム断面を有するビームパッケージを形成するように設計される。この目的のために、再成形光学系がいくつかの別個の変換素子を有し、各々がそれぞれの出力ビーム群に割り当てられている1つの変換素子が考えられる。各出力ビーム群は、説明したように、いくつかの入力チャネルからの寄与を含むので、レーザ光源がレーザビームを照射していないときでも形成光学系は均一に照射される。 In another embodiment, the beam forming optical system has a reforming optical system that receives a laser beam emerging from an optical output channel. The remodeling optics are designed to form a beam package with a beam cross section extending linearly from the detected laser beam. For this purpose, one conversion element is conceivable in which the remodeling optics have several separate conversion elements, each assigned to each output beam group. Since each output beam group contains contributions from several input channels, as described, the formed optical system is uniformly irradiated even when the laser source is not irradiating the laser beam.

ただし、別個の変換エレメントを持つデザインは必須ではない。また、出力ビーム群が結合されて、再成形光学系の前方に結合ビームを形成することも考えられる。この点において、ビーム成形光学系は、それぞれの光出力チャネルの出力ビーム群のレーザビームを組み合わせるように設定される組み合わせ光学系、又は再成形光学系の前の幾つかの光出力チャネルの出力ビーム群からのレーザビームを組み合わせて組み合わせビームを形成するように設定される組み合わせ光学系を更に含み得る。再成形光学系は、好ましくは、次いで、それらが組み合わせビームを受光し、それらを直線的に延在するビーム断面を有するビームパッケージに再成形するように配置される。 However, a design with separate transformation elements is not required. It is also conceivable that the output beam groups are coupled to form a coupled beam in front of the remodeling optical system. In this regard, the beam forming optics are a combination optics configured to combine the laser beams of the output beam groups of the respective optical output channels, or the output beams of some optical output channels prior to the remodeling optics. Further may include combined optics configured to combine laser beams from the group to form a combined beam. The remodeling optics are preferably arranged such that they then receive the combined beam and reshape them into a beam package with a linearly extending beam cross section.

更なる精密化のために、ビーム経路の下流、すなわち再成形光学系に続いて均質化光学系を設けることができ、これは、有用な光分布に所望の特性を与えるために、再成形光学系のビームパケットを検出し、更に再成形する。 For further refinement, a homogenized optic can be provided downstream of the beam path, i.e. following the reshaped optics, which allows the reshaped optics to give the desired properties to the useful light distribution. The beam packet of the system is detected and further reshaped.

出力ビーム群のレーザビームは、任意に、ビーム成形光学系において互いに独立して光学的に成形することができる。この目的のために、ビーム成形光学系は、少なくとも1つの望遠鏡、特にアナモルフィック望遠鏡を有し、これは、光出力チャネルの1つ又は複数のレーザビームに作用することが考えられる。望遠鏡は、特に、ビーム経路内で互いに続く2つの収束レンズを備えることができ、これらのレンズは、例えば、それらの付加焦点距離から、それらの対向焦点面が一致するように(例えば、ケプラー望遠鏡の方法で)距離を置いて配置される。望遠鏡は、好ましくは、アナモルフィック望遠鏡として設計され、その結果、レーザビームは、それぞれのチャネル内でアナモルフィックに変形される。特に、望遠鏡は、レーザビームの伝搬方向に垂直な軸に沿って、画像スケールの円筒状の歪みを生じさせるように設計される。例えば、ビーム成形光学系が、2つの異なる歪方向(特に、2つの垂直方向に関して)に関して作用する、各出力ビーム群に対して又はある出力ビーム群に対して、ビーム経路内に直列に配置された2つのアナモルフィック望遠鏡を有することが考えられる。このようにして、ビームのプロパティを2つの垂直軸に対して調整できる。ここで述べた望遠鏡は特に再成形光学系の前のビーム経路に配置される。 The laser beams of the output beam group can optionally be optically molded independently of each other in the beam forming optical system. For this purpose, the beam forming optics have at least one telescope, particularly an anamorphic telescope, which may act on one or more laser beams in the optical output channel. Telescopes can in particular be equipped with two converging lenses that follow each other in the beam path, such as the Kepler telescope so that their facing focal lengths match, for example, from their additional focal length. Are placed at a distance (by the method of). The telescope is preferably designed as an anamorphic telescope so that the laser beam is transformed into an anamorphic within each channel. In particular, telescopes are designed to cause cylindrical distortion of the image scale along an axis perpendicular to the direction of propagation of the laser beam. For example, beam forming optics are arranged in series in the beam path for each output beam group or for one output beam group acting in two different strain directions (especially with respect to two vertical directions). It is conceivable to have only two anamorphic telescopes. In this way, the beam properties can be adjusted for the two vertical axes. The telescopes mentioned here are specifically placed in the beam path in front of the remodeling optics.

