DE112021007214T5

DE112021007214T5 - Unterdrückung von unerwünschten Wellenlängen im Laserlicht

Info

Publication number: DE112021007214T5
Application number: DE112021007214.5T
Authority: DE
Inventors: Scott R. Karlsen; Aaron Brown; Jay Small; Stefano Origlia; Andrea Braglia
Original assignee: NLight Inc
Current assignee: NLight Inc
Priority date: 2021-03-08
Filing date: 2021-08-06
Publication date: 2024-01-11
Also published as: US20240113488A1; CN116964879A; WO2022191866A1

Abstract

Einige Ausführungsformen können eine Vorrichtung umfassen, die in einem Lasersystem verwendet werden kann. Die Vorrichtung kann mindestens einen optischen Filter umfassen, um einen Laserstrahl oder Laserlicht entlang einer ersten Achse zu empfangen, wobei der Laserstrahl oder das Laserlicht von dem Lasersystem erzeugt wird, wobei der mindestens eine optische Filter so konfiguriert ist, dass er entweder Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge oder einen Rest des Laserlichts entlang einer zweiten Achse reflektiert, die nicht parallel zu der ersten Achse ist, und das andere Licht mit der ausgewählten Wellenlänge oder den Rest entlang einer dritten Achse durchlässt, die parallel zu der ersten Achse ist. Andere Ausführungsformen können offenbart und/oder beansprucht werden.

Description

Priorität
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 8. März 2021 eingereichten US-Vorläufigen Anmeldung Nr. 63/158,272 mit dem Titel POST LASER SUPPRESSION OF UNDESIRED WAVELENGTHS, die durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Lasersysteme.
Hintergrund
Faserlaser bzw. Fiberlaser sind in industriellen Prozessen weit verbreitet (z. B. Schneiden, Schweißen, Auftragschweißen, Wärmebehandlung usw.). Bei einigen Faserlasern umfasst das optische Verstärkungsmedium eine oder mehrere aktive optische Fasern mit Kernen, die mit Seltenen Erden dotiert sind. Die Seltenen Erden können mit Licht aus einer oder mehreren Halbleiterlaserquellen optisch angeregt („gepumpt“) werden. Es besteht eine große Nachfrage nach Diodenlasern mit hoher Leistung und hohem Wirkungsgrad, erstere zur Leistungsskalierung und Preisreduzierung (gemessen in $/Watt) und letztere zur Reduzierung des Energieverbrauchs und Verlängerung der Lebensdauer.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die beiliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche bzw. gleichartige Elemente darstellen, sind Bestandteil dieser Offenbarung und erläutern zusammen mit der Beschreibung die Vorteile und Grundsätze der vorliegend offenbarten Technologie.

1 zeigt ein schematisches Diagramm eines optischen Filters zum Empfang von Laserlicht, um Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge entlang einer anderen Achse zu reflektieren, als das Laserlicht empfangen wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
2 zeigt ein schematisches Diagramm eines Paares optischer Keile zum Empfang von Laserlicht und zur Reflexion von Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge entlang einer anderen Achse als die des empfangenen Laserlichts, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
3 zeigt ein schematisches Diagramm eines optischen Filters zum Empfang von Laserlicht und zum Durchlassen von Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge und zum Reflektieren eines Restes des Laserlichts entlang einer anderen Achse als das Laserlicht empfangen wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
4 zeigt ein schematisches Diagramm einer Endkappe für den Empfang von Laserlicht, bei der eine Ausgangsfläche Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge entlang einer anderen Achse reflektiert, als das Laserlicht empfangen wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
5 zeigt eine Draufsicht auf eine Kollimationsbaugruppe mit einem Fenster zum Empfang von Laserlicht, um Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge entlang einer anderen Achse zu reflektieren, als das Laserlicht empfangen wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
6A zeigt eine Schnittansicht eines abnehmbaren Zubehörteils zur Unterdrückung unerwünschter Wellenlängen in einem Lasersystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
6B zeigt eine isometrische Ansicht des abnehmbaren Zubehörs von 6A.
7A zeigt eine Schnittansicht einer Kollimationsbaugruppe zur Nachlaserunterdrückung unerwünschter Wellenlängen in einem Lasersystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
7B zeigt eine Schnittansicht einer anderen Kollimationsbaugruppe zur Nachlaserunterdrückung unerwünschter Wellenlängen in einem Lasersystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen.

Detaillierte Beschreibung
Wie in dieser Anmeldung und in den Ansprüchen verwendet, schließen die Singularformen „ein“, „ein“ und „die“ die Pluralformen ein, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorgibt. Außerdem bedeutet der Begriff „beinhaltet“ „umfasst“. Ferner schließt der Begriff „gekoppelt“ das Vorhandensein von Zwischenelementen zwischen den gekoppelten Elementen nicht aus. Die hier beschriebenen Systeme, Vorrichtungen und Verfahren sind in keiner Weise als einschränkend zu verstehen. Stattdessen richtet sich die vorliegende Offenbarung auf alle neuartigen und nicht offensichtlichen Merkmale und Aspekte der verschiedenen offengelegten Ausführungsformen, sowohl allein als auch in verschiedenen Kombinationen und Unterkombinationen miteinander. Der Begriff „oder“ bezieht sich auf „und/oder“, nicht auf „ausschließlich oder“ (sofern nicht ausdrücklich angegeben).
