DE112017005370T5 - Lasersysteme mit Faserbündeln zur Leistungsabgabe und Strahlumschaltung - Google Patents

Lasersysteme mit Faserbündeln zur Leistungsabgabe und Strahlumschaltung Download PDF

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Wang-Long Zhou
Bien Chann
Francisco Villarreal-Saucedo
Parviz Tayebati
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Teradiode Inc
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Abstract

In verschiedenen Ausführungsformen wird das Strahlparameterprodukt und/oder die Strahlform eines Laserstrahls eingestellt, indem der Laserstrahl in eine Glasfaser eines Faserbündels eingekoppelt und der Laserstrahl auf eine oder mehrere Einkopplungspositionen am Eingangsende der Glasfaser gerichtet wird. Der am Ausgangsende der Glasfaser emittierte Strahl kann zur Bearbeitung eines Werkstücks verwendet werden.

Description

  • Verwandte Anmeldungen
  • Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der sowie die Priorität gegenüber der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/429,270 , eingereicht am 2. Dezember 2016, deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme Bestandteil dieses Schriftstücks ist.
  • Technisches Gebiet
  • In verschiedenen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Lasersysteme, insbesondere Lasersysteme mit mehreren Ausgängen und steuerbaren Strahlprofilen, z. B. variablen Strahlparameterprod u kten.
  • Hintergrund
  • Hochleistungslasersysteme werden für eine Vielzahl von verschiedenen Anwendungen wie Schweißen, Schneiden, Bohren und Materialbearbeitung eingesetzt. Derartige Lasersysteme beinhalten typischerweise einen Laseremitter, wobei das Laserlicht von diesem in eine Glasfaser (oder einfach eine „Faser“) eingekoppelt wird, und ein optisches System, das das Laserlicht von der Faser auf das zu bearbeitende Werkstück fokussiert. Wellenlängen-Strahlkombination (Wavelength Beam Combining-WBC) ist eine Technik zum Skalieren der Ausgangsleistung und Helligkeit von Laserdioden, Laserdiodenbarren, Stapeln von Diodenbarren oder anderen Lasern, die in einer ein- oder zweidimensionalen Anordnung angeordnet sind. WBC-Verfahren wurden entwickelt, um Strahlen entlang einer oder beider Dimensionen einer Anordnung von Emittern zu kombinieren. Typische WBC-Systeme beinhalten eine Vielzahl von Emittern, wie beispielsweise einen oder mehrere Diodenbarren, die unter Verwendung eines dispersiven Elements zu einem Multiwellenlängenstrahl kombiniert werden. Jeder Emitter im WBC-System schwingt einzeln und wird durch wellenlängenspezifische Rückkopplung von einem gemeinsamen teilreflektierenden Ausgangskoppler stabilisiert, der vom dispersiven Element entlang einer Strahlkombinationsdimension gefiltert wird. Beispielhafte WBC-Systeme sind in dem am 4. Februar 2000 eingereichten US-Patent Nr. 6,192,062 , dem am 8. September 1998 eingereichten US-Patent Nr. 6,208,679 , dem am 25. August 2011 eingereichten US-Patent Nr. 8,670,180 und dem am 7. März 2011 eingereichten US-Patent Nr. 8,559,107 detailliert beschrieben, deren gesamte Offenbarung durch Verweis hierin aufgenommen wird.
  • Optische Systeme für Lasersysteme sind typischerweise so ausgelegt, dass sie den hochwertigsten Laserstrahl oder entsprechend den Strahl mit dem niedrigsten Strahlparameterprodukt (BPP) erzeugen. Das BPP ist das Produkt aus dem Divergenzwinkel (Halbwinkel) des Laserstrahls und dem Radius des Strahls an seiner engsten Stelle (d. h. der Strahltaille, der minimalen Punktgröße). Das heißt,
    BPP = NA×D/2, wobei D der Fokussierpunktdurchmesser (die Taille) und NA die numerische Apertur ist; somit kann das BPP durch Variieren von NA und/oder D variiert werden. Das BPP quantifiziert die Qualität des Laserstrahls und wie gut er auf einen kleinen Punkt fokussiert werden kann und wird typischerweise in Einheiten von Millimeter-Milliradian (mm-mrad) ausgedrückt. Ein Gaußscher Strahl hat das niedrigstmögliche BPP, angegeben durch die Wellenlänge des Laserlichts dividiert durch pi. Das Verhältnis des BPP eines tatsächlichen Strahls zu dem eines idealen Gaußschen Strahls bei gleicher Wellenlänge wird mit M2 bezeichnet, was ein wellenlängenunabhängiges Maß für die Strahlqualität ist.
  • In vielen Anwendungen der Laserbearbeitung können die gewünschte Strahlpunktgröße, Divergenz und Strahlqualität variieren, abhängig z. B. von der Art der Bearbeitung und/oder der Art des zu bearbeitenden Materials. Dies gilt insbesondere für Industrielaser bei Materialbearbeitungsanwendungen. So kann beispielsweise ein niedrigerer BPP-Wert, d. h. eine bessere Strahlqualität, für das Schneiden eines dünnen Metalls bevorzugt werden, während ein höherer BPP-Wert (d. h. eine schlechtere Strahlqualität) für das Schneiden durch dickere Metalle bevorzugt werden kann. Um solche Änderungen am BPP des Lasersystems vorzunehmen, muss häufig das Ausgangsoptik-System oder die Glasfaser gegen andere Komponenten ausgetauscht und/oder neu ausgerichtet werden, was ein zeitaufwendiger und teurer Prozess ist, der sogar zu einer unbeabsichtigten Beschädigung der empfindlichen optischen Komponenten des Lasersystems führen kann. Somit besteht Bedarf an alternativen Techniken zum Variieren des BPP eines Lasersystems, die keine derartigen Einstellungen am Laserstrahl oder am optischen System am Ausgang der Glasfaser erfordern. Darüber hinaus besteht Bedarf an Lasersystemen mit mehreren Ausgangsstrahlen mit variablem BPP, wodurch das Aufteilen des Lasersystems auf verschiedene Arbeitsplätze ermöglicht wird.
  • Kurzdarstellung
  • Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugen Lasersysteme Ausgangsstrahlen, die in eine oder mehrere Glasfasern eines Faserbündels geleitet werden, um an eine von mehreren diskreten Positionen ausgegeben zu werden. Eine oder mehrere der Glasfasern des Faserbündels können mehrfach ummantelte Fasern sein, d. h. einen Mittelkernbereich mit mehreren Ummantelungsbereichen, die den Kernbereich konzentrisch umgeben, beinhalten. In anderen Ausführungsformen können eine oder mehrere der Glasfasern einfach ummantelte Fasern sein, d. h. nur einen Ummantelungsbereich um den Kernbereich herum aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen weisen verschiedene Glasfasern im Faserbündel unterschiedliche Kerndurchmesser auf. Eine oder mehrere der Fasern im Faserbündel können mehrere diskrete Kernbereiche aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird der Laserausgangsstrahl in eine bestimmte Faser des Faserbündels und/oder in einen oder mehrere spezifische Querschnittsbereiche der Faser (z. B. den Kernbereich und/oder einen oder mehrere der Ummantelungsbereiche) gerichtet, um die Strahlform und/oder das BPP des Ausgangsstrahls zu variieren.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich das Ändern der „Form“ eines Laserstrahls auf das Verändern des Querschnittsprofils und der Dimension(en) des Strahls (z. B. an einem Punkt, an dem der Strahl eine Fläche schneidet). Formänderungen können mit Änderungen der Strahlgröße, der winkelabhängigen Intensitätsverteilung des Strahls und des BPP einhergehen, aber bloße Änderungen des Strahl-BPPs sind nicht unbedingt ausreichend, um die Laserstrahlform zu ändern und umgekehrt.
  • Ausgangsstrahlen, die gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, können zur Bearbeitung eines Werkstücks verwendet werden, so dass die Oberfläche des Werkstücks physisch verändert wird und/oder ein Merkmal auf oder innerhalb der Oberfläche gebildet wird, im Gegensatz zu optischen Techniken, die lediglich eine Oberfläche mit Licht sondieren (z. B. Reflexionsmessungen). Beispielhafte Prozesse gemäß Ausführungsformen der Erfindung sind u. a. Schneiden, Schweißen, Bohren und Löten. Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung können auch Werkstücke an einer oder mehreren Stellen oder entlang eines eindimensionalen linearen oder kurvenförmigen Bearbeitungspfades bearbeiten, anstatt die gesamte oder im Wesentlichen die gesamte Werkstückoberfläche mit Strahlung vom Laserstrahl zu fluten. Derartige eindimensionale Pfade können aus mehreren Segmenten bestehen, von denen jedes linear oder kurvenförmig sein kann.
  • Ein Vorteil der variablen Form und/oder des BPP ist die verbesserte Leistung der Laseranwendung für verschiedene Arten von Bearbeitungstechniken oder verschiedene Materialientypen, die verarbeitet werden. Ausführungsformen der Erfindung können auch verschiedene Techniken zum Variieren des BPP und/oder der Form von Laserstrahlen verwenden, die in der U.S.-Patentanmeldung, Seriennummer 14/632,283 , eingereicht am 26. Februar 2015, U.S.-Patentanmeldung, Seriennummer 14/747,073 , eingereicht am 23. Juni 2015, U.S.-Patentanmeldung, Seriennummer 14/852,939 , eingereicht am 14. September 2015, U.S.-Patentanmeldung, Seriennummer 15/188,076 , eingereicht am 21. Juni 2016, US-Patentanmeldung, Seriennummer 15/479,745 , eingereicht am 5. April 2017, und US-Patentanmeldung, Seriennummer 15/649,841 , eingereicht am 14. Juli 2017, beschrieben sind, deren Offenbarung jeweils in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in dieses Dokument aufgenommen ist.
  • In diesem Dokument können sich „optische Elemente“ auf Linsen, Spiegel, Prismen, Gitter und dergleichen beziehen, die elektromagnetische Strahlung umleiten, reflektieren, krümmen oder auf andere Weise optisch manipulieren. In diesem Dokument beinhalten Strahlemitter, Emitter oder Laseremitter, oder Laser eine elektromagnetische Strahlerzeugungsvorrichtung, wie beispielsweise Halbleiterelemente, die einen elektromagnetischen Strahl erzeugen, aber möglicherweise nicht selbstschwingend sind. Dazu gehören auch Faserlaser, Scheibenlaser, Nicht-Festkörperlaser, usw. Im Allgemeinen beinhaltet jeder Emitter eine rückseitige reflektierende Oberfläche, mindestens ein optisches Verstärkungsmedium und eine vordere reflektierende Oberfläche. Das optische Verstärkungsmedium erhöht die Verstärkung der elektromagnetischen Strahlung, die nicht auf einen bestimmten Anteil des elektromagnetischen Spektrums beschränkt ist, aber sichtbar, infrarot und/oder ultraviolettes Licht sein kann. Ein Emitter kann mehrere Strahlemitter beinhalten oder im Wesentlichen aus mehreren Strahlemittern bestehen, wie beispielsweise einem Diodenbarren, der dazu konfiguriert ist, mehrere Strahlen zu emittieren. Die in den Ausführungsformen gemäß diesem Dokument empfangenen Eingangsstrahlen können Einzelwellenlängen- oder Mehrwellenlängenstrahlen sein, die unter Verwendung verschiedener, in der Technik bekannter Techniken kombiniert werden. Darüber hinaus beinhalten die Verweise auf „Laser“, „Laseremitter“ oder „Strahlemitter“ in diesem Dokument nicht nur Einzeldiodenlaser, sondern auch Diodenbarren, Laseranordnungen, Diodenbarren-Anordnungen und langwellige oberflächenemittierende Laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser-VCSEL) einzeln oder in Anordnungen.
  • Ausführungsformen der Erfindung können mit Wellenlängen-Strahlkombinations- (WBC) -Systemen verwendet werden, die eine Vielzahl von Emittern beinhalten, wie beispielsweise einen oder mehrere Diodenbarren, die unter Verwendung eines dispersiven Elements zu einem Multiwellenlängenstrahl kombiniert werden. Jeder Emitter im WBC-System schwingt einzeln und wird durch wellenlängenspezifische Rückkopplung von einem gemeinsamen teilreflektierenden Ausgangskoppler stabilisiert, der vom dispersiven Element entlang einer Strahlkombinationsdimension gefiltert wird. Beispielhafte WBC-Systeme sind in dem am 4. Februar 2000 eingereichten US-Patent Nr. 6,192,062 , dem am 8. September 1998 eingereichten US-Patent Nr. 6,208,679 , dem am 25. August 2011 eingereichten US-Patent Nr. 8,670,180 und dem am 7. März 2011 eingereichten US-Patent Nr. 8,559,107 detailliert beschrieben, deren gesamte Offenbarung durch Verweis hierin aufgenommen wird. Multiwellenlängen-Ausgangsstrahlen von WBC-Systemen können als Eingangsstrahlen in Verbindung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur z. B. BPP-, Form- und/oder Polarisationssteuerung verwendet werden.
  • In einem Aspekt weisen Ausführungsformen der Erfindung ein Lasersystem mit mehreren Ausgängen auf. Das System beinhaltet, besteht im Wesentlichen aus oder besteht aus einem Strahlemitter zur Emission eines Laserstrahls, einem Faserbündel, einem Reflektor und/oder einem optischen Element, und einer Steuerung. Das Faserbündel beinhaltet, besteht im Wesentlichen aus oder besteht aus einer Vielzahl von Glasfasern. Jede der Glasfasern weist (i) ein Eingangsende zum Empfangen eines Laserstrahls und (ii) gegenüber dem Eingangsende ein Ausgangsende zum Abgeben des empfangenen Laserstrahls an ein Werkstück auf. Der Reflektor und/oder das optische Element können den Laserstrahl empfangen und den Laserstrahl in ein oder mehrere (z. B. nur eines) der Eingangsenden der Glasfasern im Faserbündel einkoppeln. So kann beispielsweise der Reflektor den Laserstrahl empfangen und den Laserstrahl zum Faserbündel reflektieren, und das optische Element kann den Laserstrahl vom Reflektor empfangen und den Laserstrahl in ein oder mehrere (z. B. nur eines) der Eingangsenden einer Glasfaser im Faserbündel einkoppeln. Die Steuerung bewirkt und steuert eine Relativbewegung zwischen den Eingangsenden der Glasfasern und dem Reflektor und/oder dem optischen Element, um dadurch (i) die Glasfaser(n) des Faserbündels, in das der Laserstrahl eingekoppelt ist, und/oder (ii) eine Position zu bestimmen, an der der Laserstrahl auf eine Stirnfläche einer oder mehrerer ausgewählter Fasern gerichtet ist, wobei eine Strahlform und/oder ein Strahlparameterprodukt mindestens teilweise durch das Einkoppeln des Laserstrahls in die Glasfaser(n) bestimmt wird.
