WO2024023131A1 - Vorrichtung und verfahren zum optimieren der einkopplung eines laserstrahls in einen lichtleiter - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum optimieren der einkopplung eines laserstrahls in einen lichtleiter Download PDF

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WO2024023131A1
WO2024023131A1 PCT/EP2023/070663 EP2023070663W WO2024023131A1 WO 2024023131 A1 WO2024023131 A1 WO 2024023131A1 EP 2023070663 W EP2023070663 W EP 2023070663W WO 2024023131 A1 WO2024023131 A1 WO 2024023131A1
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laser beam
coupling
light guide
offset
impact
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PCT/EP2023/070663
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Stefan BAUMBACH
Martin Liermann
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Trumpf Laser Gmbh
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    • G02B6/4227—Active alignment methods, e.g. procedures and algorithms

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for optimizing the coupling of a laser beam from a laser into a light guide.
  • the laser beam generated by the laser beam is often coupled into a light guide in order to transport the laser beam to a target location.
  • the target location can be, for example, a processing optics that shapes the laser beam and then applies the shaped laser beam to a workpiece to be processed, whereby the workpiece is processed.
  • the coupling is determined in particular by the angle of incidence of the laser beam and the point of impact of the laser beam on the coupling device, which transfers the laser beam into the light guide.
  • a system of two mirrors is typically used to couple the laser beam into a light guide. If the first mirror is exposed to the laser beam and is tilted, then the impact position and the impact angle of the laser beam on the second mirror change. If the second mirror is then tilted, the impact angle and the impact position on the subsequent optical element are adjusted again.
  • the impact position and the impact angle depend on the settings of the first and second angles because both mirrors adjust both parameters. If, for example, the laser beam appears perpendicular to a coupling optic, then a parallel offset of the laser beam is only possible by adjusting both mirrors together. This has the disadvantage that when setting the coupling automatically, the interdependent and mutual influence of the two mirrors must be compensated for.
  • DE102016116410 shows a fiber coupling with a lens and an additional element, which can be a mirror or a prism.
  • a device for optimizing the coupling of a laser beam from a laser into a light guide comprising a coupling device which is set up to couple the laser beam into the light guide, the device comprising a mirror device which is set up to determine the angle of incidence of the laser beam on the coupling device in order to direct the laser beam centrally onto the fiber core of the light guide, the device comprising a beam offset device which is set up to adjust the point of impact in the form of a parallel offset of the laser beam on the coupling device in order to direct the laser beam perpendicularly to the To direct the entrance surface of the light guide.
  • the light guide is designed to guide the laser beam of the laser, for example the laser beam of an ultra-short pulse laser and/or a high-power laser, from the entrance surface of the light guide to the exit surface of the light guide.
  • a light guide can be, for example, a glass fiber or another suitable fiber.
  • such a light guide can also be a hollow core fiber.
  • a light guide also typically has at least a fiber core and a fiber cladding, with the light being guided in the fiber core.
  • the laser beam In order to couple the laser beam into the light guide, the laser beam must hit the fiber core of the light guide as centrally as possible. It is also necessary that the laser beam is directed as vertically as possible onto the entrance surface of the light guide. This means that a particularly large amount of laser energy can be coupled into the light guide.
  • Center can mean that the laser beam hits the geometric center of the fiber core, for example hits the center of a fiber core with a round cross section. Central can also mean that the laser beam hits the center of gravity of a fiber core cross section. However, central can also mean that the laser beam hits a special point of symmetry of the fiber core cross section, for example the focal point of an elliptical fiber core cross section.
  • multiclad fibers several fiber cores are distributed in concentric rings around a central fiber core.
  • Each of the annular fiber cores can be acted upon centrally by the laser if the laser beam hits the center of the ring segment in the radial direction, for example.
  • a mirror device In order to couple the laser beam into the light guide, a mirror device is used.
  • the mirror device can, for example, comprise one or more mirrors that can deflect the laser beam in different directions.
  • the laser beam can be deflected by the laser in such a way that it is directed as vertically and as centrally as possible onto the coupling device, so that the laser beam also enters the entrance surface of the light guide vertically and centrally.
  • a first mirror can deflect the laser beam in a first axis by a first angle and in a second axis by a second angle.
  • a certain point of impact on the second mirror is defined after propagation to the second mirror.
  • the second mirror can deflect the laser beam reflected on the first mirror by a further first angle, for example, in a further first axis and by a further second angle in a further second axis.
  • the laser beam reflected at the second mirror is finally coupled into the light guide indirectly via the coupling device, for example a lens.
  • the coupling device for example a lens.
  • an impact point is then defined as the place at which the laser beam falls on the coupling device.
  • the angle of incidence is also defined in the coupling plane, as the angle of the laser beam relative to the surface normal of the coupling plane.
  • the coupling device and the Coupling planes can be used synonymously to describe the impact location and impact angle.
  • a beam offset device is arranged between the mirror device and the coupling device.
  • the beam offset device is preferably set up to adjust the point of impact in the form of a parallel offset of the laser beam.
  • a parallel offset is a displacement of the incoming laser beam by a certain displacement length.
  • the shifted laser beam remains aligned parallel to the incoming laser beam.
  • the beam offset device is set up to not impose any additional angular offset on the laser beam. Rather, the parallel offset can be set without an angular offset.
  • the mirror device can orient the laser beam exactly perpendicular to the coupling plane, while the beam offset device isolates the point of impact of the laser beam in the coupling plane.
  • the beam offset of the beam offset device depends on the relative orientation of the beam offset device to the laser beam.
  • the refraction angle results in particular from the refractive indices of air and the material of the beam offset device according to Snell's law of refraction. By tilting or pivoting the beam offset device, the angle of incidence is changed, so that this results in a changed deflection.
  • drift of the laser beam for example due to fluctuations in the ambient temperature, can be particularly easily compensated for.
  • Angle of impact on the coupling device can be set, while the point of impact on the coupling device is set with the beam offset device.
  • the coupling device can convert an impact point of the laser beam on the coupling device into an impact angle of the laser beam on the entrance surface of the light guide and can convert an impact angle of the laser beam on the coupling device into an impact point of the laser beam on the entrance surface of the light guide, the coupling device preferably having a lens or a lens system is.
  • the coupling device is therefore able to carry out a location-to-angle transformation or to carry out an angle-to-location transformation.
  • the point of impact on the coupling device causes the point of impact on the coupling device to determine the angle of incidence of the laser beam on the entrance surface of the light guide, while an angle of impact on the coupling device determines a point of impact on the entrance surface of the light guide.
  • the laser beam when the laser beam lies on the optical axis of the coupling device, the laser beam also hits the center of the fiber core and perpendicularly onto the entrance surface of the light guide, so that a particularly effective coupling into the entrance surface of the light guide is possible.
  • the point of impact on the fiber core of the light guide can deviate from the center of the fiber core of the light guide by less than 10%, preferably by less than 3%, of the beam diameter of the laser beam.
  • the laser beam can have a beam radius of 30 pm, so that the point of impact deviates from the center of the fiber core of the light guide by less than 3 pm, preferably by less than 1 pm.
  • the angle of incidence on the entrance surface of the light guide can deviate from the vertical incidence on the entrance surface of the light guide by less than 10%, preferably by less than 3%, of the beam divergence.
  • the beam divergence of the laser beam can be 100p°, so that the
  • the beam offset device can be a plane-parallel plate.
  • a plane-parallel plate is a plate made of a material with a material-dependent refractive index whose front and back are aligned parallel to each other. Plane-parallel plates have the advantage that they are particularly easy and inexpensive to produce.
  • the beam offset device can also be a wedge plate device, wherein the wedge plate device comprises two wedge plates which are displaceable relative to one another and wherein the outer sides of the wedge plate device are plane-parallel to one another.
  • a wedge plate has a thick end that tapers towards a tapered side.
  • the two wedge plates are oriented towards each other in such a way that the tapered side of one wedge plate coincides with the thick end of the other wedge plate.
  • the two outer sides of the wedge plate device are those sides of the wedge plates that do not face each other. If these two outer sides are parallel to each other, then the effect of the wedge plate device corresponds to that of a plane-parallel plate.
  • the thickness of the wedge plate device acting on the laser beam can be adjusted by means of the displaceable wedges. This creates another option for setting the size of the parallel offset in isolation.
  • the thickness of the beam offset device can be less than 20mm, preferably less than 10mm.
  • the parallel offset of the laser beam on the coupling device can be up to 0.5mm or up to 1mm.
  • the parallel offset can be set within a sufficiently large range. If the thickness of the beam displacement device is greater, then the absorption in the material increases, so that the laser energy deposited in the beam displacement device can damage the beam displacement device.
  • the light guide can be a hollow core fiber.
  • Hollow core fibers have the advantage that the interaction of the laser beam with the fiber material is less than with conventional glass fibers based on total reflection. This means, for example, that longer light guide lengths can be achieved. In addition, the size of non-linear effects in the hollow core fiber is reduced, so that more power can be transported through the hollow core fiber than through conventional glass fibers.
  • the mirror device and/or the beam offset device can have an electronically controllable adjustment and have a control device, wherein the control device is set up to control the electronically controllable adjustment and the electronically controllable adjustment is set up to adjust the angle of incidence of the laser beam on the coupling device and/or to set the point of impact in the form of a parallel offset of the laser beam on the coupling device.
  • An electronically controllable adjustment can be, for example, a stepper motor or a piezo adjustment.
