DE102019102511B4 - Laser system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Lasersystem (10) mit zwei Laserlichtquellen (12a, 12b), einer Einspeisungsoptik (20) mit zwei optischen Eingangskanälen (18a, 18b) und zwei Ausgangskanälen (24a, 24b), und eine Strahlformoptik (28) zur Formung der Nutzlichtverteilung (L). Die optischen Eingangskanäle sind jeweils zur Einspeisung je einer Eingangsstrahlgruppe (16a, 16b) umfassend jeweils wenigstens zwei Laserstrahlen (14) ausgebildet, und die optischen Ausgangskanäle sind zur Führung je einer Ausgangsstrahlgruppe (26a, 26b) ausgebildet. Die Einspeisungsoptik (20) ist dazu eingerichtet, die eingespeisten Laserstrahlen (14) derart umzusortieren, dass jede Ausgangsstrahlgruppe (26a, 26b) zumindest wenigstens einen Laserstrahl (14) aus der Eingangsstrahlgruppe (16a) des ersten optischen Eingangskanals (18a) und wenigstens einen Laserstrahl (14) aus der Eingangsstrahlgruppe (16b) des zweiten optischen Eingangskanals (18b) umfasst.The invention relates to a laser system (10) with two laser light sources (12a, 12b), a feed optics (20) with two optical input channels (18a, 18b) and two output channels (24a, 24b), and beam shaping optics (28) for shaping the useful light distribution (L). The optical input channels are each designed to feed one input beam group (16a, 16b) each comprising at least two laser beams (14), and the optical output channels are designed to guide one output beam group (26a, 26b) each. The feed optics (20) are set up to rearrange the fed-in laser beams (14) in such a way that each output beam group (26a, 26b) has at least one laser beam (14) from the input beam group (16a) of the first optical input channel (18a) and at least one laser beam (14) from the input beam group (16b) of the second optical input channel (18b).
Description
Die Erfindung betrifft ein Lasersystem bzw. eine Lasereinrichtung zur Erzeugung einer Nutzlichtverteilung (L), welche von mehreren Laserstrahlen gespeist wird.The invention relates to a laser system or a laser device for generating a useful light distribution (L), which is fed by several laser beams.
Ein vorteilhaftes, jedoch nicht ausschließliches Anwendungsgebiet ist die Erzeugung einer Nutzlichtverteilung mit linienartigem Strahlprofil, insbesondere eines Ausgangsstrahls, welcher sich entlang einer Ausbreitungsrichtung ausbreitet und welcher in einer Arbeitsebene einen linienartigen, entlang einer Linienrichtung ausgedehnten Strahlquerschnitt mit nichtverschwindender Intensität aufweist.An advantageous but not exclusive field of application is the generation of a useful light distribution with a linear beam profile, in particular an output beam which spreads along a direction of propagation and which has a linear beam cross-section extending along a line direction with non-vanishing intensity in a working plane.
Derartige linienartige Strahlprofile werden beispielsweise bei der Bearbeitung von Oberflächen von Halbleitern oder Gläsern eingesetzt, z.B. bei der Herstellung von TFT-Displays, bei der Dotierung von Halbleitern, bei der Herstellung von Solarzellen oder zur Herstellung ästhetisch ausgestalteter Glasoberflächen für Bauzwecke. Hierbei wird das linienartige Strahlprofil senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der Linie über die zu bearbeitende Oberfläche gescannt. Durch die Strahlung können beispielsweise oberflächliche Umwandlungsprozesse (Umkristallisation, Schmelzungen, Diffusionsprozesse) ausgelöst werden und die gewünschten Bearbeitungsergebnisse erzielt werden.Such line-like beam profiles are used, for example, in the processing of surfaces of semiconductors or glasses, e.g. in the manufacture of TFT displays, in the doping of semiconductors, in the manufacture of solar cells or in the manufacture of aesthetically designed glass surfaces for building purposes. Here, the line-like beam profile is scanned perpendicular to the extension direction of the line over the surface to be processed. For example, the radiation can trigger superficial transformation processes (recrystallization, melting, diffusion processes) and the desired processing results can be achieved.