Die offengelegten Systeme, Verfahren und Vorrichtungen bzw. Geräte sind nicht auf einen bestimmten Aspekt oder ein bestimmtes Merkmal oder Kombinationen davon beschränkt, und die offengelegten Systeme, Methoden und Geräte erfordern auch nicht, dass ein oder mehrere bestimmte Vorteile vorhanden sind oder Probleme gelöst werden. Alle Betriebstheorien sollen die Erklärung erleichtern, aber die offenbarten Systeme, Verfahren und Geräte sind nicht auf solche Betriebstheorien beschränkt. Obwohl die Vorgänge einiger der offengelegten Verfahren der Einfachheit halber in einer bestimmten, sequentiellen Reihenfolge beschrieben werden, ist davon auszugehen, dass diese Art der Beschreibung auch eine Umstellung beinhaltet, es sei denn, eine bestimmte Reihenfolge wird durch die nachstehend dargelegte spezifische Sprache vorgeschrieben. So können beispielsweise die nacheinander beschriebenen Vorgänge in einigen Fällen umgeordnet oder gleichzeitig ausgeführt werden. Der Einfachheit halber zeigen die beigefügten Abbildungen nicht die verschiedenen Möglichkeiten, wie die offengelegten Systeme, Verfahren und Geräte in Verbindung mit anderen Systemen, Verfahren und Vorrichtungen verwendet werden können.
Außerdem werden in der Beschreibung manchmal Begriffe wie „produzieren“ und „bereitstellen“ verwendet, um die offengelegten Methoden zu beschreiben. Diese Begriffe sind hochgradige Abstraktionen der tatsächlichen Vorgänge, die durchgeführt werden. Die tatsächlichen Vorgänge, die diesen Begriffen entsprechen, hängen von der jeweiligen Implementierung ab und sind für einen Fachmann leicht zu erkennen. In einigen Beispielen werden Werte, Verfahren oder Geräte als „niedrigste“, „beste“, „minimale“ oder ähnliche Begriffe bezeichnet. Es wird deutlich, dass solche Beschreibungen darauf hinweisen sollen, dass eine Auswahl unter vielen verwendeten funktionalen Alternativen getroffen werden kann, und dass solche Auswahlen nicht besser, kleiner oder anderweitig besser als andere Auswahlen sein müssen.
Die Beispiele werden unter Bezugnahme auf Richtungen beschrieben, die als „oben“, „unten“, „oben“, „unten“ und dergleichen bezeichnet werden. Diese Begriffe dienen der einfacheren Beschreibung, implizieren aber keine bestimmte räumliche Ausrichtung.
Unter verschiedenen Bedingungen können Faserlaser unerwünschte Wellenlängen erzeugen (z. B. Wellenlängen im Raman-Band, das mit Yb-Faserlasern verbunden ist, oder andere ausgewählte Wellenlängen). Ein besonders problematisches Raman-Band kann Wellenlängen im Bereich von 1100-1150 nm umfassen. Dieser zusätzliche Wellenlängenanteil kann zu nachgelagerten chromatischen Problemen in der Optik oder am Werkstück führen. Darüber hinaus kann der unerwünschte Spektralanteil Probleme für neue Prozesserkennungssysteme verursachen, die das vom Werkstück reflektierte Licht erfassen.
Die Raman-Erzeugung kann mit der Länge der Lieferfaser, der Laserleistung und/oder mit abnehmender Kerngröße der Lieferfaser zunehmen. Bei einigen Anwendungen ist ein maximaler Raman-Anteil von 10 % der Gesamtleistung des Lasers akzeptabel. Bestimmte Anwendungen können jedoch von einem Raman-Anteil von nur einem Bruchteil der Gesamtlaserleistung profitieren. Obwohl die natürliche Verteilung des Raman-Gehalts bei Single-Mode-Lasern mit höherer Leistung auch Laser mit einem Raman-Gehalt von ~2 % umfassen kann, kann ein zuverlässiges, leicht reproduzierbares Verfahren zur Bereitstellung von Laserlicht mit niedrigem Raman-Gehalt eine Erhöhung der Lieferfaserlänge, der Laserleistung und/oder mit abnehmender Lieferfaserkerngröße ermöglichen und/oder für Anwendungen geeignet sein, die von einem Raman-Gehalt von weniger als ~2 % profitieren können.