  • Stepper motor controls have the advantage that they can adjust the mirror device and/or the beam offset device to a particularly large extent. This has the advantage, particularly for the mirror device, that a rough adjustment of the coupling of the laser beam into the light guide is made possible.
  • the piezo adjustment has the advantage that it is particularly suitable for fine adjustment. Accordingly, the piezo adjustment can be used, for example, for the beam offset device in order to adjust the parallel offset particularly finely, so that the coupling becomes particularly optimal.
  • a piezo adjustment can also be used in the mirror device, for example to ensure a particularly vertical incidence of the laser beam into the entrance surface of the light guide.
  • Both the mirror or mirrors of the mirror device and the beam offset device can have two electronically controllable adjustments, so that, for example, a tilt in the x direction can be achieved with the first adjustment and in the y direction with the second adjustment.
  • the device can comprise a sensor device which is set up to detect a measure of the coupling efficiency of the laser beam into the light guide, the sensor device preferably being a photodiode.
  • the intensity can be measured as a measure of the coupling efficiency of the laser light, with particularly good coupling being present at a particularly high intensity.
  • the sensor device can in particular be a photodiode in order to measure the intensity of the laser beam.
  • the senor device can be a camera, in particular a beam profile camera, which not only measures the intensity of the laser beam, but also detects spatially resolved information about the shape and form of the laser beam as a measure of the coupling efficiency.
  • the device can comprise a beam splitter which is arranged behind the exit surface of the light guide and is designed to split off a part of the laser beam behind the light guide and feed it to the sensor device.
  • the beam splitter can be set up to split off only a small part of the laser beam coupled out of the light guide and to supply it to the sensor device. For example, less than 20%, preferably less than 5%, can be split off from the coupled-out laser beam.
  • the device may comprise a reflecting element on the exit surface of the light guide, which is designed to reflect part of the laser beam back to the entrance surface of the light guide and to supply it to the sensor device.
  • the reflective element can, for example, be a partially reflective coating on the exit surface of the light guide.
  • the reflective element can also be a partially reflective coating on part of the exit surface of the light guide.
  • the sensor device By partially reflecting the laser beam at the exit surface of the light guide and passing through the light guide again, the sensor device can be arranged at the stationary end or on the laser side of the light guide. This means that the light guide can be used particularly flexibly and in a space-saving manner on the other side, for example the side of the processing optics.
  • the device can comprise a control device which is set up to receive the measure of the coupling efficiency of the laser beam from the sensor device and to send control signals to the electronically controllable adjustments of the mirror device and/or beam offset device.
  • a control device can in particular be a computer and/or a microcontroller and/or an FPGA.
  • the control device receives the level of coupling efficiency and adjusts the adjustment of the mirror device and/or beam offset device, the level of coupling efficiency can be optimized fully automatically.
  • a change in the level of coupling efficiency can be detected and compensated for with a corresponding adjustment of the adjustments. This makes it possible to keep the level of coupling efficiency at a particularly high level.
  • the control device can be set up to control only a single mirror and the wedge plate device to optimize the coupling.
  • the setting of the point of impact and angle of impact can be carried out independently of one another in a particularly advantageous manner, so that in particular a simplified optimization of the coupling is possible, since no mutual dependencies have to be taken into account when optimizing the point of impact and angle of impact.
  • a method for optimizing the coupling of a laser beam from a laser into a light guide wherein in a first step the angle of incidence of the laser beam is adjusted to a coupling device with a first mirror of a mirror device in order to direct the laser beam centrally onto the fiber core of the light guide, wherein in a second step an impact point in the form of a parallel offset of the laser beam is set to a coupling device with a beam offset device in order to direct the laser beam perpendicularly onto the entrance surface of the light guide, and wherein the laser beam is coupled into the entrance surface of the light guide using the coupling device.
  • the beam offset device can be aligned in the beam path so that it does not produce a parallel offset of the laser beam and/or the beam offset device can be oriented in a reference position, with the beam offset device being parallel to the coupling device.
  • a rough adjustment of the mirror device can be carried out and fixed during production of the laser system, since the adjustment is unsuitable and/or complex for the end user due to the mutual dependencies of the optical components in the laser system.
  • the angle of incidence of the laser beam can be adjusted during production so that it is particularly perpendicular to the entrance surface of the light guide. To optimize the coupling of the laser beam, it is then only necessary to adjust the angle of incidence using a single mirror and to adjust the parallel offset using the beam offset element.
  • the beam offset device can be brought into a zero position or reference position and the impact angle can be adjusted with the last mirror of the mirror device become.
  • the beam offset image can then be tilted from its zero position or reference position to create a parallel offset.
  • the measure of the coupling efficiency of the laser beam into the light guide can be detected with a sensor device and sent to the control device, the control device can analyze the measure of the coupling efficiency received and send a control signal to the electronically controllable adjustments of the mirror device and / or the beam offset device, thereby increasing the angle of incidence and/or the point of impact can be adjusted in the form of a parallel offset of the laser beam.
  • the control device detects a lower level of coupling efficiency than at an earlier point in time. Then the control device can send a control signal to the beam offset device so that the beam offset device is tilted by a certain amount in one direction, so that a parallel offset by a certain amount occurs in this direction. If no improvement in the level of coupling efficiency is subsequently detected, tilting can occur in the opposite direction. If an improvement is detected, a new tilting can be set in a further step in order to achieve a further improvement in the level of coupling efficiency. However, if no improvement is detected, the previous tilting can be adjusted.
  • the tilting can be adjusted in a further direction and thus the coupling efficiency can be further increased or maintained at the high level.
  • the coupling efficiency can thus be adjusted by a control loop, with each change in an adjustment being followed by a measurement of the degree of coupling efficiency and then a further change in the adjustment being made in accordance with the changed dimension of the coupling efficiency.
  • the method can be carried out in particular during ongoing laser operation and thereby an angular drift and a parallel drift of the laser beam can be compensated and the coupling of the laser beam can be kept optimal during ongoing laser operation.
  • this provides an automated method for readjusting the level of coupling efficiency in order to ensure the best system performance.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a device for coupling a laser beam into a light guide according to the prior art
  • Figures 2A, B show a schematic representation of the optimization of the coupling of the laser beam
  • Figure 3 is a schematic representation of the device according to the invention.
  • Figure 4 is a schematic representation of the beam offset device
  • Figure 5 is a schematic representation of the wedge plate device
  • Figure 6 shows a further schematic representation of the wedge plate device
  • Figure 7 shows a further schematic representation of the device according to the invention.
  • the laser beam 10 is hereby one Laser 1, for example an ultra-short pulse laser, is provided.
  • the laser beam 10 is then deflected via a mirror device 2 so that it can be coupled into the entrance surface 300 of a light guide 30 using a coupling device 32.
  • the mirror device 2 here has, for example, two mirrors 20, 22.
  • the first mirror 20 reflects the laser beam 10 in the negative y-direction, where it hits the second mirror 22 after a certain distance.
  • An impact point of the laser beam 10 on the second mirror 22 is defined by the reflection angle of the first mirror 20 and the distance between the first mirror 20 and the second mirror 22. From the point of impact on the second mirror 22, the laser beam 10 is directed in the direction of the light guide 30, where it is coupled into the entrance surface 300 of the light guide 30 by a coupling device 32, for example a lens. After passing through the light guide 30, the laser beam 10 can finally be coupled out of the exit surface 302 of the light guide 30 by a coupling optics 34.
  • the laser beam 10 must strike the center of the fiber core of the light guide and perpendicularly onto the entrance surface 300 of the light guide 30, as shown in Figures 2A, B.
  • Figure 2A shows the situation in which the laser beam 10 falls on the entrance surface 300 at an angle, for example at a pair of angles relative to the xy plane and relative to the yz plane.
  • the angle of incidence of the laser beam 10 is measured relative to the surface normal of the entrance surface 300.
  • the point of impact of the laser beam 10 on the fiber core can also be defined in the entrance surface 300.
  • the entrance surface 300 and the fiber core completely overlap, and the laser beam 10 is directed off-center and at an angle onto the entrance surface 300. This means that the laser beam can only be coupled into the light guide by the coupling device with little or no efficiency.
  • both the angle of impact and the location of impact must be adjusted to the coupling device 32 via the mirror device 2. Due to the mirrors used, both sizes can only be adjusted at the same time.
  • 2B shows the situation of an optimized coupling of the laser beam 10 through the coupling device 32 into the light guide 30, whereby the angle of incidence disappears relative to the surface normal of the entrance surface 300 and wherein the point of impact of the laser beam 10 coincides with the center of the entrance surface 300 or with the fiber core.
  • the laser beam 10 can drift during ongoing laser operation.
  • This drift can be, for example, a drift of the angle of impact or a drift of the location of impact.
  • a beam offset element 5 is arranged between the mirror device 2 and the coupling optics 32, as shown in Figure 3.
  • the beam offset element 5 is set up to impose a parallel offset on the laser beam 10.
  • a parallel offset By means of a parallel offset, the point of impact of the laser beam 10 on the coupling device can be adjusted independently of the angle of impact. This makes an optimized coupling of the laser beam 10 possible.
  • the laser beam 10 can have a drift in the angle of impact and the location of impact after a certain period of operation.
  • the second mirror 22 of the mirror device 2 By adjusting, for example, the second mirror 22 of the mirror device 2, the point of impact on the fiber core can be easily corrected.
  • the angle of incidence can finally be adjusted with a parallel offset of the laser beam 10 in front of the coupling optics 32, so that the laser beam 10 is directed perpendicularly onto the entrance surface 300 and is thereby coupled into the center of the entrance surface 300 of the light guide 30.