本発明の有利な態様は、異なるレーザ光源が異なる光入力チャネルに供給されることである。それぞれの光出力チャネルは、幾つか又は全ての入力チャネルからレーザビームを導くので、レーザ光源が故障しても、光出力チャネルは依然として均一に照射される。したがって、レーザ光源は、互いに独立して動作させることができる。 An advantageous aspect of the present invention is that different laser light sources are fed to different optical input channels. Since each light output channel guides the laser beam from some or all input channels, the light output channel is still uniformly illuminated even if the laser light source fails. Therefore, the laser light sources can be operated independently of each other.

また、本発明の有利な態様は、各レーザ光源が少なくとも2つの別個の(すなわち、互いに空間的に分離された)レーザビームを放射するように設計されているという事実から成る。特に、次いで、2つのレーザ光源が異なる光入力チャネルに放射され、1つのレーザ光源によって放射された少なくとも2つのレーザ光が入力ビーム群を形成することが提供される。このようなレーザ光源は、例えば、周波数倍増レーザ又は周波逓倍増レーザとして実装することができ、そこでは、残りの変換ビームもまた、再変換され、したがって、2つ以上の出力ビームを提供することができる。 Also, an advantageous aspect of the invention consists of the fact that each laser source is designed to emit at least two separate (ie, spatially separated from each other) laser beams. In particular, it is then provided that two laser sources are radiated to different light input channels and at least two laser beams emitted by one laser source form an input beam group. Such a laser source can be implemented, for example, as a frequency doubling laser or a frequency doubling laser, where the remaining converted beams are also reconverted, thus providing more than one output beam. Can be done.

本発明を以下に、図面を参照してより詳細に説明する。 The present invention will be described in more detail below with reference to the drawings.

図1は、本発明によるレーザシステムのビーム経路及び機能的構成要素を説明するための概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a beam path and functional components of a laser system according to the present invention. 図2は、本発明によるコンパクトな構造のレーザシステムの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a laser system having a compact structure according to the present invention.

以下の説明及び図において、同一の参照記号は、同一の又は相互に対応する特徴のために使用される。 In the following description and figures, the same reference symbols are used for the same or corresponding features.

図1及び図2では、レーザシステム又はレーザ装置が示されており、これは全体として符号10で示されている。図示の例では、レーザシステム10は、レーザビームを放射するための2つのレーザ光源12a、12bを含む。図示の例では、レーザ光源12a、12bの各々は、2つの別個のレーザビーム14が平行に放射されるように設計されている。 1 and 2 show a laser system or laser device, which is indicated by reference numeral 10 as a whole. In the illustrated example, the laser system 10 includes two laser light sources 12a, 12b for radiating a laser beam. In the illustrated example, each of the laser light sources 12a, 12b is designed so that two separate laser beams 14 are emitted in parallel.

各レーザ光源12a,12bからのレーザ光は、それぞれ入力ビーム群16a,16bを形成する。入力ビーム群は、例えば、各々が1つのレーザビーム14のみを放射する複数のレーザ光源によって供給することもできることは言うまでもない。入力ビーム群16a、16bはそれぞれ、光入力チャネル18a及び18bを通って供給光学系20に放射される。この点に関し、供給光学系20は、各光入力チャネル18a又は18bに対して、関連するビーム入口22a又は22bを有する(図2参照)。光入力チャネル18a又は18bは、例えば、レーザビームを供給光学系20に結合するための適切な光学素子又は光学装置を有することができる。 The laser light from each of the laser light sources 12a and 12b forms the input beam groups 16a and 16b, respectively. It goes without saying that the input beam group can be supplied by, for example, a plurality of laser light sources, each of which emits only one laser beam 14. The input beam groups 16a and 16b are radiated to the supply optical system 20 through the optical input channels 18a and 18b, respectively. In this regard, supply optical system 20 has associated beam inlets 22a or 22b for each optical input channel 18a or 18b (see FIG. 2). The optical input channels 18a or 18b may have, for example, suitable optical elements or optics for coupling the laser beam to the supply optical system 20.

