EP3655802A1 - Polarisation converter having reflective axicon lens - Google Patents

Polarisation converter having reflective axicon lens

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EP3655802A1
EP3655802A1 EP18733825.6A EP18733825A EP3655802A1 EP 3655802 A1 EP3655802 A1 EP 3655802A1 EP 18733825 A EP18733825 A EP 18733825A EP 3655802 A1 EP3655802 A1 EP 3655802A1
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EP
European Patent Office
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axicon
polarization
reflective
polarization converter
optics
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18733825.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ulrike Fuchs
Sven Kiontke
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Asphericon GmbH
Original Assignee
Asphericon GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02B5/3066—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state involving the reflection of light at a particular angle of incidence, e.g. Brewster's angle

Definitions

  • the invention relates to a polarization converter for changing the polarization state of collimated light.
  • Laser sources known from the prior art emit laser light having a linear polarization which is not rotationally symmetrical with respect to the beam direction of the laser light. It is known that linearly polarized laser light due to the different absorptivity of the parallel component and the vertically oriented component in the material processing causes a cutting direction-dependent material removal, which affects the quality of material processing.
  • the optical path for rotation of the polarization state is in an optically dense medium, usually glass, preferably quartz glass. This is accompanied by a partial absorption of the coupled-in laser radiation and its conversion into heat, which limits the transmissible radiation energy.
  • refractive polarization transducers due to the dispersion, cause a generally undesirable broadening of ultrashort laser pulses.
  • polarization transducers have a reduced or no polarization-rotating effect and a reduced radiation density on the exit side in the central region around the optical axis. This prevents or hampers the applicability of such polarization transducers for laser processing methods, since laser sources with Gaussian radiance distribution arranged on the inlet side and arranged from the prior art couple most of the radiant energy near the optical axis.
  • segmented wave plates are known from the prior art in azimuth angle ranges, with which a polarization rotation dependent on the azimuth angle in coarse angular steps of approximately 30 ° can be achieved. Thus, a reduction, but no cancellation of the cutting direction-dependent differences in material removal is possible.
  • segmented wave plates splices along the segment boundaries are required, the production of which is complex and increase the risk of breakage.
  • nematic liquid crystals and nano-structured retardation plates are known with which linearly polarized light can be transformed into radially or azimuthally polarized light.
  • the invention is based on the object of specifying polarization transducers for the transformation of collimated light with circular or linear polarization into light with radial polarization or in light with azimuthal polarization.
  • the invention is based on the object, such polarization specify transducers, which are suitable for the transformation of laser light very short pulsed laser with a pulse duration of at most 150 femtoseconds and with a high radiation energy in the continuous wave mode of up to 7 kilowatts.
  • the invention is based on the object of specifying such polarization transducers which are suitable for a large wavelength range from 250 nanometers to 2500 nanometers, preferably from 400 nanometers to 1200 nanometers.
  • Another object of the invention is to provide a method for producing such polarization converters.
  • the object is achieved in terms of the polarization converter according to the invention by the features of claim 1.
  • the object is achieved in terms of the manufacturing method for a polarization converter according to the invention by the features of claim 8.
  • the object is achieved with regard to the laser optics according to the invention by the features of claim 11.
  • a polarization converter includes a refractive axicon optic having a first hollow axicon and a first inner axicon concentrically disposed therein.
  • the hollow axicon has a recess in the shape of a straight truncated cone.
  • the inner axicon has the shape of a straight cone and is arranged concentrically in the hollow axicon, wherein the cone tip points to the tip of the truncated cone-shaped recess and wherein the lateral surface of the truncated cone-shaped recess is spaced from the lateral surface of the inner axicon.
  • the inner axicon and the frusto-conical recess have the same cone angle.
  • the lateral surfaces are provided with a reflective coating.
  • the annular base of the hollow axon and the base of the inner axon are flush and concentrically arranged on a first plane surface of an optically transparent support plate, so that the axons are perpendicular to the support plate.
  • an entrance hatch At the truncated cone tip of the recess of the hollow axon is arranged concentrically to the longitudinal axis of the hollow axon, which coincides with the longitudinal axis of the inner axicon and forms an optical axis, an entrance hatch.
  • the exit hatch of the reflective axicon optics is formed by the annular gap concentrically located between the bases of the axons.
  • the polarization converter comprises a first half-wave plate aligned perpendicular to this optical axis and arranged at the exit of the reflective axial optics, which causes a delay of the slow relative to the fast light propagation direction by half a wavelength.
  • a half-wave plate causes a reflection of the polarization direction on the crystallographic axis of the first half-wave plate.
  • the reflective coating of the lateral surfaces of the axicon has a polarizing effect and has a fast axis and a slow axis. Each reflection on the reflective coating produces a phase difference between the fast axis aligned component of the reflected light and the slow axis aligned component of the reflected light.
  • polarizing reflective coatings are known in the art. It is also known how the phase difference between the fast and the slow axis can be controlled by forming the reflective coating, for example by choosing the coating thickness.
  • the reflective coating of the lateral surfaces causes a phase difference of ⁇ / 2 plus an integer multiple of ⁇ .
  • the cone angle of the inner axicon is selected to be 45 ° to allow the shortest possible length of a reflective axicon optics.
  • Such a reflective axicon optics thus effects a quarter-wave plate as an azimuth angle-dependent change in the direction of polarization and makes it possible to transform an incident collimated near-axis bundle light with circular polarization in annular emerging light.
  • this light is converted into an azimuthalhomogeneous linear polarization, wherein this first half-wave plate is arranged so that the crystal axis is rotated by ⁇ / 8 or 22.5 ° relative to the azimuth angle of the entrance plane of the incoming collimated light.
  • the reflective axicon optics according to the invention has the advantage that the tapered tip of the conical inner axicon can be manufactured more accurately, more easily and in particular with a smaller tip diameter than the tip of the conical recess with the inner circumferential surface of a conical Recess in a known refractive axicon. Due to the limitations of the tools which can be used in the shaping of this conical recess, for example by means of diamond turning, a dead zone inevitably arises around the optical axis, in which the inner circumferential surface is opposite the - -
  • a further advantage of the reflective axicon optics is that the incoming light propagates essentially in air and is reflected only at two highly reflective boundary surfaces, the lateral surfaces provided with the reflective coatings.
  • optical losses to propagation in an optically dense medium such as glass of the optically dense medium to air in refractive axial optics of the prior art can be reduced. This also increases, due to the reduced absorption, the non-destructive transmissive light output.