Die Lasersysteme umfassen mehrere Laserlichtquellen zur Speisung der gewünschten Nutzlichtverteilung, um eine hohe Energiedichte und/oder eine räumlich stark ausgedehnte linienförmige Intensitätsverteilungen zu erzeugen. Beispielsweise zeigt die
Die Dokumente
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Funktionalität der Lasersysteme und die Qualität der Nutzlichtverteilung bei Leistungsschwankungen oder bei Deaktivierung einzelner Laserlichtquellen zu verbessern.The invention is based on the object of improving the functionality of the laser systems and the quality of the useful light distribution in the event of power fluctuations or when individual laser light sources are deactivated.
Diese Aufgabe wird durch ein Lasersystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Bei dem Lasersystem handelt es sich insgesamt um eine Einrichtung, welche mehrere Vorrichtungen und/oder Bauelemente umfasst. Insbesondere umfasst das Lasersystem wenigstens zwei Laserlichtquellen zur Angabe von Laserstrahlen sowie eine Einspeisungsoptik für die Laserstrahlen. Die Einspeisungsoptik weist wenigstens einen ersten optischen Eingangskanal und einen zweiten optischen Eingangskanal für die Laserstrahlen auf. Außerdem umfasst die Einspeisungsoptik wenigstens einen ersten optischen Ausgangskanal sowie einen zweiten optischen Ausgangskanal, durch welchen die Laserstrahlen aus der Einspeisungsoptik austreten. Die Laserstrahlen der Einspeisungsoptik verlaufen dann im Strahlengang nachfolgend durch eine Strahlformoptik, welche zur Formung der gewünschten Nutzlichtverteilung mit linienförmigem Querschnitt aus den Laserstrahlen der optischen Ausgangskanäle ausgebildet ist.This object is achieved by a laser system according to claim 1. The laser system is, overall, a device which comprises a plurality of devices and / or components. In particular, the laser system comprises at least two laser light sources for specifying laser beams and a feed optics for the laser beams. The feed optics have at least a first optical input channel and a second optical input channel for the laser beams. In addition, the feed optics include at least a first optical output channel and a second optical output channel through which the laser beams exit the feed optics. The laser beams of the feed optics then run in the beam path subsequently through beam shaping optics, which are designed to form the desired useful light distribution with a linear cross section from the laser beams of the optical output channels.
Der erste und der zweite optische Eingangskanal ist jeweils derart ausgebildet, dass jeweils eine Eingangsstrahlgruppe eingespeist werden kann, wobei eine Eingangsstrahlgruppe jeweils wenigstens zwei Laserstrahlen umfassen kann. Der erste und der zweite optische Ausgangskanal sind jeweils zur Führung je einer Ausgangsstrahlgruppe ausgebildet, wobei jede Ausgangsstrahlgruppe wiederum wenigstens zwei Laserstrahlen umfassen kann.The first and the second optical input channel are each designed in such a way that an input beam group can each be fed in, wherein an input beam group can each comprise at least two laser beams. The first and the second optical output channel are each designed to guide one output beam group, each output beam group in turn being able to include at least two laser beams.
Die Einspeisungsoptik ist dabei derart eingerichtet, dass die eingespeisten Laserstrahlen beim Übergang von den Eingangskanälen in die Ausgangskanäle umsortiert werden. Insbesondere wirkt die Einspeisungsoptik derart, dass jede Ausgangsstrahlgruppe zumindest jeweils wenigstens einen Laserstrahl aus der Eingangsstrahlgruppe des ersten optischen Eingangskanals sowie einen Laserstrahl aus der Eingangsstrahlgruppe des zweiten optischen Eingangskanals umfasst.The feed optics are set up in such a way that the fed-in laser beams are re-sorted at the transition from the input channels to the output channels. In particular, the feed optics act in such a way that each output beam group comprises at least one laser beam from the input beam group of the first optical input channel and one laser beam from the input beam group of the second optical input channel.