また、供給光学系20は、第1及び第2の光出力チャネル24a及び24bをそれぞれ有する。供給光学系20では、第1及び第2の光入力チャネル18a、18bを通して照射されたレーザビーム14は、以下により詳細に説明する方法で、光出力チャネル24a及び24bに導かれる。この点において、レーザビーム14の出力ビーム群26a及び26bは、それぞれ第1及び第2の光出力チャネル24a、24bにおいて提供される。 Further, the supply optical system 20 has first and second optical output channels 24a and 24b, respectively. In the supply optical system 20, the laser beam 14 irradiated through the first and second optical input channels 18a and 18b is guided to the optical output channels 24a and 24b by the method described in more detail below. In this regard, the output beam groups 26a and 26b of the laser beam 14 are provided in the first and second optical output channels 24a and 24b, respectively.

次いで、光出力チャネル24a、24bから送出された出力ビーム群26a、26bは、ビーム成形光学系28によって受光され、所望の有用な光分布Lに変換される。図示の例では、線形ビーム断面を有する。 Next, the output beam groups 26a and 26b transmitted from the optical output channels 24a and 24b are received by the beam forming optical system 28 and converted into a desired useful light distribution L. The illustrated example has a linear beam cross section.

出力ビーム群26a,26bのレーザビーム14からの線状の有用な光分布Lを成形するために、ビーム成形光学系28は、通常、様々な光学的に機能する装置を備える。例えば、出力ビーム群26a又は26bのレーザビーム又はそのサブグループが最初に1つ以上の望遠鏡30を通過することが考えられる。このような望遠鏡30は、特にアナモルフィックに設計することができ、その結果、ビーム断面が適切な方法で予備成形される。 In order to form a useful linear light distribution L from the laser beam 14 of the output beam groups 26a, 26b, the beam forming optical system 28 usually comprises various optically functional devices. For example, it is conceivable that the laser beam of the output beam group 26a or 26b or a subgroup thereof first passes through one or more telescopes 30. Such a telescope 30 can be specifically designed anamorphic, so that the beam cross section is preformed in a suitable manner.

次いで、ビーム経路に続いて、レーザビーム14は、例えば、出力ビーム群26a、26bのレーザビーム14から細長いビーム断面を有する1つ以上のビームパケットを形成する再成形光学系32を通って案内される。このようにして予め形成されたビームパケットは、例えば均質化光学系34と混合され、強度プロファイルにおいて平滑化されるので、所望の有用な光分布Lを提供することができる。 Following the beam path, the laser beam 14 is then guided, for example, from the laser beams 14 of the output beam groups 26a, 26b through a reforming optical system 32 that forms one or more beam packets with elongated beam cross sections. The laser. The beam packet thus preformed is mixed with, for example, homogenized optical system 34 and smoothed in the intensity profile to provide the desired useful light distribution L.

再成形光学系32は、原理的に、いくつかの別個の変換素子33を有し得る(図1参照)。例えば、1つの変換素子33がそれぞれ、出力ビーム群26a、26bのうちの1つのみからのレーザビーム14に作用することが考えられる。ただし、この構成は必須ではない。また、再成形光学系32は、出力ビーム群26a、26bの全てのレーザビームに対する共通変換素子を備えることができる。この場合、ビーム成形光学系28は、様々な出力ビーム群26a、26bのレーザビームを結合ビームに結合する、再成形光学系の上流に接続された組み合わせ光学系を有することができる。一実施形態(図1参照)によれば、ビーム成形光学系28は、それぞれの光出力チャネル24a、24bの出力ビーム群26a、26bのレーザビームを組み合わせる組み合わせ光学系35を有することもできる。 The remolding optical system 32 may, in principle, have several separate conversion elements 33 (see FIG. 1). For example, it is conceivable that one conversion element 33 acts on the laser beam 14 from only one of the output beam groups 26a and 26b, respectively. However, this configuration is not mandatory. Further, the remolding optical system 32 can include a common conversion element for all the laser beams of the output beam groups 26a and 26b. In this case, the beam forming optical system 28 can have a combined optical system connected upstream of the reforming optical system that couples the laser beams of the various output beam groups 26a, 26b to the coupled beam. According to one embodiment (see FIG. 1), the beam forming optical system 28 can also have a combined optical system 35 that combines the laser beams of the output beam groups 26a and 26b of the respective optical output channels 24a and 24b.