  • the reflective axicon optics is therefore particularly advantageous for the polarization rotation of light of high-power and short-pulse or ultrashort pulsed laser sources.
  • the cone angle of the inner axon is independent of the critical angle of total reflection in an optically dense medium selectable.
  • the geometry of the reflective axicon optics can be designed independently of the refractive index difference between the optically dense medium and the surrounding medium, and thus also independently of the wavelength fed light.
  • the cone angle of the inner axicon, and thus the cone angle of the hollow axon can be chosen so that a production is particularly easy.
  • a further advantage of the reflective axicon optics is that highly reflective coatings can be produced for a wide wavelength range and thus can be used more widely than dispersion-limited refractive axial optics according to the prior art, in which the critical angle of total reflection for the choice of the cone angle has to be taken into account. For example, this makes it possible for a laser with an emitted fundamental wavelength to have the same polarity. - -
  • Very short laser pulses for example laser pulses with a pulse duration of at most 150 femtoseconds, have very broad spectra and are therefore widened in transmissive optics due to dispersion. This undesirable pulse extension is avoided in the inventive reflective axicon optics in an advantageous manner, since the optical path here, with the exception of the holding plate is predominantly in air.
  • a second hollow axicon is uniformly shaped and arranged mirror-symmetrically to the first hollow axicon on a second planar surface of the holding plate of the reflective axicon optical system opposite the first planar surface.
  • a second inner axicon is arranged mirror-symmetrically to the first inner axicon.
  • At the top of the frusto-conical recess of the second hollow axon is arranged centrally and thus concentrically to the optical axis an exit hatch.
  • the reflective coating and the cone angles of the axicon are the same.
  • the light exits from the reflective axicon optics with paired axons from the central exit hatch of the second outer hollow axon and thus in a beam profile arranged close to the optical axis.
  • the reflective coating of the lateral surfaces causes a total of a phase difference of ⁇ / 2 plus an integer multiple of ⁇ .
  • Embodiment arranged so that the crystal axis is rotated by ⁇ / 8 or 22.5 ° relative to the azimuth angle of the entrance plane of the incoming collimated light.
  • the mirrored to the support plate beam guide is particularly suitable for laser light, which is bundled with high energy density, for example, for material removal, to be used.
  • Another advantage of this embodiment is that the diameter of the incoming collimated light beam remains unchanged as it passes through such paired axicon polarization converter.
  • Such a mirrored beam path can also be achieved with a paired refractive axial optics from the prior art.
  • the reflective axicon optics has the additional advantage of a particularly small optical dead zone around the apex of the inner axicon.
  • the emerging beam path in the central region around the optical axis which is of particular interest for these applications, is considerably less affected with respect to the polarization state and the beam density, and a dead zone is achieved in the central region about the optical axis with a diameter of less than 100 micrometers.
  • the diameter of the dead optical zone is in a refractive axicon optics because of the unavoidable in the production of the conical inner lateral surface blunting of the apex is about 5 millimeters and is thus considerably larger.
  • a second half-wave plate is arranged on the outlet side after and parallel to the first half-wave plate.
  • the additional second half-wave plate By means of the additional second half-wave plate, light emerging after the first half-wave plate is transformed with azimuthal-inhomogeneous linear polarization into radially polarized light, wherein the crystal axis of the second half-wave - -
  • the crystal axis of the second half-wave plate is rotated by ⁇ / 8 or -22.5 ° relative to the crystal axis of the first half-wave plate, wherein a negative rotation angle corresponds to a rotation opposite to the mathematically positive direction of rotation and thus in a clockwise direction ,
  • the crystal axis of the second half-wave when the crystal axis of the second half-wave is rotated at an angle of ⁇ / 4 or 45 ° relative to the azimuth angle of the entrance plane of the incoming collimated light, escaping light with azimuthal polarization is generated.
  • the crystal axis of the second half-wave plate is rotated by ⁇ / 8 or 22.5 ° relative to the crystal axis of the first half-wave plate, wherein a positive rotation angle corresponds to a rotation in the mathematically positive direction of rotation and thus counterclockwise.
  • the reflective coating of the lateral surfaces is designed as a highly reflective coating with a reflectivity of at least 99.7%.
  • a particularly low transmission loss along the optical path is achieved by the reflective axial optics and the absorbed radiation energy, which is converted into heat and has to be dissipated, is reduced.
  • This allows the use of the polarization converter for laser sources with high emitted radiation energy in the continuous wave mode.
  • the broadening of ultrashort laser pulses which is unavoidable due to the dispersion of refractive axial optics according to the prior art is avoided. This is the use of an invented - -
  • Polarization converter according to the invention in particular for methods and apparatuses of laser processing, for example, for cutting, drilling or welding of workpieces, allows, where high energy densities are required.
  • the highly reflective coating is preferably designed for wavelengths from 400 nanometers to 1200 nanometers, particularly preferably for wavelengths from 1030 nanometers to 1070 nanometers.
  • This allows the use of a reflective axicon optics for various applications and laser sources, especially for frequency doubled laser sources.
  • this allows a modularized design of polarization transducers, since the reflective axicon optics can be constructed independently of the wavelength, and since half wave plates to be adapted to the respective wavelength are available in standardized fashion for many wavelengths and easily exchangeable in an optical system.
  • the reflective axicon optic is made in one piece, wherein the axicon is made of quartz glass and connected to a retaining plate made of quartz glass.
  • a particularly temperature-stable reflective axicon optics is thus made possible, which can transmit a large radiation energy, preferably a radiation energy of more than 7 kilowatts, corresponding to a power density of 10 joules per square centimeter, without destruction.
  • the reflective axicon optic is gripped in a version that can be cooled with a coolant.
  • a coolant As a result, improved cooling of the axicon optics and thus a non-destructive transmission of large radiation energies is possible.
  • This embodiment of the invention is particularly advantageous for use in laser processing methods with short-pulsed lasers of high laser power.
  • a laser optics comprises a polarization converter with a reflective axial optic and a laser source arranged on the input side to the polarization converter, wherein the laser source is set up to emit circularly polarized laser light collimated to the optical axis of the polarization converter.
  • Such laser sources comprising a laser which emits linearly polarized light and a quarter wave plate arranged downstream in the beam path whose crystal axis is rotated by ⁇ / 4 or 45 ° with respect to the polarization direction of the linearly polarized light emitted by the laser are known from the prior art.
