DE29907859U1 - Lichtleiteranordnung für Laserstrahlung - Google Patents
Lichtleiteranordnung für LaserstrahlungInfo
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Description
-3-
Die Erfindung betrifft eine Lichtleiteranordnung für Laserstrahlung, bestehend
aus einer Glasfaser mit einem Kern, einem Mantel aus einem niedrigbrechenden Buffermaterial und ggf. einem Schutzmantel, der auf dem Buffermaterial
aufgetragen ist. Dabei können Lichtleitfasern mit Kern und Mantel und eventuell mehrstufigem Mantel verwendet werden. Es wird mithin eine
Lichtleiteranordnung für Laser beschrieben, bei welcher Laserlicht, das nicht in den Lichtleiter eingekoppelt wird, aus der Anordnung herausreflektiert wird
oder in der Anordnung absorbiert wird.
Bei der Einkopplung von Laserlicht in einen Lichtleiter wird der Laserstrahl in
den Kernbereich der Glasfaser fokussiert. Durch Fehljustierung des Laserstrahls oder Lichtstreuung und Reflexion des Laserlichtes von dem zu bearbeitenden
Werkstück kann Laserlicht nicht nur in den Mantelbereich des Lichtleiters, sondern auch in die Anordnung selbst gelangen und dort infolge
von Erwärmung zu Zerstörungen führen. Theoretisch kann sogar Licht aus der gesamten Anordnung austreten und das Bedienpersonal gefährden. Das
Problem der Einkopplung der Laserstrahlung in den Mantelbereich wurde bisher gelöst durch Verfahren, wie sie beisp. in der DE-PS 43 05 313 C1, der
US-PS 4,678,273 und der EP 0 619 508 A1 beschrieben wurden. Dort wird im Wesentlichen das in den Mantelbereich des Glasfaserkabels befindliche
Laserlicht herausgelenkt und auf einem speziellen Absorber, der koaxial um den Lichtleiter angeordnet ist und ein fester Bestandteil der Anordnung ist,
aufgefangen und absorbiert. Das im Mantelbereich geführte Licht kann so keine Beschädigung an der Halterung hervorrufen, da seine Intensität auf
einen zu geringen Wert abgesunken ist. Da der erwähnte Absorber aber in fester Verbindung mit dem Lichtleiter steht, kommt es trotz guter Wärmeleitungseigenschaften
in den entsprechenden Anordnungen zu einer schädlichen Wärmeentwicklung in der Anordnung, die zum Verzug, Verspannungen
-4-
oder eventuell auch zu einer Zerstörung bei sehr hohen Laserleistungen führen
kann.
Die DE 297 10 678.3 beschreibt eine Lichtleiteranordnung, bei der Laserstrahlen,
die nicht in den Kern- oder Mantelbereich des Lichtleiters fokussiert werden und sowohl von dem Bedienpersonal als auch von der Maschine und
den zu bearbeitenden Werkstücken ferngehalten bzw. abgelenkt werden. Hierdurch wird die Betriebssicherheit und auch die Effektivität der Laserarbeit
am zu bearbeitenden Werkstück erhöht. Erreicht wird dies dadurch, daß ein reflektierendes Material, beisp. ein Spiegel, unter einem vorgegebenen Winkel
mit dem Lichtleiter verbunden ist und dieser die Lichtstrahlen aus der Anordnung
lenkt, die nicht in den Kern- oder Mantelbereich des Lichtleiters fokussiert werden. Laserlicht, das nicht in den Mantelbereich des Lichtleiters
eintritt, wird also durch den abgeschrägten Baustein gleich am vorderen Ende aus der Anordnung herausgelenkt und kann außerhalb der Anordnung
absorbiert werden. Hierzu ist in der DE 297 10 678.3 im hinteren Teil des Lichtleiters (hinter dem Spiegel) ein Medium mit einer geringeren Brechzahl
als der Mantel koaxial auf den Lichtleiter aufgebracht, wodurch bewirkt wird, daß etwaige, im Mantelbereich geführte Laserstrahlung weiterhin im Mantel
geführt wird und nicht austreten kann und somit auch an der Halterung zu keiner Beschädigung führen kann. Da dadurch auch kein Laserlicht austritt,
kann es ferner in der Anordnung zu keiner störenden Wärmeentwicklung kommen. Diese erfindungsgemäßen Maßnahmen haben gegenüber dem
beschriebenen Stand der Technik den Vorteil, daß nicht in den Kern- und den Mantelbereich eingekoppeltes Licht nicht in die Anordnung gelangt und
dort absorbiert werden muß oder eine Zerstörung hervorrufen kann. Ein
weiterer Vorteil gegenüber mit einem Reflektor für das Laserlicht unter 0° realisierten Anordnung ist, daß durch die Auskopplung unter einem bestimmten
Winkel das Licht auch nicht in den Laser oder auf das Werkstück zurückreflektiert wird und dort zu Zerstörung oder schädlicher Erwärmung
führen kann. Das zusätzliche Medium wiederum bewirkt, daß etwaige Laserstrahlung,
die im Glasfasermantel geführt wird, diesen nicht verlassen kann,
-5-
sondern weiterhin in ihm geführt wird und somit nicht zu einer Beschädigung
der Anordnung durch austretendes Laserlicht führen kann.