  • Ausführungsformen der Erfindung können eines oder mehrere der Folgenden in einer Vielzahl von Kombinationen beinhalten. Die Steuerung kann für den Rückkopplungsbetrieb konfiguriert sein, um die Position, an der der Laserstrahl auf die Stirnseite der ausgewählten Faser gerichtet ist, basierend auf einem gemessenen Parameter schrittweise einzustellen. Der gemessene Parameter kann ein gemessener Parameter des Werkstücks (z. B. Zusammensetzung, Dicke, Höhe oder Tiefe eines Oberflächenmerkmals, Reflexionsvermögen usw.) und/oder des Laserstrahls (z. B. Flussdichte, Strahlform, Strahldurchmesser, Strahlintensität, Strahlintensität in Abhängigkeit von der räumlichen Strahlposition usw.) sein. Die Relativbewegung zwischen den Eingangsenden der Glasfasern und dem Reflektor und/oder dem optischen Element kann beinhalten, im Wesentlichen bestehen aus oder bestehen aus der Drehung des Reflektors, Drehung des optischen Elements, Translation des Reflektors, Translation des optischen Elements, Drehung der Eingangsenden der Glasfasern und/oder Translation der Eingangsenden der Glasfasern. Das optische Element kann eine oder mehrere Linsen, ein oder mehrere Gitter (z. B. Beugungsgitter) und/oder ein oder mehrere Prismen beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen. Eine oder mehrere physikalische Eigenschaften von mindestens zwei der Glasfasern im Faserbündel können unterschiedlich sein. Die physikalische Eigenschaft kann eine Menge von Faserkernen, eine Menge von Ummantelungsbereichen, einen Durchmesser eines Faserkerns, eine Dicke eines Ummantelungsbereichs, einen Brechungsindex eines Faserkerns und/oder einen Brechungsindex eines Ummantelungsbereichs beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen. Das System kann einen Eingangsendverschluss beinhalten. Ein oder mehrere der Eingangsenden der Glasfaser im Faserbündel können mit dem Eingangsendverschluss verschmolzen oder anderweitig optisch gekoppelt sein. Ein Ausgangsendverschluss kann auf dem Ausgangsende einer oder mehrerer der Glasfasern angeordnet, mit diesem verschmolzen und/oder optisch gekoppelt sein. Jede Glasfaser kann einen anderen Ausgangsendverschluss aufweisen.
  • Mindestens eine der Glasfasern kann eine mehrfach ummantelte Glasfaser mit mehreren Ummantelungen, die einen oder mehrere Faserkerne umgeben, beinhalten, im Wesentlichen aus ihr bestehen oder aus ihr bestehen. So kann beispielsweise die mehrfach ummantelte Glasfaser einen Faserkern, einen ersten Ummantelungsbereich, der den Faserkern umgibt, und einen zweiten Ummantelungsbereich, der den ersten Ummantelungsbereich umgibt, beinhalten, im Wesentlichen aus diesem bestehen oder aus diesem bestehen. Der Brechungsindex des Faserkerns kann größer sein als ein Brechungsindex des ersten Ummantelungsbereichs. Der Brechungsindex des ersten Ummantelungsbereichs kann größer sein als ein Brechungsindex des zweiten Ummantelungsbereichs. Die Steuerung kann dazu konfiguriert sein, für die Glasfaser des Faserbündels, in das der Laserstrahl eingekoppelt ist, eine Relativbewegung zwischen den Eingangsenden der Glasfasern und dem Reflektor und/oder dem optischen Element zu steuern, um dadurch einen oder mehrere Abschnitte der Glasfaser, in die der Laserstrahl eingekoppelt ist, zu bestimmen. Die Abschnitte der Glasfaser können den Faserkern, den ersten Ummantelungsbereich und den zweiten Ummantelungsbereich beinhalten, im Wesentlichen aus diesem bestehen oder aus diesem bestehen. Die Abschnitte der Glasfaser können einen oder mehrere Faserkerne und/oder einen oder mehrere Ummantelungsbereiche beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder allgemeiner aus diesen bestehen.
  • Mindestens eine der Glasfasern kann eine abgestuft ummantelte Glasfaser beinhalten, im Wesentlichen aus ihr bestehen oder aus ihr bestehen, die Folgendes beinhaltet oder im Wesentlichen beinhaltet: (i) einen Mittelkern mit einem ersten Brechungsindex, (ii) eine erste Ummantelung mit einem zweiten Brechungsindex, die den Mittelkern umgibt, (iii) einen Ringkern mit einem dritten Brechungsindex, der die erste Ummantelung umgibt, und (iv) eine zweite Ummantelung mit einem vierten Brechungsindex, die den Ringkern umgibt. Der erste Brechungsindex kann größer sein als der vierte Brechungsindex. Der dritte Brechungsindex kann größer sein als der vierte Brechungsindex. Der zweite Brechungsindex kann kleiner als der erste Brechungsindex und größer als der vierte Brechungsindex sein. Die Steuerung kann dazu konfiguriert sein, für die Glasfaser des Faserbündels, in das der Laserstrahl eingekoppelt ist, eine Relativbewegung zwischen den Eingangsenden der Glasfasern und dem Reflektor und/oder dem optischen Element zu steuern, um dadurch einen oder mehrere Abschnitte der Glasfaser zu bestimmen, in die der Laserstrahl eingekoppelt ist. Die Abschnitte der Glasfaser können den Mittelkern, die erste Ummantelung und den Ringkern beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen. Die Abschnitte der Glasfaser können den Mittelkern und die erste Ummantelung beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen. Die Abschnitte der Glasfaser können den Mittelkern, die erste Ummantelung, den Ringkern und die zweite Ummantelung beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen. Die Abschnitte der Glasfaser können die erste Ummantelung und den Ringkern beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen. Die Abschnitte der Glasfaser können die erste Ummantelung, den Ringkern und die zweite Ummantelung beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen.
  • Der Strahlemitter kann auf die Steuerung reagieren. Die Steuerung kann dazu konfiguriert werden, eine Ausgangsleistung des Strahlemitters während der Relativbewegung zwischen den Eingangsenden der Glasfasern und dem Reflektor und/oder dem optischen Element zu modulieren. Die Steuerung kann dazu konfiguriert werden, eine Ausgangsleistung des Strahlemitters während der Relativbewegung zwischen den Eingangsenden der Glasfasern und dem Reflektor und/oder dem optischen Element nicht zu modulieren. Die Steuerung kann dazu konfiguriert werden, das Strahlparameterprodukt des Laserstrahls zu erhöhen, indem mindestens ein Abschnitt des Laserstrahls in einen oder mehrere Ummantelungsbereiche der Glasfaser(n) eingekoppelt wird, in die der Laserstrahl eingekoppelt wird. Die Steuerung kann dazu konfiguriert werden, die Strahlform und/oder das Strahlparameterprodukt basierend zumindest teilweise auf einer Eigenschaft des Werkstücks nahe dem Ausgangsende der Glasfaser zu bestimmen, in die der Laserstrahl eingekoppelt ist. Die Eigenschaft des Werkstücks kann eine Dicke des Werkstücks und/oder eine Zusammensetzung des Werkstücks beinhalten, im Wesentlichen aus dieser bestehen oder aus dieser bestehen. Das System kann einen Speicher, auf den die Steuerung Zugriff hat, zum Speichern von Daten beinhalten, die einem auf dem Werkstück definierten Bearbeitungspfad entsprechen. Der Pfad kann mindestens eine Richtungsänderung beinhalten. Der Pfad kann aus einem oder mehreren linearen Segmenten und/oder einem oder mehreren gekrümmten Segmenten bestehen. Die Steuerung kann dazu konfiguriert werden, die Ausgangsleistung, die Strahlform und/oder das Strahlparameterprodukt des Strahls entlang des Bearbeitungspfades zu verändern. Der Speicher kann mindestens teilweise in der Steuerung und/oder mindestens teilweise extern vorhanden sein (z. B. Netzwerkspeicher, Cloud-Speicher usw.). Das System kann eine Datenbank zum Speichern von Verarbeitungsdaten für eine Vielzahl von Materialien beinhalten. Die Steuerung kann dazu konfiguriert werden, die Datenbank abzufragen, um Verarbeitungsdaten für einen oder mehrere Materialien des Werkstücks zu erhalten. Die Strahlform und/oder das Strahlparameterprodukt des Strahls kann mindestens teilweise durch die erhaltenen Verarbeitungsdaten bestimmt werden.
  • Der Strahlemitter kann eine oder mehrere Strahlquellen beinhalten, im Wesentlichen bestehen aus oder bestehen aus einer oder mehreren Strahlquellen, die eine Vielzahl von diskreten Strahlen emittieren, einer Fokussieroptik zum Fokussieren der Vielzahl von Strahlen auf ein dispersives Element, ein dispersives Element zum Empfangen und Dispergieren der empfangenen fokussierten Strahlen und einen teilreflektierenden Ausgangskoppler, der so positioniert ist, dass er die dispergierten Strahlen empfängt, einen Anteil der dispergierten Strahlen als Laserstrahl dadurch überträgt und einen zweiten Anteil der dispergierten Strahlen zurück zum dispersiven Element reflektiert. Der Laserstrahl kann aus mehreren Wellenlängen bestehen. Jeder der diskreten Strahlen kann eine andere Wellenlänge aufweisen. Der zweite Anteil der dispergierten Strahlen kann sich zurück zu der einen oder den mehreren Strahlquellen ausbreiten, um dadurch die Strahlen auf ihre Emissionswellenlängen zu stabilisieren. Die Fokussieroptik kann eine oder mehrere zylindrische Linsen, eine oder mehrere sphärische Linsen, einen oder mehrere sphärische Spiegel und/oder einen oder mehrere zylindrische Spiegel beinhalten oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das dispersive Element kann ein oder mehrere Beugungsgitter (z. B. ein oder mehrere transmissive Gitter und/oder ein oder mehrere reflektierende Gitter), eine oder mehrere dispersive Fasern und/oder ein oder mehrere Prismen beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen.
  • In einem weiteren Aspekt weisen Ausführungsformen der Erfindung ein Verfahren zum Einstellen eines Strahlparameterprodukts und/oder einer Strahlform eines Laserstrahls auf. Es wird ein Faserbündel bereitgestellt. Das Faserbündel beinhaltet, besteht im Wesentlichen aus oder besteht aus einer Vielzahl von Glasfasern. Jede der Glasfasern weist (i) ein Eingangsende zum Empfangen eines Laserstrahls und (ii) gegenüber dem Eingangsende ein Ausgangsende zum Abgeben des empfangenen Laserstrahls auf. Ein Laserstrahl wird auf eine ausgewählte eine oder mehrere der Glasfasern des Faserbündels gerichtet. Während dieses Vorgangs und/oder danach wird das Strahlparameterprodukt und/oder die Strahlform des Laserstrahls ausgewählt, indem der Laserstrahl auf eine oder mehrere erste Einkopplungspositionen an dem(den) Eingangsende(n) der ausgewählten Glasfaser(n) gerichtet wird.
  • Ausführungsformen der Erfindung können einen oder mehrere der Folgenden in einer Vielzahl von Kombinationen beinhalten. Ein oder mehrere Werkstücke, die in der Nähe des(der) Ausgangsende(n) der ausgewählten Glasfaser(n) angeordnet sind, können mit dem Laserstrahl bearbeitet werden. Das Strahlparameterprodukt und/oder die Strahlform des Laserstrahls kann mindestens teilweise basierend auf einer Eigenschaft eines oder mehrerer der Werkstücke ausgewählt werden. Die Eigenschaft des Werkstücks kann eine Dicke des Werkstücks und/oder eine Zusammensetzung des Werkstücks beinhalten, im Wesentlichen aus dieser bestehen oder aus dieser bestehen. Mindestens eine der ersten Einkopplungspositionen kann einen Ummantelungsbereich einer ausgewählten Glasfaser schneiden. Das Richten des Laserstrahls auf die ausgewählte der Glasfasern kann (i) das Reflektieren des Laserstrahls mit einem oder mehreren Reflektoren und/oder (ii) das Fokussieren des Laserstrahls mit einem oder mehreren optischen Elementen beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen. Eine oder mehrere physikalische Eigenschaften von mindestens zwei der Glasfasern im Faserbündel können unterschiedlich sein. Die physikalische Eigenschaft kann eine Menge von Faserkernen, eine Menge von Ummantelungsbereichen, einen Durchmesser eines Faserkerns, eine Dicke eines Ummantelungsbereichs, einen Brechungsindex eines Faserkerns und/oder einen Brechungsindex eines Ummantelungsbereichs beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen.
  • Mindestens eine der Glasfasern kann eine mehrfach ummantelte Glasfaser mit mehreren Ummantelungen, die einen oder mehrere Faserkerne umgeben, beinhalten, im Wesentlichen aus ihr bestehen oder aus ihr bestehen. So kann beispielsweise die mehrfach ummantelte Glasfaser einen Faserkern, einen ersten Ummantelungsbereich, der den Faserkern umgibt, und einen zweiten Ummantelungsbereich, der den ersten Ummantelungsbereich umgibt, beinhalten, im Wesentlichen aus diesem bestehen oder aus diesem bestehen. Der Brechungsindex des Faserkerns kann größer sein als ein Brechungsindex des ersten Ummantelungsbereichs. Der Brechungsindex des ersten Ummantelungsbereichs kann größer sein als ein Brechungsindex des zweiten Ummantelungsbereichs.
  • Mindestens eine der Glasfasern kann eine abgestuft ummantelte Glasfaser beinhalten, im Wesentlichen aus ihr bestehen oder aus ihr bestehen, die Folgendes beinhaltet oder im Wesentlichen beinhaltet: (i) einen Mittelkern mit einem ersten Brechungsindex, (ii) eine erste Ummantelung mit einem zweiten Brechungsindex, die den Mittelkern umgibt, (iii) einen Ringkern mit einem dritten Brechungsindex, der die erste Ummantelung umgibt, und (iv) eine zweite Ummantelung mit einem vierten Brechungsindex, die den Ringkern umgibt. Der erste Brechungsindex kann größer sein als der vierte Brechungsindex. Der dritte Brechungsindex kann größer sein als der vierte Brechungsindex. Der zweite Brechungsindex kann kleiner als der erste Brechungsindex und größer als der vierte Brechungsindex sein.
