WO2014063947A1 - Device for absorbing a laser beam - Google Patents

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WO2014063947A1
WO2014063947A1 PCT/EP2013/071446 EP2013071446W WO2014063947A1 WO 2014063947 A1 WO2014063947 A1 WO 2014063947A1 EP 2013071446 W EP2013071446 W EP 2013071446W WO 2014063947 A1 WO2014063947 A1 WO 2014063947A1
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absorption
cone
laser beam
absorption body
incidence
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Bernd Armbruster
Markus Weber
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Trumpf Laser Gmbh + Co. Kg
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/003—Light absorbing elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B23K26/704—Beam dispersers, e.g. beam wells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping

Definitions

  • the present invention relates to a device for absorbing an incident laser beam, comprising a dispersing optics for expanding the incident laser beam and having an absorption body which has an inlet opening tapering in the direction of incidence of the expanded laser beam.
  • Absorption devices are known in which the diverging optics are immersed with their one side in an absorption liquid which absorbs the laser beam which has been widened by the diverging optical system.
  • the slightest contamination in the absorption liquid can lead to the impurity burn into the diverging optics and make them unusable over time.
  • Absorption devices are also known, in which the laser beam, after being widened by the diffusing optics, impinges on two plates for absorption, which are aligned with one another in such a way that they form a wedge-shaped cavity or a wedge-shaped inlet opening.
  • the expanded laser beam enters the wedge-shaped cavity and is reflected several times on the absorbing plates, with each reflection successively absorbing a large part of the radiation energy.
  • these absorption devices are comparatively large, usually expensive to assemble and, in particular, difficult to seal, which results in high overall production costs.
  • JP2011-82298 is also known an absorption device with a trained as a hollow absorption cone absorption body.
  • the diffusion optics there is preceded by a diffusion plate with an antireflection coating or a diffractive optical system, so that the incident laser beam is influenced even before it strikes the dispersing optics, in particular slightly increased in diameter.
  • the laser beam After the laser beam has been further widened by the diverging optics, it repeatedly impinges on the cone-inside absorption surface of the absorption cone by repeatedly reflecting.
  • the heat generated by the absorption of the radiation energy in the absorption cone is dissipated by flushing the outside of the cone with water.
  • This absorption device is also comparatively large, which limits its applicability, in particular for compact applications.
  • a second absorption body is arranged with a surrounding the expanded laser beam passage opening, which tapers against the (original) direction of incidence of the laser beam.
  • the first absorption body does not completely absorb but partially back-reflected laser radiation from the second absorption body is completely or at least largely absorbed, so that no back-reflected laser radiation reaches the diverging optics or even exits through it from the absorption device.
  • a laser beam reflected back against the original direction of incidence of the laser beam impinges on the surface of the second absorption body and is reflected therefrom, with a certain proportion of the radiation energy being absorbed with each impact.
  • an area between the diverging optics and the first absorption body is thus advantageously used for absorbing back-reflected laser radiation.
  • the back-reflected laser radiation or the back reflections are minimized so that the absorption device can advantageously be made more compact, namely shorter in the direction of incidence of the laser beam.
  • the inlet opening of the first absorption body and the passage opening of the second absorption body adjoin each other steplessly, since otherwise there would be stages at which there could be an undirected scattering of laser radiation.
  • the first and / or the second absorption body are each formed as a hollow absorption cone.
  • the cone opening angles of the first and second absorption cone are between see 20 ° and 40 ° and can advantageously be the same.
  • the first absorption cone on a blunt compared to its cone angle angle conical tip which allows an even shorter or more compact design of the absorption device.
  • the absorption bodies are preferably formed from copper and / or aluminum, which have a layer which is highly absorbent for the laser wavelength, so that a high proportion of the radiation energy, in particular about 95% of the radiation energy, is absorbed with each impingement of laser radiation.
  • the high-absorbency layer e.g. made of black-chrome, black anodized, black-nickel or other known for the laser wavelength highly absorbent materials.
  • the device 1 shown in FIG. 1 serves to absorb an incident laser beam 2 and comprises a diverging optics 3 for widening or fanning the incident laser beam 2 and a first hollow absorption cone 4, which tapers in the direction of incidence 5 of the laser beam 2 and one in comparison to the cone opening angle ßi blunt conical tip 6 has.
  • the diffusing optics 3 is typically a diverging lens, in particular a biconcave lens.