In einigen Ausführungsformen kann in einem Lasersystem ein optischer Filter verwendet werden, um unerwünschte Wellenlängen (z. B. Raman-Anteile) aus einem primären Lichtweg umzulenken. In verschiedenen Ausführungsformen kann der optische Filter eine Beschichtung aufweisen, die so angeordnet ist, dass sie einen ausgewählten Wellenlängenbereich optisch verarbeitet. Die Umlenkung des Lichts mit der ausgewählten Wellenlänge kann über transmissive oder reflektive Ansätze erfolgen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Reflexion der Raman-Wellenlängen (oder anderer ausgewählter Wellenlängen) entlang einer anderen Achse erfolgen, als das Laserlicht vom optischen Filter empfangen wird, wodurch eine weitere Verstärkung vermieden werden kann, die zu unerwünschten Laserleistungen oder Zerstörungsergebnissen führen kann.
Einige Ausführungsformen können einen optischen Filter bereitstellen, der eine anfängliche Luft-zu-Optik-Schnittstelle nutzt, wie z. B. die Lieferfaser-Endkappe der optischen Faser (z. B. kann die Beschichtung auf eine Ausgangsfläche der Lieferfaser-Endkappe aufgebracht werden), oder eine gespaltene Faserfläche in Ausführungsformen ohne die Faser-Endkappe (die Beschichtung kann auf die Ausgangsfläche der gespaltenen Faser aufgebracht werden). Wenn die Ausgangsfläche jedoch planar ist und orthogonal zur optischen Achse des empfangenen Laserlichts liegt, kann das gefilterte Licht in den Faserkern zurückreflektiert werden (aufgrund der Ausrichtung der Ausgangsfläche und der geringen Entfernung zur Faseröffnung). Daher kann bei verschiedenen Ausführungsformen die Beschichtung stromabwärts von der anfänglichen Schnittstelle zwischen Luft und Optik angebracht werden, z. B. in einem Kollimator und/oder einer Ausgangsöffnung des Kollimators.
In Ausführungsformen, in denen eine anfängliche Luft-zu-Optik-Schnittstelle verwendet wird, um einen optischen Filter bereitzustellen, kann eine Beschichtung auf eine Ausgangsfläche aufgebracht werden, die nicht in einer Ebene liegt, die orthogonal zur optischen Achse angeordnet ist (z. B. eine geneigte optische Fläche oder eine nicht planare optische Fläche, um das Licht mit den unerwünschten Wellenlängen entlang einer Achse zu reflektieren, die sich von der Achse unterscheidet, entlang der das Laserlicht von der anfänglichen Luft-zu-Optik-Schnittstelle empfangen wird).
In verschiedenen Ausführungsformen wird der optische Filter durch Hinzufügen eines Fensters zu einem Lasersystem bereitgestellt. Das Fenster kann sich fest in einem Kollimator befinden oder Teil eines Zubehörs sein, das abnehmbar am Kollimator (oder einer anderen Komponente eines Lasersystems) angebracht wird. Bei Ausführungsformen, die ein Zubehörteil verwenden, kann der optische Filter je nach den Anforderungen der Anwendung gegen einen anderen optischen Filter (für eine andere ausgewählte Wellenlänge) und/oder einen Staubschutzschild (in dem das Laserlicht nicht optisch verarbeitet wird) ausgetauscht werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Fenster um ~1 Grad in Bezug auf eine Ebene geneigt sein, die orthogonal zu einer optischen Achse des Kollimators oder einer Achse liegt, auf der das Laserlicht empfangen wird.
1 zeigt ein schematisches Diagramm eines optischen Filters 115 zum Empfang von Laserlicht 111, um Licht 122 mit einer ausgewählten Wellenlänge entlang einer anderen Achse zu reflektieren, als das Laserlicht 111 empfangen wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. In diesem Beispiel reflektiert der optische Filter 115 Licht 122 mit einer ausgewählten Wellenlänge (z. B. Raman-Licht, stimulierte Raman-Streuung oder Brillion-Streuung oder andere unerwünschte Inhalte) vom Laserlicht 111 und lässt einen Rest 121 des empfangenen Laserlichts 111 durch (der Rest 121 kann Wellenlängen im Bereich von 1060-1080 nm umfassen). Eine Laserquelle (nicht dargestellt) für das Laserlicht 111 kann eine optische Faser (z. B. ein Faserlaser) oder ein anderes optisches Medium eines beliebigen anderen Lasersystems sein. In dieser Ausführungsform kann der optische Filter 115 eine Freiraumoptik sein, die sich stromabwärts von einer anfänglichen Luft-zu-Optik-Schnittstelle des Lasersystems befindet, z. B. stromabwärts von einer Endkappe eines distalen Endes eines Faserlasers (oder stromabwärts von einer Ausgangsfläche einer optischen Faser im Falle eines Faserlasers ohne Endkappe). In anderen Ausführungsformen kann ein optischer Filter in eine anfängliche Schnittstelle zwischen Luft und Optik eines Lasersystems integriert werden ( zeigt ein solches Beispiel, bei dem der optische Filter 415 Teil einer Endkappe eines Faserlasers ist).