  • Das Strahlparameterprodukt und/oder die Strahlform des Laserstrahls kann verändert werden, indem der Laserstrahl auf eine oder mehrere zweite Einkopplungspositionen am Eingangsende der ausgewählten Glasfaser und/oder einer oder mehreren anderen Glasfasern im Faserbündel gerichtet wird. Die eine oder mehreren zweiten Einkopplungspositionen können sich von den einen oder mehreren ersten Einkopplungspositionen unterscheiden. Der Laserstrahl kann aus einem Strahlemitter emittiert werden, der eine oder mehrere Strahlquellen beinhaltet, im Wesentlichen daraus besteht oder daraus besteht, die mehrere diskrete Strahlen emittieren, einer Fokussieroptik zum Fokussieren der mehreren Strahlen auf ein dispersives Element, ein dispersives Element zum Empfangen und Dispergieren der empfangenen fokussierten Strahlen und einen teilreflektierenden Ausgangskoppler, der so positioniert ist, dass er die dispergierten Strahlen empfängt, einen Anteil der dispergierten Strahlen als Laserstrahl dadurch überträgt und einen zweiten Anteil der dispergierten Strahlen zurück zum dispersiven Element reflektiert. Der Laserstrahl kann aus mehreren Wellenlängen bestehen. Jeder der diskreten Strahlen kann eine andere Wellenlänge aufweisen. Der zweite Anteil der dispergierten Strahlen kann sich zurück zu der einen oder den mehreren Strahlquellen ausbreiten, um dadurch die Strahlen auf ihre Emissionswellenlängen zu stabilisieren. Die Fokussieroptik kann eine oder mehrere zylindrische Linsen, eine oder mehrere sphärische Linsen, einen oder mehrere sphärische Spiegel und/oder einen oder mehrere zylindrische Spiegel beinhalten oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das dispersive Element kann ein oder mehrere Beugungsgitter (z. B. ein oder mehrere transmissive Gitter und/oder ein oder mehrere reflektierende Gitter), eine oder mehrere dispersive Fasern und/oder ein oder mehrere Prismen beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen.
  • In noch einem weiteren Aspekt weisen Ausführungsformen der Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten einer Vielzahl von Werkstücken unter Verwendung von Ausgangsstrahlen mit unterschiedlichen Eigenschaften auf, die aus demselben Eingangsstrahl stammen. Es wird ein Faserbündel bereitgestellt. Das Faserbündel beinhaltet, besteht im Wesentlichen aus oder besteht aus einer ersten Glasfaser und einer zweiten Glasfaser. Die erste Glasfaser weist (a) ein erstes Eingangsende zum Empfangen eines Laserstrahls und (b) gegenüber dem ersten Eingangsende ein erstes Ausgangsende zum Abgeben des Laserstrahls an ein erstes Werkstück auf. Die zweite Glasfaser weist (a) zum Empfangen des Laserstrahls, ein zweites Eingangsende nahe dem ersten Eingangsende und (b) gegenüber dem zweiten Eingangsende, ein zweites Ausgangsende zum Abgeben des Laserstrahls an ein zweites Werkstück auf, das sich vom ersten Werkstück unterscheidet. In verschiedenen Ausführungsformen führen das erste und zweite Ausgangsende den Laserstrahl zu verschiedenen Abschnitten desselben Werkstücks. Der Laserstrahl wird auf das erste Eingangsende gerichtet, um das erste Werkstück zu bearbeiten. Vor und während der Bearbeitung des ersten Werkstücks wird ein erstes Strahlparameterprodukt und/oder eine erste Strahlform des Laserstrahls ausgewählt, indem der Laserstrahl auf eine oder mehrere erste Einkopplungspositionen an dem ersten Eingangsende gerichtet wird. Der Laserstrahl wird auf das zweite Eingangsende gerichtet, um das zweite Werkstück zu bearbeiten. Vor und/oder während der Bearbeitung des zweiten Werkstücks wird ein zweites Strahlparameterprodukt und/oder eine zweite Strahlform des Laserstrahls ausgewählt, indem der Laserstrahl auf eine oder mehrere zweite Einkopplungspositionen am zweiten Eingangsende gerichtet wird. Das zweite Strahlparameterprodukt und/oder die zweite Strahlform können sich vom ersten Strahlparameterprodukt und/oder der ersten Strahlform unterscheiden. Das zweite Strahlparameterprodukt und/oder die zweite Strahlform können das-/dieselbe sein wie das erste Strahlparameterprodukt und/oder die erste Strahlform.
  • Ausführungsformen der Erfindung können eines oder mehrere der Folgenden in mehreren Kombinationen beinhalten. Mindestens eine Eigenschaft des ersten und zweiten Werkstücks kann unterschiedlich sein. Das mindestens eine Merkmal kann Dicke und/oder Zusammensetzung beinhalten, im Wesentlichen aus ihr bestehen oder aus ihr bestehen. Die Ausgangsleistung des Laserstrahls kann moduliert werden zwischen dem Richten des Laserstrahls auf das erste Eingangsende und dem Richten des Laserstrahls auf das zweite Eingangsende. Die Ausgangsleistung des Laserstrahls wird eventuell nicht moduliert zwischen dem Richten des Laserstrahls auf das erste Eingangsende und dem Richten des Laserstrahls auf das zweite Eingangsende. Eine Innenkonfiguration der ersten Glasfaser kann im Wesentlichen identisch mit einer Innenkonfiguration der zweiten Glasfaser sein. Mindestens eine der ersten Einkopplungspositionen kann einen oder mehrere Ummantelungsbereiche der ersten Glasfaser schneiden, und die in den einen oder mehreren Ummantelungsbereichen eingekoppelte Strahlenergie kann zum Bearbeiten des ersten Werkstücks verwendet werden. Mindestens eine der zweiten Einkopplungspositionen kann einen oder mehrere Ummantelungsbereiche der zweiten Glasfaser schneiden, und die in den einen oder mehreren Ummantelungsbereichen eingekoppelte Strahlenergie kann zum Bearbeiten des zweiten Werkstücks verwendet werden. Das Richten des Laserstrahls auf das erste Eingangsende kann (i) das Reflektieren des Laserstrahls mit einem oder mehreren Reflektoren und/oder (ii) das Fokussieren des Laserstrahls mit einem oder mehreren optischen Elementen beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen. Das Richten des Laserstrahls auf das zweite Eingangsende kann (i) das Reflektieren des Laserstrahls mit einem oder mehreren Reflektoren und/oder (ii) das Fokussieren des Laserstrahls mit einem oder mehreren optischen Elementen beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen. Eine physikalische Eigenschaft der ersten Glasfaser und der zweiten Glasfaser kann unterschiedlich sein. Die physikalische Eigenschaft kann eine Menge von Faserkernen, eine Menge von Ummantelungsbereichen, einen Durchmesser eines Faserkerns, eine Dicke eines Ummantelungsbereichs, einen Brechungsindex eines Faserkerns und/oder einen Brechungsindex eines Ummantelungsbereichs beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen.
  • Die erste Glasfaser und/oder die zweite Glasfaser kann eine mehrfach ummantelte Glasfaser mit mehreren Ummantelungen, die einen oder mehrere Faserkerne umgeben, beinhalten, im Wesentlichen aus ihr bestehen oder aus ihr bestehen. So kann beispielsweise die mehrfach ummantelte Glasfaser einen Faserkern, einen ersten Ummantelungsbereich, der den Faserkern umgibt, und einen zweiten Ummantelungsbereich, der den ersten Ummantelungsbereich umgibt, beinhalten, im Wesentlichen aus diesem bestehen oder aus diesem bestehen. Der Brechungsindex des Faserkerns kann größer sein als der Brechungsindex des ersten Ummantelungsbereichs. Der Brechungsindex des ersten Ummantelungsbereichs kann größer sein als der Brechungsindex des zweiten Ummantelungsbereichs.
  • Die erste Glasfaser und/oder die zweite Glasfaser kann eine abgestuft ummantelte Glasfaser beinhalten, im Wesentlichen aus ihr bestehen oder aus ihr bestehen, die Folgendes beinhaltet oder im Wesentlichen beinhaltet: (i) einen Mittelkern mit einem ersten Brechungsindex, (ii) eine erste Ummantelung mit einem zweiten Brechungsindex, die den Mittelkern umgibt, (iii) einen Ringkern mit einem dritten Brechungsindex, der die erste Ummantelung umgibt, und (iv) eine zweite Ummantelung mit einem vierten Brechungsindex, die den Ringkern umgibt. Der erste Brechungsindex kann größer sein als der vierte Brechungsindex. Der dritte Brechungsindex kann größer sein als der vierte Brechungsindex. Der zweite Brechungsindex kann kleiner als der erste Brechungsindex und größer als der vierte Brechungsindex sein.
  • Der Laserstrahl kann aus einem Strahlemitter emittiert werden, der eine oder mehrere Strahlquellen beinhaltet, im Wesentlichen daraus besteht oder daraus besteht, die mehrere diskrete Strahlen emittieren, einer Fokussieroptik zum Fokussieren der mehreren Strahlen auf ein dispersives Element, ein dispersives Element zum Empfangen und Dispergieren der empfangenen fokussierten Strahlen und einen teilreflektierenden Ausgangskoppler, der so positioniert ist, dass er die dispergierten Strahlen empfängt, einen Anteil der dispergierten Strahlen als Laserstrahl durch sich hindurch überträgt und einen zweiten Anteil der dispergierten Strahlen zurück zum dispersiven Element reflektiert. Der Laserstrahl kann aus mehreren Wellenlängen bestehen. Jeder der diskreten Strahlen kann eine andere Wellenlänge aufweisen. Der zweite Anteil der dispergierten Strahlen kann sich zurück zu der einen oder den mehreren Strahlquellen ausbreiten, um dadurch die Strahlen auf ihre Emissionswellenlängen zu stabilisieren. Die Fokussieroptik kann eine oder mehrere zylindrische Linsen, eine oder mehrere sphärische Linsen, einen oder mehrere sphärische Spiegel und/oder einen oder mehrere zylindrische Spiegel beinhalten oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das dispersive Element kann ein oder mehrere Beugungsgitter (z. B. ein oder mehrere transmissive Gitter und/oder ein oder mehrere reflektierende Gitter), eine oder mehrere dispersive Fasern und/oder ein oder mehrere Prismen beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen.
  • In einem weiteren Aspekt weisen Ausführungsformen der Erfindung ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl auf. Es wird ein Faserbündel bereitgestellt. Das Faserbündel beinhaltet, besteht im Wesentlichen aus oder besteht aus einer Vielzahl von Glasfasern. Jede der Glasfasern weist (i) ein Eingangsende zum Empfangen eines Laserstrahls und (ii) gegenüber dem Eingangsende ein Ausgangsende zum Abgeben des empfangenen Laserstrahls auf. Ein Werkstück ist nahe dem Ausgangsende einer ausgewählten der Glasfasern angeordnet. Ein Strahlparameterprodukt und/oder eine Strahlform zum Bearbeiten des Werkstücks wird basierend auf mindestens einer Eigenschaft des Werkstücks bestimmt. Ein Laserstrahl wird auf die ausgewählte Glasfaser gerichtet. Während der Laserstrahl auf die ausgewählte Glasfaser gerichtet ist, wird der Laserstrahl auf eine oder mehrere Einkopplungspositionen am Eingangsende der ausgewählten Glasfaser gerichtet, um das Strahlparameterprodukt und/oder die Strahlform des vom Ausgangsende der ausgewählten Glasfaser emittierten Laserstrahls auszuwählen. Das Werkstück wird mit dem Laserstrahl bearbeitet, der vom Ausgangsende der ausgewählten Glasfaser emittiert wird.
  • Ausführungsformen der Erfindung können eines oder mehrere der Folgenden in mehreren Kombinationen beinhalten. Die Bearbeitung des Werkstücks kann beinhalten, im Wesentlichen bestehen aus oder bestehen aus dem physischen Verändern mindestens eines Abschnitts und/oder dem Bilden eines Merkmals auf und/oder in einer Oberfläche des Werkstücks. Die Bearbeitung des Werkstücks kann das Schneiden, Schweißen, Ätzen, Glühen, Bohren, Löten und/oder Hartlöten beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen. Die mindestens eine Eigenschaft des Werkstücks kann eine Dicke des Werkstücks und/oder eine Zusammensetzung des Werkstücks beinhalten, im Wesentlichen aus dieser bestehen oder aus dieser bestehen. Mindestens eine der Einkopplungspositionen kann einen oder mehrere Ummantelungsbereiche der ausgewählten Glasfaser schneiden, und die in den einen oder mehreren Ummantelungsbereichen eingekoppelte Strahlenergie kann zum Bearbeiten des Werkstücks verwendet werden. Das Richten des Laserstrahls auf die ausgewählte Glasfaser kann (i) das Reflektieren des Laserstrahls mit einem oder mehreren Reflektoren und/oder (ii) das Fokussieren des Laserstrahls mit einem oder mehreren optischen Elementen beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen. Eine physikalische Eigenschaft von mindestens zwei der Glasfasern im Faserbündel kann unterschiedlich sein. Die physikalische Eigenschaft kann eine Menge von Faserkernen, eine Menge von Ummantelungsbereichen, einen Durchmesser eines Faserkerns, eine Dicke eines Ummantelungsbereichs, einen Brechungsindex eines Faserkerns und/oder einen Brechungsindex eines Ummantelungsbereichs beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen.
  • Die ausgewählten Glasfasern können eine mehrfach ummantelte Glasfaser mit mehreren Ummantelungen, die einen oder mehrere Faserkerne umgeben, beinhalten, im Wesentlichen aus ihr bestehen oder aus ihr bestehen. So kann beispielsweise die mehrfach ummantelte Glasfaser einen Faserkern, einen ersten Ummantelungsbereich, der den Faserkern umgibt, und einen zweiten Ummantelungsbereich, der den ersten Ummantelungsbereich umgibt, beinhalten, im Wesentlichen aus diesem bestehen oder aus diesem bestehen. Der Brechungsindex des Faserkerns kann größer sein als der Brechungsindex des ersten Ummantelungsbereichs. Der Brechungsindex des ersten Ummantelungsbereichs kann größer sein als der Brechungsindex des zweiten Ummantelungsbereichs.