  • a laser source adapted for the output of collimated linearly polarized laser light to the optical axis of the polarization converter.
  • a quarter-wave plate is arranged on the input side of the polarization converter whose crystal axis is rotated by ⁇ / 4 or 45 ° with respect to the polarization direction of the laser light.
  • Such recording devices for quarter-wave plates are known from the prior art.
  • laser light of the laser source is transformed into radially or azimuthally polarized laser light and thus enables a material removal that is independent of the cutting direction when the radially or azimuthally polarized laser light impinges on a workpiece.
  • the crystal axis of the first half-wave plate is rotated by ⁇ / 8 or 22.5 ° relative to the azimuth angle of the entrance plane of the linearly polarized light emitted from the laser source.
  • the crystal axis of the second half-wave plate is at the azimuth angle of the entrance plane for the generation of radially polarized light.
  • the crystal axis of the second half-wave plate is ⁇ / 4 or 45 ° relative to the azimuth angle.
  • Such a laser optics is advantageously suitable for laser processing methods with a particularly high quality of processing.
  • a polarization-maintaining scanning optics is arranged on the exit side of the polarization converter, which is arranged to pivot along at least one scan direction a collimated beam emerging from the polarization converter to the optical axis of the polarization converter.
  • a beam former for adjusting the diameter of the collimated beam emerging from the polarization converter to the polarization-maintaining scanning optics is arranged on the inlet side and / or outlet side of the polarization converter.
  • a polarization converter for scanning optics with different input apertures and / or different pivot ranges can thus be adapted.
  • the hollow truncated cone-shaped recess of the at least one hollow axicon and the at least one inner axicon are made by diamond turning with an angle deviation of the cone angle of at most 0.01 ° and a surface deviation of at most one Fresnel ring at 546 A nanometer shaped, wherein a cone tip is formed with a tip diameter of at most 800 microns.
  • the hollow truncated cone-shaped recess of the at least one hollow axicon and the at least one inner axicon to be formed by polishing.
  • the polishing movements are controlled on an axial cone so - -
  • the axons are permanently connected by means of directional kitten with the holding plate to a one-piece reflective axicon optics, preferably glued.
  • This one-piece reflective Axikonoptik is taken with the at least one half-wave plate in a socket.
  • the socket may provide a device for detachably connecting a second half-wave plate to the outlet.
  • the alignment of the polarization converter is simplified by the cementing of the axicon and the retaining plate to a one-piece reflective axicon optics.
  • FIG. 1 shows schematically a polarization converter with refractive axial optics according to the prior art
  • FIG. 2 schematically shows the transformation of polarization states by means of half-wave plates according to the prior art, - -
  • FIG. 3 shows schematically a polarization converter with reflective
  • FIG. 5 shows schematically a laser optics with a polarization converter.
  • FIG. 1 schematically shows a polarization converter P with a refractive axicon optical system 100 for changing the polarization state of collimated light.
  • the axial optics 100 has the outer shape of a truncated cone with an outer lateral surface 100.2, which is rotationally symmetrical to an optical axis X.
  • the truncated cone is truncated with a flat surface 100.3, which points perpendicular to the optical axis X to the inlet E.
  • a first half-wave plate 5 is arranged on the exit side of the refractive axial optics 100.
  • a conical recess with an inner circumferential surface 100.1 is incorporated.
  • the opening angle of the inner lateral surface 100.1 and the opening angle of the outer lateral surface 100.2 match and form the cone angle ß.
  • the perpendicular to the optical axis X to the exit A facing base 100.4 of the axicon lens 100 is thus annular.
  • a bundle to the optical axis X of collimated rays S enters perpendicular to the plane surface 100.3 and perpendicular to the annular base 100.4.
  • Such refractive axicon optics 100 thus acts as a quarter wave plate with an azimuth angle-dependent polarization orientation and makes it possible to transform an incident collimated bundle near the axis of light in an annular manner. If the incident light has circular polarization PI, the light emerging from the first half-wave plate 5 has azimuthally inhomogeneous linear polarization P2.
  • the incident light with circular polarization PI is generated from linearly polarized light which is passed through a quarter wave plate rotated by ⁇ / 4 to the polarization direction of the linearly polarized light, then the crystal axis is - -
  • the first half-wave plate 5 to be arranged rotated relative to the polarization direction of the linearly polarized light in a rotation angle of ⁇ / 8.
  • the crystal axis of the second half-wave plate 6 is to be arranged pointing in the polarization direction of the linearly polarized light.
  • the crystal axis of the second half-wave plate 6 is rotated by ⁇ / 8 relative to the crystal axis of the first half-wave plate 5, the negative sign indicating a rotation counter to the mathematically positive direction of rotation.
  • the crystal axis of the second half-wave plate 6 is to be rotated by ⁇ / 4 or 45 ° relative to the polarization direction of the linearly polarized light.
  • the crystal axis of the second half-wave plate 6 is rotated by ⁇ / 8 with respect to the crystal axis of the first half-wave plate 5, the positive sign indicating a rotation in the mathematically positive direction of rotation.
  • FIG. 3 schematically shows a polarization converter P having a reflective axial optics 1 according to the invention and a downstream half-wave plate 5.
  • the reflective axicon optic 1 comprises a first outer hollow axon 2 and a first inner axicon 3 arranged coaxially to the optical axis X.
  • the hollow axles 2 has a frustoconical recess with a lateral surface 2.1, which converges in a cone angle ⁇ .
  • a centric inlet hatch 2.2 is arranged at the tapered end of the lateral surface 2.1 .
  • Overlying divergent end of the lateral surface 2.1 is the Hohlaxi- con- 2 closed by an annular base 2.3.
  • the inner axicon 3 is formed as a cone with the same cone angle ß as the frusto-conical recess of the hollow axon 2 and has a lateral surface 3.1 and a base 3.3.
  • the base surfaces 2.3, 3.3 of the axons 2, 3 are mounted flush on a first planar surface 4.1 of an optically transparent support plate 4 and concentric with the optical axis X, the lateral surfaces 2.1, 3.1 being spaced apart. Because of the same cone angle ⁇ of both axons 2, 3, the lateral surfaces 2.1, 3.1 lie parallel to one another and coaxial to the optical axis X.