  • the expanded or fanned laser beam 2 enters the cone opening (inlet opening) 7 of the first absorption cone 4, strikes the absorbent cone inner surface 8 and is reflected several times, each time a hitting the cone inner surface 8, a certain proportion of the radiant energy is absorbed.
  • the incoming radiation energy of the laser beam 2 is correspondingly high, then it is possible for the laser beam 2 to propagate to the cone tip 6 and then to be reflected back, ie to propagate in the direction 9 toward the diverging optical system 3, counter to the original direction of incidence 5 of the laser beam 2.
  • a second hollow absorption cone or tapering counter to the direction of incidence 5 between the diffusing optics 3 and the first absorption cone 4 is a second hollow absorption cone or tapering counter to the direction of incidence 5.
  • truncated cone 10 which surrounds the incident expanded laser beam 2.
  • the cone opening angle ⁇ 2 of the second absorption cone 9 is chosen to be so large that the expanded laser beam 2 entering the cone opening (passage opening) 11 of the second absorption cone 10 does not strike the absorbent inner cone surface 12.
  • the two cone opening angles i, ß 2 can be about the same size and be about 30 ° ⁇ 10 °.
  • the two absorption cones 4, 10 are made of material, such as copper and / or aluminum, and have a highly absorbing for the laser wavelength layer, so advantageously at each impingement of the laser beam 2 about 95% of the radiant energy is absorbed.
  • the mode of action of the second absorption cone 9 is shown schematically in FIG. 2.
  • a single beam 2a reflected against the original direction of incidence 5 of the laser beam 2 strikes the absorbing inner cone surface 12 of the second absorption cone 10 at an angle of incidence ⁇ 1 with respect to the incident slot 13 and is subjected to the same angle of incidence CH reflected at the inner cone surface 12. If now, as shown in Fig.
  • the angle of incidence CH is greater than half the cone opening angle ß 2 , ie ai> 1 / 2ß 2
  • the reflected single beam 2b has a directed back towards the diverging lens 3 propagation component.
  • the reflected single beam 2b again encounters the absorbing inner cone surface 12 of the second absorption cone 10 at an opposite location smaller incident angle 02 ( ⁇ 2 ⁇ ) with respect to the Einfalllots 13 and is reflected at the same angle of incidence a 2 on the inner surface of the cone 12.
  • the angle of incidence a 2 is smaller than half the cone opening angle ß 2 , ie a 2 ⁇ / ß 2
  • the reflected single beam 2c has no back in the direction of the diverging lens 3, but only in the direction the first absorption cone 4 directed propagation component.
  • the single jet 2c finally enters the first absorption cone 4 again, optionally after further reflections on the inner cone surface 12 of the second absorption cone 10. In this case, a certain portion of the radiant energy is absorbed even with each impact on the Kegelinnenoberfikiee 12 of the second absorption cone 10, until finally the radiant energy of the laser beam 2 is completely absorbed.
  • the two absorption cones 4, 10 with their conical inner surfaces 8, 12 adjoin one another steplessly.
  • the two absorption cones 4, 10 are each surrounded by an annular space 15, 16 through which cooling water flows, which is bounded on the inside by the conical outer surfaces of the two absorption cones 4, 10.
  • the cooling water supply lines and outlets of the annular spaces 15, 16 are each denoted by 17 and 18.
  • the two absorption bodies can each also be formed by two plates, which are aligned with one another in such a way that they form a wedge-shaped inlet opening.
  • the wedge-shaped inlet opening of the one, first absorption body tapers in the direction of incidence of the expanded laser beam, and the wedge-shaped inlet opening of the arranged between the diverging optics and the first absorption body other, second absorption body surrounds the expanded laser beam and tapers counter to the direction of incidence of the laser beam.

Abstract

The invention relates to an absorption device (1) for absorbing an incident laser beam (2), having a scattering lens (3) for widening the incident laser beam (2) and having an absorption body (4), which has an entry opening (7) which tapers in the incident direction (5) of the widened laser beam (2). According to the invention a second absorption body (10) having a passage opening (11) that surrounds the widened laser beam (2), which tapers counter to the incident direction (5) of the laser beam (2), is arranged between the scattering lens (3) and the one, first absorption body (4).