供給光学系20は、複数のビームステアリング要素及び/又はビームガイド要素36を有し、その手段により、ビーム経路38が供給光学系20内に予め定められている。図示の例では、ビーム経路38が数回折り畳まれるので、比較的長い光路をコンパクトな設置スペースで覆うことができ、従って、ビーム特性を成形するための光学素子(詳細には示されていない)のために十分なスペースが提供される。 The supply optical system 20 has a plurality of beam steering elements and / or beam guide elements 36, and the beam path 38 is predetermined in the supply optical system 20 by the means thereof. In the illustrated example, the beam path 38 is folded several times so that a relatively long optical path can be covered by a compact installation space, and thus an optical element for shaping the beam characteristics (not shown in detail). Sufficient space is provided for.

供給光学系20は、入力ビーム群16a、16bのレーザビーム14が、最初に互いに分離して走行し、また、それぞれの他の入力ビーム群のレーザビームとは別個に走行するように設計される。図示の例では、供給光学系20はまた、ビーム偏向及び/又はビーム誘導のための光学素子40(ここでは、偏向ミラー)を含み、これは、それぞれの入力ビーム群16a又は16bの1つのレーザビームにのみ作用する。 The supply optical system 20 is designed so that the laser beams 14 of the input beam groups 16a and 16b initially travel separately from each other and also travel separately from the laser beams of the other input beam groups. .. In the illustrated example, the feed optics 20 also includes an optical element 40 (here, a deflection mirror) for beam deflection and / or beam guidance, which is one laser in each input beam group 16a or 16b. It acts only on the beam.

光学素子40は、光学素子40によって検出されないそれぞれの入力ビーム群16a又は16bのレーザビーム14よりも、寧ろ検出されたレーザビームをそれぞれの他の光出力チャネル24a又は24bに向けるように設計される。これは、各出力ビーム群26a、26bが、各々、第1の光入力チャネル18aの入力ビーム群16aからの少なくとも1つのレーザビーム14と、第2の光入力チャネル18bの入力ビーム群16bからの少なくとも1つのレーザビーム14とを含むことを確実にする。この点に関し、供給光学系20は、光出力チャネル24a、24bのそれぞれの出力ビーム群26a、26bにおいて異なる対で走行するように、2つの入力ビーム群16a及び16bにグループ分けされたレーザビーム14を再配置するように設計される。 The optical element 40 is designed to direct the detected laser beam to each other optical output channel 24a or 24b rather than the laser beam 14 of each input beam group 16a or 16b not detected by the optical element 40. .. This is because each output beam group 26a, 26b is from at least one laser beam 14 from the input beam group 16a of the first optical input channel 18a and from the input beam group 16b of the second optical input channel 18b, respectively. Ensure that it contains at least one laser beam 14. In this regard, the supply optical system 20 is grouped into two input beam groups 16a and 16b so that the supply optical system 20 travels in different pairs in the output beam groups 26a and 26b of the optical output channels 24a and 24b, respectively. Designed to relocate.

また、供給光学系20は、他のレーザビーム14に対して少なくとも1つのレーザビームの光路を変更することができる経路調整光学系42を含むことができる。これにより、例えば、パルスレーザ光源12a、12bによる動作中に、レーザシステム10に所望の動作を経時的に与えることが可能になる。 Further, the supply optical system 20 can include a path adjusting optical system 42 capable of changing the optical path of at least one laser beam with respect to the other laser beam 14. This makes it possible to give the laser system 10 a desired operation over time, for example, during operation by the pulsed laser light sources 12a and 12b.