  • Each of the lateral surfaces 2.1, 3.1 is provided with a highly reflective coating HR, which has a reflectivity of at least 99.7% in a wavelength range from 250 nanometers to 2500 nanometers, preferably from
  • the highly reflective coating HR has a polarizing effect and has a fast axis and a slow axis. Each reflection on the highly reflective coating HR produces a phase difference between the component of the reflected light aligned along the fast axis and the component of the reflected light aligned along the slow axis.
  • Such polarizing highly reflective coatings HR are known from the prior art. It is also known how the phase difference between the fast and the slow axis can be controlled by forming the highly reflective coating HR, for example by choosing the coating thickness.
  • the highly reflective coating HR is designed so that it depends on the cone angle ß of both axons 2, 3 in reflections to the - -
  • the reflective axicon optic 1 functions as a quarter-wavelength plate with azimuth angle-dependent polarization orientation and makes it possible to transform an incident collimated near-axis bundle of light having circular polarization PI into annular emergent light.
  • the annular surface remaining between the base surfaces 2.3, 3.3 of the axons 2, 3 and concentric with the optical axis X forms the exit hatch for this embodiment of a reflective axicon optical system 1.
  • downstream half-wave plate 5 an azimuthally inhomogeneous linear polarization P2 is generated.
  • second half-wave plate 6 is connected downstream, with which the azimuthally inhomogeneous linear polarization P2 in a radial polarization P3 or in an azimuthal polarization P4 can be transferred.
  • the inventive reflective axicon optics 1 has the advantage that the tapered tip of the conical inner axicon 3 can be made more accurate, lighter and in particular with a smaller tip diameter than the tip of the conical recess with the Inner circumferential surface 100.1 in the refractive axial optics 100. Due to the limitations of the tools that can be used during diamond turning of this conical recess, a dead zone inevitably arises around the optical axis X, in which the inner lateral surface 100.1 is flattened or rounded off from the cone angle ⁇ . Thus, light injected within this dead zone is lost for polarization rotation and is largely converted to heat that is difficult or impossible to dissipate. - -
  • refiective axicon optics 1 Another advantage of the refiective axicon optics 1 is that the incoming light propagates essentially in air and is reflected only at two highly reflective boundary surfaces, the lateral surfaces 2.1, 3.1 provided with the reflective coatings HR. Thus, optical losses to glass propagation and total internal reflection at the glass to air interface in a prior art refractive axial optic 100 can be reduced. This also increases, due to the reduced absorption, the non-destructive transmissive light output.
  • the reflective axicon optics is therefore particularly advantageous for the polarization rotation of high-power, short-pulse or ultrashort-pulsed laser sources.
  • a further advantage of the refiective axicon optics 1 is that highly reflective coatings HR can be produced for a broad wavelength range and thus can be used for a wider range than dispersion-limited refractive axicon optics 100 according to the prior art. For example, this makes it possible to use the same polarization converter P for a laser with an emitted fundamental wavelength as for a frequency-doubled laser source based on this laser.
  • Very short laser pulses for example laser pulses with a pulse duration of at most 150 femtoseconds, have very broad spectra and are therefore widened in transmissive optics due to dispersion.
  • This undesired pulse extension is advantageously avoided in the refractive axial optics 1 according to the invention, since the optical path here, with the exception of the retaining plate 4, extends predominantly in air.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the invention with a refiective axicon optics 1 with paired axons, in which a first and an identically formed second hollow axles 2, 2 'and a first and an identically formed second inner axicon 3, 3' along the optical axis X are each arranged opposite one another on the holding plate 4.
  • a refiective axicon optics 1 with paired axons in which a first and an identically formed second hollow axles 2, 2 'and a first and an identically formed second inner axicon 3, 3' along the optical axis X are each arranged opposite one another on the holding plate 4.
  • At least one reflection takes place at each of the lateral surfaces 3.1, 2.1, 2 '.1, 3' .1 coated with a highly reflective coating HR, each of which has a phase difference between the two produced perpendicular-polarized and the parallel-polarized component.
  • the reflective axicon optics 1 acts as a quarter-wavelength plate with an azimuth angle-dependent polarization orientation and, together with the downstream half-wave plate 5, allows an incident collimated near-axis bundle to transform light with circular polarization PI into emergent light with azimuthally homogeneous linear polarization P2.
  • a further, not shown here second half-wave plate 6 is connected downstream, with which the azimuthalhomogener linear polarization P2 in a radial polarization P3 or in an azimuthal polarization P4 can be transferred.
  • the light from the reflective axicon optics 1 with paired axons emerges from a centrally arranged exit hatch 2 '.2 of the second outer hollow axon 2' and thus in a beam profile arranged close to the optical axis X. , - -
  • Such a mirrored beam path can also be achieved with a paired refractive axial optics 100 from the prior art.
  • the reflective axicon optics 1 has the additional advantage of a particularly small dead zone around the conical tip of the inner axons 3, 3 '.
  • the emerging beam path in the central region which is particularly interesting for these applications, about the optical axis X is considerably less affected with regard to the polarization state and the beam density.
  • the optical dead zone in the central region about the optical axis X is greater in a refractive axial optics 100 because of the unavoidable blunting of the conical tip during the production of the cone-shaped recessed inner lateral surface 100.1.
  • FIG. 5 schematically shows a laser processing system with a polarization converter P with a mounted reflective axicon optical system 1 in the embodiment as a paired axicon optical system.
  • On both sides of the holding plate 4 of optically transparent material are each mirror-symmetrically arranged two inner axons 3, 3 'and two outer axons 2, 2' each with the base 2.3, 2'.3, 3.3, 3'.3 to the holding plate 4, wherein an inner axicon 3, 3 'in each case concentric with the optical axis X in the frusto-conical recess of the outer axicon 2, 2' is arranged. All axons 2, 2 ', 3, 3' have the same cone angle ß.
  • the central openings of the outer axons 2, 2 ' act as entrance hatch 2.2 and exit hatch 2'.2, respectively
  • this azimuthally homogeneous linearly polarized light is further transformed into light having a radial polarization P3 or an azimuthal polarization P4.
  • the crystal axis of the second half-wave plate 6 is aligned in the direction of polarization of the linearly polarized laser light emitted by the laser source 8 and thus rotated by ⁇ / 8 with respect to the crystal axis of the first half-wave plate 5.
  • the crystal axis of the second half-wave plate 6 is rotated by ⁇ / 4 with respect to the polarization direction of the linearly polarized laser light emitted by the laser source 8 and thus rotated by ⁇ / 8 with respect to the crystal axis of the first half-wave plate 5.