Description

Vorrichtung zur Absorption eines Laserstrahls Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absorption eines einfallenden Laserstrahls, mit einer Zerstreuungsoptik zur Aufweitung des einfallenden Laserstrahls und mit einem Absorptionskörper, der eine sich in der Einfallsrichtung des aufgeweiteten Laserstrahls verjüngende Eintrittsöffnung aufweist. Bekannt sind Absorptionsvorrichtungen, bei denen die Zerstreuungsoptik mit ihrer einen Seite in eine Absorptionsflüssigkeit eingetaucht ist, die den durch die Zerstreuungsoptik aufgeweiteten Laserstrahl absorbiert. Allerdings können bereits geringste Verunreinigungen in der Absorptionsflüssigkeit dazu führen, dass sich die Verunrei- nigungen in die Zerstreuungsoptik einbrennen und diese mit der Zeit unbrauchbar machen. The present invention relates to a device for absorbing an incident laser beam, comprising a dispersing optics for expanding the incident laser beam and having an absorption body which has an inlet opening tapering in the direction of incidence of the expanded laser beam. Absorption devices are known in which the diverging optics are immersed with their one side in an absorption liquid which absorbs the laser beam which has been widened by the diverging optical system. However, even the slightest contamination in the absorption liquid can lead to the impurity burn into the diverging optics and make them unusable over time.
Es sind femer Absorptionsvorrichtungen bekannt, bei denen der Laserstrahl, nach- dem er durch die Zerstreuungsoptik aufgeweitet wurde, zur Absorption auf zwei Platten auftrifft, die so zueinander ausgerichtet sind, dass sie einen keilförmigen Hohlraum bzw. eine keilförmige Eintrittsöffnung bilden. Der aufgeweitete Laserstrahl tritt in den keilförmigen Hohlraum ein und wird an den absorbierenden Platten mehrfach reflektiert, wobei bei jeder Reflektion sukzessive ein Großteil der Strahlungsenergie absorbiert wird. Allerdings sind diese Absorptionsvorrichtungen vergleichsweise groß, in der Regel aufwändig zu montieren und insbesondere schwer abzudichten, weswegen sich insgesamt hohe Herstellungskosten ergeben. Absorption devices are also known, in which the laser beam, after being widened by the diffusing optics, impinges on two plates for absorption, which are aligned with one another in such a way that they form a wedge-shaped cavity or a wedge-shaped inlet opening. The expanded laser beam enters the wedge-shaped cavity and is reflected several times on the absorbing plates, with each reflection successively absorbing a large part of the radiation energy. However, these absorption devices are comparatively large, usually expensive to assemble and, in particular, difficult to seal, which results in high overall production costs.
Aus der JP2011-82298 Ist ferner eine Absorptionsvorrichtung mit einem als hohler Absorptionskegel ausgebildeten Absorptionskörper bekannt. Der dortigen Zerstreuungsoptik ist eine Diffusionsplatte mit einer Antireflex-Beschichtung oder eine diffrak- tive Optik vorgeschaltet, sodass der einfallende Laserstrahl bereits vor dem Auftreffen auf die Zerstreuungsoptik beeinflusst, insbesondere im Durchmesser geringfügig vergrößert, wird. Nachdem der Laserstrahl durch die Zerstreuungsoptik weiter auf- geweitet wurde, trifft er durch wiederholtes Reflektieren mehrfach auf die kegelinnen- seitige Absorptionsfläche des Absorptionskegels auf. Die durch die Absorption der Strahlungsenergie in dem Absorptionskegel entstehende Wärme wird durch ein Umspülen der Kegelaußenseite mit Wasser abgeführt. Auch diese Absorptionsvorrichtung ist vergleichsweise groß, wodurch ihre Einsetzbarkeit, insbesondere für kom- pakte Anwendungen, limitiert ist. From JP2011-82298 is also known an absorption device with a trained as a hollow absorption cone absorption body. The diffusion optics there is preceded by a diffusion plate with an antireflection coating or a diffractive optical system, so that the incident laser beam is influenced even before it strikes the dispersing optics, in particular slightly increased in diameter. After the laser beam has been further widened by the diverging optics, it repeatedly impinges on the cone-inside absorption surface of the absorption cone by repeatedly reflecting. The heat generated by the absorption of the radiation energy in the absorption cone is dissipated by flushing the outside of the cone with water. This absorption device is also comparatively large, which limits its applicability, in particular for compact applications.