Nachteilig bei üblichen Lichtleiteranordnungen ist, daß, wenn die Strahlung
nicht vollständig in den Lichtleiter eingekoppelt werden kann, etwa weil der Laserstrahl an der Spitze des Lichtleiters größer als der Kern des Lichtleiters
ist oder weil der eingekoppelte Winkel des Lichtes größer ist als die numerische
Apertur des Lichtleiters gestattet, der Lichtleiter oder die Halterung des Lichtleiters zerstört werden kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Lichtleiteranordnung zu schaffen, die diese Nachteile verhindert.
Dabei geht die Erfindung von folgender Lichtleiteranordnung aus: Im optimalen
Falle wird Licht vollständig in den Lichtleiter eingekoppelt. Der Lichtleiter ist eine Glasfaser bestehend aus einem Kern, einem Mantel aus einem
niedrigbrechenden Buffermaterial (z.B. Silikon) und einem Schutzmantel, der auf dem Buffer aufgetragen ist. Der Kern kann wiederum aufgebaut sein aus
einem inneren Kern (hoher Brechungsindex) und einem äußeren Kern (niedrigerer Brechungsindex), dann handelt es sich um eine Stufenindexfaser.
Alternativ kommen auch Gradientenindexfasern zum Einsatz, bei denen der innere Kern ein parabolisches Brechungsindexprofil aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäßen Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Anordnung wird vorzugsweise für Lichtleiter verwendet,
die nur einen Kern, oder einen Kern und einen Mantel aus Quarzglas aufweisen. In einem Teil der Anordnung wird Laserlicht, das mit einem größeren
Winkel in die Lichtleitfaser eingekoppelt wird als es die numerische Apertur des Lichtleiters zuläßt, durch Brechung ausgekoppelt und auf eine
Fläche gelenkt, an der die ausgekoppelte Laserleistung absorbiert werden
kann. Eine Blende hilft dabei, die Apertur des eingekoppelten Lichtes zu begrenzen.
Der Lichtleiter wird mechanisch gehalten in einer Kapillare oder einem Rohr, in der er durch einen Kleber oder ein Medium fixiert ist, der einen
Brechungsindex besitzt, der kleiner oder gleich dem Brechungsindex des Buffermaterials des Lichtleiters ist. Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen
Lichtleiteranordnung lassen sich wie folgt darstellen:
■ Die vorliegende Erfindung weißt den Vorteil auf, daß Licht, das nicht den
Lichtleiter trifft, absorbiert oder aus der Lichtleiteranordnung herausreflektiert
wird und außerhalb absorbiert wird.
■ Das den Lichtleiter haltende Element kann dabei als Blende dienen.
■ Die Halterung des Lichtleiters erfolgt über ein Jacket bzw. Schutzmantel
oder durch einen Hohlkörper/Hohlzylinder, beispielsweise einer Kapillare aus transparentem Material.
■ Die Lichtleiteranordnung dient der Übertragung von Hochleistungslaserlicht.
■ Die Lichtleiteranordnung dient der Einkopplung von Diodenlasern, die
sehr schlechte Fokussiereigenschaften besitzen (die Aperturen sind höher als die NA des Lichtleiters und Foki, die größer sind als der Kern des
Lichtleiters)
■ Die Lichtleiteranordnung dient der Materialbearbeitung mit Hochleistungslasern,
wo Licht von der Werkstückoberfläche zurückreflektiert werden kann.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den übrigen Unteransprüchen enthalten.
Die Erfindung ist in den anliegenden Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:
-7-
Figur 1 einen schematischen Querschnitt durch die
erfindungsgemäße Lichtleiteranordnung.
Die in der einzigen Figur dargestellte Lichtleiteranordnung 10 zeigt eine
Blende 11, die mit einer Wasserkühlung versehen sein kann. Diese begrenzt
die Apertur des eingestrahlten Lichtes und die Rückstrahlung des Lichtes aus der Anordnung. Das Halteelement 12 positioniert den Lichtleiter zum Grundkörper
13 bzw. zur Aufnahme 14 des Grundkörpers 13.
Als Grundkörper 13 wird dasjenige Bauteil der Anordnung bezeichnet, in dem
alle anderen Bauteile eingebaut sind oder gehalten werden.
Die Blenden 15 und 16 verhindern, daß Licht, das den Lichtleiter nicht trifft,
im hinteren Teil der Anordnung absorbiert wird und diesen beschädigt. Die Blenden stehen nicht in thermischem Kontakt mit dem Lichtleiter 19. Die
Blenden 15 und 16 können für das Laserlicht reflektierend oder absorbierend
aufgebaut sein. Absorbierende Blenden können indirekt durch Wärmeleitung über den Grundkörper 13 und die Aufnahme 14 gekühlt werden oder direkt
mit einer Wasserkühlung versehen werden. Die Blende 15 und/oder 16 kann das Laserlicht unter einem Winkel aus der Anordnung herausreflektieren, um
die rückreflektierte Intensität zu mindern. Die Blende 15 und/oder 16 ist in
diesem Fall als Spiegel ausgebildet, der mit einem Radius auf der Spiegelfläehe
versehen sein kann und somit als Konvexspiegel wirkt, der die rückreflektierte Intensität noch weiter.