  • Die ausgewählte Glasfaser kann eine abgestuft ummantelte Glasfaser beinhalten, im Wesentlichen aus ihr bestehen oder aus ihr bestehen, die Folgendes beinhaltet oder im Wesentlichen beinhaltet: (i) einen Mittelkern mit einem ersten Brechungsindex, (ii) eine erste Ummantelung mit einem zweiten Brechungsindex, die den Mittelkern umgibt, (iii) einen Ringkern mit einem dritten Brechungsindex, der die erste Ummantelung umgibt, und (iv) eine zweite Ummantelung mit einem vierten Brechungsindex, die den Ringkern umgibt. Der erste Brechungsindex kann größer sein als der vierte Brechungsindex. Der dritte Brechungsindex kann größer sein als der vierte Brechungsindex. Der zweite Brechungsindex kann kleiner als der erste Brechungsindex und größer als der vierte Brechungsindex sein.
  • Das Strahlparameterprodukt und/oder die Strahlform des Laserstrahls kann während oder nach dem Bearbeiten des Werkstücks geändert werden, indem der Laserstrahl auf eine oder mehrere zweite Einkopplungspositionen am Eingangsende der ausgewählten Glasfaser und/oder einer oder mehreren anderen Glasfasern im Faserbündel gerichtet wird. Die eine oder mehreren zweiten Einkopplungspositionen können sich von der einen oder mehreren ersten Einkopplungspositionen unterscheiden. Der Laserstrahl kann aus einem Strahlemitter emittiert werden, der eine oder mehrere Strahlquellen beinhaltet, im Wesentlichen daraus besteht oder aus einer oder mehreren Strahlquellen besteht, die mehrere diskrete Strahlen emittieren, einer Fokussieroptik zum Fokussieren der mehreren Strahlen auf ein dispersives Element, ein dispersives Element zum Empfangen und Dispergieren der empfangenen fokussierten Strahlen und einen teilreflektierenden Ausgangskoppler, der so positioniert ist, dass er die dispergierten Strahlen empfängt, einen Anteil der dispergierten Strahlen als Laserstrahl durch sich hindurch überträgt und einen zweiten Anteil der dispergierten Strahlen zurück zum dispersiven Element reflektiert. Der Laserstrahl kann aus mehreren Wellenlängen bestehen. Jeder der diskreten Strahlen kann eine andere Wellenlänge aufweisen. Der zweite Anteil der dispergierten Strahlen kann sich zurück zu der einen oder den mehreren Strahlquellen ausbreiten, um dadurch die Strahlen auf ihre Emissionswellenlängen zu stabilisieren. Die Fokussieroptik kann eine oder mehrere zylindrische Linsen, eine oder mehrere sphärische Linsen, einen oder mehrere sphärische Spiegel und/oder einen oder mehrere zylindrische Spiegel beinhalten oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das dispersive Element kann ein oder mehrere Beugungsgitter (z. B. ein oder mehrere transmissive Gitter und/oder ein oder mehrere reflektierende Gitter), eine oder mehrere dispersive Fasern und/oder ein oder mehrere Prismen beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen.
  • Diese und andere Aufgaben, sowie die Vorteile und Merkmale der hierin offenbarten vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung, die beigefügten Zeichnungen und die Ansprüche deutlicher. Darüber hinaus versteht sich, dass sich die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen nicht gegenseitig ausschließen und in verschiedenen Kombinationen und Permutationen vorliegen können. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „im Wesentlichen“ ±10 % und in einigen Ausführungsformen ±5 %. Der Begriff „besteht im Wesentlichen aus“ bedeutet den Ausschluss anderer Materialien, die zur Funktion beitragen, sofern in diesem Dokument nicht anders definiert. Dennoch können diese anderen Materialien gemeinsam oder einzeln in Spuren vorhanden sein. In diesem Dokument werden die Begriffe „Strahlung“ und „Licht“, sofern nicht anders angegeben, austauschbar verwendet, In diesem Dokument wird „stromabwärts“ oder „optisch stromabwärts“ verwendet, um die relative Platzierung eines zweiten Elements anzuzeigen, auf das ein Lichtstrahl trifft, nachdem er auf ein erstes Element trifft, wobei das erste Element „stromaufwärts“ oder „optisch stromaufwärts“ des zweiten Elements ist. In diesem Dokument ist der „optische Abstand“ zwischen zwei Komponenten der Abstand zwischen zwei Komponenten, der tatsächlich von Lichtstrahlen durchlaufen wird; der optische Abstand kann, muss aber nicht unbedingt gleich dem physischen Abstand zwischen zwei Komponenten sein, z. B. aufgrund von Reflexionen von Spiegeln oder anderen Veränderungen der Ausbreitungsrichtung, die das von einer der Komponenten zur anderen wandernde Licht erfährt.
  • Figurenliste
  • In den Zeichnungen beziehen sich ähnliche Referenzzeichen in der Regel auf dieselben Teile in den verschiedenen Ansichten. Die Zeichnungen sind auch nicht unbedingt maßstabsgetreu; stattdessen wurde im Allgemeinen Wert darauf gelegt, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
    • 1A ein schematisches Diagramm eines Lasersystems mit einem Faserbündel aus mehreren Glasfasern gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist;
    • 1B ein schematisches Querschnittsdiagramm des Faserbündels aus 1A ist;
    • 1C ein schematisches Querschnittsdiagramm einer abgestuft ummantelten Glasfaser gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist;
    • 1D ein schematisches Diagramm der relativen Brechungsindizes von Abschnitten der abgestuft ummantelten Glasfaser aus 1C ist;
    • 2A ein schematisches Diagramm eines Lasersystems mit einem Faserbündel aus mehreren Glasfasern gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist;
    • 2B ein schematisches Querschnittsdiagramm des Faserbündels aus 2A ist;
    • 3 ein schematisches Querschnittsdiagramm einer mehrfach ummantelten Glasfaser und ein Diagramm der relativen Brechungsindizes von Abschnitten der mehrfach ummantelten Glasfaser gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist;
    • 4 eine beispielhafte Abfolge von Strahlformen und BPPs in Abhängigkeit von der angelegten Strahlpositionierungsspannung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist;
    • 5 ein Diagramm der Strahl-Einkopplungsposition in Abhängigkeit von der Steuerspannung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist, und
    • 6 ein schematisches Diagramm eines Wellenlängen-Strahlkombinationslasersystems ist, das zur Zuführung des Eingangsstrahls für Laserstrahlabgabesysteme gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann.
  • Detailbeschreibung
  • 1A stellt ein Lasersystem 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Wie dargestellt, wird ein Laserstrahl 110 (der z. B. der Ausgangsstrahl eines WBC-Systems sein kann) von einem Reflektor 120 (z. B. einem oder mehreren Spiegeln) gerichtet und durch ein optisches Element 130 (z. B. eine oder mehrere Linsen) in eine von mehreren Fasern eines Faserbündels 140, das zwei oder mehrere Glasfasern 150 beinhaltet, im Wesentlichen aus diesen besteht oder aus diesen besteht, von denen mindestens zwei (oder sogar alle) unterschiedliche interne Konfigurationen aufweisen können (z. B. Anzahl der Mantelschichten, Anzahl der Kerne, Brechungsindizes der Kerne und/oder Ummantelungen, Größen der Kerne und/oder Ummantelungen, etc.) eingekoppelt. Jede der Glasfasern 150 des Faserbündels 140 ist mit einem anderen Laserkopf 160 verbunden (die vier Laserköpfe 160 in 1A sind als Laserköpfe 160-1, 160-2, 160-3 und 160-n bezeichnet; Ausführungsformen der Erfindung enthalten eventuell nur zwei Laserköpfe 160 oder mehr als vier Laserköpfe 160), die beispielsweise eine weitere Optik zum Richten des Ausgangslaserstrahls auf ein Werkstück zur Materialbearbeitung wie Schneiden, Schweißen usw. beinhalten können. 1A stellt eine exemplarische Ausführungsform dar, bei der der Laserstrahl 110 entweder mit dem Laserkopf 160-1 oder dem Laserkopf 160-2 durch Bewegung (z. B. Drehung und/oder Translation) des Reflektors 120 gekoppelt wird. Der Laserstrahl 110 kann auf eine oder mehrere der Fasern 150 des Faserbündels 140 mit anderen Mitteln zusätzlich zu dem oder anstelle des Reflektors 120 gerichtet werden, z. B. Bewegung des optischen Elements 130, Verwendung eines oder mehrerer einstellbarer optischer Elemente, wie Prismen, usw. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung können die Fasern 150 des Faserbündels 140 multimodale Fasern sein, und die Kerndurchmesser dieser Fasern können z. B. mindestens 20 µm betragen. 1B zeigt eine schematische Ansicht des Faserbündels 140 von einem Ende aus. Obwohl 1B die Fasern des Faserbündels in einer dicht gepackten, runden Konfiguration darstellt, beinhalten Ausführungsformen der Erfindung auch andere Anordnungen der Fasern innerhalb des Faserbündels, z. B. linear.
  • Während des Betriebs des Lasersystems 100 kann die Leistung des Laserstrahls 110 während mindestens eines Anteils der Zeitspanne, während der der Laserstrahl 110 von einer der Fasern 150 zu einer anderen gerichtet ist, verringert oder der Laserstrahl 110 abgeschaltet oder auf eine andere Komponente als das Faserbündel 140 gerichtet werden (z. B. eine Strahlfalle zum Abwerfen oder Abführen der Strahlenergie). In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung wird zur Verringerung des Risikos einer Beschädigung der Fasern 150 die Eingangsseite des Faserbündels 140 (z. B. durch Verschmelzen) an einem Glasendverschluss befestigt. Das heißt, die Eingangsseite des Faserbündels kann ein einheitliches Segment sein, in dem die verschiedenen Fasern 150 mit verschiedenen Flächenabschnitten des Glasendverschlusses gekoppelt sind. Wie in 1B dargestellt, können die Fasern, zumindest am Eingangsende des Faserbündels 140, innerhalb einer Hülle 170 angeordnet sein. Die Ausgangsseite jeder Faser 150 kann auch mit einem einzelnen Glasendverschluss verschmolzen werden. Die Glasendverschlüsse (nicht in 1A dargestellt) können Längen von z. B. mindestens 5 mm aufweisen. Die Längen der Endverschlüsse können z. B. 50 mm oder weniger betragen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung können die verschiedenen Kern- und Mantelschichten von Glasfasern in Faserbündeln Glas enthalten, im Wesentlichen aus Glas bestehen oder aus Glas bestehen, wie beispielsweise im Wesentlichen aus reinem Quarzglas und/oder Quarzglas, das mit Fluor, Titan, Germanium und/oder Bor dotiert ist. Die Auswahl der geeigneten Materialien, um die gewünschten Brechungsindizes in verschiedenen Abschnitten der Glasfasern zu erreichen (z. B. Kern- und Ummantelungsbereiche), kann von Fachleuten ohne übermäßiges Experimentieren durchgeführt werden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann das Lasersystem 100 mehrere Strahlen im Wesentlichen gleichzeitig durch schnelles Lenken des Laserstrahls 110 zwischen zwei oder mehreren Fasern 150 ausgeben; in solchen Ausführungsformen können mehrere Laserköpfe 160 gleichzeitig für die Materialbearbeitung verwendet werden. Ausführungsformen der Erfindung stellen eine komfortable Möglichkeit bereit, Laserstrahlen mit unterschiedlichen BPPs und/oder Strahlformen an unterschiedliche Arbeitsplätzen und/oder Werkstücke abzugeben. So kann beispielsweise das Faserbündel 140 Fasern 150 mit unterschiedlichen Kerndurchmessern beinhalten. In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das Faserbündel 140 Glasfasern mit unterschiedlichen Kerndurchmessern im Bereich von 100 µm bis 600 µm und erzeugt dadurch Laserstrahlen mit BPP-Werten von ~4 bis ~24 mm·mrad. Diese Werte sind nur beispielhaft und Ausführungsformen der Erfindung können dazu verwendet werden, Ausgangslaserstrahlen mit einem breiten Spektrum von BPPs und/oder Strahlformen, abhängig von der(den) Konfiguration(en) der Fasern 150 innerhalb des Faserbündels 140, zu erzeugen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung beinhaltet das Lasersystem 100 eine Steuerung 180, die die Bewegung des Laserstrahls 110 zwischen den verschiedenen Fasern 150 des Faserbündels 140 steuert. So kann beispielsweise die Steuerung 180 die Bewegung (z. B. Drehung und/oder Translation in Bezug auf einen, zwei oder drei Freiheitsgrade) des Reflektors 120, des optischen Elements 130 und/oder des Faserbündels 140 steuern, um zu bewirken, dass der Laserstrahl 110 in eine andere Faser 150 oder einen anderen Abschnitt einer Faser 150 im Faserbündel 140 gerichtet wird. So kann beispielsweise der Reflektor 120 und/oder das optische Element 130 über einen oder mehrere piezoelektrische Stellantriebe bewegt werden, die von der Steuerung 180 gesteuert werden. Diese Stellantriebe können Schrittmotoren beinhalten, die ein geregeltes Element schrittweise drehen und/oder verschieben, um den Strahl in eine gewünschte Position zu bringen. Die Steuerung 180 kann auch die Eingangsenden der Fasern 150 des Faserbündels 140 zusätzlich zum oder anstelle des Steuerns des Reflektors 120 und/oder des optischen Elements 130 bewegen, um den Laserstrahl 110 in verschiedene Fasern 150 und/oder verschiedene Abschnitte einer einzelnen Faser 150 einzubinden. Die Steuerung 180 kann eine geeignete Position eines Laserstrahls relativ zu einer Faserstirnfläche basierend auf einem gewünschten Wert einer Strahleigenschaft (z. B. Flussdichte, Strahldurchmesser, Strahlform, usw.) am Werkstück und einer bekannten Beziehung zwischen der Strahleigenschaft und der Position des Strahls relativ zu einer Faserstirnfläche oder der zum Tragen des Strahls am besten geeigneten Faser im Bündel berechnen; oder basierend auf Benutzereingaben (z. B. einem vorgegebenen Grad der Überlappung mit oder Position auf der Stirnfläche einer bestimmten Faser oder einem Abschnitt davon (z. B. einem/einer oder mehreren Kernen oder Ummantelungen)); oder kann, wie im Folgenden näher erläutert, Rückkopplungen verwenden, so dass die optimale Ausrichtung zwischen dem Strahl und der Stirnfläche einer bestimmten Faser schrittweise erreicht wird. So kann beispielsweise ein Fotodetektor oder ein anderer Lichtsensor in der Nähe des Werkstücks verwendet werden, um die Strahlform, den Strahldurchmesser und/oder die Flussdichte an der Werkstückoberfläche zu überwachen (z. B. die Strahleigenschaft des Strahls selbst oder durch Messung einer Reflexion von der Werkstückoberfläche), und die Steuerung kann den/die Messwert(e) als Rückmeldung verwenden, um die Positionierung des Eingangsstrahls relativ zum ausgewählten Faserende einzustellen, bis die gewünschte Strahleigenschaft am Werkstück erreicht ist. In Ausführungsformen der Erfindung können zusätzlich oder anstelle von Lichtsensoren weitere Sensoren verwendet werden, z. B. Thermosensoren und/oder Sensoren, die die Wirkung des Strahls auf die Werkstückoberfläche messen (z. B. Tiefen- oder Profilsensoren, usw.).