  • the coupling device 32 can convert an impact point of the laser beam 10 on the coupling device 32 into an impact angle of the laser beam 10 on the entrance surface 300 of the light guide 30 and an impact angle of the laser beam 10 on the input device 32 into an impact point of the laser beam 10 on the entrance surface 300 of the light guide 30 transfer, the coupling device 32 preferably being a lens or a lens system.
  • the point of impact on the entrance surface 300 of the light guide 30 can deviate from the center of the entrance surface 300 of the light guide 30 and thus also from the center of the fiber core by less than 10%, preferably by less than 3%, of the beam diameter of the laser beam.
  • the laser beam 10 can have a beam radius of 1 pm, so that the point of impact deviates from the center of the fiber core of the light guide 30 by less than 0.1 pm, preferably by less than 0.033 pm.
  • the angle of incidence on the entrance surface of the light guide can deviate from the vertical incidence on the entrance surface of the light guide by less than 10%, preferably by less than 3%, of the beam divergence.
  • the beam divergence of the laser beam can be 600p°, so that the angle of incidence can deviate from the vertical incidence on the entrance surface 300 of the light guide 30 by less than 60p°, preferably by less than 18p°.
  • the mirrors 20, 22 of the mirror device 2 and also the beam offset arrangement 5 can be equipped with electronically controllable adjustments, so that the tilting of these elements, indicated by the double arrows, can be adjusted electronically.
  • the device has a sensor device 6 and a beam splitter 4, both of which are arranged on the side of the decoupling optics 34 in this embodiment.
  • the beam splitter 4 can deflect part of the coupled-out laser beam 10 and make it available to the sensor device 6.
  • a measure of the coupling efficiency can be determined by the intensity measured there or by the beam profile measured there or the beam quality measured there.
  • the sensor device 6 sends the measure of the coupling efficiency to the control device 7.
  • the control device 7 can finally control the electronically controllable adjustments of the mirrors 20, 22 and the beam offset device 5 by electronic control. This allows the mirrors 20, 22 and the beam offset device 5 to be tilted and the coupling to be optimized.
  • control device 7 can, for example, tilt the last mirror 22 of the mirror device 2 and the beam offset device 5 one after the other.
  • the control device can be set up to control only a single mirror 22 and the wedge plate device in order to optimize the coupling.
  • the control device 7 can conclude by comparing it with the previously measured value whether the coupling has been improved or worsened or whether the coupling has remained the same. By systematically adjusting the tilts, the coupling efficiency can be optimized.
  • only the angle of incidence of the laser beam 10 in the coupling plane can be adjusted by arranging the beam offset device 5 in the beam path so that the parallel offset is zero.
  • the beam offset device 5 it is also possible for the beam offset device 5 to be moved into a reference position, for example to be itself parallel to the coupling plane.
  • the angle of incidence of the laser beam 10 on the beam displacement device 5 corresponds to the angle of incidence of the laser beam 10 on the coupling plane.
  • the parallel offset of the laser beam 10 can then be adjusted by tilting the beam offset device 5, so that the laser beam 10 hits the entrance surface 300 of the light guide 30 perpendicularly.
  • the beam offset device 5 is a plane-parallel plate.
  • a plane-parallel plate has two plane-parallel outer surfaces 500, 502, which the laser beam 10 penetrates. If the laser beam 10 enters the plane-parallel plate 5 through the outer surface 500 at an angle of incidence to the surface normal n, then the laser beam 10 is refracted to the surface normal n. When the laser beam 10 emerges from the plane-parallel plate, the laser beam 10 is refracted away from the surface normal n'. As a result, the emerging laser beam only has a parallel offset o to the incoming laser beam.
  • the parallel offset o depends on the entrance angle relative to the surface normal n, as well as on the thickness D of the plane-parallel plate.
  • the beam offset device 5 is a wedge plate device 5 '.
  • the wedge plate device 5 ' in this case comprises two wedge plates 50, 52, which taper from a thick end to a tapered side.
  • the two wedge plates 50, 52 are placed against each other and/or oriented in such a way that the outer surfaces 500, 502 and also the inner surfaces run parallel to one another. Accordingly, a parallel offset o can also be generated with a wedge plate device 5 '.
  • the two wedges 50, 52 of the wedge plate device 5 ' can be moved relative to one another, as shown in Figure 6. This makes it possible to adjust the thickness of the wedge plate device 5 ', through which the laser beam 10 is displaced in parallel.
  • the thickness d becomes smaller, as a result of which the parallel offset o also becomes smaller. If the wedge plates 50, 52 are pushed one on top of the other, the thickness d increases, which also causes the parallel offset o to increase.
  • the exit surface 302 of the light guide 30 at least partially has a partially reflective coating, which reflects the laser beam 10 back to the entrance surface 300 of the light guide 30.
  • the exit surface 302 of the light guide 30 in particular also includes further components that are attached to the fiber end of the light guide 30.
  • a so-called end cap which has such a coating, can be spliced or melted onto a fiber end.
  • a glass block can be held at a fiber end of a Holkern fiber at a distance from the fiber end via a ferrule and a perforated block, wherein the glass block, in particular a glass block made of quartz glass, can have such a coating.
  • the use of a Holkern fiber with a coated glass block is particularly preferred when using ultra-short laser pulses.
  • the laser beam coupled out at the exit surface 302 can be deflected, for example, by a beam splitter 4 and fed to the sensor device 6.
  • This embodiment has the advantage that the detection of the measure of the coupling efficiency is arranged on the stationary side, i.e. the laser side of the device. This allows the light guide 30 to be used particularly flexibly, without requiring installation space for a beam splitter 4 and a sensor device 6, for example on the processing optics side.

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Optimieren der Einkopplung eines Laserstrahls (10) eines Lasers (1) in einen Lichtleiter (30), mit einer Einkopplungsvorrichtung (32), die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl (10) in den Lichtleiter (30) einzukoppeln, mit einer Spiegelvorrichtung (2), die dazu eingerichtet ist, den Auftreffwinkel des Laserstrahls (10) auf die Einkopplungsvorrichtung (32) einzustellen, um den Laserstrahl (10) mittig auf den Faserkern des Lichtleiters (30) zu lenken, und mit einer Strahlversatzvorrichtung (5), die dazu eingerichtet ist, den Auftreffort in Form eines Parallelversatzes (o) des Laserstrahls (10) auf die Einkopplungsvorrichtung (32) einzustellen, um den Laserstrahl (10) senkrecht auf die Eintrittsfläche (300) zu lenken. Es sind eine Sensorvorrichtung (6) vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, ein Maß für die Einkopplungseffizienz des Laserstrahls (10) in den Lichtleiter (30) zu detektieren, und eine Steuerungsvorrichtung (7), die dazu eingerichtet ist, das Maß für die Einkopplungseffizienz des Laserstrahls (10) von der Sensorvorrichtung (6) zu empfangen und Steuerungssignale zu elektronisch ansteuerbaren Verstellungen der Spiegelvorrichtung (2) und/oder Strahlversatzvorrichtung (5) zu senden.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Optimieren der Einkopplung eines Laserstrahls in einen Lichtleiter
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Optimieren der Einkopplung eines Laserstrahls eines Lasers in einen Lichtleiter.
Stand der Technik
In modernen Lasersystemen und in Materialbearbeitungsprozessen, in denen solche Lasersysteme eingesetzt werden, wird oftmals der vom Laserstrahl erzeugte Laserstrahl in einen Lichtleiter eingekoppelt, um den Laserstrahl zu einem Zielort zu transportieren. Der Zielort kann hierbei beispielsweise eine Bearbeitungsoptik sein, die den Laserstrahl formt und anschließend ein zu bearbeitendes Werkstück mit dem geformten Laserstrahl beaufschlagt, wodurch das Werkstück bearbeitet wird.
Um eine optimale Übertragung der Laserenergie durch den Lichtleiter zu ermöglichen ist es daher notwendig eine optimale Einkopplung des Laserstrahls in den Lichtleiter zu gewährleisten. Die Einkopplung wird hierbei insbesondere durch den Auftreffwinkel des Laserstrahls und den Auftreffort des Laserstrahls auf der Einkopplungsvorrichtung bestimmt, die den Laserstrahl in den Lichtleiter überführt bestimmt.
Für die Einkopplung des Laserstrahls in einen Lichtleiter wird typischerweise ein System von zwei Spiegeln eingesetzt. Wenn der erste Spiegel mit dem Laserstrahl beaufschlagt wird und verkippt wird, dann ändert sich die Auftreffposition und der Auftreffwinkel des Laserstrahls auf dem zweiten Spiegel. Wird der zweite Spiegel dann verkippt, dann wird abermals der Auftreffwinkel und die Auftreffposition auf dem nachfolgenden optischen Element eingestellt. Die Auftreffposition sowie der Auftreffwinkel hängen hierbei von den Einstellungen von dem ersten und dem zweiten Winkel ab, weil beide Spiegel beide Parameter verstellen. Wenn der Laserstrahl somit beispielsweise senkrecht auf eine Einkoppeloptik auftritt, dann ist ein Parallelversatz des Laserstrahls nur möglich, indem beide Spiegel miteinander eingestellt werden. Dies hat den Nachteil, dass bei einem automatisierten Einstellen der Einkopplung die voneinander abhängige und wechselseitige Beeinflussung der beiden Spiegel kompensiert werden muss.