Dadurch enthält jede Ausgangsstrahlgruppe Beiträge von beiden optischen Eingangskanälen. Insbesondere ist in jeder der Ausgangsstrahlgruppen ein Laserstrahl aus je einer der Eingangskanäle vorhanden. Dies führt dazu, dass jeder optische Ausgangskanal auch dann ausgeleuchtet wird, wenn beispielsweise die Einstrahlung durch einen optischen Eingangskanal reduziert ist (beispielsweise wenn eine der Laserlichtquellen deaktiviert ist). Dadurch kann die Qualität und Homogenität der Nutzlichtverteilung verbessert werden, insbesondere wenn die Strahlungsleistung der verschiedenen Laserlichtquellen relativ zueinander verändert wird oder einzelne Laserlichtquellen gar nicht strahlen.As a result, each output beam group contains contributions from both optical input channels. In particular, a laser beam from one of the input channels is present in each of the output beam groups. This means that every optical output channel is illuminated even if For example, the radiation through an optical input channel is reduced (for example when one of the laser light sources is deactivated). As a result, the quality and homogeneity of the useful light distribution can be improved, in particular if the radiation power of the various laser light sources is changed relative to one another or if individual laser light sources do not radiate at all.
Im vorliegenden Zusammenhang zeichnet sich ein optischer Kanal (Eingangskanal, Ausgangskanal) insbesondere dadurch aus, dass in dem Kanal eine Gruppe von Laserstrahlen räumlich getrennt und/oder optisch getrennt von den übrigen Kanälen geführt wird. Ein optischer Kanal kann eine Mehrzahl von optisch wirksamen Elementen umfassen (Linsen, Spiegel, Blenden usw.). Insofern ist der Eingangskanal insbesondere ein Abschnitt der Einspeisungsoptik mit Optikelementen, durch welche ein Laserstrahl bzw. eine Gruppe von Laserstrahlen einstrahlbar ist und danach separat von anderen Strahlen bzw. Gruppen von Strahlen verläuft. Die verschiedenen Laserstrahlen der Eingangsstrahlgruppen werden insofern in der Einspeisungsoptik derart neu auf die Ausgangsstrahlgruppen verteilt, dass jede Ausgangsstrahlgruppe Laserstrahlen aus zumindest der Eingangsstrahlgruppe des ersten optischen Eingangskanals und der Eingangsstrahlgruppe des zweiten optischen Eingangskanals umfasst.In the present context, an optical channel (input channel, output channel) is distinguished in particular by the fact that a group of laser beams is guided spatially separated and / or optically separated from the other channels in the channel. An optical channel can comprise a plurality of optically effective elements (lenses, mirrors, diaphragms, etc.). In this respect, the input channel is in particular a section of the feed optics with optical elements through which a laser beam or a group of laser beams can be irradiated and then runs separately from other beams or groups of beams. The different laser beams of the input beam groups are redistributed to the output beam groups in the feed optics in such a way that each output beam group comprises laser beams from at least the input beam group of the first optical input channel and the input beam group of the second optical input channel.