Das Medium 17 im hinteren Teil der Anordnung besitzt einen Brechungsindex,
der kleiner ist als derjenige des Kernes des Lichtleiters 19. Zweckmäßigerweise
sollte der Brechungsindex dem des - nicht dargestellten - Buffermaterials entsprechen, damit das Laserlicht mit der Apertur, wie sie durch die
Lichtleiteranordnung 10 vorgegeben ist, transportiert werden kann. Größere Aperturen werden durch das Medium 17 aus der Anordnung 10 herausgelenkt
und im Grundkörper 13 absorbiert.
-8-
Das Problem der mechanischen Halterung des Lichtleiters wird wie folgt gelöst:
a) Der - nicht dargestellte - Schutzmantel des Lichtleiters 19 wird direkt
im Grundkörper 13, z.B. durch Klebung gehalten. Da der Schutzmantel
aber mechanisch nicht stabil ist, kann auch eine andere Fixieranordnung gewählt werden.
b) Der Lichtleiter 19 wird mit einem niedrigbrechenden Medium, z.B. mit
einem Silikon in einer Kapillare 18 aus z.B. Glas oder Metall verklebt. Die Kapillare kann dann wiederum im Grundkörper fest montiert werden.
-9-
| Bezugszeichen | Lichtleiteranordnung | |
| 10 | Aperturblende/Absorber | |
| 11 | Halteelement | |
| 12 | Grundkörper | |
| 13 | Aufnahme | |
| 14 | Blende | |
| 15 | Blende | |
| 16 | Medium | |
| 17 | Halterung | |
| 18 | Lichtleiter | |
| 19 |
Claims (12)
1. Lichtleiteranordnung für Laserstrahlung, bestehend aus einer Glasfaser
mit einem Kern, einem Mantel aus einem niedrigbrechenden Buffermaterial und ggf. einem Schutzmantel, der auf dem Buffermaterial
aufgetragen ist, dadurch gekennzeichnet, daß Laserlicht, das mit einem größeren Winkel in die Lichtleitfaser (19) eingekoppelt wird als es
die numerische Apertur des Lichtleiters zuläßt, durch Brechung ausgekoppelt und auf eine Fläche gelenkt wird, an der die ausgekoppelte
Laserleistung absorbiert werden kann.
2. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 1, wobei der Lichtleiter (19) mechanisch
gehalten und durch ein Medium (17) fixiert wird, welches einen Brechungsindex besitzt, der kleiner oder gleich dem Brechungsindex
des Buffermaterials des Lichtleiters (19) ist.
3. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 2, wobei die mechanische Halterung
(18) ein Hohlzylinder ist.
-2-
4. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 2 und 3, wobei das Medium (17)
ein Klebestoff ist.
5. Lichtleiteranordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine Blende (11) die Apertur des eingestrahlten Lichtes
unter Verringerung der Rückstreuung des Lichtes aus der Anordnung (10) begrenzt, und wobei ein Halteelement (12) den Lichtleiter
(19) zu einem Grundkörper (13) und/oder zur Aufnahme (14) eines Grundkörpers (13) positioniert.
6. Lichtleiteranordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden An-Sprüche,
wobei die Blenden (15, 16) nicht in thermischen Kontakt mit
dem Lichtleiter (19) stehen.
7. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 6, wobei die Blenden (15, 16)
Laserlicht-absorbierend oder Laserlicht-reflektierend ausgebildet sind.
8. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 7, wobei die Laserlichtabsorbierende
Blenden (15, 16) indirekt über eine Wärmeleitung über den Grundkörper (13) gekühlt werden.
9. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 7, wobei Laserlicht-absorbierende
Blenden (15, 16) über eine Wasserkühlung gekühlt werden.
10. Lichtleiteranordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Blende (15) als Halteelement für den Lichtleiter
(19) dient.
11. Lichtleiteranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 10, wobei diese der
Übertragung von Hochleistungslaserstrahlung dient.
12. Lichtleiteranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 11, wobei diese der
Einkopplung von Diodenlasern in eine Glasfaser dient.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29907859U DE29907859U1 (de) | 1999-05-04 | 1999-05-04 | Lichtleiteranordnung für Laserstrahlung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29907859U DE29907859U1 (de) | 1999-05-04 | 1999-05-04 | Lichtleiteranordnung für Laserstrahlung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29907859U1 true DE29907859U1 (de) | 1999-08-05 |
Family
ID=8073058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29907859U Expired - Lifetime DE29907859U1 (de) | 1999-05-04 | 1999-05-04 | Lichtleiteranordnung für Laserstrahlung |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29907859U1 (de) |
-
1999
- 1999-05-04 DE DE29907859U patent/DE29907859U1/de not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20070529 |
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| R071 | Expiry of right |