DE102016116410 zeigt hierbei eine Fasereinkopplung mit einer Linse und einem zusätzlichen Element, welches ein Spiegel oder ein Prisma sein kann.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Optimieren der Strahlgüte bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Optimieren der Einkopplung eines Laserstrahls eines Lasers in einen Lichtleiter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Optimieren der Einkopplung eines Laserstrahls eines Lasers in einen Lichtleiter vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung eine Einkopplungsvorrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl in den Lichtleiter einzukoppeln, wobei die Vorrichtung eine Spiegelvorrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, den Auftreffwinkel des Laserstrahls auf der Einkopplungsvorrichtung einzustellen, um den Laserstrahl mittig auf den Faserkern des Lichtleiters zu lenken, wobei die Vorrichtung eine Strahlversatzvorrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, den Auftreffort in Form eines Parallelversatzes des Laserstrahls auf die Einkopplungsvorrichtung einzustellen, um den Laserstrahl senkrecht auf die Eintrittsfläche des Lichtleiters zu lenken.
Der Lichtleiter ist dazu eingerichtet, den Laserstrahl des Lasers, beispielsweise den Laserstrahl eines Ultrakurzpulslasers und/oder eines Hochleistungslasers von der Eintrittsfläche des Lichtleiters zur Austrittsfläche des Lichtleiters zu führen. Eine solcher Lichtleiter kann beispielsweise eine Glasfaser oder eine andere geeignete Faser sein. Insbesondere kann ein solcher Lichtleiter auch eine Hohlkernfaser sein. Ein Lichtleiter weist zudem typischerweise mindestens einen Faserkern und einen Fasermantel auf, wobei das Licht in dem Faserkern geleitet wird.
Um den Laserstrahl des Lasers in den Lichtleiter einzukoppeln, muss der Laserstrahl möglichst mittig den Faserkern des Lichtleiters treffen. Außerdem ist es notwendig, dass der Laserstrahl möglichst senkrecht auf die Eintrittsfläche des Lichtleiters gelenkt wird. Dadurch kann besonders viel Laserenergie in den Lichtleiter eingekoppelt werden.
Mittig kann bedeuten, dass der Laserstrahl auf die geometrische Mitte des Faserkerns trifft, beispielsweise auf den Mittelpunkt eines Faserkerns mit einem runden Querschnitt trifft. Mittig kann aber auch bedeuten, dass der Laserstrahl auf den Flächenschwerpunkt eines Faserkernquerschnitts trifft. Mittig kann aber auch bedeuten, dass der Laserstrahl auf einen besonderen Symmetriepunkt des Faserkernquerschnitts trifft, beispielsweise in den Brennpunkt eines elliptischen Faserkernquerschnitts.
Bei Multicladfasern verteilen sich mehrere Faserkerne in konzentrischen Ringen um einen zentralen Faserkern. Jeder der ringförmigen Faserkerne kann durch den Laser mittig beaufschlagt werden, wenn der Laserstrahl beispielsweise in die Mitte des Ringsegments in radialer Richtung trifft.
Um den Laserstrahl in den Lichtleiter einzukoppeln, wird daher eine Spiegelvorrichtung eingesetzt. Die Spiegelvorrichtung kann hierbei beispielsweise einen oder mehrere Spiegel umfassen, die den Laserstrahl in verschiedene Richtungen ablenken können. Dadurch kann der Laserstrahl von dem Laser so umgelenkt werden, dass er möglichst senkrecht und möglichst mittig auf die Einkopplungsvorrichtung gelenkt wird, so dass der Laserstrahl auch senkrecht und mittig in die Eintrittsfläche des Lichtleiters eintritt.
Beispielsweise kann ein erster Spiegel den Laserstrahl in einer ersten Achse um einen ersten Winkel umlenken und in einer zweiten Achse um einen zweiten Winkel umlenken. Indem der am ersten Spiegel reflektierte Laserstrahl um einen gewissen Umlenkwinkel abgelenkt wird, wird nach der Propagation zum zweiten Spiegel ein gewisser Auftreffort auf dem zweiten Spiegel definiert. Von diesem Auftreffort aus kann der zweite Spiegel, den am ersten Spiegel reflektierten Laserstrahl beispielsweise in einer weiteren ersten Achse um einen weiteren ersten Winkel umlenken und in einer weiteren zweiten Achse um einen weiteren zweiten Winkel umlenken.
Der am zweiten Spiegel reflektierte Laserstrahl wird schließlich mittelbar über die Einkopplungsvorrichtung, beispielsweise eine Linse, in den Lichtleiter eingekoppelt. In der Ebene der Einkopplungsvorrichtung, der sogenannten Einkopplungsebene, ist dann ein Auftreffort definiert, als der Ort, an dem der Laserstrahl auf die Einkopplungsvorrichtung fällt. In der Einkopplungsebene ist zudem der Auftreffwinkel definiert, als der Winkel des Laserstrahls relativ zur Flächennormalen der Einkopplungsebene. Die Einkopplungsvorrichtung und die Einkopplungsebene können zur Beschreibung von Auftreffort und Auftreffwinkel synonym verwendet werden.
Zur Optimierung der Einkopplung wird zwischen der Spiegelvorrichtung und der Einkopplungsvorrichtung eine Strahlversatzvorrichtung angeordnet.
Die Strahlversatzvorrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, den Auftreffort in Form eines Parallelversatzes des Laserstrahls einzustellen. Ein Parallelversatz ist hierbei eine Verschiebung des eintreffenden Laserstrahls um eine gewisse Verschiebungslänge. Hierbei bleibt der verschobene Laserstrahl jedoch parallel zum eintreffenden Laserstrahl ausgerichtet. Mit anderen Worten ist die Strahlversatzvorrichtung dazu eingerichtet, dem Laserstrahl keinen zusätzlichen Winkelversatz aufzuprägen. Vielmehr kann der Parallelversatz ohne Winkelversatz eingestellt werden.
Dies hat den Vorteil, dass über die Strahlversatzvorrichtung ein Freiheitsgrad isoliert eingestellt werden kann, so dass es zu keiner Wechselwirkung mit der Spiegelvorrichtung kommt, also die Ortsverstellung keine Winkelkompensation erfordert. Beispielsweise kann die Spiegelvorrichtung den Laserstrahl exakt senkrecht zur Einkopplungsebene orientieren, während die Strahlversatzvorrichtung isoliert den Auftreffort des Laserstrahls in der Einkopplungsebene einstellt.
Der Strahlversatz der Strahlversatzvorrichtung ist hierbei abhängig von der relativen Orientierung der Strahlversatzvorrichtung zum Laserstrahl. Der Strahlversatz o ist gegeben durch d sin(a-Z?) O = - , cos( ?) wobei a der Einfallswinkel relativ zur Flächennormalen der Strahlversatzvorrichtung ist, Jder Brechungswinkel der Strahlversatzvorrichtung ist und d die Dicke der Strahlversatzvorrichtung ist. Der Brechungswinkel ergibt sich hierbei insbesondere nach dem Snellius’schen Brechungsgesetz aus den Brechungsindizies von Luft und dem Material der Strahlversatzvorrichtung. Durch eine Verkippung oder Verschwenkung der Strahlversatzvorrichtung wird demnach der Einfallswinkel geändert, so dass hieraus eine geänderte Ablenkung resultiert.
Folglich kann über die Steuerung einer solchen Verkippung besonders einfach eine Drift des Laserstrahls, beispielsweise aufgrund von Schwankungen der Umgebungstemperatur kompensiert werden. Hierfür kann beispielsweise mit dem letzten Spiegel der Spiegelvorrichtung der Auftreffwinkel auf die Einkoppelvorrichtung eingestellt werden, während mit der Strahlversatzvorrichtung der Auftreffort auf der Einkoppelvorrichtung eingestellt wird.
Die Einkopplungsvorrichtung kann einen Auftreffort des Laserstrahls auf der Einkopplungsvorrichtung in einen Auftreffwinkel des Laserstrahls auf der Eintrittsfläche des Lichtleiters überführen und einen Auftreffwinkel des Laserstrahls auf der Einkopplungsvorrichtung in einen Auftreffort des Laserstrahls auf der Eintrittsfläche des Lichtleiters überführen, wobei die Einkopplungsvorrichtung bevorzugt eine Linse oder ein Linsensystem ist.
Die Einkopplungsvorrichtung ist demnach in der Lage eine Orts-zu-Winkeltransformation durchzuführen oder eine Winkel-zu-Ortstransformation durchzuführen.
Dies bewirkt, dass der Auftreffort auf der Einkopplungsvorrichtung den Auftreffwinkel des Laserstrahls auf der Eintrittsfläche des Lichtleiters bedingt, während ein Auftreffwinkel auf der Einkopplungsvorrichtung einen Auftreffort auf der Eintrittsfläche des Lichtleiters bedingt. Bei einem idealen System trifft, wenn der Laserstrahl auf der optischen Achse der Einkopplungsvorrichtung liegt, der Laserstrahl auch mittig auf den Faserkern und senkrecht auf die Eintrittsfläche des Lichtleiters, so dass eine besonders effektive Einkopplung in die Eintrittsfläche des Lichtleiters ermöglicht wird.
Der Auftreffort auf dem Faserkern des Lichtleiters kann um weniger als 10%, bevorzugt um weniger als 3%, des Strahldurchmessers des Laserstrahls von der Mitte des Faserkerns des Lichtleiters abweichen.
Beispielsweise kann der Laserstrahl einen Strahlradius von 30pm aufweisen, so dass der der Auftreffort von der Mitte des Faserkerns des Lichtleiters um weniger als 3pm, bevorzugt um weniger als 1 pm abweicht.