Die Einspeisungsoptik kann grundsätzlich derart ausgebildet, dass jeder Laserstrahl einer Eingangsstrahlgruppe ohne Durchmischung mit den übrigen Laserstrahlen dieser Eingangsstrahlgruppe die Einspeisungsoptik durchläuft und in einen der Ausgangskanäle geführt wird. Insofern würden dann die Laserstrahlen noch unvereinigt mit anderen Laserstrahlen von dem jeweiligen Eingangsstrahlkanal zum Ausgangsstrahlkanal geleitet. Eine Durchmischung verschiedener Laserstrahlen (beispielsweise mittels Homogenisierungsoptiken, Zylinderlinsen-Arrays oder Ähnlichem) erfolgt bei derartigen Ausgestaltungen beispielsweise erst in der Strahlformoptik. Grundsätzlich ist denkbar, dass die verschiedenen Laserstrahlen, die durch einen jeweiligen optischen Eingangskanal eingestrahlt werden, in der Einspeisungsoptik in jeweils voneinander getrennten optischen Sub-Kanälen verlaufen. Eine Durchmischung im optischen Sinne kann beispielsweise dadurch vermieden werden, dass die Laserstrahlen räumlich voneinander beabstandet in der Einspeisungsoptik geleitet werden. Die vorstehend genannten Ausgestaltungen sind jedoch nicht zwingend.The feed optics can basically be designed in such a way that each laser beam of an input beam group passes through the feed optics without being mixed with the other laser beams of this input beam group and is guided into one of the output channels. In this respect, the laser beams would then still be guided from the respective input beam channel to the output beam channel without being combined with other laser beams. Mixing of different laser beams (for example by means of homogenization optics, cylindrical lens arrays or the like) takes place in such configurations, for example, only in the beam shape optics. In principle, it is conceivable that the various laser beams that are radiated in through a respective optical input channel run in the optical feed system in optical sub-channels that are separate from one another. Mixing in the optical sense can be avoided, for example, in that the laser beams are guided in the feed optics at a spatial distance from one another. However, the configurations mentioned above are not mandatory.
Vorzugsweise weist die Einspeisungsoptik für jeden optischen Eingangskanal wenigstens ein Optikelement auf, welches zur Strahlumlenkung und/oder Strahlführung ausgebildet ist. Das Optikelement ist ferner dazu eingerichtet und derart in der Einspeisungsoptik angeordnet, dass es nur einen Laserstrahl der Eingangsstrahlgruppe des jeweiligen optischen Eingangskanals oder nur eine Untergruppe von Laserstrahlen der Eingangsstrahlgruppe des jeweiligen optischen Eingangskanals erfasst. Mittels eines solchen Optikelements, welches nur selektiv auf einen Laserstrahl einer Eingangsstrahlgruppe oder auf eine jeweilige Untergruppe wirkt, können die Laserstrahlen in der genannten Weise zwischen den Eingangsstrahlgruppen und den Ausgangsstrahlgruppen umsortiert werden.The feed optics preferably have at least one optical element for each optical input channel, which optical element is designed for beam deflection and / or beam guidance. The optical element is also set up and arranged in the feed optics in such a way that it detects only one laser beam of the input beam group of the respective optical input channel or only a subgroup of laser beams of the input beam group of the respective optical input channel. By means of such an optical element, which acts only selectively on a laser beam of an input beam group or on a respective subgroup, the laser beams can be rearranged in the manner mentioned between the input beam groups and the output beam groups.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Optikelement derart ausgebildet und angeordnet ist, dass der von dem Optikelement selektiv erfasste Laserstrahl oder die von dem Optikelement selektiv erfasste Untergruppe von Laserstrahlen in einen anderen optischen Ausgangskanal geführt wird, als die jeweils nicht von dem Optikelement erfassten Laserstrahlen desselben optischen Eingangskanals. Denkbar ist beispielsweise, dass das Optikelement einen der Laserstrahlen einer Eingangsstrahlgruppe selektiv zu einem anderen Ausgangskanal lenkt, als die übrigen, nicht erfassten Laserstrahlen.In particular, it is advantageous if the optical element is designed and arranged in such a way that the laser beam selectively detected by the optical element or the subgroup of laser beams selectively detected by the optical element is guided into a different optical output channel than the respective laser beams not detected by the optical element optical input channel. It is conceivable, for example, that the optical element selectively directs one of the laser beams of an input beam group to a different output channel than the other, non-detected laser beams.