  • the azimuthally polarized light emerging from the polarization converter P is directed onto a workpiece W by a polarization-maintaining scanning optics 10.
  • a beam shaper 9 is arranged, with which the beam diameter of the emerging from the polarization converter P beam can be adapted to the scanning optics 10.
  • an alternative or an additional beam shaper is arranged in the beam path between the laser source 8 and the entrance E of the polarization converter P.
  • the reflective Axikonoptik 1 and the half-wave plates 5, 6 are held in a tubular socket 7, which has on its outer surface cooling ribs 7.1.
  • the cooling fins 7.1 can be hollow and of a cooling liquid - -
  • cooling fins 7.1 With the cooling fins 7.1 an improved removal of heat is ensured, which results from optical losses in the reflection of the coatings HR and in the transmission through the support plate 4 and the half-wave plates 5, 6. As a result, it is possible to guide light of pulsed laser sources 8, which is suitable for machining workpieces W, through the polarization converter P in a non-destructive manner and to transform it into a radial or azimuthal polarization P3, P4 which is particularly advantageous for material processing.
  • polarization-changing effective components of the polarization converter P in particular the reflective Axiko- noptik 1 and the half-wave plates 5, 6, fixed to each other.
  • a polarization converter P is thus particularly easy to integrate into a laser processing system, in particular with low adjustment effort.
  • the second half-wave plate 6 can be arranged outside the socket 7 and with this releasably connectable.
  • the second half-wave plate 6 can be arranged to be rotatable and lockable in fixed angular steps. Thereby, it is possible to provide a polarization converter P for both the generation of radially polarized light and for the generation of azimuthally polarized light.

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Abstract

The invention relates to a polarisation converter (P) comprising a reflective axicon lens (1) as well as at least one half-shaft plate (5, 6). The reflective axicon lens (1) comprises a first hollow axicon (2) having a straight frustoconical recess (2.1) and a first inner axicon (3) arranged concentrically therein and relative to an optical axis (X), wherein the conical recess (2.1) and the inner axicon (3) have the same cone angle (β) and are provided with a polarisation-direction-dependently reflective coating (HR) on the spaced-apart casing surfaces (2.1, 3.1), and with an optically transparent retaining plate (4) arranged perpendicular to the optical axis (X) and having a first flat surface (4.1), on which the base surfaces (2.3, 3.3) of the axicons (2, 3) are arranged in a flush manner, wherein an inlet port (2.2) is arranged at the tip of the frustoconical recess (2.1), concentrically relative to the optical axis (X). The reflective coating (HR) is selected such that, with a beam (S) entering in a collimated manner relative to the optical axis (X), via at least one reflection on each casing surface (2.1, 3.1) of the axicons (2, 3), an overall phase difference of Δφ = N ・π + π/2 between the fast and the slow light propagation direction is brought about on the output side.

Description

Polarisationswandler mit reflektiver Axikonoptik  Polarization converter with reflective axicon optics
Die Erfindung betrifft einen Polarisationswandler zur Veränderung des Polarisationszustands von kollimiertem Licht. The invention relates to a polarization converter for changing the polarization state of collimated light.
Aus dem Stand der Technik bekannte Laserquellen emittieren Laserlicht mit einer linearen Polarisation, die nicht rotationssymmetrisch bezogen auf die Strahlrichtung des Laserlichts ist. Es ist bekannt, dass linear polarisiertes Laserlicht wegen des unterschiedlichen Absorptionsgrads der parallel ausgerichteten Komponente und der senkrecht ausgerichteten Komponente bei der Materialbearbeitung einen schnittrichtungsabhängigen Materialabtrag bewirkt, der die Qualität der Materialbearbeitung beeinträchtigt. Laser sources known from the prior art emit laser light having a linear polarization which is not rotationally symmetrical with respect to the beam direction of the laser light. It is known that linearly polarized laser light due to the different absorptivity of the parallel component and the vertically oriented component in the material processing causes a cutting direction-dependent material removal, which affects the quality of material processing.
Es sind Vorrichtungen zur Transformation linear polarisierten Laserlichts in zirkulär polarisiertes Laserlicht bekannt, mit denen zwar ein schnittrichtungsunab- hängiger, insgesamt jedoch verminderter Materialbetrag erzielt werden kann, der somit eine verringerte Prozessgeschwindigkeit erzwingt. Devices are known for the transformation of linearly polarized laser light into circularly polarized laser light, with which it is possible to achieve an amount of material which is independent of the direction of the cutting direction, but which nevertheless reduces a reduced process speed.
Es ist auch bekannt, dass Laserlicht mit radialer oder mit azimutaler Polarisation sowohl einen schnittrichtungsunabhängigen Materialabtrag als auch eine hohe Prozessgeschwindigkeit ermöglicht. Ferner ist bekannt, dass radial polarisiertes Licht eine verbesserte Fokussierbarkeit, insbesondere einen gegenüber linearer Polarisation verminderten Strahldurchmesser im Fokus aufweist, die zu verbesserten Anwendungen von Laserlicht in der Stimulated Emission Depletion (STED)- oder Multiphotonenmikroskopie, bei Optischen Pinzetten, in der Lithografie, der Konfokalmikroskopie, der optischen Datenspeicherung oder bei optischen Partikelfallen führt. Somit besteht ein Bedarf an einem Polarisationswandler zu Transformation von linear polarisiertem oder zirkulär polarisiertem Licht in radial oder azimutal polarisiertes Licht. It is also known that laser light with radial or with azimuthal polarization allows both a cutting direction-independent material removal and a high process speed. Furthermore, it is known that radially polarized light has an improved focusability, in particular a reduced beam diameter in the focus compared to linear polarization, which has led to improved applications of laser light in stimulated emission depletion (STED) or multiphoton microscopy, in optical tweezers, in lithography Confocal microscopy, the optical data storage or optical particle traps leads. Thus, a need exists for a polarization converter to transform linearly polarized or circularly polarized light into radially or azimuthally polarized light.