Der Auftreffwinkel auf der Eintrittsfläche des Lichtleiters kann um weniger als 10%, bevorzugt um weniger als 3%, der Strahldivergenz vom senkrechten Einfall auf die Eintrittsfläche des Lichtleiters abweichen.
Beispielsweise kann die Strahldivergenz des Laserstrahls 100p° betragen, so dass der
Auftreffwinkel um weniger als 10p° bevorzugt um weniger als 3p° vom senkrechten Einfall auf die Eintrittsfläche des Lichtleiters abweichen kann. Die Strahlversatzvorrichtung kann eine planparallele Platte sein. Eine planparallele Platte ist eine Platte aus einem Material mit einem materialabhängigen Brechungsindex deren Vorderseite und Rückseite parallel zueinander ausgerichtet sind. Planparallele Platten haben den Vorteil, dass sie besonderes einfach und günstig herzustellen ist.
Die Strahlversatzvorrichtung kann aber auch eine Keilplattenvorrichtung sein, wobei die Keilplattenvorrichtung zwei Keilplatten umfasst, die gegeneinander verschiebbar sind und wobei die äußeren Seiten der Keilplattenvorrichtung planparallel zueinander sind.
Eine Keilplatte weist hierbei ein dickes Ende auf, welches sich in Richtung einer spitzzulaufenden Seite verjüngt. Die beiden Keilplatten sind hierbei so zueinander orientiert, dass die spitzzulaufende Seite der einen Keilplatte mit dem dicken Ende der anderen Keilplatte zusammenfällt. Die beiden äußeren Seiten der Keilplattenvorrichtung sind hierbei diejenigen Seiten der Keilplatten, die einander nicht zugewandt sind. Wenn diese beiden äußeren Seiten parallel zueinander sind, dann entspricht die Wirkung der Keilplattenvorrichtung der einer planparallelen Platte. Insbesondere kann jedoch durch die verschiebbaren Keile die für den Laserstrahl wirkende Dicke der Keilplattenvorrichtung eingestellt werden. Dadurch ergibt sich eine weitere Möglichkeit um die Größe des Parallelversatzes isoliert einzustellen.
Die Dicke der Strahlversatzvorrichtung kann weniger als 20mm, bevorzugt weniger als 10mm betragen. Der Parallelversatz des Laserstrahls auf der Einkopplungsvorrichtung kann bis zu 0,5mm oder bis zu 1 mm betragen.
Dies hat den Vorteil, dass der Parallelversatz in einem ausreichend großen Rahmen eingestellt werden kann. Wenn die Dicke der Strahlversatzvorrichtung größer ist, dann wächst die Absorption im Material an, so dass die in der Strahlversatzvorrichtung deponierte Laserenergie die Strahlversatzvorrichtung beschädigen kann.
Der Lichtleiter kann eine Hohlkernfaser sein.
Hohlkernfasern weisen den Vorteil auf, dass die Wechselwirkung des Laserstrahls mit dem Fasermaterial geringer ist als bei herkömmlichen, auf Totalreflexion beruhenden Glasfasern. Dadurch können beispielsweise längere Lichtleiterlängen realisiert werden. Zudem ist die Größe von nicht-linearen Effekten in der Hohlkernfaser reduziert, so dass dementsprechend mehr Leistung durch die Hohlkernfaser transportiert werden kann als durch herkömmliche Glasfasern. Die Spiegelvorrichtung und/oder die Strahlversatzvorrichtung kann eine elektronisch ansteuerbare Verstellung aufweisen und eine Steuerungsvorrichtung aufweisen, wobei die Steuerungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, die elektronisch ansteuerbare Verstellung anzusteuern und die elektronisch ansteuerbare Verstellung dazu eingerichtet ist, den Auftreffwinkel des Laserstrahls auf der Einkopplungsvorrichtung einzustellen und/oder den Auftreffort in Form eines Parallelversatzes des Laserstrahls auf der Einkopplungsvorrichtung einzustellen.
Eine elektronisch ansteuerbare Verstellung kann beispielsweise ein Schrittmotor sein oder eine Piezo-Verstellung sein. Schrittmotorsteuerungen haben den Vorteil, dass sie die Spiegelvorrichtung und/oder die Strahlversatzvorrichtung in einem besonders großen Maße verstellen können. Dies hat insbesondere für die Spiegelvorrichtung den Vorteil, dass eine Grobjustage der Einkopplung des Laserstrahls in den Lichtleiter ermöglicht wird. Die Piezo-Verstellung weist den Vorteil auf, dass sie besonders für die Feinjustage geeignet ist. Dementsprechend kann die Piezo-verstellung beispielsweise für die Strahlversatzvorrichtung genutzt werden, um den Parallelversatz besonders fein einzustellen, so dass die Einkopplung besonders optimal wird. Eine Piezoverstellung kann jedoch auch in der Spiegelvorrichtung eingesetzt werden, um beispielsweise einen besonders senkrechten Einfall des Laserstrahls in die Eintrittsfläche des Lichtleiters zu gewährleisten. Sowohl der oder die Spiegel der Spiegelvorrichtung als auch die Strahlversatzvorrichtung können zwei elektronisch ansteuerbare Verstellungen aufweisen, so dass beispielsweise mit der ersten Verstellung eine Verkippung in x-Richtung und mit der zweiten Verstellung in y-Richtung realisiert werden kann. Die Vorrichtung kann eine Sensorvorrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, ein Maß für die Einkopplungseffizienz des Laserstrahls in den Lichtleiter zu detektieren, wobei die Sensorvorrichtung bevorzugt eine Photodiode ist.
Mit einer solchen Sensorvorrichtung kann beispielsweise die Intensität als Maß für die Einkopplungseffizienz des Laserlichts gemessen werden, wobei bei einer besonders hohen Intensität eine besonders gute Einkopplung vorliegt. Die Sensorvorrichtung kann hierbei insbesondere eine Photodiode sein, um die Intensität des Laserstrahls zu messen.
Es ist aber auch möglich, dass die Sensorvorrichtung eine Kamera, insbesondere eine Strahlprofil- Kamera ist, die nicht nur die Intensität des Laserstrahls misst, sondern auch ortsaufgelöste Informationen über die Form und Gestalt des Laserstrahls als Maß der Einkopplungseffizienz detektiert. Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung einen Strahlteiler umfassen, der hinter der Austrittsfläche des Lichtleiters angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, einen Teil des Laserstrahls hinter dem Lichtleiter abzuspalten und der Sensorvorrichtung zuzuführen.
Der Strahlteiler kann hierbei dazu eingerichtet sein, lediglich einen kleinen Teil des aus dem Lichtleiter ausgekoppelten Laserstrahls abzuspalten und der Sensorvorrichtung zuzuführen. Beispielsweise können weniger als 20%, bevorzugt weniger als 5% von dem ausgekoppelten Laserstrahl abgespaltet werden.
Es ist aber auch möglich, dass die Vorrichtung ein reflektierendes Element an der Austrittsfläche des Lichtleiters umfasst, das dazu eingerichtet ist, einen Teil des Laserstrahls zur Eintrittsfläche des Lichtleiters zurück zu reflektieren und der Sensorvorrichtung zuzuführen.
Das reflektierende Element kann beispielsweise eine teilweise reflektierende Beschichtung an der Austrittsfläche des Lichtleiters sein. Das reflektierende Element kann aber auch eine teilweise reflektierende Beschichtung an einem Teil der Austrittsfläche des Lichtleiters sein.
In dem der Laserstrahl an der Austrittsfläche des Lichtleiters teilweise reflektiert wird und den Lichtleiter erneut durchläuft, kann die Sensorvorrichtung am stationären Ende, beziehungsweise auf der Laser-Seite des Lichtleiters angeordnet werden. Dadurch kann der Lichtleiter auf der anderen Seite, beispielsweise der Seite der Bearbeitungsoptik besonders flexibel und platzsparend eingesetzt werden.
Die Vorrichtung kann eine Steuerungsvorrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, das Maß für die Einkopplungseffizienz des Laserstrahls von der Sensorvorrichtung zu empfangen und Steuerungssignale zu den elektronisch ansteuerbaren Verstellungen der Spiegelvorrichtung und/oder Strahlversatzvorrichtung zu senden.
Eine Steuervorrichtung kann insbesondere ein Computer und/oder ein Mikrocontroller und/oder ein FPGA sein. In dem die Steuervorrichtung das Maß der Einkopplungseffizienz empfängt und die Verstellung der Spiegelvorrichtung und/oder Strahlversatzvorrichtung eingestellt, kann das Maß der Einkopplungseffizienz vollautomatisch optimiert werden. Insbesondere kann eine Veränderung des Maßes der Einkopplungseffizienz detektiert werden und mit einer entsprechenden Einstellung der Verstellungen kompensiert werden. Dadurch ist es möglich das Maß der Einkopplungseffizienz auf einem besonders hohen Niveau zu halten. Die Steuerungsvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, zum Optimieren der Einkopplung nur einen einzigen Spiegel und die Keilplattenvorrichtung anzusteuern.
Dadurch kann in besonders vorteilhafter weise die Einstellung von Auftreffort und Auftreffwinkel unabhängig voneinander vorgenommen werden, so dass insbesondere eine vereinfachte Optimierung der Einkopplung möglich ist, da beim Optimieren von Auftreffort und Auftreffwinkel keine gegenseitigen Abhängigkeiten berücksichtigt werden müssen.