図2に見られるように、レーザシステム10は、特にモジュール構造を有する。特に、供給光学系20及び/又はビーム成形光学系28は、それぞれ、それ自体のモジュール筐体44を有してよい。モジュール構造のため、設置スペースが比較的小さくコンパクトなシステムが構築できる。この目的のために、供給光学系20内及びビーム成形光学系28内のビーム経路が、互いに直線的に隣接せず、代わりに、角度を付けられ又は折り畳まれた構成である場合に、特に有利である。図示の例では、供給光学系20内のビーム経路38は、数回折り畳まれ、1つの平面内に延びている(図1参照)。従って、供給光学系20のモジュール筐体44は、(すなわち、平面に対して平行な延長部よりも小さい、前記平面に対して垂直な延長部を有する)平坦な立方形又は箱状の筐体として成形することができる。次いで、光出力チャネル24a、24b(出力ビーム群26a、26b)に設けられたレーザビームを別の方向に通過させることができる。例えば、ビーム成形光学系28は、供給光学系20のビーム経路38に対して本質的に垂直な平面内に延在するビーム経路を有することができる(図1参照)。 As can be seen in FIG. 2, the laser system 10 has a particularly modular structure. In particular, the supply optical system 20 and / or the beam forming optical system 28 may each have their own module housing 44. Due to the modular structure, the installation space is relatively small and a compact system can be constructed. For this purpose, it is particularly advantageous when the beam paths in the supply optical system 20 and the beam forming optical system 28 are not linearly adjacent to each other and instead are in an angled or folded configuration. Is. In the illustrated example, the beam path 38 in the supply optical system 20 is folded several times and extends into one plane (see FIG. 1). Thus, the module housing 44 of the feed optics 20 is a flat cubic or box-shaped housing (ie, having an extension perpendicular to the plane, smaller than an extension parallel to the plane). Can be molded as. Next, the laser beam provided in the optical output channels 24a and 24b (output beam groups 26a and 26b) can be passed in another direction. For example, the beam forming optical system 28 can have a beam path extending in a plane essentially perpendicular to the beam path 38 of the supply optical system 20 (see FIG. 1).

図示の例では、第1の光入力チャネル18a及び第2の光入力チャネル18bに対するビーム入口22a、22bは、供給光学系20のモジュール筐体44の異なる側に配置されている。例えば、レーザ光源12a、12bは、供給光学系20に対して互いに対向して配置され、反対のビーム方向に放射することができる。種々のレーザ光源は、もちろん、それらのそれぞれのビーム方向が互いに鋭角又は鈍角を包むように配置することもできる。また、レーザ光源は、平行なビーム方向を有し、例えば、互いに垂直方向にオフセットして配置することができる。一般的な態様によれば、種々のレーザ光源12a、12bは、それらの筐体が互いに離間するように配置される。このように、2つのレーザ光源のうちの1つに対する作業は、他のレーザ光源に影響を与えることなく行うことができる。また、コンパクトな構造を可能にした。
In the illustrated example, the beam inlets 22a and 22b for the first optical input channel 18a and the second optical input channel 18b are arranged on different sides of the module housing 44 of the supply optical system 20. For example, the laser light sources 12a and 12b are arranged so as to face each other with respect to the supply optical system 20 and can radiate in opposite beam directions. The various laser sources can, of course, be arranged such that their respective beam directions wrap around an acute or obtuse angle with each other. Further, the laser light source has parallel beam directions and can be arranged so as to be vertically offset from each other, for example. According to a general aspect, the various laser light sources 12a and 12b are arranged so that their housings are separated from each other. In this way, the work on one of the two laser light sources can be performed without affecting the other laser light sources. It also enables a compact structure.

Claims (13)