Die Einspeisungsoptik umfasst vorzugsweise ein oder mehrere Strahllenkungselemente und/oder ein oder mehrere Strahlführungselemente, mittels welchen ein Strahlengang von den optischen Eingangskanälen zu den optischen Ausgangskanälen definiert wird. Der Strahlengang weist vorzugsweise eine Richtungsänderung und insbesondere mehrere Richtungsänderungen auf. Insbesondere ist vorteilhaft, wenn der Strahlengang mehrfach gefaltet verläuft, beispielsweise in der Art einer Z-Faltung (ähnlich der Form des Buchstabens Z). Dadurch kann ein langer optischer Weg auf kompaktem Bauraum untergebracht werden. Dies ermöglicht es beispielsweise, in dem Strahlengang Teleskope oder sonstige Strahlformungsoptiken mit vergleichsweise geringer Brechungsstärke und/oder vergleichsweise großen Brennweiten einzusetzen. Da üblicherweise Aberrationen für Optiken mit geringer Brechungsstärke und/oder großen Brennweiten tendenziell gering ausfallen, kann durch Faltung des Strahlengangs die optische Präzision erhöht werden.The feed optics preferably comprise one or more beam steering elements and / or one or more beam guiding elements, by means of which a beam path is defined from the optical input channels to the optical output channels. The beam path preferably has a change in direction and in particular several changes in direction. It is particularly advantageous if the beam path is folded several times, for example in the manner of a Z-fold (similar to the shape of the letter Z). As a result, a long optical path can be accommodated in a compact installation space. This makes it possible, for example, to use telescopes or other beam-shaping optics with comparatively low refractive strength and / or comparatively large focal lengths in the beam path. Since aberrations usually tend to be small for optics with low refractive strength and / or large focal lengths, the optical precision can be increased by folding the beam path.
Zur weiteren Ausgestaltung verläuft der insbesondere gefaltete Strahlengang in einer Ebene, welche senkrecht zu der Ebene des Strahlengangs in der darauf folgenden Strahlformoptik ist. Insofern umfasst auch die Strahlformoptik mehrere Optikelemente, mittels welchen ein Strahlengang vorgegeben wird, der insbesondere ebenfalls eine oder mehrere Richtungsänderungen aufweist, vorzugsweise einfach oder mehrfach gefaltet ist. Insofern kann dem gefalteten Strahlengang wiederum eine Ebene zugeordnet werden, in welcher der Strahlengang verläuft.For a further refinement, the especially folded beam path runs in a plane which is perpendicular to the plane of the beam path in the subsequent beam shape optics. In this respect, the beam-shaping optics also comprise a plurality of optical elements, by means of which a beam path is specified, which in particular also has one or more changes in direction, preferably is folded one or more times. In this respect, the folded beam path can in turn be assigned a plane in which the beam path runs.
Die Einspeisungsoptik ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass der erste optische Eingangskanal und der zweite optische Eingangskanal derart angeordnet sind, dass Laserstrahlen mit unterschiedlicher Strahlrichtung, beispielsweise mit entgegengesetzter Strahlrichtung und insbesondere von entgegengesetzten Seiten in die Kanäle eingestrahlt werden können. Insbesondere weist die Einspeisungsoptik ein eigenes Gehäuse auf, wobei ein Strahlzugang zu dem ersten optischen Eingangskanal und ein weiterer Strahlzugang zu dem zweiten optischen Eingangskanal an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnet sind. Diese Maßnahmen ermöglichen es, Laserquellen einander gegenüberliegend bezüglich der Einspeisungsoptik in dem Lasersystem anzuordnen. Es können auch weitere Strahlzugänge für weitere Laserlichtquellen vorgesehen sein, welche insbesondere an weiteren freien Seiten des Gehäuses angeordnet sind. Dadurch sind die Laserlichtquellen räumlich voneinander beabstandet. Dies erhöht die Betriebssicherheit, da beispielsweise Kühlung und Stromversorgung ermöglicht wird. Auch werden Wartungsarbeiten vereinfacht.The feed optics are preferably designed such that the first optical The input channel and the second optical input channel are arranged in such a way that laser beams with different beam directions, for example with opposite beam directions and in particular from opposite sides, can be radiated into the channels. In particular, the feed optics has its own housing, a beam access to the first optical input channel and a further beam access to the second optical input channel being arranged on opposite sides of the housing. These measures make it possible to arrange laser sources opposite one another with respect to the feed optics in the laser system. Further beam accesses can also be provided for further laser light sources, which are arranged in particular on further free sides of the housing. As a result, the laser light sources are spatially separated from one another. This increases operational reliability, since it enables cooling and power supply, for example. Maintenance work is also simplified.