Wie in 1 dargestellt, wird das Laserlicht 111 über eine erste Achse empfangen, und das Licht 122 mit der ausgewählten Wellenlänge wird über eine zweite Achse reflektiert, die nicht parallel zur ersten Achse verläuft. Das gefilterte Licht 121 wird über eine dritte Achse übertragen, die parallel zur ersten Achse sein kann.
In verschiedenen Ausführungsformen ist eine Oberfläche 116 des optischen Filters 115 so angeordnet, dass sie das Licht 122 entlang der zweiten Achse reflektiert. In verschiedenen Ausführungsformen kann sich die Oberfläche 116 in einer Ebene befinden, die eine Ebene schneidet, die orthogonal zur ersten Achse ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Ebene, in der sich die Oberfläche 116 befindet, um einen gewissen Betrag (z. B. ~1 Grad) in Bezug auf die Ebene, die orthogonal zur ersten Achse ist, geneigt sein. Die Oberfläche 116 kann auch eine Raman-Beschichtung oder eine andere Beschichtung aufweisen, die so angeordnet ist, dass sie eine ausgewählte Wellenlänge reflektiert, falls die unerwünschte Wellenlänge in einem anderen Wellenlängenband als dem Raman-Band liegt.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Oberfläche 116 eine beliebige, heute bekannte oder später entwickelte Behandlung aufweisen, die die unerwünschte Wellenlänge reflektiert. Ein Beispiel für eine Behandlung, die auf die Oberfläche 116 aufgebracht werden kann, ist eine Beschichtung, die in Verbindung mit der oben beschriebenen Ausrichtung der Oberfläche 116 in der Ebene die unerwünschte Wellenlänge entlang der zweiten Achse reflektiert. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Oberfläche 116 planar. Dies ist jedoch nicht erforderlich - in anderen Beispielen kann eine reflektierende Oberfläche eines optischen Filters nicht plan sein.
2 zeigt ein schematisches Diagramm eines Paares optischer Keile 215 und 265, die Laserlicht 211 empfangen und Licht 222 mit einer ausgewählten Wellenlänge entlang einer anderen Achse reflektieren, als das Laserlicht 211 empfangen wird. Das empfangene Laserlicht 211 kann in jeder Hinsicht dem empfangenen Laserlicht 111 (1) ähnlich sein. Die zweite Achse kann in jeder Hinsicht der zweiten Achse des reflektierten Lichts 122 (1) ähnlich sein. In diesem Beispiel befindet sich die Oberfläche 216 auf einer schrägen Fläche eines der optischen Keile 215 und 265 oder auf beiden schrägen Flächen. Das verbleibende Licht 221 kann sich entlang einer dritten Achse bewegen, die in jeder Hinsicht mit der in 1 beschriebenen dritten Achse vergleichbar ist.
Wie in 2 dargestellt, kann eine der schrägen Flächen in einer Ebene liegen, die gegenüber einer Ebene senkrecht zur ersten Achse geneigt ist, z. B. ähnlich der Neigung der Ebene, in der die Fläche 116 (1) angeordnet ist. Die geneigte(n) Oberfläche(n) kann (können) eine Beschichtung oder eine andere Behandlung aufweisen, die den in 1 beschriebenen Behandlungen ähnlich ist.
3 zeigt ein schematisches Diagramm eines optischen Filters 315, das Laserlicht 311 empfängt und Licht 322 mit einer ausgewählten Wellenlänge durchlässt und einen Rest 321 des Laserlichts 311 entlang einer anderen Achse reflektiert, als das Laserlicht 311 empfangen wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das Laserlicht 311 kann in jeder Hinsicht dem Laserlicht 111 ähnlich sein (1)
In dieser Ausführungsform kann der optische Filter 315 ein Teilreflektor sein, der so angeordnet ist, dass er das Licht 322 mit der ausgewählten Wellenlänge durchlässt und den Rest 321 des Lichts zu einer nächsten optischen Komponente des Lasersystems (nicht dargestellt) reflektiert. Das unerwünschte Licht 322 kann entlang einer zweiten Achse ausgegeben werden, die parallel zu der ersten Achse sein kann. Das reflektierte Licht 321 kann entlang einer dritten Achse reflektiert werden, die sich von der ersten Achse unterscheiden kann, z. B. nicht parallel zur ersten Achse verläuft.
Die Oberfläche 315 kann eine Behandlung aufweisen bzw. einer Behandlung unterzogen werden, die mit jeder hierin beschriebenen Behandlung vergleichbar ist, z. B. mit den in 1 beschriebenen Behandlungen. Die Behandlung der Oberfläche 315 kann jedoch so gestaltet sein, dass sie das Licht 322 mit der ausgewählten Wellenlänge durchlässt, anstatt es zu reflektieren. In diesem Beispiel ist der optische Filter 315 ein Teilreflektor, bei dem sich eine reflektierende Oberfläche auf der Seite befindet, auf der das Laserlicht 311 empfangen wird, aber in anderen Beispielen kann sich die reflektierende Oberfläche auf der anderen Seite des optischen Filters 315 befinden.
