NL8700716A

NL8700716A - Vezelinkoppelinrichting voor laserenergie.

Info

Publication number: NL8700716A
Application number: NL8700716A
Authority: NL
Original assignee: Advanced Prod Automation
Priority date: 1987-03-26
Filing date: 1987-03-26
Publication date: 1988-10-17
Also published as: EP0286165A1; JPS63256911A

Description

Η -1-

G PEM/cp/1 APA

Vezelinkoppelinrichting voor laserenergie

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een van een lenzenstelsel voorziene inrichting voor het tot in tenminste één optische vezel leiden van een laserbundel.

Dergelijke inrichtingen zijn algemeen bekend.

5 Dergelijke bekende inrichtingen worden veelal toe gepast bij machines, waarbij laserlicht wordt toegepast voor het uitvoeren van bewerkingen, bijvoorbeeld het inbranden van naamplaten, het snijbranden en het lassen van kunststoffen of metalen.

10 Bij dergelijke machines moeten echter ook wel werk stukken worden behandeld, die moeilijk verplaatsbaar zijn, zodat het dan beter is de laserbron te verplaatsen. Ook dit is echter niet gemakkelijk, aangezien een laserbron, die geschikt is voor het opwekken van de vermogens, die benodigd 15 zijn voor het uitvoeren van de benodigde bewerkingen, tamelijk omvangrijk en gevoelig voor verplaatsingen is. Het verdient dan ook de voorkeur de laserbron vast op te stellen en de laser door middel van geleidingsmiddelen naar de bewer-kingsplaats te geleiden.

20 Uiteraard kan men hiervoor gebruik maken van spie gels, dit levert echter aanzienlijke nauwkeurigheidsproblemen ten aanzien van de positionering op. Dit wordt vermeden door gebruik te maken van optische vezels.

Bij bekende inrichtingen voor het tot in een vezel 25 leiden van een laserbundel bestaat echter het gevaar, dat als gevolg van variaties van de divergentie van de laserbundel de afmetingen van de laserstraal op het inkoppelvlak van de vezel aan veranderingen onderhevig zijn. Als gevolg hiervan is de energie-overdracht van de laserbron naar de vezels 30 niet steeds optimaal.

De uitvinding poogt het tot in de optische vezel leiden van de laser met het grootst mogelijke rendement te doen plaatsvinden.

T? / fy f i i * ί -2-

Hiertoe is tussen de laserbron en de inkoppellens een lenzenstelsel aangebracht, dat zodanige optische eigenschappen heeft, dat de taille van de uit de laserbron tredende bundel op het inkoppelvlak van de optische vezel wordt af-5 gebeeld.

Door deze maatregel blijft die diameter van de laserbundel ter plaatse van het inkoppelvlak van de optische vezel steeds gelijk, zodat de laserbundel met optimaal rendement in de vezel wordt overgedragen.

10 Het is echter tevens veelal noodzakelijk, dat bij een dergelijke machine op verscheidene plaatsen bewerkingen moeten worden uitgevoerd. Het is dan ook zinvol de van één laserbron afkomstige laser over verscheidene optische vezels te verdelen, zodat de laser achtereenvolgens op verscheidene 15 plaatsen kan worden gebruikt.

Hiertoe verschaft de onderhavige uitvinding tevens een inrichting voor het afwisselend tot in tenminste twee optische vezels leiden van een laserbundel, met het kenmerk, dat voor elk van de optische vezels een inkoppellens is aan-20 gebracht en dat in de stralengang tussen het lenzenstelsel en de inkoppellens tenminste een beweegbare spiegel is geplaatst, die zodanig beweegbaar is, dat de laserbundel afwisselend naar de inkoppelvlakken van de optische vezels wordt weerkaatst.