Bei den bekannten Absorptionsvorrichtungen, die sich der mehrfachen Reflektion der aufgeweiteten Laserstrahlen an der Kegelinnenoberfläche eines Absorptionskegels oder an den Innenseiten von absorbierenden Platten bedienen, besteht darüber hin- aus grundsätzlich die Gefahr, dass - insbesondere bei hohen Laserleistungen - der Laserstrahl gegebenenfalls nicht vollständig absorbiert wird und sich Rückreflektionen einstellen. Bei diesen Rückreflektionen handelt es sich um Laserstrahlung, die entgegen der ursprünglichen Einfallsrichtung des Laserstrahls nach und nach durch mehrfache Reflektion wieder in Richtung der Zerstreuungsoptik (zurück) wandert und dort gegebenenfalls zu Beschädigungen führen kann oder in unerwünschter Weise aus der Absorptionsvorrichtung austritt. In the case of the known absorption devices which make use of the multiple reflection of the expanded laser beams on the inner cone surface of an absorption cone or on the insides of absorbing plates, there is in principle the danger that the laser beam may not be completely absorbed, especially at high laser powers and get backreflected. These back reflections are laser radiation which, contrary to the original direction of incidence of the laser beam, gradually migrates again in the direction of the divergent optical system (back) through multiple reflection, and where appropriate, may cause damage or undesirably exits the absorption device.
Es ist demgegenüber die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Absorptionsvor- richtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass das Risiko von Rückreflektion bzw. Rückstreuung minimiert bzw. verhindert wird. It is the object of the present invention, on the other hand, to further develop an absorption device of the type mentioned at the beginning in such a way that the risk of back reflection or backscattering is minimized or prevented.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen der Zerstreuungsoptik und dem einen, ersten Absorptionskörper ein zweiter Absorptionskörper mit einer den aufgeweiteten Laserstrahl umgebenden Durchtrittsöffnung angeordnet ist, die sich entgegen der (ursprünglichen) Einfallsrichtung des Laserstrahls verjüngt. This object is achieved in that between the dispersing optics and the one, first absorption body, a second absorption body is arranged with a surrounding the expanded laser beam passage opening, which tapers against the (original) direction of incidence of the laser beam.
Erfindungsgemäß wird von dem ersten Absorptionskörper nicht vollständig absorbierte sondern teilweise rückreflektierte Laserstrahlung von dem zweiten Absorptions- körper vollständig oder zumindest größtenteils absorbiert, sodass keine rückreflektierte Laserstrahlung die Zerstreuungsoptik erreicht oder gar durch sie aus der Ab- sorptionsvorrichtung wieder austritt. Ein entgegen der ursprünglichen Einfallsrichtung des Laserstrahls rückreflektierter Laserstrahl trifft auf die Oberfläche des zweiten Absorptionskörpers auf und wird von dort reflektiert, wobei bei jedem Auftreffen ein be- stimmter Anteil der Strahlungsenergie absorbiert wird. Erfindungsgemäß wird somit in vorteilhafter Weise ein Bereich zwischen der Zerstreuungsoptik und dem ersten Absorptionskörper zur Absorption von rückreflektierter Laserstrahlung genutzt. Erfindungsgemäß sind die rückreflektierte Laserstrahlung bzw. die Rückreflexe minimiert, so dass die Absorptionsvorrichtung vorteilhaft kompakter, nämlich in Einfallsrichtung des Laserstrahls kürzer, gebaut werden kann. According to the invention, the first absorption body does not completely absorb but partially back-reflected laser radiation from the second absorption body is completely or at least largely absorbed, so that no back-reflected laser radiation reaches the diverging optics or even exits through it from the absorption device. A laser beam reflected back against the original direction of incidence of the laser beam impinges on the surface of the second absorption body and is reflected therefrom, with a certain proportion of the radiation energy being absorbed with each impact. According to the invention, an area between the diverging optics and the first absorption body is thus advantageously used for absorbing back-reflected laser radiation. According to the invention, the back-reflected laser radiation or the back reflections are minimized so that the absorption device can advantageously be made more compact, namely shorter in the direction of incidence of the laser beam.