  • Die Steuerung 180 kann auch den Laserstrahl 110 vor, während oder nach der Bewegung des Laserstrahls 110 relativ zum Faserbündel 140 steuern; beispielsweise kann die Steuerung 180 die Ausgangsleistung des Laserstrahls 110 modulieren und/oder den Laserstrahl 110 während einer oder mehrerer (oder sogar aller) Bewegungen des Laserstrahls 110 relativ zum Faserbündel 140 ein- oder ausschalten.
  • Die Steuerung 180 kann entweder als Software, Hardware oder eine Kombination davon bereitgestellt sein. Beispielsweise kann die Steuerung 180 auf einem oder mehreren herkömmlichen Computern der Serverklasse implementiert werden, wie beispielsweise einem PC mit einer CPU-Platine, die einen oder mehrere Prozessoren enthält, wie die Pentium- oder Celeron-Prozessorfamilie von Intel Corporation, Santa Clara, Kalifornien, die 680x0 und POWER PC-Prozessorfamilie von Motorola Corporation, Schaumburg, Illinois, und/oder die ATHLON-Prozessorlinie von Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale, Kalifornien. Somit kann die Steuerung 180 in verschiedenen Ausführungsformen einen Prozessor (z. B. eine zentrale Verarbeitungseinheit) beinhalten. Der Prozessor kann auch eine Hauptspeichereinheit zum Speichern von Programmen und/oder Daten im Zusammenhang mit den vorstehend beschriebenen Verfahren beinhalten. Der Speicher kann Direktzugriffsspeicher (RAM), Nur-Lese-Speicher (ROM) und/oder FLASH-Speicher beinhalten, die sich auf allgemein verfügbarer Hardware befinden, wie beispielsweise eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC), feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGA), elektrisch löschbare programmierbare Nur-Lese-Speicher (EEPROM), programmierbare Nur-Lese-Speicher (PROM), programmierbare Logikvorrichtungen (PLD) oder Nur-Lese-Speicher-Vorrichtungen (ROM). In einigen Ausführungsformen können die Programme mit externem RAM und/oder ROM bereitgestellt werden, wie beispielsweise optischen Platten, Magnetplatten sowie anderen häufig verwendeten Speichervorrichtungen. Für Ausführungsformen, in denen die Funktionen als ein oder mehrere Softwareprogramme bereitgestellt werden, können die Programme in einer beliebigen Anzahl von Hochsprachen wie PYTHON, FORTRAN, PASCAL, JAVA, C, C++, C#, BASIC, verschiedenen Skriptsprachen und/oder HTML geschrieben sein. Darüber hinaus kann die Software in einer Assemblersprache implementiert sein, die sich nach dem Mikroprozessor richtet, der sich auf einem Zielcomputer befindet; beispielsweise kann die Software in der Assemblersprache Intel 80x86 implementiert sein, wenn sie für den Betrieb auf einem IBM-PC oder PC-Klon konfiguriert ist. Die Software kann auf einem Produktionsartikel verkörpert sein, der unter anderem eine Diskette, einen USB-Stick, eine Festplatte, eine optische Platte, ein Magnetband, ein PROM, ein EPROM, ein EEPROM, ein feldprogrammierbares Gate-Array oder eine CD-ROM beinhaltet. Die Steuerungssoftware, die eine Strahlausrichtung mit einer gewünschten räumlichen Position und einer rückkopplungsabhängigen Bewegung implementiert, ist in der Scanner- und Plottertechnik hinlänglich charakterisiert.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch mehrfach ummantelte Glasfasern im Faserbündel verwenden, um die Form und/oder das BPP des in die Fasern eingekoppelten Laserstrahls zu steuern. So können beispielsweise Lasersysteme gemäß Ausführungsformen der Erfindung abgestuft ummantelte Glasfasern verwenden, wie sie in der am 5. April 2017 eingereichten US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 15/479,745 („der 745er Anmeldung“) beschrieben sind, deren gesamte Offenbarung durch Verweis in diesem Dokument enthalten ist. 1C ist ein schematisches Querschnittsdiagramm einer exemplarischen abgestuft ummantelten Glasfaser 190, die in Faserbündeln gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die abgestuft ummantelten Faser 190 einen Mittelkern 192, eine erste Ummantelung 194, einen Ringkern 196 und eine zweite Ummantelung 198, besteht im Wesentlichen aus diesen oder besteht aus diesen. Wie in der 745er Anmeldung dargelegt, ermöglichen verschiedene Eigenschaften der ersten Ummantelung 194 eine BPP-Variante mindestens teilweise basierend auf der in die erste Ummantelung 194 eingekoppelten Leistung. Andere BPP- und/oder Strahlformvarianten können basierend auf der Leistung erreicht werden, die in andere Abschnitte der abgestuft ummantelten Glasfaser 190 entweder zusätzlich oder anstelle der ersten Ummantelung 194 eingekoppelt ist. 1D stellt den Brechungsindex und Radius jeder Schicht der abgestuft ummantelten Faser 190 dar. Wie dargestellt, hat der Brechungsindex (N2) der ersten Ummantelung 194 der Faser 190 einen Wert zwischen einem hohen Index N1 und einem niedrigen Index N3, so dass der Mittelkern 192 eine kleinere NA, angegeben mit sqrt(N1 2 - N2 2), aufweist als die NA des Ringkerns 196, angegeben mit sqrt(N1 2 - N3 2). Während 1D die Brechungsindizes des Mittelkerns 192 und des Ringkerns 196 als annähernd gleichwertig zueinander darstellt, kann sich in verschiedenen Ausführungsformen der Brechungsindex des Ringkerns 196 von dem Brechungsindex des Mittelkerns 192 unterscheiden (d. h. entweder kleiner oder größer als dieser sein); im Allgemeinen bleibt der Brechungsindex des Ringkerns 196 jedoch größer als der Brechungsindex der ersten Ummantelung 194. In verschiedenen Ausführungsformen, wie in der 745er Anwendung offenbart, kann der Ringkern 196 denselben Brechungsindex wie die erste Ummantelung 194 aufweisen, d. h. der in den 1C und 1D dargestellte Ringkern 196 geht in die erste Ummantelung 194 über. Bei abgestuft ummantelten Fasern 190 gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann im Wesentlichen die gesamte oder die gesamte Laserleistung in die erste Ummantelung 194 eingekoppelt sein. Mehr die in die erste Ummantelung 194 eingekoppelte Leistung führt in der Regel zu einem größeren BPP. In verschiedenen Ausführungsformen ist das Durchmesserverhältnis der ersten Ummantelung 194 und des Mittelkerns 192 größer als 1,2 und liegt z. B. zwischen 1,2 und 3, oder sogar zwischen 1,3 und 2.
  • 2A stellt ein Lasersystem 100 dar, in dem der Laserstrahl 110 auf ein Faserbündel 140 gerichtet ist, das mehrere mehrfach ummantelte Glasfasern 200 beinhaltet. Wie vorstehend dargestellt und beschrieben, kann das Einkoppeln des Laserstrahls 110 in die verschiedenen Glasfasern durch Bewegung des Reflektors 120 und/oder des optischen Elements 130 unter Führung der Steuerung 180 erfolgen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann der Laserstrahl 110 zwischen verschiedenen Fasern im Faserbündel 140 mit unterschiedlichen Strukturen umgeschaltet werden, z. B. unterschiedlichen Kerndurchmessern, unterschiedlichen Ummantelungsdurchmessern, unterschiedlicher Anzahl von Ummantelungen, usw. Eine derartige Umschaltung kann die Bewegung des Laserstrahls 110 entlang eines Abstands 210 von einer Faser zur anderen beinhalten, wie in 2B dargestellt. In verschiedenen Ausführungsformen können die Eigenschaften (z. B. BPP) des Laserstrahls 110 auch durch Einkoppeln des Laserstrahls 110 in verschiedene Abschnitte einer einzelnen Glasfaser innerhalb des Faserbündels 140 gesteuert werden; solche Bewegungen können beispielsweise die Strahlleistung des Laserstrahls 110 in einen oder mehrere verschiedene Abschnitte (z. B. Kerne und/oder Ummantelungen) der Glasfaser einkoppeln. So zeigt beispielsweise 2B die Bewegung entlang eines Abstands 220 des Laserstrahls 110 zwischen dem Kernbereich und einem Ummantelungsbereich einer einzelnen Glasfaser, der kürzer ist als der Abstand 210.
  • Zwei oder mehr der Glasfasern innerhalb des Faserbündels 140 können im Wesentlichen identische Innenkonfigurationen aufweisen, d. h. sie weisen die gleichen Innenstrukturen in Bezug auf Anzahl, Lage und Brechungsindex von Kernen und Ummantelungen auf. Die Längen von Glasfasern mit im Wesentlichen identischen Innenkonfigurationen können unterschiedlich sein, um unterschiedliche Abstände zwischen den Eingangsenden der Glasfasern und den Ausgangsenden der Glasfasern auszugleichen. Das heißt, die Abstände zwischen dem Eingangsende des Faserbündels und den mit verschiedenen, ansonsten intern identischen Glasfasern gekoppelten Laserköpfen können unterschiedlich sein.
  • 3 stellt schematisch die Struktur und das Brechungsindexprofil einer beispielhaften mehrfach ummantelten Faser 200 dar, die in Lasersystemen gemäß Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann. Wie dargestellt, kann die mehrfach ummantelte Faser 200 einen Kernbereich 300 aufweisen, der konzentrisch von einer ersten Mantelschicht 310 und einer zweiten Mantelschicht 320 umgeben ist. Die Faser 200 kann auch zusätzliche Glas- und/oder Polymerschichten (nicht dargestellt) aufweisen, z. B. für eine mechanische Aufnahme, die außerhalb der zweiten Mantelschicht 320 angeordnet ist. Der Brechungsindex der verschiedenen Bereiche der mehrfach ummantelten Faser 200 kann schrittweise vom Kern 300 zur ersten Mantelschicht 310 bis zur zweiten Mantelschicht 320 abnehmen, wie in 3 dargestellt. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Kernbereich 300 einen Durchmesser zwischen 50 µm und 200 µm aufweisen, z. B. ca. 100 µm. Die Dicke (oder in verschiedenen Ausführungsformen auch der Durchmesser) des ersten Ummantelungsbereichs 310 kann beispielsweise zwischen 200 µm und 600 µm betragen, z. B. zwischen ca. 400 µm und ca. 480 µm.
  • In verschiedenen Ausführungsformen verändert die Bewegung des Laserstrahls 110, so dass er in (a) den Kernbereich 300, (b) den ersten Ummantelungsbereich 310 oder (c) beide eingekoppelt wird, das BPP des Ausgangsstrahls. So stellt beispielsweise 4 verschiedene BPPs und Strahlformen am Ausgangsende einer mehrfach ummantelten Glasfaser mit einem Kerndurchmesser von 100 µm und einer ersten Mantelschicht mit einem Durchmesser von 480 µm (d. h. die erste Mantelschicht umgibt den Kern, und die Außengrenze der ersten Mantelschicht ist 480 µm von der Fasermitte entfernt) für einen 4kW WBC-Laserstrahl dar, der über die Drehung eines Reflektors 120, der von einem piezoelektrischen Stellantrieb gesteuert wird, über ein Spannungssignal im Bereich von 0 bis 10 V in die Faser eingekoppelt wird. Wie dargestellt, liegt das BPP des Laserstrahls zwischen 4 und 20, und die Form des Strahls kann so gesteuert werden, dass er einen, zwei oder mehr unterschiedliche Spitzen aufweist. 5 ist eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Spannungssignal, das auf einen piezoelektrischen Stellantrieb angelegt wird, der für eine Translationsbewegung des Strahls relativ zur Faserstirnfläche und der ungefähren Position auf dem Querschnitt der mehrfach ummantelten Glasfaser, an die der Laserstrahl 110 gekoppelt ist, konfiguriert ist. Wie in den 4 und 5 dargestellt, neigt das BPP des resultierenden Ausgangsstrahls dazu, zu steigen, wenn der Laserstrahl 110 zunehmend exzentrisch in den Kern und/oder mindestens teilweise in die erste Mantelschicht eingekoppelt wird. In der in den 4 und 5 dargestellten Situation weist der Eingangsstrahl einen Durchmesser von etwa 95 µm auf; somit beginnt der Laserstrahl 110, die erste Mantelschicht bei Spannungen größer als etwa 0,5 V zu überlappen. Darüber hinaus geht die Strahlform von einem einzelnen Peak zu einem geteilten schmalen Peak zu einem relativ flachen, breiteren Peak zu einer Doppelpeakform über. Die Position des Eingangsstrahls kann variiert werden, während der Eingangsstrahl mit einer im Wesentlichen konstanten Leistung betrieben wird, und somit kann der Strahl BPP und/oder die Form gleichmäßig von einem Wert zum anderen übergehen. In anderen Ausführungsformen kann die Leistung des Eingangsstrahls verringert oder ganz abgeschaltet werden, wenn die Strahlposition bewegt wird (und dann, nachdem der Strahl bewegt wurde, wieder auf ein gewünschtes Niveau erhöht werden, das der Strahlleistung vor der Bewegung im Wesentlichen gleich sein kann oder auch nicht), und somit kann das Strahl-BPP und/oder die Strahlform diskontinuierlich von einem Wert zum anderen verändert werden.