Aus dem Stand der Technik sind für diese Transformation geeignete Vorrichtungen bekannt, die ein als Hohlkegel geformtes Axikon umfassen, dessen innere - - From the state of the art suitable devices are known for this transformation, which comprise a hollow cone shaped axicon whose inner - -
und äußere Mantelfläche konzentrisch unter einem gleichen Kegelwinkel gerade zulaufend geformt sind. Bei derartigen Polarisationswandlern verläuft der optische Pfad für die Drehung des Polarisationszustands in einem optisch dichten Medium, üblicherweise in Glas, vorzugsweise in Quarzglas. Damit geht eine teilweise Absorption der eingekoppelten Laserstrahlung und deren Umwandlung in Wärme einher, die die durchleitbare Strahlungsenergie begrenzt. Zudem bewirken derartige refraktive Polarisationswandler aufgrund der Dispersion eine im Allgemeinen unerwünschte Verbreiterung von ultrakurzen Laserpulsen. Zudem weisen derartige Polarisationswandler austrittsseitig im zentralen Bereich um die optische Achse eine verminderte oder keine polarisationsdrehende Wirkung und eine verminderte Strahlungsdichte auf. Dies verhindert oder erschwert die Einsetzbarkeit solcher Polarisationswandler für Verfahren der Laserbearbeitung, da eintrittsseitig angeordnete, aus dem Stand der Technik bekannte Laserquellen mit gaußförmiger Strahldichteverteilung den Großteil der Strahlungsenergie nahe der optischen Achse einkoppeln. and outer circumferential surface are formed concentrically tapered under a same cone angle. In such polarization transducers, the optical path for rotation of the polarization state is in an optically dense medium, usually glass, preferably quartz glass. This is accompanied by a partial absorption of the coupled-in laser radiation and its conversion into heat, which limits the transmissible radiation energy. In addition, due to the dispersion, such refractive polarization transducers cause a generally undesirable broadening of ultrashort laser pulses. In addition, such polarization transducers have a reduced or no polarization-rotating effect and a reduced radiation density on the exit side in the central region around the optical axis. This prevents or hampers the applicability of such polarization transducers for laser processing methods, since laser sources with Gaussian radiance distribution arranged on the inlet side and arranged from the prior art couple most of the radiant energy near the optical axis.
Ferner sind aus dem Stand der Technik in Azimutwinkelbereiche segmentierte Wellenplatten bekannt, mit welchen eine in groben Winkelschritten von etwa 30° vom Azimutwinkel abhängige Polarisationsdrehung erzielt werden kann. Damit ist eine Verminderung, jedoch keine Aufhebung der schnittrichtungsabhängigen Unterschiede im Materialabtrag möglich. Bei der Fertigung derartiger segmentierter Wellenplatten sind Klebestellen entlang der Segmentgrenzen erforderlich, deren Herstellung aufwändig ist und die die Bruchgefahr erhöhen. Furthermore, segmented wave plates are known from the prior art in azimuth angle ranges, with which a polarization rotation dependent on the azimuth angle in coarse angular steps of approximately 30 ° can be achieved. Thus, a reduction, but no cancellation of the cutting direction-dependent differences in material removal is possible. In the production of such segmented wave plates splices along the segment boundaries are required, the production of which is complex and increase the risk of breakage.
Zudem sind nematische Flüssigkeitskristalle sowie nano-strukturierte Verzögerungsplatten bekannt, mit denen linear polarisiertes Licht in radial oder azimutal polarisiertes Licht transformiert werden kann. In addition, nematic liquid crystals and nano-structured retardation plates are known with which linearly polarized light can be transformed into radially or azimuthally polarized light.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Polarisationswandler zur Transformation von kollimiertem Licht mit zirkulärer oder linearer Polarisation in Licht mit radialer Polarisation oder in Licht mit azimutaler Polarisation anzugeben. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, derartige Polarisations- wandler anzugeben, die für die Transformation von Laserlicht sehr kurz gepulster Laser mit einer Pulsdauer von höchstens 150 Femtosekunden und mit einer hohen Strahlungsenergie im Dauerstrichbetrieb von bis zu 7 Kilowatt geeignet sind. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, derartige Polarisationswandler anzugeben, die für einen großen Wellenlängenbereich von 250 Nanometer bis 2500 Nanometer, bevorzugt von 400 Nanometer bis 1200 Nanometer geeignet sind. The invention is based on the object of specifying polarization transducers for the transformation of collimated light with circular or linear polarization into light with radial polarization or in light with azimuthal polarization. In particular, the invention is based on the object, such polarization specify transducers, which are suitable for the transformation of laser light very short pulsed laser with a pulse duration of at most 150 femtoseconds and with a high radiation energy in the continuous wave mode of up to 7 kilowatts. Furthermore, the invention is based on the object of specifying such polarization transducers which are suitable for a large wavelength range from 250 nanometers to 2500 nanometers, preferably from 400 nanometers to 1200 nanometers.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung solcher Polarisationswandler anzugeben. Another object of the invention is to provide a method for producing such polarization converters.
Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, Laseroptiken zur scannenden Bewegung eines mittels eines solchen Polarisationswandlers transformierten Laserstrahls anzugeben. It is also an object of the invention to provide laser optics for scanning movement of a laser beam transformed by means of such a polarization converter.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des Polarisationswandlers erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird hinsichtlich des Herstellverfahrens für einen Polarisationswandler erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. Die Aufgabe wird hinsichtlich der Laseroptik erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst. The object is achieved in terms of the polarization converter according to the invention by the features of claim 1. The object is achieved in terms of the manufacturing method for a polarization converter according to the invention by the features of claim 8. The object is achieved with regard to the laser optics according to the invention by the features of claim 11.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Ein Polarisationswandler umfasst eine refiektive Axikonoptik mit einem ersten Hohlaxikon und einem darin konzentrisch angeordneten ersten inneren Axikon. Das Hohlaxikon weist eine Ausnehmung in der Form eines geraden Kegelstumpfs auf. Das innere Axikon weist die Form eines geraden Kegels auf und ist konzentrisch im Hohlaxikon angeordnet, wobei die Kegelspitze auf die Spitze der kegel- stumpfförmigen Ausnehmung weist und wobei die Mantelfläche der kegelstumpf- förmigen Ausnehmung von der Mantelfläche des inneren Axikons beabstandet ist. - - A polarization converter includes a refractive axicon optic having a first hollow axicon and a first inner axicon concentrically disposed therein. The hollow axicon has a recess in the shape of a straight truncated cone. The inner axicon has the shape of a straight cone and is arranged concentrically in the hollow axicon, wherein the cone tip points to the tip of the truncated cone-shaped recess and wherein the lateral surface of the truncated cone-shaped recess is spaced from the lateral surface of the inner axicon. - -
Das innere Axikon und die kegelstumpfförmige Ausnehmung weisen einen gleichen Kegelwinkel auf. Die Mantelflächen sind mit einer reflektierenden Beschich- tung versehen. Die ringförmige Grundfläche des Hohlaxikons und die Grundfläche des inneren Axikons sind bündig und konzentrisch auf einer ersten Planfläche einer optisch durchlässigen Halteplatte angeordnet, so dass die Axikons senkrecht auf der Halteplatte stehen. The inner axicon and the frusto-conical recess have the same cone angle. The lateral surfaces are provided with a reflective coating. The annular base of the hollow axon and the base of the inner axon are flush and concentrically arranged on a first plane surface of an optically transparent support plate, so that the axons are perpendicular to the support plate.