Vorzugsweise schließen die Eintrittsöffnung des ersten Absorptionskörpers und die Durchtrittsöffnung des zweiten Absorptionskörpers stufenlos aneinander an, da andernfalls Stufen vorhanden wären, an denen es zu einer ungerichteten Streuung von Laserstrahlung kommen könnte. Preferably, the inlet opening of the first absorption body and the passage opening of the second absorption body adjoin each other steplessly, since otherwise there would be stages at which there could be an undirected scattering of laser radiation.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der erste und/oder der zweite Absorptionskörper jeweils als ein hohler Absorptionskegel ausgebildet. Vorzugsweise betragen die Kegelöffnungswinkel des ersten und zweiten Absorptionskegels zwi- sehen 20° und 40° und können vorteilhaft gleich sein. Besonders bevorzugt weist der erste Absorptionskegel eine im Vergleich zu seinem Kegelöffnungswinkel stumpfere Kegelspitze auf, was eine noch kürzere bzw. kompaktere Bauweise der Absorptionsvorrichtung ermöglicht. In a further preferred embodiment, the first and / or the second absorption body are each formed as a hollow absorption cone. Preferably, the cone opening angles of the first and second absorption cone are between see 20 ° and 40 ° and can advantageously be the same. Particularly preferably, the first absorption cone on a blunt compared to its cone angle angle conical tip, which allows an even shorter or more compact design of the absorption device.
Die Absorptionskörper sind bevorzugt aus Kupfer und/oder Aluminium gebildet, welche eine für die Laserwellenlänge hochabsorbierende Schicht aufweisen, sodass ein hoher Anteil der Strahlungsenergie, insbesondere ca. 95% der Strahlungsenergie, bei jedem Auftreffen von Laserstrahlung absorbiert wird. Die hochabsorbierende Schicht, kann z.B. aus Schwarz-chrom, Schwarz-eloxiert, Schwarz-Nickel oder andere bekannte für die Laserwellenlänge hochabsorbierende Materialien bestehen. The absorption bodies are preferably formed from copper and / or aluminum, which have a layer which is highly absorbent for the laser wavelength, so that a high proportion of the radiation energy, in particular about 95% of the radiation energy, is absorbed with each impingement of laser radiation. The high-absorbency layer, e.g. made of black-chrome, black anodized, black-nickel or other known for the laser wavelength highly absorbent materials.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Further advantages of the invention will become apparent from the description and the drawings. Likewise, the features mentioned above and the features listed further can be used individually or in combination in any combination. The embodiments shown and described are not to be understood as exhaustive enumeration, but rather have exemplary character for the description of the invention.
einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Absorptionsvorrichtung; und a longitudinal section through an absorbent device according to the invention; and
einen vergrößerten Detailausschnitt gemäß II aus Fig. 1 .  an enlarged detail section according to II of Fig. 1st
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 dient zur Absorption eines einfallenden Laserstrahls 2 und umfasst eine Zerstreuungsoptik 3 zur Aufweitung bzw. Auffächerung des einfallenden Laserstrahls 2 und einen ersten hohlen Absorptionskegel 4, der sich in der Einfallsrichtung 5 des Laserstrahls 2 verjüngt und eine im Vergleich zum Kegelöffnungswinkel ßi stumpfere Kegelspitze 6 aufweist. Die Zerstreuungsoptik 3 ist typischerweise eine Zerstreuungslinse, insbesondere eine Bikonkavlinse. The device 1 shown in FIG. 1 serves to absorb an incident laser beam 2 and comprises a diverging optics 3 for widening or fanning the incident laser beam 2 and a first hollow absorption cone 4, which tapers in the direction of incidence 5 of the laser beam 2 and one in comparison to the cone opening angle ßi blunt conical tip 6 has. The diffusing optics 3 is typically a diverging lens, in particular a biconcave lens.