Obige Aufgabe wird auch durch das Verfahren des Anspruchs 14 gelöst.
Entsprechend wird ein Verfahren zum Optimieren der Einkopplung eines Laserstrahls eines Lasers in einen Lichtleiter vorgeschlagen, wobei in einem ersten Schritt der Auftreffwinkel des Laserstrahls auf eine Einkopplungsvorrichtung mit einem ersten Spiegel einer Spiegelvorrichtung eingestellt wird, um den Laserstrahl mittig auf den Faserkern des Lichtleiters zu lenken, wobei in einem zweiten Schritt ein Auftreffort in Form eines Parallelversatzes des Laserstrahls auf eine Einkopplungsvorrichtung mit einer Strahlversatzvorrichtung eingestellt wird, um den Laserstrahl senkrecht auf die Eintrittsfläche des Lichtleiters zu lenken, und wobei der Laserstrahl mit der Einkopplungsvorrichtung in die Eintrittsfläche des Lichtleiters eingekoppelt wird.
In dem ersten Schritt kann die Strahlversatzvorrichtung so im Strahlengang ausgerichtet sein, dass die keinen Parallelversatz des Laserstrahls erzeugt und/oder die Strahlversatzvorrichtung kann in einer Referenzposition orientiert sein, wobei die Strahlversatzvorrichtung parallel zur Einkopplungsvorrichtung steht.
Beispielsweise kann eine Grobjustage der die Spiegelvorrichtung bereits in der Produktion des Lasersystems vorgenommen und fixiert werden, da die Justage aufgrund der wechselseitigen Abhängigkeiten der optischen Komponenten in dem Lasersystem für den Endanwender ungeeignet und/oder aufwändig ist. Insbesondere kann der Auftreffwinkel des Laserstrahls bereits in der Produktion eingestellt werden, so dass dieser besonders senkrecht auf der Eintrittsfläche des Lichtleiterssteht. Für die Optimierung der Einkopplung des Laserstrahls ist es dann lediglich notwendig den Auftreffwinkel über einen einzigen Spiegel einzustellen und den Parallelversatz durch das Strahlversatzelement einzustellen.
Beispielsweise kann hierfür die Strahlversatzvorrichtung in eine Nullstellung oder Referenzposition gebracht werden und mit dem letzten Spiegel der Spiegelvorrichtung der Auftreffwinkel eingestellt werden. Anschließend kann die Strahlversatzvorstellung aus ihrer Nullstellung oder Referenzposition heraus verkippt werden, um einen Parallelversatz zu erzeugen.
Das Maß der Einkopplungseffizienz des Laserstrahls in den Lichtleiter kann mit einer Sensorvorrichtung detektiert werden und an die Steuervorrichtung gesendet werden, die Steuervorrichtung kann das Maß der Einkopplungseffizienz empfangen analysieren und ein Steuersignal an die elektronisch ansteuerbaren Verstellungen der Spiegelvorrichtung und/oder der Strahlversatzvorrichtung senden wodurch der Auftreffwinkel und/oder der Auftreffort in Form eines Parallelversatzes des Laserstrahls eingestellt werden kann.
Beispielsweise erkennt die Steuervorrichtung ein geringes Maß der Einkopplungseffizienz als zu einem früheren Zeitpunkt. Dann kann die Steuervorrichtung ein Steuersignal an die Strahlversatzvorrichtung senden, so dass die Strahlversatzvorrichtung um einen gewissen Betrag in eine Richtung gekippt wird, so dass ein Parallelversatz um einen gewissen Betrag in diese Richtung erfolgt. Wenn anschließend keine Verbesserung des Maßes der Einkopplungseffizienz detektiert wird, kann eine Verkippung in umgekehrter Richtung erfolgen. Wenn eine Verbesserung detektiert wird, kann in einem weiteren Schritt eine erneute Verkippung eingestellt werden, um eine weitere Verbesserung des Maßes der Einkopplungseffizienz zu erreichen. Sollte jedoch keine Verbesserung detektiert werden, so kann die vorherige Verkippung eingestellt werden.
Anschließend kann beispielsweise die Verkippung in einer weiteren Richtung eingestellt werden und somit die Einkopplungseffizienz weiter erhöht werden, oder auf dem hohen Niveau gehalten werden.
Dieselben Schritte können beispielsweise mit dem letzten Spiegel der Spiegelvorrichtung unternommen werden, um den Auftreffwinkel zu optimieren und das Maß der Einkopplungseffizienz zu erhöhen. Da der Parallelversatz und der Auftreffwinkel unabhängig voneinander eingestellt werden können, ist eine besonders einfache Optimierung der Einkopplung möglich, da keine gegenseitigen Abhängigkeiten bei einem Optimierungsalgorithmus oder einem Optimierungsvorgehen berücksichtigt werden müssen.
Die Einkopplungseffizienz kann somit durch einen Regelkreis eingestellt werden, wobei auf jede Veränderung einer Verstellung eine Messung des Maßes der Einkopplungseffizienz durchgeführt wird und danach entsprechend des veränderten Maßes der Einkopplungseffizienz eine weitere Veränderung der Verstellung vorgenommen wird. Das Verfahren kann insbesondere während des laufenden Laserbetriebs durchgeführt werden und dadurch kann eine Winkeldrift und eine Paralleldrift des Laserstrahls kompensiert werden und die Einkopplung des Laserstrahls im laufenden Laserbetrieb optimal gehalten werden.
Insbesondere wird dadurch ein automatisiertes Verfahren zur Nachjustierung des Maßes der Einkopplungseffizienz bereitgestellt, um die beste Systemleistung zu gewährleisten.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Einkoppeln eines Laserstrahls in einen Lichtleiter nach dem Stand der Technik;
Figur 2A, B eine schematische Darstellung der Optimierung der Einkopplung des Laserstrahls;
Figur 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 4 eine schematische Darstellung der Strahlversatzvorrichtung;
Figur 5 eine schematische Darstellung der Keilplattenvorrichtung;
Figur 6 eine weitere schematische Darstellung der Keilplattenvorrichtung; und
Figur 7 eine weitere schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In Figur 1 ist schematisch eine Vorrichtung zum Einkoppeln eines Laserstrahls 10 eines Lasers 1 in einen Lichtleiter 30 nach dem Stand der Technik gezeigt. Der Laserstrahl 10 wird hierbei von einem Laser 1 , beispielsweise einem Ultrakurzpulslaser, zur Verfügung gestellt. Der Laserstrahl 10 wird anschließend über eine Spiegelvorrichtung 2 so umgelenkt, dass er mit einer Einkopplungsvorrichtung 32 in die Eintrittsfläche 300 eines Lichtleiters 30 eingekoppelt werden kann. Die Spiegelvorrichtung 2 weist hier zu beispielsweise zwei Spiegel 20, 22 auf.
Der erste Spiegel 20 reflektiert den Laserstrahl 10 in negative y-Richtung, wo er nach einer gewissen Distanz auf den zweiten Spiegel 22 trifft. Durch den Reflexionswinkel des ersten Spiegels 20 und die Distanz zwischen dem ersten Spiegel 20 und dem zweiten Spiegel 22 wird ein Auftreffort des Laserstrahl 10 auf dem zweiten Spiegel 22 definiert. Von dem Auftreffort auf dem zweiten Spiegel 22, wird der Laserstrahl 10 in Richtung des Lichtleiters 30 gelenkt, wo er durch eine Einkopplungsvorrichtung 32, beispielsweise eine Linse, in die Eintrittsfläche 300 des Lichtleiters 30 eingekoppelt wird. Nach dem Durchlaufen des Lichtleiters 30 kann der Laserstrahl 10 schließlich durch eine Auskoppeloptik 34 aus der Austrittsfläche 302 des Lichtleiters 30 ausgekoppelt werden.
Um eine möglichst gute Einkopplung zu erreichen, muss der Laserstrahl 10 mittig auf den Faserkern des Lichtleiters und senkrecht auf die die Eintrittsfläche 300 des Lichtleiters 30 treffen, wie in Figuren 2A, B dargestellt.
Figur 2A zeigt die Situation, in der der Laserstrahl 10 unter einem Winkel, beispielsweise unter einem Winkelpaar relativ zur x-y-Ebene und relativ zur y-z-Ebene, auf die Eintrittsfläche 300 fällt. Hierbei wird der Auftreffwinkel des Laserstrahls 10 relativ zur Oberflächennormalen der Eintrittsfläche 300 gemessen . In der Eintrittsfläche 300 kann ebenfalls der Auftreffort des Laserstrahls 10 auf den Faserkern definiert sein. In der in Figur 2A gezeigten Situation überlappen die Eintrittsfläche 300 und der Faserkern vollständig, und der Laserstrahl 10 wird nicht mittig und unter einem Winkel auf die Eintrittsfläche 300 gelenkt. Dies führt dazu, dass der Laserstrahl von der Einkopplungsvorrichtung nur mit einer geringen oder keiner Effizienz in den Lichtleiter eingekoppelt werden kann.
Um eine möglichst gute Einkopplung zu erreichen, muss daher nach dem Stand der Technik über die Spiegelvorrichtung 2 sowohl der Auftreffwinkel als auch der Auftreffort auf die Einkopplungsvorrichtung 32 eingestellt werden. Durch die verwendeten Spiegel können beide Größen aber nur zeitgleich eingestellt werden. In Figur 2B die Situation einer optimierten Einkopplung des Laserstrahl 10 durch die Einkopplungsvorrichtung 32 in den Lichtleiter 30 gezeigt, wobei der Einfallswinkel relativ zur Oberflächennormalen der Eintrittsfläche 300 verschwindet und wobei der Auftreffort des Laserstrahls 10 mit der Mitte der Eintrittsfläche 300, beziehungsweise mit dem Faserkern zusammenfällt.