25 Omdat de combinatie van het lenzenstelsel en elk van de inkoppellenzen zodanige optische eigenschappen heeft, dat de taille van de uit de laserbron tredende laserbundel op de beweegbare spiegels en tenslotte op het inkoppelvlak van de vezel wordt geprojecteerd, wordt het beeld van de -30 constante - taille van de uit de laserbron tredende laserbundel onafhankelijk van de hoekstand van de draaibare spiegel, zodat de laserbundel steeds precies in het centrum van het inkoppelvlak wordt geprojecteerd, zodat ook hier de overdracht van de laserbundel met het grootste rendement plaats-35 vindt.

Vervolgens zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekeningen, waarin voorstellen: 8^07 16 $ > -3- fig. t: een schematisch aanzicht van een eerste uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; fig. 2: een schematisch aanzicht van een detail van de in fig. 1 getoonde uitvoeringsvorm; 5 fig. 3: een schematisch aanzicht van een tweede uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; en fig. 4: een schematisch perspectivisch aanzicht van een derde uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

De in fig. 1 getoonde uitvoeringsvorm omvat een 10 laserlichtbron 1, die aan één zijde voorzien is van een uit-tree-opening 2, waardoorheen het door de laserlichtbron 1 opgewekte laserlicht naar buiten treedt in een bundel 3. Deze bundel 3 divergeert licht, waarbij de mate van divergentie enigszins varieert. Deze bundel 3 doorloopt dan een slechts 15 als een blok weergegeven lenzenstelsel 4. De laserlichtbundel verlaat dan het lenzenstelsel 4 aan de andere zijde en doorloopt een inkoppellens 5, die de laserlichtbundel doen convergeren, zodat de diameter hiervan ter plaatse van het in-koppelvlak 6 van de vezel 7 aangepast aan de diameter van het 20 inkoppelvlak 6.

In fig. 2 is in detail getoond, hoe de laserbundel 3 convergeert tot een taille 8, daarna weer divergeert tot het inkoppelvlak 6. Als gevolg van de optische eigenschappen van het lenzenstelsel 4 in combinatie met de inkoppellens 5 25 wordt de doorsnede van de laserbundel ter plaatse van het inkoppelvlak 6 van de optische vezel 7 onafhankelijk van de mate van divergentie van de uit de uittree-opening 2 van de laserbron 1 tredende bundel 3, omdat de constante taille van de bundel op het inkoppelvlak wordt afgebeeld.

30 Bij de in fig. 3 afgebeelde uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zijn twee optische vezels 7 getoond, die elk voorzien zijn van een inkoppellens 5. Tussen de respectieve inkoppellenzen 5 en het lenzenstelsel 4 is een draaibare spiegel 8 getoond, waarvan de rotatie-as zich lood-35 recht uitstrekt ten opzichte vart het zich door de optische as van het lenzenstelsel 4 en de centra van de inkoppelvlakken 7 uitstrekkend vlak. De spiegel 8 wordt zodanig stapsgewijs bewogen, dat de bundel 3 afwisselend wordt weerkaatst naar bei- fimo.iü -4- 'i de vezels 7, zodat de van de laserbron 1 afkomstige licht-energie verdeeld wordt over beide optische vezels 7.

Ook hier dragen de optische eigenschappen van het lenzenstelsel 4 in combinatie met elk van de inkoppellenzen 5 5 er zorg voor, dat bij afwijkingen van de divergentie van de uit de laserbron 1 tredende laserbundel 3, de diameter van de laserbundel ter plaatse van het inkoppelvlak 6 constant blijft.

Tevens heeft deze uitvoeringsvorm het voordeel, dat 10 bij afwijkingen van de hoekstand van de spiegel 8, die vanzelfsprekend vaak voor zullen komen als gevolg van mechanisch dynamische problemen, de positie van de laserbundel ter plaatse van het inkoppelvlak 6 niet zal veranderen. Dit heeft het voordeel, dat de mechanische eisen voor de nauwkeurigheid 15 van de hoekstand van de spiegel 8 minder hoog zijn.

Ter illustratie is de stralengang getekend van een laserbundel 3A bij een afwijkende hoekstand van de spiegel 8A.