Der aufgeweitete bzw. aufgefächerte Laserstrahl 2 (in Fig. 1 schematisch durch meh- rere Einzelstrahlen dargestellt) tritt in die Kegelöffnung (Eintrittsöffnung) 7 des ersten Absorptionskegel 4 ein, trifft auf die absorbierende Kegelinnenoberfläche 8 und wird daran mehrfach reflektiert, wobei bei jedem Auftreffen auf die Kegelinnenoberfläche 8 ein bestimmter Anteil der Strahlungsenergie absorbiert wird. Ist die eintretende Strahlungsenergie des Laserstrahls 2 jedoch entsprechend hoch, so ist es möglich, dass sich der Laserstrahl 2 bis zur Kegelspitze 6 ausbreitet und anschließend rückreflektiert wird, d.h. sich entgegen der ursprünglichen Einfallsrichtung 5 des Laserstrahls 2 in Richtung 9 auf die Zerstreuungsoptik 3 ausbreitet. Um zu minimieren bzw. zu verhindern, dass rückreflektierte Laserstrahlung die Zerstreuungsoptik 3 erreicht oder gar durch sie hindurchtritt und die Absorptionsvorrichtung 1 wieder verlässt, ist zwischen der Zerstreuungsoptik 3 und dem ersten Absorptionskegel 4 ein sich entgegen der Einfallsrichtung 5 verjüngender zweiter hohler Absorptionskegel bzw. -kegelstumpf 10 angeordnet, der den einfallenden aufgeweiteten Laserstrahl 2 umgibt. Der Kegelöffnungswinkel ß2 des zweiten Absorptionskegeis 9 ist so groß gewählt, dass der in die Kegelöffnung (Durchtrittsöffnung) 11 des zweiten Absorptionskegels 10 eintretende aufgeweitete Laserstrahl 2 nicht auf die absorbierende Kegelinnenoberfläche 12 trifft. Wie vorliegend können die beiden Kegelöffnungswinkel i , ß2 etwa gleich groß sein und ca. 30°±10° betragen. Die beiden Ab- sorptionskegel 4, 10 sind aus Material, wie z.B. aus Kupfer und/oder Aluminium, gebildet und weisen eine für die Laserwellenlänge hochabsorbierende Schicht auf, sodass vorteilhaft bei jedem Auftreffen des Laserstrahls 2 ca. 95 % der Strahlungsenergie absorbiert wird. Das Wirkprinzip des zweiten Absorptionskegels 9 ergibt sich schematisch aus Fig. 2. Ein entgegen der ursprünglichen Einfallsrichtung 5 des Laserstrahls 2 rückreflektierter Einzelstrahl 2a trifft unter einem Einfallswinkel αι bezüglich des Einfalllots 13 auf die absorbierende Kegelinnenoberfläche 12 des zweiten Absorptionskegels 10 und wird unter demselben Ausfallswinkel CH an der Kegelinnenoberfläche 12 reflektiert. Sofern nun, wie in Fig. 2 gezeigt, der Einfallswinkel CH größer als der halbe Kegelöffnungswinkel ß2 ist, also ai > 1/2ß2, weist der reflektierte Einzelstrahl 2b eine in Richtung zurück auf die Zerstreuungslinse 3 gerichtete Ausbreitungskomponente auf. Der reflektierte Einzelstrahl 2b trifft an gegenüberliegender Stelle erneut auf die absorbierende Kegelinnenoberfläche 12 des zweiten Absorptionskegels 10 unter einem nun kleineren Einfallswinkel 02 (α2 < αι) bezüglich des Einfalllots 13 und wird unter demselben Ausfallswinkel a2 an der Kegelinnenoberfläche 12 reflektiert. Sofern nun, wie in Fig. 2 gezeigt, der Einfallswinkel a2 kleiner als der halbe Kegelöffnungswinkel ß2 ist, also a2 < / ß2, weist der reflektierte Einzelstrahl 2c keine in Richtung zurück auf die Zerstreuungslinse 3, sondern nur in Richtung auf den ersten Absorptionskegel 4 gerichtete Ausbreitungskomponente auf. Der Einzelstrahl 2c tritt, gegebenenfalls nach weiteren Reflexionen an der Kegelinnenoberfiäche 12 des zweiten Absorptionskegels 10, schließlich wieder in den ersten Absorptionskegel 4 ein. Dabei wird auch bei jedem Auftreffen auf die Kegelinnenoberfiäche 12 des zweiten Absorptions- kegels 10 ein bestimmter Anteil der Strahlungsenergie absorbiert, bis schließlich die Strahlungsenergie des Laserstrahls 2 vollständig absorbiert ist. The expanded or fanned laser beam 2 (shown schematically in FIG. shown individual jet jets) enters the cone opening (inlet opening) 7 of the first absorption cone 4, strikes the absorbent cone inner surface 8 and is reflected several times, each time a hitting the cone inner surface 8, a certain proportion of the radiant energy is absorbed. However, if the incoming radiation energy of the laser beam 2 is correspondingly high, then it is possible for the laser beam 2 to propagate to the cone tip 6 and then to be reflected back, ie to propagate in the direction 9 toward the diverging optical system 3, counter to the original direction of incidence 5 of the laser beam 2. In order to minimize or prevent that back-reflected laser radiation reaches the dispersing optics 3 or even passes through them and leaves the absorption device 1 again, between the diffusing optics 3 and the first absorption cone 4 is a second hollow absorption cone or tapering counter to the direction of incidence 5. truncated cone 10 which