  • Ausführungsformen der Erfindung nutzen derartige Eingangsstrahlbewegungen innerhalb einer einzelnen Faser, um den Ausgangsstrahl BPP und/oder die Form einzustellen. Ausführungsformen der Erfindung nutzen auch Eingangsstrahlbewegungen zwischen verschiedenen Glasfasern innerhalb eines Faserbündels, um derartige Ausgangsstrahlen mit einstellbarem BPP und/oder einstellbarer Form für verschiedene Laserköpfe bereitzustellen, wie in den 1A und 2A dargestellt. Die verschiedenen Laserköpfe können zur Bearbeitung verschiedener Werkstücke eingesetzt werden und können sich physisch in verschiedenen Positionen befinden (z. B. verschiedenen Räumen oder Arbeitsplätzen in einer Bearbeitungsanlage). Die Steuerung 180 kann gemäß den Ausführungsformen der Erfindung das BPP und/oder die Strahlform des Ausgangsstrahls basierend auf der Art der gewünschten Bearbeitung (z. B. Schneiden, Schweißen usw.) und/oder auf einer oder mehreren Eigenschaften (z. B. Materialparameter, Dicke, Materialart usw.) des zu bearbeitenden Werkstücks und/oder einem für den Ausgangsstrahl festgelegten gewünschten Bearbeitungspfad steuern. Derartige Prozess- und/oder Materialparameter können von einem Benutzer aus einer gespeicherten Datenbank in einem der Steuerung 180 zugeordneten Speicher ausgewählt oder über eine Eingabevorrichtung (z. B. Touchscreen, Tastatur, Zeigevorrichtung wie eine Computermaus usw.) eingegeben werden. Ein oder mehrere Verarbeitungspfade können von einem Benutzer bereitgestellt und in einem Onboard- oder Remote-Speicher gespeichert werden, der der Steuerung 180 zugeordnet ist. Nach der Auswahl von Werkstück und/oder Bearbeitungspfad fragt die Steuerung 180 die Datenbank nach den entsprechenden Parameterwerten ab. Die gespeicherten Werte können ein BPP und/oder eine für das Material geeignete Strahlform und/oder eine(n) oder mehrere Verarbeitungspfade oder Verarbeitungspositionen auf dem Material beinhalten.
  • Wie in der Plotter- und Scantechnik hinlänglich bekannt, kann die erforderliche Relativbewegung zwischen dem Strahl und dem gewünschten Strahlenpfad, wie vorstehend erläutert, durch optische Ablenkung des Strahls mittels eines beweglichen Spiegels, physikalischer Bewegung des Lasers mittels eines Portals, einer Leitspindel oder einer anderen Anordnung und/oder einer mechanischen Anordnung zum Bewegen des Werkstücks anstelle vom (oder zusätzlich zum) Strahl erzeugt werden. Die Steuerung 180 kann in einigen Ausführungsformen eine Rückmeldung über die Position und/oder Bearbeitungseffizienz des Strahls in Bezug auf das Werkstück von einer Rückmeldeeinheit empfangen, die mit geeigneten Überwachungssensoren verbunden ist. Als Reaktion auf Signale von der Rückmeldeeinheit kann die Steuerung 180 den Pfad, das BPP und/oder die Form des Strahls verändern, z. B. durch Bewegung des Eingangsstrahls 110 zu einer oder mehreren verschiedenen Positionen innerhalb einer Glasfaser in einem Faserbündel 140. Ausführungsformen der Erfindung können auch Aspekte der in der am 5. März 2015 eingereichten US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 14/639,401, der am 9. September 2016 eingereichten US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 15/261,096, und der am 14. Juli 2017 eingereichten US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 15/649,841, enthalten, deren gesamte Offenbarung jeweils durch Verweis in dieses Dokument aufgenommen ist.
  • Darüber hinaus kann das Lasersystem ein oder mehrere Systeme zum Erfassen der Dicke des Werkstücks und/oder der Höhe von Merkmalen darauf beinhalten. So kann beispielsweise das Lasersystem Systeme (oder Komponenten davon) zur interferometrischen Tiefenmessung des Werkstücks enthalten, wie sie in der am 1. April 2015 eingereichten US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 14/676,070 detailliert beschrieben sind, deren gesamte Offenbarung durch Verweis in diesem Dokument enthalten ist. Diese Tiefen- oder Dickeninformationen können von der Steuerung dazu verwendet werden, den Ausgangsstrahl BPP und/oder die Form zu steuern, um die Bearbeitung (z. B. Schneiden oder Schweißen) des Werkstücks zu optimieren, z. B. gemäß den Aufzeichnungen in der Datenbank, die der Art des zu bearbeitenden Materials entsprechen.
  • Lasersysteme und Laserabgabesysteme gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden und hierin ausführlich beschriebenen Erfindung können in und/oder mit WBC-Lasersystemen verwendet werden. Insbesondere können in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung Multiwellenlängen-Ausgangsstrahlen von WBC-Lasersystemen als Eingangsstrahlen für Laserstrahlabgabesysteme zum Variieren von BPP und/oder Strahlform wie hierin beschrieben verwendet werden. 6 zeigt ein beispielhaftes WBC-Lasersystem 600, das einen oder mehrere Laser 605 verwendet. Im Beispiel von 6 weist der Laser 605 einen Diodenbarren mit vier Strahlemittern auf, die Strahlen 610 emittieren (siehe vergrößerte Eingangsansicht 615), aber Ausführungsformen der Erfindung können Diodenbarren verwenden, die eine beliebige Anzahl von Einzelstrahlen oder zweidimensionale Anordnungen oder Stapel von Dioden oder Diodenbarren emittieren. In Ansicht 615 wird jeder Strahl 610 durch eine Linie angezeigt, wobei die Länge oder längere Dimension der Linie die langsame divergierende Dimension des Strahls und die Höhe oder kürzere Dimension die schnelle divergierende Dimension darstellt. Eine Kollimationsoptik 620 kann dazu verwendet werden, jeden Strahl 610 entlang der schnellen Dimension zu kollimieren. Transformationsoptik(en) 625, die eventuell eine oder mehrere zylindrische oder sphärische Linsen und/oder Spiegel beinhalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen, werden verwendet, um jeden Strahl 610 entlang einer WBC-Richtung 630 zu kombinieren. Die Transformationsoptik 625 überlappt dann den kombinierten Strahl auf ein dispersives Element 635 (das z. B. ein reflektierendes oder transmissives Beugungsgitter, ein dispersives Prisma, ein Grisma (Prisma/Gitter), ein Transmissionsgitter oder ein Schelle-Gitter beinhalten, im Wesentlichen aus diesem bestehen oder aus diesem bestehen kann), und der kombinierte Strahl wird dann als einzelnes Ausgangsprofil auf einen Ausgangskoppler 640 übertragen. Der Ausgangskoppler 640 sendet dann die kombinierten Strahlen 645, wie in der Ausgangsfrontansicht 650 dargestellt. Der Ausgangskoppler 640 ist typischerweise teilreflektierend und dient als gemeinsame Frontfacette für alle Laserelemente in diesem externen Hohlraumsystem 600. Ein externer Hohlraum ist ein Lasersystem, bei dem der Sekundärspiegel in einem Abstand von der Austrittsfläche oder der Facette jedes Laseremittters verschoben ist. In einigen Ausführungsformen werden zusätzliche Optiken zwischen der Austrittsfläche oder Facette und dem Ausgangskoppler oder der teilreflektierenden Oberfläche platziert. Der Ausgangsstrahl 645 ist also ein Strahl mit mehreren Wellenlängen (der die Wellenlängen der einzelnen Strahlen 610 kombiniert) und kann als Eingangsstrahl in den hierin beschriebenen Laserstrahlabgabesystemen verwendet und/oder in eine Glasfaser eingekoppelt werden.
  • Die hierin verwendeten Begriffe und Ausdrücke dienen der Beschreibung und nicht der Einschränkung, und es besteht bei der Verwendung solcher Begriffe und Ausdrücke nicht die Absicht, mit den dargestellten und beschriebenen Merkmalen oder Anteilen davon Gleichwertige auszuschließen, aber es wird anerkannt, dass verschiedene Änderungen im Rahmen der beanspruchten Erfindung möglich sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62429270 [0001]
    • US 6192062 [0003, 0011]
    • US 6208679 [0003, 0011]
    • US 8670180 [0003, 0011]
    • US 8559107 [0003, 0011]
    • US 14/632283 [0009]
    • US 14/747073 [0009]
    • US 14/852939 [0009]
    • US 15/188076 [0009]
    • US 15/479745 [0009, 0042]
    • US 15/649841 [0009]

Claims (67)

  1. Lasersystem mit mehreren Ausgängen, wobei das System umfasst: einen Strahlemitter zur Emission eines Laserstrahls; ein Faserbündel, das eine Vielzahl von Glasfasern umfasst, von denen jede (i) ein Eingangsende zum Empfangen eines Laserstrahls und (ii) gegenüber dem Eingangsende ein Ausgangsende zum Abgeben des empfangenen Laserstrahls an ein Werkstück aufweist; einen Reflektor zum Empfangen des Laserstrahls und zum Reflektieren des Laserstrahls in Richtung des Faserbündels; ein optisches Element zum Empfangen des Laserstrahls vom Reflektor und zum Einkoppeln des Laserstrahls in nur eines der Eingangsenden einer Glasfaser im Faserbündel; und eine Steuerung, um eine Relativbewegung zwischen den Eingangsenden der Glasfasern und mindestens einem von dem Reflektor und/oder dem optischen Element zu bewirken und zu steuern, um dadurch (i) die Glasfaser(n) des Faserbündels, in das der Laserstrahl eingekoppelt ist, oder (ii) eine Position zu bestimmen, an der der Laserstrahl auf eine Stirnfläche einer ausgewählten Faser gerichtet ist, wobei mindestens eines von einer Strahlform oder einem Strahlparameterprodukt mindestens teilweise durch die Einkopplung des Laserstrahls in die Glasfaser bestimmt wird.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung für den Rückkopplungsbetrieb dazu konfiguriert ist, die Position, in der der Laserstrahl auf die Stirnseite der ausgewählten Faser gerichtet ist, basierend auf einem gemessenen Parameter, schrittweise einzustellen.
  3. System nach Anspruch 2, wobei der gemessene Parameter ein gemessener Parameter des Werkstücks ist.
  4. System nach Anspruch 2, wobei der gemessene Parameter ein gemessener Parameter des Laserstrahls ist.
  5. System nach Anspruch 1, wobei die Relativbewegung zwischen den Eingangsenden der Glasfasern und mindestens einem vom Reflektor oder dem optischen Element mindestens eines von einer Drehung des Reflektors oder einer seitlichen Verschiebung des optischen Elements umfasst.
  6. System nach Anspruch 1, wobei das optische Element eine oder mehrere Linsen und/oder ein oder mehrere Prismen umfasst.
  7. System nach Anspruch 1, wobei eine physikalische Eigenschaft von mindestens zwei der Glasfasern im Faserbündel unterschiedlich ist.
  8. System nach Anspruch 1, wobei die physikalische Eigenschaft eine Menge von Faserkernen, eine Menge von Ummantelungsbereichen, einen Durchmesser eines Faserkerns, eine Dicke eines Ummantelungsbereichs, einen Brechungsindex eines Faserkerns und/oder einen Brechungsindex eines Ummantelungsbereichs umfasst.
  9. System nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Eingangsendverschluss, wobei die Eingangsenden der Glasfasern im Faserbündel mit dem Eingangsendverschluss verschmolzen sind.
  10. System nach Anspruch 1, ferner umfassend für jede Glasfaser einen Ausgangsendverschluss, der am Ausgangsende der Glasfaser angeordnet ist.
  11. System nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Glasfasern eine mehrfach ummantelte Glasfaser umfasst, die einen Faserkern, einen ersten Ummantelungsbereich, der den Faserkern umgibt, und einen zweiten Ummantelungsbereich, der den ersten Ummantelungsbereich umgibt, umfasst.
  12. System nach Anspruch 11, wobei (i) ein Brechungsindex des Faserkerns größer ist als ein Brechungsindex des ersten Ummantelungsbereichs, und (ii) der Brechungsindex des ersten Ummantelungsbereichs größer ist als ein Brechungsindex des zweiten Ummantelungsbereichs.
  13. System nach Anspruch 11, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, für die Glasfaser des Faserbündels, in das der Laserstrahl eingekoppelt ist, eine Relativbewegung zwischen den Eingangsenden der Glasfasern und mindestens eines von dem Reflektor oder dem optischen Element zu steuern, um dadurch einen oder mehrere Abschnitte der Glasfaser zu bestimmen, in die der Laserstrahl eingekoppelt ist, wobei die Abschnitte der Glasfaser den Faserkern, den ersten Ummantelungsbereich und den zweiten Ummantelungsbereich umfassen.
  14. System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, für die Glasfaser des Faserbündels, in das der Laserstrahl eingekoppelt ist, eine Relativbewegung zwischen den Eingangsenden der Glasfasern und mindestens eines von dem Reflektor und/oder dem optischen Element zu steuern, um dadurch einen oder mehrere Abschnitte der Glasfaser zu bestimmen, in die der Laserstrahl eingekoppelt ist, wobei die Abschnitte der Glasfaser einen oder mehrere Faserkerne und einen oder mehrere Ummantelungsbereiche umfassen.
  15. System nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Glasfasern eine abgestuft ummantelte Glasfaser umfasst, die (i) einen Mittelkern mit einem ersten Brechungsindex, (ii) eine den Mittelkern umgebende erste Ummantelung mit einem zweiten Brechungsindex, (iii) einen die erste Ummantelung umgebenden Ringkern mit einem dritten Brechungsindex, und (iv) eine zweite den Ringkern umgebende zweite Ummantelung mit einem vierten Brechungsindex umfasst, wobei (i) der erste Brechungsindex größer als der vierte Brechungsindex ist, (ii) der dritte Brechungsindex größer als der vierte Brechungsindex ist und (iii) der zweite Brechungsindex kleiner als der erste Brechungsindex und größer als der vierte Brechungsindex ist.
  16. System nach Anspruch 15, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, für die Glasfaser des Faserbündels, in das der Laserstrahl eingekoppelt ist, eine Relativbewegung zwischen den Eingangsenden der Glasfasern und mindestens eines von dem Reflektor oder dem optischen Element zu steuern, um dadurch einen oder mehrere Abschnitte der Glasfaser zu bestimmen, in die der Laserstrahl eingekoppelt ist, wobei die Abschnitte der Glasfaser den Mittelkern, die erste Ummantelung und die zweite Ummantelung umfassen.