4 zeigt ein schematisches Diagramm einer Endkappe 415 zum Empfang von Laserlicht 411, wobei eine Ausgangsfläche 416 der Endkappe 415 Licht 422 mit einer ausgewählten Wellenlänge entlang einer anderen Achse als das Laserlicht 411 reflektiert. In dieser Ausführungsform befindet sich die Endkappe 415 an einem distalen Ende eines Faserlasers. Eine Eingangsseite der Endkappe 415 kann mit einem distalen Ende der optischen Faser 405 verschmolzen sein.
Das Licht 422 mit der ausgewählten Wellenlänge kann dem Licht 111 (1) in jeder Hinsicht ähnlich sein, und der Rest 421 kann dem Rest 121 (1) in jeder Hinsicht ähnlich sein. Das Licht 422 kann entlang einer zweiten Achse reflektiert werden, die in jeder Hinsicht der zweiten Achse ähnlich sein kann, die in 1 beschrieben ist, und der Rest 421 kann sich entlang einer dritten Achse bewegen, die in jeder Hinsicht der dritten Achse ähnlich sein kann, die in 1 beschrieben ist.
Auf einer Ausgangsfläche der Endkappe 415 kann eine Oberfläche 416 vorgesehen sein. Die Oberfläche 416 kann in jeder Hinsicht der Oberfläche 216 ähneln, die auf der geneigten Fläche des optischen Keils 215 von 2 vorgesehen ist. Zum Beispiel kann die Oberfläche 416 in einer Ebene liegen, die eine Ebene schneidet, die orthogonal zur ersten Achse ist (z. B. kann die Oberfläche 416 geneigt sein, wie dargestellt). In einigen Ausführungsformen kann die Neigung ~1 Grad oder einen anderen Wert betragen, der vom Abstand zwischen der Ausgangsfläche des Lichtwellenleiters 405 und der Ausgangsfläche der Endkappe 415 abhängen kann. Je kürzer der Abstand ist, desto größer ist die Neigung, die verhindern kann, dass das reflektierte Licht 422 in den Kern des Lichtwellenleiters 405 eintritt (in einigen Ausführungsformen kann das reflektierte Licht 422 in den Mantel des Lichtwellenleiters 405 eintreten).
5 zeigt eine Draufsicht auf eine Kollimationsbaugruppe 500 mit einem Fenster 515 zum Empfang von Laserlicht, um Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge entlang einer anderen Achse zu reflektieren, als das Laserlicht empfangen wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das Fenster 515 kann aus Glas oder einem anderen transparenten Material bestehen. Eine Oberfläche 516 des Fensters 515 kann einer Behandlung unterzogen werden, die der hierin beschriebenen Behandlung ähnelt (z. B. der Behandlung der Oberfläche 116 in 1). In diesem Beispiel kann sich die Oberfläche 516 auf einer Eingangsseite des Fensters 515 befinden, aber in anderen Beispielen kann sich die Behandlung auf einer Ausgangsseite des Fensters 515 befinden.
In diesem Beispiel umfasst die Kollimationsbaugruppe 500 eine einzelne Linse 505. Andere Beispiele für eine Kollimationsbaugruppe können eine beliebige Anzahl von Linsen umfassen. In diesem Beispiel befindet sich das Fenster 515 stromabwärts von der einzelnen Linse 505, aber in anderen Beispielen kann ein Fenster stromabwärts von einer letzten Linse vorgesehen sein, wenn es mehr als eine Linse gibt. In anderen Beispielen kann das Fenster 515 stromaufwärts von einigen oder allen Linsen einer Kollimationsbaugruppe, zwischen Linsen oder ähnlichem oder einer beliebigen Kombination davon angeordnet sein.
In anderen Beispielen kann anstelle eines Fensters eine Behandlung auf eine optische Oberfläche von mindestens einer Linse einer Kollimationsbaugruppe aufgebracht werden. In einem solchen Beispiel kann die behandelte Oberfläche der Linse der Kollimationsbaugruppe so angeordnet sein, dass sie Laserlicht empfängt und das Licht mit der ausgewählten Wellenlänge entlang einer Achse reflektiert, die sich von der Achse, entlang der das Laserlicht empfangen wird, unterscheidet. In anderen Ausführungsformen kann eine Behandlung auf einen Teilreflektor angewendet werden, der sich in einer Kollimationsbaugruppe befindet (der Teilreflektor kann in jeder Hinsicht dem optischen Filter 315 von 3 ähnlich sein).