Zur weiteren Ausgestaltung umfasst die Einspeisungsoptik für wenigstens einen optischen Ausgangskanal eine Weganpassungsoptik, welche dazu eingerichtet ist, den optischen Weg wenigstens eines Laserstrahls im Vergleich zu anderen Laserstrahlen dieses jeweiligen Ausgangskanals zu verändern. Vorzugsweise ist für jeden optischen Ausgangskanal eine derartige Weganpassungsoptik vorgesehen. Die Weganpassungsoptik ist insbesondere derart ausgebildet, dass sie nur einen Laserstrahl des Ausgangskanals oder nur eine Untergruppe von Laserstrahlen des Ausgangskanals erfasst. Eine Weganpassungsoptik kann beispielsweise eine Kombination von Umlenkspiegeln aufweisen, mittels welchen ein längenveränderbarer optischer Zusatzweg definiert werden kann. Diesen variablen Zusatzweg durchläuft dann der jeweils erfasste Laserstrahl bzw. die jeweils erfasste Untergruppe von Laserstrahlen.For a further refinement, the feed optics for at least one optical output channel comprise path adjustment optics which are designed to change the optical path of at least one laser beam in comparison to other laser beams of this respective output channel. Such path adaptation optics are preferably provided for each optical output channel. The path adjustment optics are designed in particular in such a way that they only detect a laser beam from the output channel or only a subgroup of laser beams from the output channel. Path adjustment optics can, for example, have a combination of deflection mirrors, by means of which an additional optical path of variable length can be defined. The respectively detected laser beam or the respectively detected subgroup of laser beams then passes through this variable additional path.
Das System ist in vorteilhafter Weise modular und skalierbar aufgebaut. Insbesondere können mehr als zwei optische Eingangskanäle vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Einspeisungsoptik derart ausgebildet sein, dass mehr als zwei Eingangsstrahlgruppen eingestrahlt werden können. Vorteilhafterweise ist die Einspeisungsoptik derart ausgebildet, dass die Strahlen einer Eingangsstrahlgruppe auf mehrere verschiedene Ausgangsstrahlgruppen aufgeteilt werden. Die Einspeisungsoptik ist weiter vorzugsweise derart ausgebildet, dass jede der Ausgangsstrahlgruppen jeweils wenigstens einen Laserstrahl aus jeder der mehreren Eingangsstrahlgruppen umfasst. Ein derartiges System ist auch dann noch weitgehend homogen ausgeleuchtet, wenn ein oder mehrere Laserlichtquellen deaktiviert sind.The system is advantageously modular and scalable. In particular, more than two optical input channels can be provided. Alternatively or additionally, the feed optics can be designed such that more than two input beam groups can be radiated. The feed optics are advantageously designed in such a way that the beams of an input beam group are divided into several different output beam groups. The feed optics are further preferably designed such that each of the output beam groups comprises at least one laser beam from each of the plurality of input beam groups. Such a system is illuminated largely homogeneously even when one or more laser light sources are deactivated.
Zur weiteren Ausgestaltung weist die Strahlformoptik eine Umformoptik auf, welche die Laserstrahlen erfasst, die aus den optischen Ausgangskanälen austreten. Die Umformoptik ist dazu ausgestaltet, aus den erfassten Laserstrahlen ein Strahlpaket mit linienartig ausgedehntem Strahlquerschnitt zu formen. Hierzu ist denkbar, dass die Umformoptik mehrere separate Umwandlungselemente aufweist, wobei je ein Umwandlungselement einer jeweiligen Ausgangsstrahlgruppe zugeordnet ist. Da jede Ausgangsstrahlgruppe wie erläutert Beiträge von mehreren Eingangskanälen enthält, wird die Umformoptik auch dann homogen ausgeleuchtet, wenn eine Laserquelle nicht strahlt.For a further refinement, the beam shaping optics have reshaping optics, which capture the laser beams emerging from the optical output channels. The reshaping optics are designed to form a beam package with a linearly extended beam cross-section from the detected laser beams. For this purpose, it is conceivable that the reshaping optics have several separate conversion elements, one conversion element being assigned to a respective output beam group. Since each output beam group contains contributions from several input channels, as explained, the forming optics are homogeneously illuminated even if a laser source is not beaming.