  17. System nach Anspruch 1, wobei: der Strahlemitter auf die Steuerung reagiert; und die Steuerung dazu konfiguriert ist, eine Ausgangsleistung des Strahlemitters während der Relativbewegung zwischen den Eingangsenden der Glasfasern und mindestens einem von dem Reflektor und/oder dem optischen Element zu modulieren.
  18. System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, das Strahlparameterprodukt des Laserstrahls zu erhöhen, indem mindestens ein Abschnitt des Laserstrahls in einen Ummantelungsbereich der Glasfaser eingekoppelt wird, in die der Laserstrahl eingekoppelt ist.
  19. System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, mindestens eines von der Strahlform oder dem Strahlparameterprodukt basierend zumindest teilweise auf einer Eigenschaft des Werkstücks nahe dem Ausgangsende der Glasfaser, in die der Laserstrahl eingekoppelt ist, zu bestimmen.
  20. System nach Anspruch 19, wobei die Eigenschaft des Werkstücks mindestens eines von einer Dicke des Werkstücks oder einer Zusammensetzung des Werkstücks umfasst.
  21. System nach Anspruch 19, ferner umfassend (i) einen Speicher, den die Steuerung aufrufen kann, um Daten zu speichern, die einem auf dem Werkstück definierten Verarbeitungspfad entsprechen, und (ii) eine Datenbank zum Speichern von Verarbeitungsdaten für mehrere Materialien, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, die Datenbank abzufragen, um Verarbeitungsdaten für ein oder mehrere Materialien des Werkstücks zu erhalten, wobei die mindestens eine der Strahlformen oder das Strahlparameterprodukt des Strahls mindestens teilweise durch die erhaltenen Verarbeitungsdaten bestimmt wird.
  22. System nach Anspruch 1, wobei der Strahlemitter umfasst: eine oder mehrere Strahlquellen, die mehrere diskrete Strahlen emittieren; Fokussieroptik zum Fokussieren mehreren Strahlen auf ein dispersives Element; ein dispersives Element zum Empfangen und Dispergieren der empfangenen fokussierten Strahlen; und einen teilreflektierenden Ausgangskoppler, der so positioniert ist, dass er die dispergierten Strahlen empfängt, einen Abschnitt der dispergierten Strahlen als Laserstrahl durchlässt und einen zweiten Abschnitt der dispergierten Strahlen in Richtung des dispersiven Elements zurück reflektiert, wobei der Laserstrahl aus mehreren Wellenlängen zusammengesetzt ist.
  23. System nach Anspruch 22, wobei das dispersive Element ein Beugungsgitter umfasst.
  24. Verfahren zum Einstellen von mindestens einem von einem Strahlparameterprodukt oder einer Strahlform eines Laserstrahls, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Faserbündels, umfassend mehrere Glasfasern, wobei jede der Glasfasern (i) ein Eingangsende zum Empfangen eines Laserstrahls und (ii) gegenüber dem Eingangsende ein Ausgangsende zum Abgeben des empfangenen Laserstrahls aufweist; Richten eines Laserstrahls auf eine ausgewählte der Glasfasern des Faserbündels; und währenddessen, Auswählen von mindestens einem Strahlparameterprodukt und einer Strahlform des Laserstrahls durch Richten des Laserstrahls auf eine oder mehrere erste Einkopplungspositionen an dem Eingangsende der ausgewählten Glasfaser.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, ferner umfassend das Bearbeiten eines Werkstücks mit dem Laserstrahl, wobei das Werkstück nahe dem Ausgangsende der ausgewählten Glasfaser angeordnet ist.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, worin das mindestens eine der Strahlparameterprodukte oder der Strahlform des Laserstrahls basierend auf mindestens einem Teil einer Eigenschaft des Werkstücks ausgewählt wird.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Eigenschaft des Werkstücks mindestens eines von einer Dicke des Werkstücks oder einer Zusammensetzung des Werkstücks umfasst.
  28. Verfahren nach Anspruch 24, wobei mindestens eine der ersten Einkopplungspositionen einen Ummantelungsbereich der ausgewählten Glasfaser schneidet.
  29. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Richten des Laserstrahls auf die ausgewählte der Glasfasern mindestens eines von (i) dem Reflektieren des Laserstrahls mit einem oder mehreren Reflektoren oder (ii) dem Fokussieren des Laserstrahls mit einem oder mehreren optischen Elementen umfasst.
  30. Verfahren nach Anspruch 24, wobei eine physikalische Eigenschaft von mindestens zwei der Glasfasern im Faserbündel unterschiedlich ist.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die physikalische Eigenschaft eine Menge von Faserkernen, eine Menge von Ummantelungsbereichen, einen Durchmesser eines Faserkerns, eine Dicke eines Ummantelungsbereichs, einen Brechungsindex eines Faserkerns und/oder einen Brechungsindex eines Ummantelungsbereichs umfasst.
  32. Verfahren nach Anspruch 24, wobei mindestens eine der Glasfasern eine mehrfach ummantelte Glasfaser umfasst, die einen Faserkern, einen ersten Ummantelungsbereich, der den Faserkern umgibt, und einen zweiten Ummantelungsbereich, der den ersten Ummantelungsbereich umgibt, umfasst.
  33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei (i) ein Brechungsindex des Faserkerns größer ist als ein Brechungsindex des ersten Ummantelungsbereichs, und (ii) der Brechungsindex des ersten Ummantelungsbereichs größer ist als ein Brechungsindex des zweiten Ummantelungsbereichs.
  34. Verfahren nach Anspruch 24, wobei mindestens eine der Glasfasern eine abgestuft ummantelte Glasfaser umfasst, die (i) einen Mittelkern mit einem ersten Brechungsindex, (ii) eine den Mittelkern umgebende erste Ummantelung mit einem zweiten Brechungsindex, (iii) einen die erste Ummantelung umgebenden Ringkern mit einem dritten Brechungsindex, und (iv) eine zweite den Ringkern umgebende zweite Ummantelung mit einem vierten Brechungsindex umfasst, wobei (i) der erste Brechungsindex größer als der vierte Brechungsindex ist, (ii) der dritte Brechungsindex größer als der vierte Brechungsindex ist und (iii) der zweite Brechungsindex kleiner als der erste Brechungsindex und größer als der vierte Brechungsindex ist.
  35. Verfahren nach Anspruch 24, ferner umfassend das Verändern von mindestens einem der Strahlparameterprodukte oder der Strahlform des Laserstrahls durch Richten des Laserstrahls auf eine oder mehrere zweite Einkopplungspositionen am Eingangsende der ausgewählten Glasfaser, wobei sich die einen oder mehreren zweiten Einkopplungspositionen von den einen oder mehreren ersten Einkopplungspositionen unterscheiden.
  36. Verfahren nach Anspruch 24, ferner umfassend das Emittieren des Laserstrahls von einem Strahlemitter, umfassend: eine oder mehrere Strahlquellen, die mehrere diskrete Strahlen emittieren; Fokussieroptik zum Fokussieren der mehreren Strahlen auf ein dispersives Element; ein dispersives Element zum Empfangen und Dispergieren der empfangenen fokussierten Strahlen; und einen teilreflektierenden Ausgangskoppler, der so positioniert ist, dass er die dispergierten Strahlen empfängt, einen Abschnitt der dispergierten Strahlen als Laserstrahl durchlässt und einen zweiten Abschnitt der dispergierten Strahlen zurück in Richtung des dispersiven Elements zurück reflektiert, wobei der Laserstrahl aus mehreren Wellenlängen zusammengesetzt ist.
  37. Verfahren nach Anspruch 36, wobei das dispersive Element ein Beugungsgitter umfasst.
  38. Verfahren zum Bearbeiten mehrerer Werkstücke unter Verwendung von Ausgangsstrahlen mit unterschiedlichen Eigenschaften, die aus demselben Eingangsstrahl stammen, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Faserbündels, umfassend (i) eine erste Glasfaser mit (a) einem ersten Eingangsende zum Empfangen eines Laserstrahls und (b) gegenüber dem ersten Eingangsende, einem ersten Ausgangsende zum Abgeben des Laserstrahls an ein erstes Werkstück und (ii) eine zweite Glasfaser mit (a) einem zweiten Eingangsende nahe dem ersten Eingangsende zum Empfangen des Laserstrahls, und (b) einem zweiten Ausgangsende gegenüber dem zweiten Eingangsende, zum Abgeben des Laserstrahls an ein zweites Werkstück, das sich vom ersten Werkstück unterscheidet; Richten des Laserstrahls auf das erste Eingangsende, um das erste Werkstück zu bearbeiten; währenddessen, Auswählen von mindestens einem von einem ersten Strahlparameterprodukt und einer ersten Strahlform des Laserstrahls durch Richten des Laserstrahls auf eine oder mehrere erste Einkopplungspositionen an dem ersten Eingangsende; Richten des Laserstrahls auf das zweite Eingangsende, um das zweite Werkstück zu bearbeiten; und währenddessen, Auswählen mindestens eines von einem zweiten Strahlparameterprodukt oder einer zweiten Strahlform des Laserstrahls durch Richten des Laserstrahls auf eine oder mehrere zweite Einkopplungspositionen am zweiten Eingangsende, wobei sich das mindestens eine von dem zweiten Strahlparameterprodukt oder der zweiten Strahlform von dem mindestens einen des ersten Strahlparameterprodukts oder der ersten Strahlform unterscheidet.
  39. Verfahren nach Anspruch 38, wobei mindestens eine Eigenschaft des ersten und zweiten Werkstücks unterschiedlich ist.
  40. Verfahren nach Anspruch 39, wobei die mindestens eine Eigenschaft Dicke und/oder Zusammensetzung umfasst.
  41. Verfahren nach Anspruch 38, das ferner das Modulieren einer Ausgangsleistung des Laserstrahls zwischen dem Richten des Laserstrahls auf das erste Eingangsende und dem Richten des Laserstrahls auf das zweite Eingangsende umfasst.
  42. Verfahren nach Anspruch 38, wobei eine Innenkonfiguration der ersten Glasfaser im Wesentlichen mit einer Innenkonfiguration der zweiten Glasfaser identisch ist.
  43. Verfahren nach Anspruch 38, wobei mindestens eine der ersten Einkopplungspositionen einen Ummantelungsbereich der ersten Glasfaser schneidet, wobei die in den Ummantelungsbereich eingekoppelte Strahlenergie zum Bearbeiten des ersten Werkstücks verwendet wird.
  44. Verfahren nach Anspruch 38, wobei mindestens eine der zweiten Einkopplungspositionen einen Ummantelungsbereich der zweiten Glasfaser schneidet, wobei die in den Ummantelungsbereich eingekoppelte Strahlenergie zum Bearbeiten des zweiten Werkstücks verwendet wird.
  45. Verfahren nach Anspruch 38, wobei das Richten des Laserstrahls auf das erste Eingangsende mindestens eines von (i) dem Reflektieren des Laserstrahls mit einem oder mehreren Reflektoren oder (ii) dem Fokussieren des Laserstrahls mit einem oder mehreren optischen Elementen umfasst.
  46. Verfahren nach Anspruch 45, wobei das Richten des Laserstrahls auf das zweite Eingangsende mindestens eines von (i) dem Reflektieren des Laserstrahls mit dem einem oder mehreren Reflektoren oder (ii) dem Fokussieren des Laserstrahls mit dem einem oder mehreren optischen Elementen umfasst.
  47. Verfahren nach Anspruch 38, wobei eine Eigenschaft der ersten Glasfaser und der zweiten Glasfaser unterschiedlich ist.
  48. Verfahren nach Anspruch 47, wobei die physikalische Eigenschaft eine Menge von Faserkernen, eine Menge von Ummantelungsbereichen, einen Durchmesser eines Faserkerns, eine Dicke eines Ummantelungsbereichs, einen Brechungsindex eines Faserkerns und/oder einen Brechungsindex eines Ummantelungsbereichs umfasst.
  49. Verfahren nach Anspruch 38, wobei mindestens eine der ersten oder zweiten Glasfasern eine mehrfach ummantelte Glasfaser umfasst, die einen Faserkern, einen ersten Ummantelungsbereich, der den Faserkern umgibt, und einen zweiten Ummantelungsbereich, der den ersten Ummantelungsbereich umgibt, umfasst.
  50. Verfahren nach Anspruch 49, wobei (i) ein Brechungsindex des Faserkerns größer ist als ein Brechungsindex des ersten Ummantelungsbereichs, und (ii) der Brechungsindex des ersten Ummantelungsbereichs größer ist als ein Brechungsindex des zweiten Ummantelungsbereichs.
  51. Verfahren nach Anspruch 38, wobei mindestens eine der ersten und zweiten Glasfasern eine abgestuft ummantelte Glasfaser umfasst, die (i) einen Mittelkern mit einem ersten Brechungsindex, (ii) eine den Mittelkern umgebende erste Ummantelung mit einem zweiten Brechungsindex, (iii) einen die erste Ummantelung umgebenden Ringkern mit einem dritten Brechungsindex, und (iv) eine zweite den Ringkern umgebende zweite Ummantelung mit einem vierten Brechungsindex umfasst, wobei (i) der erste Brechungsindex größer als der vierte Brechungsindex ist, (ii) der dritte Brechungsindex größer als der vierte Brechungsindex ist und (iii) der zweite Brechungsindex kleiner als der erste Brechungsindex und größer als der vierte Brechungsindex ist.
  52. Verfahren nach Anspruch 38, ferner umfassend das Emittieren des Laserstrahls von einem Strahlemitter, umfassend: eine oder mehrere Strahlquellen, die mehrere diskrete Strahlen emittieren; Fokussieroptik zum Fokussieren der mehreren Strahlen auf ein dispersives Element; ein dispersives Element zum Empfangen und Dispergieren der empfangenen fokussierten Strahlen; und einen teilreflektierenden Ausgangskoppler, der so positioniert ist, dass er die dispergierten Strahlen empfängt, einen Abschnitt der dispergierten Strahlen als Laserstrahl durchlässt und einen zweiten Abschnitt der dispergierten Strahlen zurück in Richtung des dispersiven Elements zurück reflektiert, wobei der Laserstrahl aus mehreren Wellenlängen zusammengesetzt ist.