複数のレーザビーム(14)によって供給される直線ビーム断面を有する有用な光分布(L)を生成するためのレーザシステム(10)であって、
レーザビーム(14)を放射するための少なくとも2つのレーザ光源(12a、12b)と、
少なくとも第1の光入力チャネル(18a)と第2の光入力チャネル(18b)とを備え、レーザビーム(14)のための第1の光出力チャネル(24a)と第2の光出力チャネル(24b)とを有する供給光学系(20)と、
光出力チャネル(24a,24b)のレーザビーム(14)から有用な光分布(L)を成形するビーム成形光学系(28)と、
を備え、
前記第1の光入力チャネル(18a)と前記第2の光入力チャネル(18b)とは、各々が少なくとも2つのレーザビーム(14)を含む1つの入力ビーム群(16a、16b)を供給するように設計され、前記第1の光出力チャネル(24a)と第2の光出力チャネル(24b)とは、各々が少なくとも2つのレーザビーム(14)を含む1つの出力ビーム群(26a、26b)を案内するように設計され、
且つ供給光学系(20)は、各出力ビーム群(26a、26b)が第1の光入力チャネル(18a)の入力ビーム群(16a)からの少なくとも1つのレーザビーム(14)および第2の光入力チャネル(18b)の入力ビーム群(16b)からの少なくとも1つのレーザビーム(14)を含むように、供給されたレーザビーム(14)を再配置するように設計されていることを特徴とする
レーザシステム(10)。
A laser system (10) for producing a useful light distribution (L) having a linear beam cross section supplied by a plurality of laser beams (14).
At least two laser light sources (12a, 12b) for radiating the laser beam (14), and
It comprises at least a first optical input channel (18a) and a second optical input channel (18b), a first optical output channel (24a) and a second optical output channel (24b) for the laser beam (14). ), And the supply optical system (20),
A beam forming optical system (28) that forms a useful light distribution (L) from a laser beam (14) of an optical output channel (24a, 24b), and
Equipped with
The first optical input channel (18a) and the second optical input channel (18b) are such that they each supply one input beam group (16a, 16b) containing at least two laser beams (14). The first optical output channel (24a) and the second optical output channel (24b) each include one output beam group (26a, 26b) including at least two laser beams (14). Designed to guide you
Further, in the supply optical system (20), each output beam group (26a, 26b) has at least one laser beam (14) and a second light from the input beam group (16a) of the first optical input channel (18a). It is characterized by being designed to rearrange the supplied laser beam (14) to include at least one laser beam (14) from the input beam group (16b) of the input channel (18b). Laser system (10).
各光入力チャネル(18a、18b)のための供給光学系(20)は、ビーム偏向及び/又はビーム誘導のための少なくとも1つの光学素子(40)を有し、前記光学素子(40)は、夫々の光入力チャネル(18a、18b)の入力ビーム群(16a、16b)の1つのレーザビーム(14)のみ、又は夫々の光入力チャネル(18a、18b)の入力ビーム群(16a、16b)のレーザビーム(14)のサブグループのみが検出されるように設計及び配置される、請求項1に記載のレーザシステム(10)。 The supply optical system (20) for each optical input channel (18a, 18b) has at least one optical element (40) for beam deflection and / or beam guidance, said optical element (40). Only one laser beam (14) in the input beam group (16a, 16b) of each optical input channel (18a, 18b), or the input beam group (16a, 16b) of each optical input channel (18a, 18b). The laser system (10) according to claim 1, wherein only the subgroup of the laser beam (14) is designed and arranged to be detected. 前記光学素子(40)は、それぞれの光入力チャネル(18a、18b)の検出されたレーザビーム(14)又は検出されたレーザビームのサブグループ(14)が、前記光学素子(40)によって検出されない同一の光入力チャネル(18a、18b)のレーザビーム(14)とは別の光出力チャネル(26a、26b)に入るように設計される、請求項2に記載のレーザシステム(10)。 In the optical element (40), the detected laser beam (14) of each optical input channel (18a, 18b) or the detected laser beam subgroup (14) is not detected by the optical element (40). The laser system (10) according to claim 2, wherein the laser system (10) is designed to enter an optical output channel (26a, 26b) different from the laser beam (14) of the same optical input channel (18a, 18b). 前記供給光学系(20)は、前記光入力チャネル(18a、18b)から前記光出力チャネル(24a、24b)へのビーム経路(38)を規定するためのビームステアリング要素(36)及び/又はビーム誘導要素(36)を有し、前記ビーム経路(38)は、少なくとも1回の方向の変化、好ましくは複数回の方向の変化を有し、更に好ましくは数回折り畳まれていることを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載のレーザシステム(10)。 The supply optical system (20) is a beam steering element (36) and / or a beam for defining a beam path (38) from the optical input channels (18a, 18b) to the optical output channels (24a, 24b). It comprises an inductive element (36), said beam path (38) having at least one directional change, preferably multiple directional changes, and more preferably several folds. The laser system (10) according to any one of claims 1 to 3. 