6A zeigt eine Schnittdarstellung eines abnehmbaren bzw. abnehmbar befestigbaren Zubehörteils 600 zur Nachlaserunterdrückung unerwünschter Wellenlängen in einem Lasersystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen. 6B zeigt eine isometrische Ansicht des abnehmbaren Zubehörs 600 aus 6A. Das Zubehör 600 umfasst ein Fenster 615 mit einer Oberfläche 616, die in jeder Hinsicht dem Fenster 515 und der Oberfläche 516 ähnlich sein kann, die in 5 beschrieben sind. Das Zubehörteil 600 umfasst ein Gewinde 699, das mit einer Gewindeöffnung in einer Fasersystemkomponente, wie z. B. einer Kollimationsbaugruppe, zusammenpasst.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Zubehörteil 600 gegen ein anderes Zubehörteil austauschbar sein, das in jeder Hinsicht dem Zubehörteil 600 ähnelt, mit der Ausnahme, dass es einen optischen Filter enthält, der so angeordnet ist, dass er eine andere ausgewählte Wellenlänge optisch verarbeitet, oder ein Staubschutzfenster, das ein Fenster nur mit AR-Beschichtungen und/oder anderen Oberflächen sein kann, die so angeordnet sind, dass sie das gesamte empfangene Laserlicht durchlassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Fenster 515 so angeordnet sein, dass es Laserlicht entlang einer ersten Achse empfängt und das unerwünschte Licht oder das verbleibende Licht über eine zweite Achse reflektiert, die nicht parallel zur ersten Achse sein kann. Das andere unerwünschte Licht oder das verbleibende Licht kann über eine dritte Achse übertragen werden, die parallel zur ersten Achse sein kann. Die zweite Achse kann in jeder Hinsicht der in 1 beschriebenen zweiten Achse ähnlich sein, und die dritte Achse kann in jeder Hinsicht der in 1 beschriebenen dritten Achse ähnlich sein.
In jeder hier beschriebenen Ausführungsform kann der optische Filter eine beliebige optische Vorrichtung sein, wie z. B. eine Linse, ein Reflektor, eine Fläche eines distalen Endes einer optischen Faser (z. B. eine darauf aufspaltbare Endkappe), ein Fenster oder Ähnliches. Der optische Filter kann zur Verwendung in einem Faserlaser oder einem anderen Lasersystem angeordnet sein. Das optische Filter kann an einer anfänglichen Luft-zu-Optik-Schnittstelle des Lasersystems (z. B. am distalen Ende einer optischen Faser, wie der Ausgangsfläche einer der optischen Faser entsprechenden Endkappe), in einer Kollimationsbaugruppe des Lasersystems (z. B. an einer Ausgangsöffnung des Kollimators) oder stromabwärts der Kollimationsbaugruppe (z. B. in einem mit dem Lasersystem verbundenen Prozesskopf oder Scannersystem) angeordnet sein.
Das optische Filter kann eine Oberfläche aufweisen, die in einer Ebene liegt, die eine Ebene schneidet, die orthogonal zur Achse des Laserlichts verläuft. Diese Oberfläche kann mit einer Beschichtung oder einer anderen heute bekannten oder später entwickelten Behandlung versehen sein, die die Oberfläche so anordnet, dass sie eine ausgewählte Wellenlänge des Laserlichts optisch verarbeitet. Die behandelte Oberfläche kann andere Beschichtungen wie eine AR-Beschichtung (Antireflexionsbeschichtung) aufweisen und/oder andere Oberflächen des optischen Filters können eine AR-Beschichtung aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die spektrale Nähe des Reflexionsbandes einer Beschichtung (z. B. 1100-1150 nm) zum Transmissionsband (z. B. 1060-1080 nm) zu technischen Herausforderungen führen, die die Transmission und/oder die Reflexionseffizienz beeinträchtigen können. Daher können einige Zusammensetzungen/Anordnungen der Beschichtung so gewählt werden, dass ein Gleichgewicht gefunden wird, das die gewünschte Unterdrückung ermöglicht, ohne die Übertragung der primären Laserwellenlänge wesentlich zu beeinträchtigen. In einigen Ausführungsformen kann die Beschichtung wie folgt angeordnet sein:

Beschichtungen:
- • Seite 1: (HT>95% @ 1060 - 1080 nm + HR_avg>99,7%@ 1100 - 1200 nm
- • Seite 2: AR<0,1% @1060 - 1080 nm,

Bei anderen Anwendungen, die nicht die gleichen Anforderungen an den maximalen Raman-Gehalt stellen, kann ein nicht-Raman-beschichtetes Fenster in einem Zubehörteil vorgesehen werden, das als Staubschutz für die interne Optik der Kollimationsbaugruppe dient. Bei diesen Anwendungen kann das nicht-Raman-beschichtete Fenster alle Eigenschaften eines der hier beschriebenen Fenster-Zubehörteile aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann mehr als ein Zubehörteil für dasselbe Lasersystem vorgesehen werden, so dass der Bediener des Lasersystems je nach Anwendungsanforderungen zwischen den Zubehörteilen (eines mit einem Raman-beschichteten Fenster und eines mit einem nicht-Raman-beschichteten Fenster) wechseln kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Fenster oder ein anderer optischer Filter, der einer Kollimationsbaugruppe entspricht, so geneigt werden, dass das reflektierte Licht die Steckerabschirmung vollständig verfehlt. Dies könnte bei Kollimatoren mit langen Brennweiten gut funktionieren, ohne dass es zu einer starken Doppelbegrenzung an der Apertur kommt. Der Laserstrahl kann bei streifendem Einfall auf die Wand des Kollimators treffen und das Licht über einen weiten Bereich verteilen. Er kann dann größtenteils in die Endkappe reflektiert werden, aber die Oberfläche kann ihn so weit streuen, dass kein eng fokussierter Punkt entsteht. In einem Beispiel mit 100 mm Brennweite kann die Neigung 2,5° betragen. Bei den kurzen Brennweiten von 40-70 mm kann die Neigung größer als 1° sein, so dass die doppelte Überschneidung groß ist.