Ausgehend von der idealen Situation in Figur 2B kann es im laufenden Laserbetrieb zu einer Drift des Laserstrahls 10 kommen. Diese Drift kann beispielsweise eine Drift des Auftreffwinkels oder eine Drift des Auftrefforts sein. Um eine optimierte Einkopplung zu erreichen und eventuelle Drifts zu kompensieren, wird daher erfindungsgemäß zwischen der Spiegelvorrichtung 2 und der Einkoppeloptik 32 ein Strahlversatzelement 5 angeordnet, wie in Figur 3 gezeigt.
Das Strahlversatzelement 5 ist dazu eingerichtet dem Laserstrahl 10 einen Parallelversatz aufzuprägen. Durch einen Parallelversatz kann der Auftreffort des Laserstrahls 10 auf der Einkopplungsvorrichtung unabhängig vom Auftreffwinkel eingestellt werden. Dadurch ist eine optimierte Einkopplung des Laserstrahls 10 möglich.
Beispielsweise kann der Laserstrahl 10 nach einer gewissen Betriebsdauer eine Drift des Auftreffwinkels und des Auftreffortes aufweisen. Durch Einstellen beispielsweise des zweiten Spiegels 22 der Spiegelvorrichtung 2 kann der Auftreffort auf den Faserkern leicht korrigiert werden. Durch das nachfolgende Strahlversatzelement 5 kann schließlich der Auftreffwinkel mit einem Parallelversatz des Laserstrahls 10 vor der Einkoppeloptik 32 eingestellt werden, so dass der Laserstrahl 10 senkrecht auf die Eintrittsfläche 300 gelenkt wird und dadurch in die Mitte der Eintrittsfläche 300 des Lichtleiters 30 eingekoppelt wird.
Die Einkopplungsvorrichtung 32 kann hierbei einen Auftreffort des Laserstrahls 10 auf der Einkopplungsvorrichtung 32 in einen Auftreffwinkel des Laserstrahls 10 auf der Eintrittsfläche 300 des Lichtleiters 30 überführen und einen Auftreffwinkel des Laserstrahls 10 auf der Einkopplungsvorrichtung 32 in einen Auftreffort des Laserstrahls 10 auf der Eintrittsfläche 300 des Lichtleiters 30 überführen, wobei die Einkopplungsvorrichtung 32 bevorzugt eine Linse oder ein Linsensystem ist.
Der Auftreffort auf der Eintrittsfläche 300 des Lichtleiters 30 kann um weniger als 10%, bevorzugt um weniger als 3%, des Strahldurchmessers des Laserstrahls von der Mitte der Eintrittsfläche 300 des Lichtleiters 30 und damit auch von der Mitte des Faserkerns abweichen. Beispielsweise kann der Laserstrahl 10 einen Strahlradius von 1 pm aufweisen, so dass der der Auftreffort von der Mitte des Faserkerns des Lichtleiters 30 um weniger als 0,1 pm, bevorzugt um weniger als 0,033pm abweicht.
Der Auftreffwinkel auf der Eintrittsfläche des Lichtleiters kann um weniger als 10%, bevorzugt um weniger als 3%, der Strahldivergenz vom senkrechten Einfall auf die Eintrittsfläche des Lichtleiters abweichen.
Beispielsweise kann die Strahldivergenz des Laserstrahls 600p° betragen, so dass der Auftreffwinkel um weniger als 60p° bevorzugt um weniger als 18p° vom senkrechten Einfall auf die Eintrittsfläche 300 des Lichtleiters 30 abweichen kann.
Die Spiegel 20, 22 der Spiegelvorrichtung 2 und auch die Strahlversatzanordnung 5 können mit elektronisch ansteuerbaren Verstellungen ausgestattet sein, so dass die Verkippung dieser Elemente, gekennzeichnet durch die Doppelpfeile, elektronisch eingestellt werden kann. Des Weiteren weist die Vorrichtung eine Sensorvorrichtung 6 auf, sowie einen Strahlteiler 4, die in dieser Ausführungsform beide auf der Seite der Auskoppeloptik 34 angeordnet sind. Der Strahlteiler 4 kann einen Teil des ausgekoppelten Laserstrahls 10 auslenken und der Sensorvorrichtung 6 zur Verfügung stellen. Durch die dort gemessene Intensität oder durch das dort gemessene Strahlprofil oder die dort gemessene Strahlqualität kann ein Maß für die Einkopplungseffizienz bestimmt werden. Die Sensorvorrichtung 6 sendet das Maß für die Einkopplungseffizienz an die Steuervorrichtung 7. Die Steuervorrichtung 7 kann schließlich durch eine elektronische Ansteuerung der elektronisch ansteuerbaren Verstellungen der Spiegel 20, 22 und der Strahlversatzvorrichtung 5 ansteuern. Dadurch können die Spiegel 20, 22 und die Strahlversatzvorrichtung 5 verkippt werden und die Einkopplung optimiert werden.
Hierzu kann die Steuerverrichtung 7 beispielsweise nacheinander den letzten Spiegel 22 der Spiegelvorrichtung 2 und die Strahlversatzvorrichtung 5 verkippen. Insbesondere kann die Steuerungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, zum Optimieren der Einkopplung nur einen einzigen Spiegel 22 und die Keilplattenvorrichtung anzusteuern.
In dem nach jeder Einstellung das Maß für die Einkopplungseffizienz bestimmt wird, kann die Steuervorrichtung 7 durch einen Vergleich mit dem zuvor gemessenen Wert darauf schließen, ob die Einkopplung verbessert, oder verschlechtert wurde oder ob die Einkopplung gleichgeblieben ist. Durch ein systematisches Einstellen der Verkippungen kann demnach die Einkopplungseffizienz optimiert werden.
Beispielsweise kann in einem ersten Schritt lediglich der Auftreffwinkel des Laserstrahls 10 in die Einkopplungsebene eingestellt werden, in dem die Strahlversatzvorrichtung 5 so im Strahlengang angeordnet wird, dass der Parallelversatz null ist. Es ist aber auch möglich, dass die Strahlversatzvorrichtung 5 in eine Referenzposition gefahren wird, also beispielsweise selbst parallel zur Einkopplungsebene steht. Dadurch entspricht der Auftreffwinkel des Laserstrahls 10 auf der Strahlversatzvorrichtung 5 dem Auftreffwinkel des Laserstrahls 10 auf der Einkopplungsebene. Anschließend kann durch ein Verkippen der Strahlversatzvorrichtung 5 der Parallelversatz der Laserstrahl 10 eingestellt werden, so dass der Laserstrahl 10 senkrechtauf die Eintrittsfläche 300 des Lichtleiters 30 trifft.
Beispielsweise ist es möglich hierdurch eine vollautomatische Optimierung der Einkopplung der Laserstrahls 10 im laufenden Laserbetrieb zu verwirklichen. Dadurch können zeitliche Drifts, wie beispielsweise Winkeldrifts oder Paralleldrifts, kompensiert werden.
In den Figuren 4, 5 und 6 sind verschiedene mögliche Ausführungsformen der Strahlversatzvorrichtung 5 gezeigt. In Figur 4 ist die Strahlversatzvorrichtung 5 eine planparallele Platte. Eine planparallele Platte weist hierbei zwei planparallele äußere Flächen 500, 502 auf, die der Laserstrahl 10 durchdringt. Wenn der Laserstrahl 10 unter einem Einfallswinkel zur Oberflächennormalen n durch die äußere Fläche 500 in die planparallele Platte 5 eintritt, dann wird der Laserstrahl 10 zur Oberflächennormalen n gebrochen. Wenn der Laserstrahl 10 aus der planparallelen Platte austritt, dann wird der Laserstrahl 10 von der Oberflächennormalen n‘ weggebrochen. Dadurch weist der austretende Laserstrahl lediglich einen Parallelversatz o zum einlaufenden Laserstrahl auf. Der Parallelversatz o hängt hierbei von dem Eintrittswinkel relativ zur Oberflächennormalen n ab, sowie von der Dicke D der planparallelen Platte.
In Figur 5 ist eine alternative Ausführungsform der Strahlversatzvorrichtung 5 gezeigt. Die Strahlversatzvorrichtung 5 ist hierbei eine Keilplattenvorrichtung 5‘. Die Keilplattenvorrichtung 5‘ umfasst hierbei zwei Keilplatten 50, 52, die sich von einem dicken Ende zu einer spitz zulaufenden Seite verjüngen. Die beiden Keilplatten 50, 52 sind hierbei so aneinander angelegt und/oder orientiert, dass die äußeren Flächen 500, 502 und auch die inneren Flächen parallel zueinander verlaufen. Dementsprechend kann auch mit einer Keilplattenvorrichtung 5‘ ein Parallelversatz o erzeugt werden. Die beiden Keile 50, 52 der Keilplattenvorrichtung 5‘ können gegeneinander verschoben werden, wie in Figur 6 gezeigt. Dadurch ist es möglich die Dicke der Keilplattenvorrichtung 5‘, durch die der Laserstrahl 10 parallel verschoben wird, einzustellen. Wenn die Keilplatten 50, 52 voneinander weggeschoben werden, so wird die Dicke d kleiner, wodurch auch der Parallelversatz o kleiner wird. Werden die Keilplatten 50, 52 übereinander geschoben, so wird die Dicke d größer, wodurch auch der Parallelversatz o größer wird.