Die Ausgestaltung mit separaten Umwandlungselementen ist jedoch nicht zwingend. Denkbar ist auch, dass die Ausgangsstrahlgruppe vor der Umformoptik zu einem Kombinationsstrahl vereinigt werden. Insofern kann die Strahlformoptik zusätzlich eine Kombinationsoptik umfassen, welche dazu eingerichtet ist, die Laserstrahlen einer Ausgangsstrahlgruppe eines jeweiligen Ausgangskanals oder auch Laserstrahlen von Ausgangsstrahlgruppen mehrerer Ausgangskanäle vor der Umformoptik zu einem Kombinationsstrahl zusammenzuführen. Die Umformoptik ist vorzugsweise derart angeordnet, dass sie dann den Kombinationsstrahl erfasst und in ein Strahlpaket mit linienartig ausgedehntem Strahlquerschnitt umformt.However, the design with separate conversion elements is not mandatory. It is also conceivable that the output beam group are combined into a combination beam in front of the forming optics. In this respect, the beam shaping optics can additionally comprise combination optics which are set up to combine the laser beams of an output beam group of a respective output channel or also laser beams from output beam groups of several output channels in front of the forming optics to form a combination beam. The reshaping optics are preferably arranged in such a way that they then capture the combination beam and reshape them into a beam package with a beam cross-section extending in a linear manner.
Zur weiteren Ausgestaltung kann im Strahlengang nachgeordnet, d.h. auf die Umformoptik folgend, noch eine Homogenisierungsoptik vorgesehen sein, welche die Strahlpakete der Umformoptik erfasst und weiter umformt, um der Nutzlichtverteilung gewünschte Eigenschaften zu geben.For further refinement, it can be arranged downstream in the beam path, i.e. Following the reshaping optics, a homogenizing optics may also be provided which captures the beam packets of the reshaping optics and further reshapes them in order to give the useful light distribution the desired properties.
Die Laserstrahlen der Ausgangsstrahlgruppen können in der Strahlformoptik gegebenenfalls unabhängig voneinander optisch geformt werden. Hierzu ist denkbar, dass die Strahlformoptik wenigstens ein Teleskop, insbesondere anamorphotisches Teleskop, aufweist, welches auf einen oder mehrere Laserstrahlen eines optischen Ausgangskanals wirkt. Ein Teleskop kann insbesondere zwei im Strahlengang aufeinander folgende Sammellinsen umfassen, welche beispielsweise im Abstand ihrer addierten Brennweiten angeordnet sind, so dass ihre einander zugewandten Brennebenen zusammenfallen (etwa in der Art eines Keppler-Teleskops). Vorzugsweise ist das Teleskop als anamorphotisches Teleskop ausgebildet, so dass Laserstrahlen in dem jeweiligen Kanal anamorph verformt werden. Insbesondere ist das Teleskop dazu ausgebildet, eine zylindrische Verzerrung des Abbildungsmaßstabs entlang einer Achse senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlen zu bewirken. Denkbar ist beispielsweise, dass die Strahlformoptik für jede Ausgangsstrahlgruppe oder für bestimmte Ausgangsstrahlgruppen zwei im Strahlengang seriell angeordnete, anamorphotische Teleskope aufweist, welche bezüglich zweier verschiedener Verzeichnungsrichtungen wirken (insbesondere bezüglich zweier senkrechter Richtungen). Dadurch können die Strahleigenschaften bezüglich der zwei senkrechten Achsen eingestellt werden. Die genannten Teleskope sind insbesondere im Strahlengang vor der Umformoptik angeordnet.The laser beams of the output beam groups can optionally be optically shaped independently of one another in the beam shaping optics. For this purpose, it is conceivable that the beam shaping optics have at least one telescope, in particular anamorphic telescope, which acts on one or more laser beams of an optical output channel. A telescope can in particular comprise two converging lenses following one another in the beam path, which are arranged, for example, at a distance from their added focal lengths so that their mutually facing focal planes coincide (for example in the manner of a Keppler telescope). The telescope is preferably designed as an anamorphic telescope so that laser beams are anamorphically deformed in the respective channel. In particular, the telescope is designed to cause a cylindrical distortion of the image scale along an axis perpendicular to the direction of propagation of the laser beams. It is conceivable, for example, that the beam shape optics for each output beam group or for certain output beam groups two im Has anamorphic telescopes arranged in series, which act with respect to two different directions of distortion (in particular with respect to two perpendicular directions). This allows the beam properties to be adjusted with respect to the two perpendicular axes. The mentioned telescopes are arranged in particular in the beam path in front of the forming optics.