surrounds the incident expanded laser beam 2. The cone opening angle β 2 of the second absorption cone 9 is chosen to be so large that the expanded laser beam 2 entering the cone opening (passage opening) 11 of the second absorption cone 10 does not strike the absorbent inner cone surface 12. As in the present case, the two cone opening angles i, ß 2 can be about the same size and be about 30 ° ± 10 °. The two absorption cones 4, 10 are made of material, such as copper and / or aluminum, and have a highly absorbing for the laser wavelength layer, so advantageously at each impingement of the laser beam 2 about 95% of the radiant energy is absorbed. The mode of action of the second absorption cone 9 is shown schematically in FIG. 2. A single beam 2a reflected against the original direction of incidence 5 of the laser beam 2 strikes the absorbing inner cone surface 12 of the second absorption cone 10 at an angle of incidence α 1 with respect to the incident slot 13 and is subjected to the same angle of incidence CH reflected at the inner cone surface 12. If now, as shown in Fig. 2, the angle of incidence CH is greater than half the cone opening angle ß 2 , ie ai> 1 / 2ß 2 , the reflected single beam 2b has a directed back towards the diverging lens 3 propagation component. The reflected single beam 2b again encounters the absorbing inner cone surface 12 of the second absorption cone 10 at an opposite location smaller incident angle 02 (α 2 <αι) with respect to the Einfalllots 13 and is reflected at the same angle of incidence a 2 on the inner surface of the cone 12. If now, as shown in Fig. 2, the angle of incidence a 2 is smaller than half the cone opening angle ß 2 , ie a 2 </ ß 2 , the reflected single beam 2c has no back in the direction of the diverging lens 3, but only in the direction the first absorption cone 4 directed propagation component. The single jet 2c finally enters the first absorption cone 4 again, optionally after further reflections on the inner cone surface 12 of the second absorption cone 10. In this case, a certain portion of the radiant energy is absorbed even with each impact on the Kegelinnenoberfiäche 12 of the second absorption cone 10, until finally the radiant energy of the laser beam 2 is completely absorbed.
Obwohl in Fig. 2 nur der Strahlengang eines Einzelstrahls 2a-2c gezeigt ist, der sich in einer Radialebene zur optischen Achse 14 ausbreitet, gilt ein analoger Strahlen- gang auch für alle anderen Einzelstrahlen, die nicht in einer Radialebene verlaufen. Although only the beam path of a single beam 2a-2c, which propagates in a radial plane to the optical axis 14, is shown in FIG. 2, an analog beam path also applies to all other individual beams that do not run in a radial plane.
Wie in Fig. 1 gezeigt, schließen die beiden Absorptionskegel 4, 10 mit ihren Kegelinnenoberflächen 8, 12 stufenlos aneinander an. Zur Abführung der durch die Absorption der Strahlungsenergie in den Absorptionskegeln 4, 10 entstehenden Wärme sind die beiden Absorptionskegel 4, 10 jeweils von einem kühlwasserdurchströmten Ringraum 15, 16 umgeben, der innenseitig durch die Kegelaußenoberflächen der beiden Absorptionskegel 4, 10 begrenzt ist. Die Kühlwasserzuleitungen und -ableitungen der Ringräume 15, 16 sind jeweils mit 17 und 18 bezeichnet. Anstatt wie gezeigt durch Absorptionskegel können die beiden Absorptionskörper jeweils auch durch zwei Platten gebildet sein, die so zueinander ausgerichtet sind, dass sie eine keilförmige Eintrittsöffnung bilden. Die keilförmige Eintrittsöffnung des einen, ersten Absorptionskörpers verjüngt sich in der Einfallsrichtung des aufgeweiteten Laserstrahls, und die keilförmige Eintrittsöffnung des zwischen der Zerstreu- ungsoptik und dem ersten Absorptionskörper angeordneten anderen, zweiten Absorptionskörpers umgibt den aufgeweiteten Laserstrahl und verjüngt sich entgegen der Einfallsrichtung des Laserstrahls. As shown in FIG. 1, the two absorption cones 4, 10 with their conical inner surfaces 8, 12 adjoin one another steplessly. To dissipate the heat resulting from the absorption of the radiant energy in the absorption cones 4, 10, the two absorption cones 4, 10 are each surrounded by an annular space 15, 16 through which cooling water flows, which is bounded on the inside by the conical outer surfaces of the two absorption cones 4, 10. The cooling water supply lines and outlets of the annular spaces 15, 16 are each denoted by 17 and 18. Instead of being shown by absorption cones, the two absorption bodies can each also be formed by two plates, which are aligned with one another in such a way that they form a wedge-shaped inlet opening. The wedge-shaped inlet opening of the one, first absorption body tapers in the direction of incidence of the expanded laser beam, and the wedge-shaped inlet opening of the arranged between the diverging optics and the first absorption body other, second absorption body surrounds the expanded laser beam and tapers counter to the direction of incidence of the laser beam.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung (1 ) zur Absorption eines einfallenden Laserstrahls (2), 1. Device (1) for absorbing an incident laser beam (2),