Optische Filter mit normalem Einfall (nicht gekippt)
In einigen Ausführungsformen kann ein optischer Filter in einer Ebene liegen, die orthogonal zu einer Achse ist, entlang der das Laserlicht empfangen wird, z. B. nicht gekippt. Bei einem divergierenden Strahl nimmt das Risiko, dass ein nicht gekippter optischer Filter Raman-Licht (oder Licht mit einer anderen ausgewählten Wellenlänge) zurück in den Faserlaser reflektiert, mit zunehmendem Abstand zwischen dem distalen Ende der optischen Faser und der Oberfläche des nicht gekippten optischen Filters ab. Verschiedene Ausführungsformen einer Kollimationsbaugruppe können ein nicht gekipptes Fenster oder einen anderen optischen Filter umfassen, dessen Oberfläche in einer Ebene liegt, die orthogonal zu einer optischen Achse der Kollimationsbaugruppe ist.
7A zeigt eine Schnittdarstellung einer Kollimationsbaugruppe 700 zur Nachlaserunterdrückung unerwünschter Wellenlängen in einem Lasersystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Kollimationsbaugruppe 700 kann mit einem Faserlaser verwendet werden, der eine optische Faser mit einem distalen Ende aufweist, um einen divergierenden Strahl auf eine Eingangsseite 701 der Kollimationsbaugruppe 700 auszugeben. Die Kollimationsbaugruppe 700 umfasst ein Fenster für normal einfallendes Licht bzw. Normaleinfallsfenster 715, das eine Beschichtung oder eine andere Behandlung aufweisen kann, die einer hierin beschriebenen Behandlung ähnlich ist, um eine ausgewählte Wellenlänge des empfangenen Strahls zu reflektieren (z. B. eine Behandlung, die einer Behandlung ähnlich ist, die auf die Oberfläche 116 von 1 angewendet wird). Ein Abstand zwischen der Kollimationsbaugruppe 700 und dem Lichtwellenleiter (nicht dargestellt) begrenzt die Lichtmenge, die das Normaleinfallsfenster 715 zurück in den Kern des Lichtwellenleiters reflektieren kann, wodurch eine weitere Verstärkung vermieden werden kann, die zu unerwünschten Laserleistungen oder Zerstörungsergebnissen führen kann. In dieser Ausführungsform kann sich das Normaleinfallsfenster 715 an einer proximalen Seite der Linse 705 an einem Ende eines optischen Hohlraums befinden, der die Linse 705 enthält.
Eine Ausgangsseite 702 der Kollimationsbaugruppe 700 kann ein Gewinde oder eine andere mechanische Kopplungsschnittstelle aufweisen, um ein Zubehörteil aufzunehmen, das einem hierin beschriebenen Zubehörteil ähnlich ist (z. B. Zubehörteil 600 von 6A-B). In einem Beispiel kann das Zubehör ein Fenster (z. B. ein gekipptes Fenster oder ein Fenster mit normalem Einfall) umfassen, das ähnlich wie ein hierin beschriebener optischer Filter funktionieren kann und/oder dazu dienen kann, einen optischen Freiraum wie die Linse 705 oder eine andere Komponente im Inneren der Kollimationsbaugruppe 700 von der Umgebung zu isolieren.
zeigt eine Schnittdarstellung einer anderen Kollimationsbaugruppe 750 für die Nachlaserunterdrückung unerwünschter Wellenlängen in einem Lasersystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen. In dieser Ausführungsform befindet sich das Normaleinfallsfenster 715 neben der Linse 705. An dieser Stelle ist der Abstand zwischen der Reflexionsstelle und dem distalen Ende des Lichtwellenleiters sogar noch größer, was die Lichtmenge, die das Normaleinfallsfenster 715 in den Kern des Lichtwellenleiters zurückreflektieren kann, im Vergleich zur Kollimationsbaugruppe 700 (7A) weiter verringern kann.