Ein vorteilhafter Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die verschiedenen Laserlichtquellen in jeweils unterschiedliche optische Eingangskanäle einspeisen. Da ein jeweiliger Ausgangskanal Laserstrahlen aus mehreren oder allen Eingangskanälen führt, wird der Ausgangskanal auch bei Ausfall einer Laserlichtquelle noch homogen ausgeleuchtet. Die Laserlichtquellen können daher unabhängig voneinander betrieben werden.An advantageous aspect of the invention is that the different laser light sources feed into different optical input channels. Since a respective output channel guides laser beams from several or all input channels, the output channel is still homogeneously illuminated even if a laser light source fails. The laser light sources can therefore be operated independently of one another.
Ein vorteilhafter Aspekt der Erfindung besteht auch darin, dass jede Laserlichtquelle zur Abgabe von wenigstens zwei separaten (d.h. räumlich voneinander abgegrenzt verlaufenden) Laserstrahlen ausgebildet ist. Insbesondere ist dann vorgesehen, dass die zwei Laserlichtquellen in unterschiedliche optische Eingangskanäle einstrahlen, wobei die wenigstens zwei von einer Laserlichtquelle abgegebenen Laserstrahlen eine Eingangsstrahlgruppe bilden. Derartige Laserlichtquellen können beispielsweise als frequenzverdoppelte oder frequenzvervielfachte Laser realisiert sein, bei denen der Konversionsreststrahl ebenfalls einer erneuten Konversion zugeführt wird und so zwei oder mehrere Ausgangsstrahle bereitgestellt werden können.An advantageous aspect of the invention also consists in the fact that each laser light source is designed to emit at least two separate (i.e. spatially separated from one another) laser beams. In particular, it is then provided that the two laser light sources radiate into different optical input channels, the at least two laser beams emitted by one laser light source forming an input beam group. Such laser light sources can be implemented, for example, as frequency-doubled or frequency-multiplied lasers in which the residual conversion beam is also fed to a renewed conversion and thus two or more output beams can be provided.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figures.
Es zeigen:
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1 skizzierte Darstellung zur Erläuterung des Strahlengangs und der funktionalen Komponenten eines erfindungsgemäßen Lasersystems; -
2 perspektivische Ansicht auf ein erfindungsgemäßes Lasersystem mit kompakter Bauform.
-
1 sketched representation to explain the beam path and the functional components of a laser system according to the invention; -
2 perspective view of a laser system according to the invention with a compact design.
In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.In the following description and in the figures, the same reference symbols are used for identical or corresponding features.
In den
Die Laserstrahlen einer jeden Laserlichtquelle
Die Einspeisungsoptik
Die aus den optischen Ausgangskanälen
Zur Formung der linienförmigen Nutzlichtverteilung L aus den Laserstrahlen
Im Strahlengang folgend werden die Laserstrahlen
Die Umformoptik
Die Einspeisungsoptik
Die Einspeisungsoptik
Das Optikelement
Die Einspeisungsoptik
Wie in
Im dargestellten Beispiel sind die Strahlzugänge
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