mit einer Zerstreuungsoptik (3) zur Aufweitung des einfallenden Laserstrahls (2) und mit einem Absorptionskörper (4), der eine sich in der Einfallsrichtung (5) des aufgeweiteten Laserstrahls (2) verjüngende Eintrittsöffnung (7) aufweist,  with a diverging optical system (3) for widening the incident laser beam (2) and with an absorption body (4) which has an inlet opening (7) tapering in the direction of incidence (5) of the widened laser beam (2),
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zwischen der Zerstreuungsoptik (3) und dem einen, ersten Absorptionskörper (4) ein zweiter Absorptionskörper (10) mit einer den aufgeweiteten Laserstrahl (2) umgebenden Durchtrittsöffnung (1 1 ) angeordnet ist, die sich entgegen der Einfallsrichtung (5) des Laserstrahls (2) verjüngt.  a second absorption body (10) with a passage opening (11) surrounding the widened laser beam (2) is arranged between the diverging optical system (3) and the one, first absorption body (4), which counter to the direction of incidence (5) of the laser beam (FIG. 2) tapers.
2. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Durchtrittsöffnung (1 1 ) des zweiten Absorptionskörpers (10) kontinuierlich verjüngt. 2. Absorption device according to claim 1, characterized in that the passage opening (1 1) of the second absorption body (10) continuously tapers.
3. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (7) des ersten Absorptionskörpers (4) und die Durch- trittsöffnung (11 ) des zweiten Absorptionskörpers (10) stufenlos aneinander anschließen. 3. Absorption device according to claim 1 or 2, characterized in that the inlet opening (7) of the first absorption body (4) and the passage opening (11) of the second absorption body (10) adjoin one another steplessly.
4. Absorptionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Absorptionskörper jeweils als ein Absorptionskegel (4, 10) ausgebildet sind. 4. Absorption device according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or the second absorption body are each formed as an absorption cone (4, 10).
5. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelöffnungswinkel (ß2) des zweiten Absorptionskegels (10) zwischen 20° und 40° beträgt. 5. Absorption device according to claim 4, characterized in that the cone opening angle (ß 2 ) of the second absorption cone (10) is between 20 ° and 40 °.
6. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelöffnungswinkel (ßi ) des ersten Absorptionskegels (4) zwischen 20° und 40° beträgt. 6. Absorption device according to claim 4 or 5, characterized in that the cone opening angle (ßi) of the first absorption cone (4) is between 20 ° and 40 °.
7. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelöffnungswinkel (β-ι, ß2) des ersten und des zweiten Absorptionskegels (4, 10) gleich groß sind. 7. absorption device according to claim 4 to 6, characterized in that the cone opening angle (β-ι, ß 2 ) of the first and the second absorption cone (4, 10) are equal.
8. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Absorptionskegel (4) eine im Vergleich zu seinem Kegelöffnungs- winkel (ßi ) stumpfere Kegelspitze (7) aufweist. 8. Absorption device according to claim 4 to 7, characterized in that the first absorption cone (4) has a blunt compared to its cone opening angle (ßi) conical tip (7).
9. Absorptionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionskörper (4, 10) aus Kupfer und/oder Aluminium gebildet sind. 9. Absorption device according to one of the preceding claims, characterized in that the absorption body (4, 10) made of copper and / or aluminum are formed.
10. Absorptionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionskörper (4, 10) eine für die Laserwellenlänge hochabsorbierende Schicht aufweist. 10. Absorption device according to one of the preceding claims, characterized in that the absorption body (4, 10) has a highly absorbent for the laser wavelength layer.
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