In Anbetracht der vielen möglichen Ausführungsformen, auf die die Prinzipien der offengelegten Technologie angewandt werden können, sollte anerkannt werden, dass die dargestellten Ausführungsformen nur bevorzugte Beispiele sind und nicht als Einschränkung des Umfangs der Offenlegung verstanden werden sollten.
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 63/158272 [0001]

Claims

Vorrichtung, die in einem Lasersystem verwendet werden kann, wobei die Vorrichtung umfasst: mindestens einen optischen Filter, um einen Laserstrahl oder Laserlicht entlang einer ersten Achse zu empfangen, wobei der Laserstrahl oder das Laserlicht von dem Lasersystem erzeugt wird, wobei der mindestens eine optische Filter so konfiguriert ist, dass er: Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge entlang einer zweiten Achse, die nicht parallel zur ersten Achse verläuft, reflektiert und den Rest des Laserlichts oder Laserstrahls entlang einer dritten Achse, die parallel zur ersten Achse verläuft, passieren lässt bzw. überträgt oder das Licht mit der ausgewählten Wellenlänge entlang der dritten Achse überträgt und den Rest des Laserlichts oder Laserstrahls entlang der zweiten Achse reflektiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Licht mit der ausgewählten Wellenlänge Raman-Licht, stimulierte Raman-Streuung, Brillouin-Streuung oder Kombinationen davon umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine optische Filter in einem distalen Ende des Lasersystems verwendet werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der mindestens eine optische Filter eine Endkappe umfasst, die an ein distales Ende einer optischen Faser des Lasersystems gespleißt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der mindestens eine optische Filter eine Ausgabe- bzw. Ausgangsfläche der Endkappe umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine optische Filter eine Linse, einen Reflektor, eine Fläche einer optischen Faser, ein Fenster oder Kombinationen davon umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung eine Kollimationsanordnung umfasst, um den Laserstrahl von einer Endkappe eines distalen Endes des Lasersystems zu empfangen, wobei der mindestens eine optische Filter in der Kollimationsanordnung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine optische Filter ein Fenster in der Nähe einer Linse der Kollimationsanordnung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der mindestens eine optische Filter eine ebene Fläche des Fensters umfasst, und wobei die ebene Fläche in einer Ebene liegt, die eine Ebene schneidet, die orthogonal zur optischen Achse der Kollimationsbaugruppe ist, wobei die ebene Fläche eine proximale oder distale Fläche des Fensters umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei mindestens ein optischer Filter in einem Paar optischer Keile angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine optische Filter eine anfängliche Luft-zu-Optik-Schnittstelle stromabwärts von einem distalen Ende des Lasersystems umfasst.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine optische Filter eine Freiraumoptik ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ein Zubehörteil umfasst, das abnehmbar mit einer Ausgangsseite einer Kollimationsbaugruppe gekoppelt ist, wobei der mindestens eine optische Filter ein Fenster des Zubehörteils umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der mindestens eine optische Filter eine Oberfläche des Fensters umfasst, wobei sich die Oberfläche in einer Ebene befindet, die nicht senkrecht zur optischen Achse der Kollimationsbaugruppe ist, wobei die Oberfläche eine proximale oder distale Oberfläche des Fensters umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Zubehörteil mechanisch mit der Ausgangsseite der Kollimationsbaugruppe gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Vorrichtung ein zusätzliches Zubehörteil umfasst, das mit dem Zubehörteil austauschbar ist, wobei das zusätzliche Zubehörteil ein Fenster ohne optischen Filter oder einen optischen Filter umfasst, der anders konfiguriert ist als der mindestens eine optische Filter.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung einen Prozesskopf oder einen Scanner umfasst und wobei der mindestens eine optische Filter im Prozesskopf oder im Scanner angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rest des Laserlichts oder Laserstrahls Wellenlängen im Bereich von 1100 bis 1150 nm umfasst.
Optische Anordnung mit einem Normaleinfallfenster, die Folgendes umfasst: eine Oberfläche zum Empfangen eines divergierenden Strahls entlang einer optischen Achse der optischen Baugruppe, wobei der divergierende Strahl von dem Lasersystem erzeugt wird, wobei die Oberfläche in einer Ebene angeordnet ist, die orthogonal zu der optischen Achse der optischen Baugruppe ist, wobei die Oberfläche konfiguriert ist, dass sie: Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge von dem divergierenden Strahl reflektiert; und den Rest des divergierenden Strahls an eine optische Vorrichtung der optischen Baugruppe überträgt.
Kollimationsbaugruppe nach Anspruch 19, ferner umfassend ein Zubehörteil, das mechanisch mit einem distalen Ende der optischen Baugruppe gekoppelt ist, wobei das Zubehörteil ein zusätzliches Fenster zur Isolierung der optischen Vorrichtung gegenüber der Umgebung enthält.