  53. Verfahren nach Anspruch 52, wobei das dispersive Element ein Beugungsgitter umfasst.
  54. Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Faserbündels, umfassend mehrere Glasfasern, wobei jede der Glasfasern (i) ein Eingangsende zum Empfangen eines Laserstrahls und (ii) gegenüber dem Eingangsende ein Ausgangsende zum Abgeben des empfangenen Laserstrahls aufweist; Anordnen eines Werkstücks nahe dem Ausgangsende einer ausgewählten der Glasfasern; Bestimmen von mindestens einem von einem Strahlparameterprodukt und/oder einer Strahlform zum Bearbeiten des Werkstücks basierend auf mindestens einer Eigenschaft des Werkstücks; Richten eines Laserstrahls auf die ausgewählte Glasfaser; währenddessen, Richten des Laserstrahls auf eine oder mehrere Einkopplungspositionen am Eingangsende der ausgewählten Glasfaser, um das mindestens eine vom Strahlparameterprodukt oder der Strahlform des vom Ausgangsende der ausgewählten Glasfaser emittierten Laserstrahls auszuwählen; und Bearbeiten des Werkstücks mit dem Laserstrahl, der vom Ausgangsende der ausgewählten Glasfaser emittiert wird.
  55. Verfahren nach Anspruch 54, wobei das Bearbeiten des Werkstücks das physische Verändern mindestens eines Abschnitts einer Oberfläche des Werkstücks umfasst.
  56. Verfahren nach Anspruch 54, wobei das Bearbeiten des Werkstücks mindestens eines von Schneiden, Schweißen, Ätzen, Glühen, Bohren, Löten oder Hartlöten umfasst.
  57. Verfahren nach Anspruch 54, wobei die mindestens eine Eigenschaft des Werkstücks eine Dicke des Werkstücks und/oder eine Zusammensetzung des Werkstücks umfasst.
  58. Verfahren nach Anspruch 54, wobei mindestens eine der Einkopplungspositionen einen Ummantelungsbereich der ausgewählten Glasfaser schneidet, wobei die in den Ummantelungsbereich eingekoppelte Strahlenergie zum Bearbeiten des Werkstücks verwendet wird.
  59. Verfahren nach Anspruch 54, wobei das Richten des Laserstrahls auf die ausgewählte Glasfaser mindestens eines vom (i) Reflektieren des Laserstrahls mit einem oder mehreren Reflektoren oder (ii) Fokussieren des Laserstrahls mit einem oder mehreren optischen Elementen umfasst.
  60. Verfahren nach Anspruch 54, wobei eine physikalische Eigenschaft von mindestens zwei der Glasfasern im Faserbündel unterschiedlich ist.
  61. Verfahren nach Anspruch 60, wobei die physikalische Eigenschaft eine Menge von Faserkernen, eine Menge von Ummantelungsbereichen, einen Durchmesser eines Faserkerns, eine Dicke eines Ummantelungsbereichs, einen Brechungsindex eines Faserkerns und/oder einen Brechungsindex eines Ummantelungsbereichs umfasst.
  62. Verfahren nach Anspruch 54, wobei die ausgewählte Glasfaser eine mehrfach ummantelte Glasfaser umfasst, die einen Faserkern, einen ersten Ummantelungsbereich, der den Faserkern umgibt, und einen zweiten Ummantelungsbereich, der den ersten Ummantelungsbereich umgibt, umfasst.
  63. Verfahren nach Anspruch 62, wobei (i) ein Brechungsindex des Faserkerns größer ist als ein Brechungsindex des ersten Ummantelungsbereichs, und (ii) der Brechungsindex des ersten Ummantelungsbereichs größer ist als ein Brechungsindex des zweiten Ummantelungsbereichs.
  64. Verfahren nach Anspruch 54, wobei die ausgewählte Glasfaser eine abgestuft ummantelte Glasfaser umfasst, die (i) einen Mittelkern mit einem ersten Brechungsindex, (ii) eine erste Ummantelung, die den Mittelkern umgibt, mit einem zweiten Brechungsindex, (iii) einen Ringkern, der die erste Ummantelung umgibt, mit einem dritten Brechungsindex und (iv) eine zweite Ummantelung, die den Ringkern umgibt, mit einem vierten Brechungsindex umfasst, wobei (i) der erste Brechungsindex größer als der vierte Brechungsindex ist, (ii) der dritte Brechungsindex größer als der vierte Brechungsindex ist, und (iii) der zweite Brechungsindex kleiner als der erste Brechungsindex und größer als der vierte Brechungsindex ist.
  65. Verfahren nach Anspruch 54, ferner umfassend, während des Bearbeitens des Werkstücks, das Verändern von mindestens einem des Strahlparameterprodukts oder der Strahlform des Laserstrahls, indem der Laserstrahl auf eine oder mehrere zweite Einkopplungspositionen am Eingangsende der ausgewählten Glasfaser gerichtet wird, wobei sich die eine oder mehreren zweiten Einkopplungspositionen von den einen oder mehreren ersten Einkopplungspositionen unterscheiden.
  66. Verfahren nach Anspruch 54, ferner umfassend das Emittieren des Laserstrahls von einem Strahlemitter, umfassend: eine oder mehrere Strahlquellen, die mehrere diskrete Strahlen emittieren; Fokussieroptik zum Fokussieren der mehreren Strahlen auf ein dispersives Element; ein dispersives Element zum Empfangen und Dispergieren der empfangenen fokussierten Strahlen; und einen teilreflektierenden Ausgangskoppler, der so positioniert ist, dass er die dispergierten Strahlen empfängt, einen Abschnitt der dispergierten Strahlen als Laserstrahl durchlässt und einen zweiten Abschnitt der dispergierten Strahlen in Richtung des dispersiven Elements zurück reflektiert, wobei der Laserstrahl aus mehreren Wellenlängen zusammengesetzt ist.
  67. Verfahren nach Anspruch 66, wobei das dispersive Element ein Beugungsgitter umfasst.
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10914902B2 (en) 2014-02-26 2021-02-09 TeraDiode, Inc. Methods for altering properties of a radiation beam
US10224691B2 (en) 2016-12-02 2019-03-05 TeraDiode, Inc. Laser systems utilizing fiber bundles for power delivery and beam switching
WO2020198553A1 (en) * 2019-03-28 2020-10-01 Panasonic intellectual property Management co., Ltd Material processing utilizing high-frequency beam shaping
EP3978181A4 (de) * 2019-05-29 2022-08-03 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Laserbearbeitungsvorrichtung und laserbearbeitungsverfahren damit
EP3978182A4 (de) * 2019-05-29 2022-08-24 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Laserbearbeitungsvorrichtung und laserbearbeitungsverfahren damit
US11883904B2 (en) * 2019-08-06 2024-01-30 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Dual-wavelength laser systems and material processing utilizing such systems
JP7222945B2 (ja) * 2020-03-12 2023-02-15 株式会社アイシン 回転電機用ステータ製造方法
JP2023058760A (ja) * 2020-03-26 2023-04-26 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光学装置、レーザ光出力システム、及びレーザ加工機
DE112021003639T5 (de) * 2020-07-07 2023-06-15 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Stufen-kern-faserstrukturen und verfahren zur veränderung von strahlform und intensität
DE102020212818A1 (de) 2020-10-09 2022-04-14 Trumpf Laser Gmbh Lasersystem mit einer Lichtleitfasereinheit sowie Verfahren zum Beurteilen einer Einkoppelgüte der Einkopplung von Nutzlicht in eine Lichtleitfasereinheit
DE112022002832T5 (de) * 2021-05-28 2024-03-14 Nlight, Inc. Drehstrahlschalter
CN114603251A (zh) * 2022-03-15 2022-06-10 广东国志激光技术有限公司 通过多阶梯光纤改变光束参数积的光学搅拌器及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6192062B1 (en) 1998-09-08 2001-02-20 Massachusetts Institute Of Technology Beam combining of diode laser array elements for high brightness and power
US6208679B1 (en) 1998-09-08 2001-03-27 Massachusetts Institute Of Technology High-power multi-wavelength external cavity laser
US8559107B2 (en) 2010-03-05 2013-10-15 TeraDiode, Inc. Scalable wavelength beam combining system and method
US8670180B2 (en) 2010-03-05 2014-03-11 TeraDiode, Inc. Wavelength beam combining laser with multiple outputs

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6289617U (de) * 1985-11-26 1987-06-08
JPH08150485A (ja) * 1994-11-28 1996-06-11 Komatsu Ltd レーザマーキング装置
GB2310506B (en) 1996-02-22 2000-10-25 Hitachi Cable Rare earth element-doped multiple-core optical fiber and optical systems using them
JP3004625B2 (ja) * 1998-04-06 2000-01-31 川崎重工業株式会社 高出力レーザ光分岐装置
EP1146358A4 (de) 1998-11-26 2005-09-07 Sumitomo Electric Industries Optische faser und optisches übertragungssystem mit dieser faser
US6473383B1 (en) * 1999-03-09 2002-10-29 Seagate Technology, Inc. Single source optical disc data storage system
US6556756B2 (en) * 1999-03-17 2003-04-29 Corning Incorporated Dispersion shifted optical waveguide fiber
DE60100903T2 (de) 2001-07-23 2004-11-11 Avanex Corp., Fremont Optischer Faserverstärker und Kommunikationssystem unter Verwendung desselben
KR100427446B1 (ko) 2002-05-13 2004-04-17 엘지전선 주식회사 광증폭기용 광섬유 및 제조방법
US6782000B2 (en) 2002-10-31 2004-08-24 Ciena Corporation Method, system and storage medium for providing a cross connect user interface
CN1310047C (zh) 2002-12-18 2007-04-11 古河电气工业株式会社 光纤和使用它的光传送路
US6892013B2 (en) * 2003-01-15 2005-05-10 Negevtech Ltd. Fiber optical illumination system
US7525659B2 (en) * 2003-01-15 2009-04-28 Negevtech Ltd. System for detection of water defects
JP4537686B2 (ja) 2003-10-27 2010-09-01 芝浦メカトロニクス株式会社 レーザ加工装置
CA2615093A1 (en) 2005-07-13 2007-01-18 The Furukawa Electric Co., Ltd. Light irradiating apparatus and welding method
EP2115503A2 (de) 2007-02-28 2009-11-11 Corning Incorporated Glasfaser mit sehr grossem wirkungsbereich
JP2009294247A (ja) 2008-06-02 2009-12-17 Sumitomo Electric Ind Ltd ビーム変換器
US9063289B1 (en) * 2008-06-30 2015-06-23 Nlight Photonics Corporation Multimode fiber combiners
WO2010016287A1 (ja) * 2008-08-04 2010-02-11 株式会社フジクラ イッテルビウム添加光ファイバ、ファイバレーザ及びファイバアンプ
KR20100048689A (ko) * 2008-10-31 2010-05-11 한국전자통신연구원 광 커플러 및 이를 포함하는 광섬유 레이저 시스템
WO2011091170A2 (en) 2010-01-22 2011-07-28 Oclaro Photonics, Inc. Homogenization of far field fiber coupled radiation
DE102010003750A1 (de) 2010-04-08 2011-10-13 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren und Anordnung zum Verändern der Strahlprofilcharakteristik eines Laserstrahls mittels einer Mehrfachclad-Faser
US8724222B2 (en) 2010-10-31 2014-05-13 TeraDiode, Inc. Compact interdependent optical element wavelength beam combining laser system and method
US20150204723A1 (en) * 2011-05-20 2015-07-23 Beihang University Optical phase device, method and system
JP5269260B1 (ja) 2011-07-28 2013-08-21 三菱電機株式会社 レーザ加工装置およびレーザ加工制御装置
JP5862131B2 (ja) 2011-09-09 2016-02-16 富士通株式会社 光増幅装置
US9250390B2 (en) 2011-12-09 2016-02-02 Lumentum Operations Llc Varying beam parameter product of a laser beam
JP2013178497A (ja) 2012-01-30 2013-09-09 Sumitomo Electric Ind Ltd 光ファイバ、及びレーザ加工装置
JP5216151B1 (ja) * 2012-03-15 2013-06-19 株式会社フジクラ 光ファイバコンバイナ、及び、それを用いたレーザ装置
JP2013218247A (ja) 2012-04-12 2013-10-24 Shin Etsu Chem Co Ltd 光ファイバ
CN104812901B (zh) 2012-09-13 2018-08-10 美国印第安纳大学研究和技术公司 赋予植物抗病性的组合物和***及其使用方法
KR101506931B1 (ko) 2013-04-15 2015-03-30 한국과학기술연구원 다중 코어 광섬유격자를 이용한 광소자 및 이를 이용한 광신호의 처리 방법
US9435964B2 (en) * 2014-02-26 2016-09-06 TeraDiode, Inc. Systems and methods for laser systems with variable beam parameter product
JP6349410B2 (ja) 2014-02-26 2018-06-27 ビエン チャン， 可変ビームパラメータ積を有するマルチビームレーザ配列のためのシステムおよび方法
US9366887B2 (en) 2014-02-26 2016-06-14 TeraDiode, Inc. Systems and methods for laser systems with variable beam parameter product utilizing thermo-optic effects
JP5931141B2 (ja) 2014-08-26 2016-06-08 ファナック株式会社 ファイバコアを切り替え可能なレーザ加工装置
KR101638588B1 (ko) * 2015-04-23 2016-07-12 포항공과대학교 산학협력단 소화기관의 비침습적 이미징 장치
JP6796142B2 (ja) 2016-04-06 2020-12-02 テラダイオード， インコーポレーテッド 可変レーザビームプロファイルのための光ファイバ構造および方法
CN105911637B (zh) * 2016-07-01 2019-05-03 京东方科技集团股份有限公司 导光板、背光模组和显示装置
US10224691B2 (en) 2016-12-02 2019-03-05 TeraDiode, Inc. Laser systems utilizing fiber bundles for power delivery and beam switching
JP7123061B2 (ja) 2017-01-26 2022-08-22 テラダイオード， インコーポレーテッド ビーム成形のためのセルラコア光ファイバ利用するレーザシステム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6192062B1 (en) 1998-09-08 2001-02-20 Massachusetts Institute Of Technology Beam combining of diode laser array elements for high brightness and power
US6208679B1 (en) 1998-09-08 2001-03-27 Massachusetts Institute Of Technology High-power multi-wavelength external cavity laser
US8559107B2 (en) 2010-03-05 2013-10-15 TeraDiode, Inc. Scalable wavelength beam combining system and method
US8670180B2 (en) 2010-03-05 2014-03-11 TeraDiode, Inc. Wavelength beam combining laser with multiple outputs

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018102094A1 (en) 2018-06-07
US10224691B2 (en) 2019-03-05
JP7042823B2 (ja) 2022-03-28
CN109997285A (zh) 2019-07-09
US20190214783A1 (en) 2019-07-11
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JP2020515878A (ja) 2020-05-28
US10916911B2 (en) 2021-02-09
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