In Figur 7 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Hierbei weist die Austrittsfläche 302 des Lichtleiters 30 mindestens teilweise eine teilweise reflektierende Beschichtung auf, die den Laserstrahl 10 zurück zur Eintrittsfläche 300 des Lichtleiters 30 reflektiert. Die Austrittsfläche 302 des Lichtleiters 30 umfasst hierbei insbesondere auch weitere Bauteile, die an dem Faserende der Lichtleiters 30 angebracht sind. Beispielsweise kann an einem Faserende ein sogenanntes Endcap angespleist oder angeschmolzen sein, welches eine solche Beschichtung aufweist. Beispielsweise kann an einem Faserende einer Holkernfaser ein Glasblock über ein Ferrule und einen Lochstein in einem Abstand zum Faserende gehalten werden, wobei der Glasblock, insbesondere ein Glasblock aus Quarzglas, eine solche Beschichtung aufweisen kann. Der Einsatz einer Holkernfaser mit beschichtetem Glasblock ist insbesondere bei der Verwendung von ultrakurzen Laserpulsen bevorzugt. Der an der Austrittsfläche 302 ausgekoppelte Laserstrahl kann beispielsweise durch einen Strahlteiler 4 ausgelenkt werden und der Sensorvorrichtung 6 zugeführt werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Detektion des Maßes der Einkopplungseffizienz auf der stationären Seite, also der Laser-Seite der Vorrichtung angeordnet ist. Dadurch kann der Lichtleiter 30 besonders flexibel eingesetzt werden, ohne dass beispielsweise auf der Seite einer Bearbeitungsoptik Bauraum für einen Strahlteiler 4 und eine Sensorvorrichtung 6 notwendig sind.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Figure imgf000019_0001
1 Laser
10 Laserstrahl
2 Spiegelvorrichtung
20 erster Spiegel
22 zweiter Spiegel
3 Lichtleitervorrichtung
30 Lichtleiter
32 Einkopplungsoptik
34 Auskopplungsoptik
300 Eintrittsfläche
302 Austrittsfläche
4 Strahlteiler
5 Strahlversatzvorrichtung
5‘ Keilplattenvorrichtung
50 erster Keil
52 zweiter Keil«
6 Sensorvorrichtung
7 Steuerungsvorrichtung d Dicke der Strahlversatzvorrichtung o Parallelversatz n, n‘ Oberflächennormale

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Optimieren der Einkopplung eines Laserstrahls (10) eines Lasers (1) in einen Lichtleiter (30), mit einer Einkopplungsvorrichtung (32), die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl (10) in den Lichtleiter (30) einzukoppeln, mit einer Spiegelvorrichtung (2), die dazu eingerichtet ist, den Auftreffwinkel des Laserstrahls (10) auf die Einkopplungsvorrichtung (32) einzustellen, um den Laserstrahl (10) mittig auf den Faserkern des Lichtleiters (30) zu lenken, und mit einer Strahlversatzvorrichtung (5), die dazu eingerichtet ist, den Auftreffort in Form eines Parallelversatzes (o) des Laserstrahls (10) auf die Einkopplungsvorrichtung (32) einzustellen, um den Laserstrahl (10) senkrecht auf die Eintrittsfläche (300) des Lichtleiters (30) zu lenken, gekennzeichnet durch eine Sensorvorrichtung (6), die dazu eingerichtet ist, ein Maß für die Einkopplungseffizienz des Laserstrahls (10) in den Lichtleiter (30) zu detektieren, und durch eine Steuerungsvorrichtung (7), die dazu eingerichtet ist, das Maß für die Einkopplungseffizienz des Laserstrahls (10) von der Sensorvorrichtung (6) zu empfangen und Steuerungssignale zu elektronisch ansteuerbaren Verstellungen der Spiegelvorrichtung (2) und/oder Strahlversatzvorrichtung (5) zu senden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlversatzvorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, den Auftreffort in Form des Parallelversatzes (o) des Laserstrahls (10) ohne Änderung des Auftreffwinkels einzustellen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkopplungsvorrichtung (32) einen Auftreffort des Laserstrahls (10) auf der Einkopplungsvorrichtung (32) in einen Auftreffwinkel des Laserstrahls (10) auf der Eintrittsfläche (300) des Lichtleiters (30) überführt und einen Auftreffwinkel des Laserstrahls (10) auf der Einkopplungsvorrichtung (32) in einem Auftreffort des Laserstrahls (10) auf dem Faserkern des Lichtleiters (30) überführt, wobei die Einkopplungsvorrichtung (32) bevorzugt eine Linse oder ein Linsensystem ist. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftreffort auf dem Faserkern des Lichtleiters (30) um weniger als 10%, bevorzugt um weniger als 3%, des Strahldurchmessers des Laserstrahls (10) von der Mitte des Faserkerns des Lichtleiters (30) abweicht, und/oder der Auftreffwinkel auf der Eintrittsfläche (300) des Lichtleiters (30) um weniger als 10%, bevorzugt um weniger als 3%, der Strahldivergenz vom senkrechten Einfall auf die Eintrittsfläche (300) des Lichtleiters (30) abweicht. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlversatzvorrichtung (5)
- eine planparallele Platte ist, oder
- eine Keilplattenvorrichtung (5‘) ist, wobei die Keilplattenvorrichtung (5‘) zwei Keilplatten (50, 52) umfasst, die gegeneinander verschiebbar sind und wobei die äußeren Seiten (500, 502) der Keilplattenvorrichtung (5‘) planparallel zueinander sind. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d) der Strahlversatzvorrichtung (5) weniger als 20mm, bevorzugt weniger als 10mm, beträgt. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parallelversatz (o) des Laserstrahls (10) auf der Einkopplungsvorrichtung (32) bis zu 0,5mm oder bis zu 1 mm beträgt. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (30) eine Hohlkernfaser oder eine Multicladfaser ist. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelvorrichtung (2) und/oder die Strahlversatzvorrichtung (5) eine elektronisch ansteuerbare Verstellung und eine Steuerungsvorrichtung aufweisen, wobei die Steuerungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, die elektronisch ansteuerbare Verstellung anzusteuern und die elektronisch ansteuerbare Verstellung dazu eingerichtet ist, den Auftreffwinkel des Laserstrahls (10) auf der Einkopplungsvorrichtung (32) einzustellen und/oder den Auftreffort in Form eines Parallelversatzes (o) des Laserstrahls (10) auf der Einkopplungsvorrichtung (32) einzustellen. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Strahlteiler (4), der hinter der Austrittsfläche des Lichtleiters (30) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, einen Teil des Laserstrahls hinter der Faser abzuspalten und der Sensorvorrichtung zuzuführen, und/oder ein reflektierendes Element an der Austrittsfläche (302) des Lichtleiters (30), das dazu eingerichtet ist, einen Teil des Laserstrahls (10) zur Eintrittsfläche (300) des Lichtleiters (30) zurück zu reflektieren und der Sensorvorrichtung (6) zuzuführen. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuerungsvorrichtung (7), die dazu eingerichtet ist, zum Optimieren der Einkopplung nur einen einzigen Spiegel (22) und die Strahlversatzvorrichtung (5) anzusteuern. Verfahren zum Optimieren der Einkopplung eines Laserstrahls (10) eines Lasers (1) in einen Lichtleiter (30), wobei in einem ersten Schritt der Auftreffwinkel des Laserstrahls (10) auf eine Einkopplungsvorrichtung (32) mit einem ersten Spiegel (22) einer Spiegelvorrichtung (2) eingestellt wird, um den Laserstrahl (10) mittig auf den Faserkern des Lichtleiters (30) zu lenken, wobei in einem zweiten Schritt ein Auftreffort in Form eines Parallelversatzes (o) des Laserstrahls auf eine Einkopplungsvorrichtung (32) mit einer Strahlversatzvorrichtung (5) eingestellt wird, um den Laserstrahl (10) senkrecht auf die Eintrittsfläche des Lichtleiters (300) zu lenken, und wobei der Laserstrahl (10) mit der Einkopplungsvorrichtung (32) in die Eintrittsfläche (300) des Lichtleiters (30) eingekoppelt wird. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt die Strahlversatzvorrichtung (5) so im Strahlengang ausgerichtet ist, dass sie keinen Parallelversatz (o) des Laserstrahls erzeugt und/oder die Strahlversatzvorrichtung (5) in einer Referenzposition orientiert ist, wobei die Strahlversatzvorrichtung (5) parallel zur Einkopplungsvorrichtung (32) steht. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß der Einkopplungseffizienz des Laserstrahls (10) in den Lichtleiter (30) mit einer Sensorvorrichtung (6) detektiert wird und an eine Steuervorrichtung (7) gesendet wird, die Steuervorrichtung (7) das Maß der Einkopplungseffizienz empfängt und analysiert und ein Steuersignal an elektronisch ansteuerbare Verstellungen der Spiegelvorrichtung (2) und/oder der Strahlversatzvorrichtung (5) sendet und dadurch der Auftreffwinkel und/oder der Auftreffort in Form eines Parallelversatzes des Laserstrahls (10) eingestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während des laufenden Laserbetriebs durchgeführt wird und dadurch eine Winkeldrift und eine Paralleldrift des Laserstrahls (10) kompensiert wird und die Einkopplung des Laserstrahls (10) im laufenden Laserbetrieb optimal gehalten wird.
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