前記供給光学系(20)は、前記ビーム経路(38)が、前記ビーム成形光学系(28)内のビーム経路が走行する平面に垂直な平面内を走行するように設計される、請求項4に記載のレーザシステム(10)。 4. The supply optical system (20) is designed so that the beam path (38) travels in a plane perpendicular to the plane in which the beam path in the beam forming optical system (28) travels. The laser system (10) according to the above. 前記供給光学系(20)は、第1の光入力チャネル(18a)及び第2の光入力チャネル(18b)に、異なるビーム方向、特に反対のビーム方向を有するレーザビーム(14)が供給されるように設計されていることを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載のレーザシステム(10)。 In the supply optical system (20), a laser beam (14) having different beam directions, particularly opposite beam directions, is supplied to the first optical input channel (18a) and the second optical input channel (18b). The laser system (10) according to any one of claims 1 to 5, wherein the laser system is designed as follows. 少なくとも1つの光出力チャネル(24a、24b)のための供給光学系(20)は、経路調整光学系(42)を備え、前記経路調整光学系(42)は、光出力チャネル(24a、24b)の他のレーザビーム(14)と比較して少なくとも1つのレーザビーム(14)の光路を提供するように設定される、請求項1~6の何れか1項に記載のレーザシステム(10)。 The supply optical system (20) for at least one optical output channel (24a, 24b) comprises a path-adjusting optical system (42), wherein the path-adjusting optical system (42) is an optical output channel (24a, 24b). The laser system (10) according to any one of claims 1 to 6, which is set to provide an optical path for at least one laser beam (14) as compared to another laser beam (14). 2つ以上の光入力チャネル(18a、18b)が設けられ、且つ/又は2つ以上の入力ビーム群(16a、16b)が設けられ、且つ前記供給光学系(20)は、出力ビーム群(26a、26b)の夫々が、夫々の入力ビーム群(16a、16b)からの少なくとも1つのレーザビーム(14)の夫々を含むように設計されている、請求項1~7の何れか1項に記載のレーザシステム。 Two or more optical input channels (18a, 18b) are provided and / or two or more input beam groups (16a, 16b) are provided, and the supply optical system (20) is an output beam group (26a). 26b), respectively, according to any one of claims 1-7, wherein each of 26b) is designed to include at least one laser beam (14) from each input beam group (16a, 16b). Laser system. 前記ビーム成形光学系(28)は、前記光出力チャネル(24a、24b)の前記レーザビーム(14)を受光し、それらを線形の拡張ビーム断面を有するビームパッケージに変換する再成形光学系(32)を含む、請求項1~8の何れか1項に記載のレーザシステム(10)。 The beam forming optical system (28) receives the laser beam (14) of the optical output channels (24a, 24b) and converts them into a beam package having a linear extended beam cross section (32). ), The laser system (10) according to any one of claims 1 to 8. 前記ビーム成形光学系(28)は、光出力チャネル(24a、24b)からの出力ビーム群(26a、26b)のレーザビーム(14)又は複数の光出力チャネル(24a、24b)からの出力ビーム群(26a、26b)のレーザビーム(14)を前記再成形光学系(32)の前において結合して結合ビームとするように構成された結合光学系(35)をさらに含み、前記再成形光学系(32)は、前記結合ビームを受光するように設計及び配置される、請求項9に記載のレーザシステム。 The beam forming optical system (28) is a laser beam (14) of an output beam group (26a, 26b) from an optical output channel (24a, 24b) or an output beam group from a plurality of optical output channels (24a, 24b). The reshaped optical system further includes a coupled optical system (35) configured to combine the laser beams (14) of (26a, 26b) in front of the reshaped optical system (32) to form a coupled beam. (32) The laser system according to claim 9, wherein the laser system is designed and arranged so as to receive the combined beam. ビーム成形光学系(28)が、光出力チャネル(24a、24b)の1つ又は複数のレーザビーム(14)に作用する少なくとも1つのアナモルフィック望遠鏡(30)を備える、請求項1~10の何れか1項に記載のレーザシステム(10)。 Claims 1-10, wherein the beam forming optical system (28) comprises at least one anamorphic telescope (30) acting on one or more laser beams (14) of the optical output channels (24a, 24b). The laser system (10) according to any one of the following items. 異なるレーザ光源(12a、12b)は、異なる光入力チャネル(18a、18b)に供給されることを特徴とする請求項1~11の何れか1項に記載のレーザシステム(10)。 The laser system (10) according to any one of claims 1 to 11, wherein different laser light sources (12a, 12b) are supplied to different optical input channels (18a, 18b). 夫々のレーザ光源(12a、12b)は、少なくとも2つの別々のレーザビーム(14)を提供し、異なる光入力チャネル(18a、18b)に出射するように設計されている請求項1~12の何れか1項に記載のレーザシステム(10)。
Any of claims 1-12, where each laser light source (12a, 12b) provides at least two separate laser beams (14) and is designed to emit to different optical input channels (18a, 18b). The laser system (10) according to claim 1.
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