Pig. 4 toont een derde uitvoeringsvorm van de on-20 derhavige uitvinding, waarbij de laserbron, de lenzen, de spiegel en de optische vezels perspectivisch-schematisch zijn weergegeven. De laserbron 1 is in deze tekening slechts schematisch weergegeven, daar laserbronnen op zich bekend zijn en geen deel vormen van de onderhavige uitvinding. Het lenzen-25 stelsel 4 is wel weergegeven. Dit lenzenstelsel 4 is samengesteld uit drie afzonderlijke lenzen 9, 10 en 11. De laserbundel 3 wordt na het doorlopen van de lenzen 9, 10 en 11 weerkaatst door een spiegel 8, die aangebracht is op een as 12, welke wordt aangedreven door een slechts gedeeltelijk weerge-30 geven stappenmotor 13. De weerkaatste laserbundel doorloopt dan één van de inkoppellenzen 5, die elk op gelijke afstand zijn aangebracht van de as 12. Achter de inkoppellenzen 5 zijn eveneens op gelijke afstanden vijf optische vezels 7 aangebracht. De spiegel 8 wordt stapsgewijze aangedreven door 35 de stappenmotor 13, zodat de laserbundel 3 beurtelings elk van de lenzen 5 en de daarachter geplaatste inkoppelvlakken 6 van de betreffende optische vezels 7 treft. Aldus wordt de door de laserbron 1 opgewekte lichtenergie verdeeld over elk 8 7 0 G 7 1 o y * -5- van de vijf optische vezels. Om de bewegingen van de spiegel 8 zo klein mogelijk te maken, zijn de lenzen 5 zo dicht mogelijk naast elkaar geplaatst, zodat zij elkaar raken. Door de maatregelen volgens de uitvinding is ook hier de hoekstand 5 van de spiegel 8 aanzienlijk minder kritisch dan voorheen, zodat een hoger inkoppelrendement wordt verkregen.

870 f7'IC

Claims

1. Van een inkoppellens voorziene inrichting voor het tot in tenminste één optische vezel leiden van een laserbundel, met het kenmerk, dat tussen de laserbron en de inkoppellens een lenzenstelsel is aangebracht, dat zodanige opti- 5 sche eigenschappen heeft, dat de taille van de uit de laserbron tredende bundel op het inkoppelvlak van de optische vezel wordt afgebeeld.

2. Inrichting volgens conclusie 1 voor het afwisselend tot in tenminste twee optische vezels leiden van een 10 laserbundel, met het kenmerk, dat voor elk van de optische vezels een inkoppellens is aangebracht en dat in de stralen-gang tussen het lenzenstelsel en de inkoppellens tenminste een beweegbare spiegel is geplaatst, die zodanig beweegbaar is, dat de laserbundel afwisselend naar de inkoppelvlakken 15 van de optische vezels wordt weerkaatst.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het lenzenstelsel zodanige optische eigenschappen heeft, dat de taille van de uit de laserbron tredende laserbundel op de spiegel wordt afgebeeld.

4. Inrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat het lenzenstelsel zodanige eigenschappen heeft, dat een beeld van de spiegel op het inkoppelvlak wordt geprojecteerd.

4 -6- ï G PEM/cp/1 APA

5. Inrichting volgens conclusie 2, 3 of 4, met het 25 kenmerk, dat in de stralengang tussen de laserbron en inkop- pellenzen tenminste twee beweegbare spiegels zijn aangebracht, die zodanig beweegbaar zijn, dat de laserbundel afwisselend naar de inkoppelvlakken van de optische vezels wordt weerkaatst, en dat in de stralengang vóór elk van de 30 spiegels een lenzenstelsel is geplaatst, dat zodanige eigenschappen heeft, dat de taille van de uit de laserbron tredende laserbundel op de betreffende spiegel wordt afgebeeld.

6. Inrichting volgens één van de conclusies 2-5, met het kenmerk, dat middelen zijn aangebracht voor het 35 stapsgewijze doen draaien van de spiegel. £ 7 ? 0 7 1 6 -7- ï k

7. Inrichting volgens één van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het lenzenstelsel van drie lenzen is voorzien. 8vor:'i$