An der Kegelstumpfspitze der Ausnehmung des Hohlaxikons ist konzentrisch zur Längsachse des Hohlaxikons, die mit der Längsachse des inneren Axikons übereinstimmt und eine optische Achse bildet, eine Eintrittsluke angeordnet. Die Austrittsluke der reflektiven Axikonoptik wird von dem konzentrisch zwischen den Grundflächen der Axikons gelegenen ringförmigen Spalt gebildet. At the truncated cone tip of the recess of the hollow axon is arranged concentrically to the longitudinal axis of the hollow axon, which coincides with the longitudinal axis of the inner axicon and forms an optical axis, an entrance hatch. The exit hatch of the reflective axicon optics is formed by the annular gap concentrically located between the bases of the axons.
Ferner umfasst der Polarisationswandler eine senkrecht zu dieser optischen Achse ausgerichtete, am Austritt der reflektiven Axikonoptik angeordnete erste Halbwel- lenplatte, die eine Verzögerung der langsamen relativ zur schnellen Lichtausbreitungsrichtung um eine halbe Wellenlänge bewirkt. Entsprechend bewirkt eine Halbwellenplatte eine Spiegelung der Polarisationsrichtung an der kristallographi- schen Achse der ersten Halbwellenplatte. Furthermore, the polarization converter comprises a first half-wave plate aligned perpendicular to this optical axis and arranged at the exit of the reflective axial optics, which causes a delay of the slow relative to the fast light propagation direction by half a wavelength. Correspondingly, a half-wave plate causes a reflection of the polarization direction on the crystallographic axis of the first half-wave plate.
Die reflektierende Beschichtung der Mantelflächen der Axikons wirkt polarisierend und weist eine schnelle Achse sowie eine langsame Achse auf. Bei jeder Reflexion an der reflektierenden Beschichtung wird eine Phasendifferenz zwischen der entlang der schnellen Achse ausgerichteten Komponente des reflektieren Lichts und der entlang der langsamen Achse ausgerichteten Komponente des reflektierten Lichts erzeugt. Derartige polarisierende reflektierende Beschichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Es ist auch bekannt, wie die Phasendifferenz zwischen der schnellen und der langsamen Achse durch Ausbildung der reflektierenden Beschichtung, beispielsweise durch die Wahl der Beschichtungs- dicke, kontrolliert werden kann. Die reflektierende Beschichtung der Mantelflächen der Axikons ist so gewählt, dass in Abhängigkeit von dem Kegelwinkel des inneren Axikons und somit auch von dem Kegelwinkel der kegelstumpfförmigen Ausnehmung des Hohlaxikons bei Reflexionen an der Mantelfläche des inneren Axikons und an der Mantelfläche des ersten Hohlaxikons eine Phasendifferenz von insgesamt Αφ = N■ π + π/2 beziehungsweise N■ 180° + 90° zwischen der schnellen und der langsamen Lichtausbreitungsrichtung bewirkt wird, wobei N eine positive ganze Zahl ist. Mit anderen Worten: die reflektierende Beschichtung der Mantelflächen bewirkt eine Phasendifferenz von π/2 zuzüglich einem ganzzahligen Vielfachen von π. The reflective coating of the lateral surfaces of the axicon has a polarizing effect and has a fast axis and a slow axis. Each reflection on the reflective coating produces a phase difference between the fast axis aligned component of the reflected light and the slow axis aligned component of the reflected light. Such polarizing reflective coatings are known in the art. It is also known how the phase difference between the fast and the slow axis can be controlled by forming the reflective coating, for example by choosing the coating thickness. The reflective coating of the lateral surfaces of the axicon is selected so that, depending on the cone angle of the inner axon and thus also on the cone angle of the frustoconical recess of the hollow axon in reflections on the lateral surface of the inner axicon and on the lateral surface of the first Hohlaxikons a phase difference of total Αφ = N ■ π + π / 2 or N ■ 180 ° + 90 ° between the fast and the slow light propagation direction, where N is a positive integer. In other words, the reflective coating of the lateral surfaces causes a phase difference of π / 2 plus an integer multiple of π.
Bevorzugt ist der Kegelwinkel des inneren Axikons zu 45° gewählt, um eine möglichst kurze Baulänge einer reflektiven Axikonoptik zu ermöglichen. Preferably, the cone angle of the inner axicon is selected to be 45 ° to allow the shortest possible length of a reflective axicon optics.
Eine derartige reflektive Axikonoptik bewirkt somit als Viertelwellenplatte eine azimutwinkelabhängige Änderung der Polarisationsrichtung und ermöglicht, ein einfallendes kollimiertes achsnahes Bündel Licht mit zirkularer Polarisation in ringförmig austretendes Licht zu transformieren. Such a reflective axicon optics thus effects a quarter-wave plate as an azimuth angle-dependent change in the direction of polarization and makes it possible to transform an incident collimated near-axis bundle light with circular polarization in annular emerging light.
Mittels der ersten Halbwellenplatte wird dieses Licht in eine azimutalinhomogene lineare Polarisation überführt, wobei diese erste Halbwellenplatte so angeordnet ist, dass die Kristallachse um π/8 oder 22,5° relativ zum Azimutwinkel der Eintrittsebene des eintretenden kollimierten Lichts gedreht ist. By means of the first half-wave plate, this light is converted into an azimuthalhomogeneous linear polarization, wherein this first half-wave plate is arranged so that the crystal axis is rotated by π / 8 or 22.5 ° relative to the azimuth angle of the entrance plane of the incoming collimated light.
Gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten refraktiven Axikonoptiken weist die erfindungsgemäße reflektive Axikonoptik den Vorteil auf, dass sich die zulaufende Spitze des kegelförmigen inneren Axikons genauer, leichter und insbesondere mit einem geringeren Spitzendurchmesser fertigen lässt als die Spitze der kegelförmigen Ausnehmung mit der inneren Mantelfläche einer kegelförmigen Ausnehmung in einem bekannten refraktiven Axikon. Durch die Beschränkungen der bei der Ausformung dieser kegelförmigen Ausnehmung, beispielsweise mittels Diamantdrehen, verwendbaren Werkzeuge entsteht unvermeidbar eine Totzone um die optische Achse, in der die innere Mantelfläche gegenüber dem - - Compared to refractive axial optics known from the prior art, the reflective axicon optics according to the invention has the advantage that the tapered tip of the conical inner axicon can be manufactured more accurately, more easily and in particular with a smaller tip diameter than the tip of the conical recess with the inner circumferential surface of a conical Recess in a known refractive axicon. Due to the limitations of the tools which can be used in the shaping of this conical recess, for example by means of diamond turning, a dead zone inevitably arises around the optical axis, in which the inner circumferential surface is opposite the - -
Kegelwinkel abgeflacht oder abgerundet ist. Innerhalb dieser Totzone eingekoppeltes Licht geht somit für die Polarisationsdrehung verloren und wird größtenteils in Wärme und in Streulicht umgesetzt, die schwer oder nicht abgeführt werden kann. Conical angle is flattened or rounded. Thus, light injected within this deadband is lost for polarization rotation and is largely converted to heat and stray light that is difficult or impossible to dissipate.
Ein weiterer Vorteil der reflektiven Axikonoptik besteht darin, dass das eintretende Licht im Wesentlichen in Luft propagiert und nur an zwei hochreflektiven Grenzflächen, den mit den reflektierenden Beschichtungen versehenen Mantelflächen reflektiert wird. Somit lassen sich optische Verluste gegenüber der Propaga- tion in einem optisch dichten Medium wie Glasdes optisch dichten Mediums zur Luft in einer refraktiven Axikonoptik nach dem Stand der Technik vermindern. Damit erhöht sich auch, wegen der verminderten Absorption, die zerstörungsfrei durchlässige Lichtleistung. Die reflektive Axikonoptik ist daher besonders für die Polarisationsdrehung von Licht leistungsstarker und kurz- oder ultrakurz gepulster Laserquellen vorteilhaft. A further advantage of the reflective axicon optics is that the incoming light propagates essentially in air and is reflected only at two highly reflective boundary surfaces, the lateral surfaces provided with the reflective coatings. Thus, optical losses to propagation in an optically dense medium such as glass of the optically dense medium to air in refractive axial optics of the prior art can be reduced. This also increases, due to the reduced absorption, the non-destructive transmissive light output. The reflective axicon optics is therefore particularly advantageous for the polarization rotation of light of high-power and short-pulse or ultrashort pulsed laser sources.
Ein weiterer Vorteil der reflektiven Axikonoptik besteht darin, dass der Kegelwinkel des inneren Axikons unabhängig vom Grenzwinkel der Totalreflexion bei einem optisch dichten Medium wählbar ist. Somit kann die Geometrie der reflektiven Axikonoptik unabhängig vom Brechzahlunterschied zwischen dem optisch dichten Medium und dem Umgebungsmedium, und damit auch unabhängig von der Wellenlänge eingespeisten Lichts gestaltet werden. Bevorzugt kann der Kegelwinkel des inneren Axikons, und somit auch der Kegelwinkel des Hohlaxikons so gewählt werden, dass eine Fertigung besonders einfach möglich ist. Another advantage of the reflective axicon optics is that the cone angle of the inner axon is independent of the critical angle of total reflection in an optically dense medium selectable. Thus, the geometry of the reflective axicon optics can be designed independently of the refractive index difference between the optically dense medium and the surrounding medium, and thus also independently of the wavelength fed light. Preferably, the cone angle of the inner axicon, and thus the cone angle of the hollow axon can be chosen so that a production is particularly easy.
Ein weiterer Vorteil der reflektiven Axikonoptik besteht darin, dass hochreflektive Beschichtungen für einen breiten Wellenlängenbereich herstellbar sind und somit breiter einsetzbar sind als dispersionsbegrenzte refraktive Axikonoptiken nach dem Stand der Technik, bei denen zudem der Grenzwinkel der Totalreflexion für die Wahl des Kegelwinkels zu berücksichtigen ist. Beispielsweise ist es dadurch möglich, für einen Laser mit einer emittierten Grundwellenlänge denselben Pola- - - A further advantage of the reflective axicon optics is that highly reflective coatings can be produced for a wide wavelength range and thus can be used more widely than dispersion-limited refractive axial optics according to the prior art, in which the critical angle of total reflection for the choice of the cone angle has to be taken into account. For example, this makes it possible for a laser with an emitted fundamental wavelength to have the same polarity. - -
risationswandler einzusetzen wie für eine auf diesem Laser basierende frequenzverdoppelte Laserquelle. use as a laser-based frequency-doubled laser source.
Sehr kurze Laserpulse, beispielsweise Laserpulse mit einer Pulsdauer von höchstens 150 Femtosekunden, weisen sehr breite Spektren auf und werden demzufolge in transmissiven Optiken dispersionsbedingt verbreitert. Diese unerwünschte Pulsverlängerung wird bei der erfindungsgemäßen reflektiven Axikonoptik in vorteilhafter Weise vermieden, da der optische Pfad hier mit Ausnahme der Halteplatte überwiegend in Luft verläuft. Very short laser pulses, for example laser pulses with a pulse duration of at most 150 femtoseconds, have very broad spectra and are therefore widened in transmissive optics due to dispersion. This undesirable pulse extension is avoided in the inventive reflective axicon optics in an advantageous manner, since the optical path here, with the exception of the holding plate is predominantly in air.
Bei einer Ausführungsform eines Polarisationswandlers mit gepaarten Axikons ist auf einer der ersten Planfläche gegenüberliegenden zweiten Planfläche der Halteplatte der reflektiven Axikonoptik ein zweites Hohlaxikon gleich geformt und spiegelsymmetrisch zum ersten Hohlaxikon angeordnet. In diesem zweiten Hohlaxikon ist ein zweites inneres Axikon spiegelsymmetrisch zum ersten inneren Axikon angeordnet. An der Spitze der kegelstumpfförmigen Ausnehmung des zweiten Hohlaxikons ist mittig und somit konzentrisch zur optischen Achse eine Austrittsluke angeordnet. Die reflektierende Beschichtung und die Kegelwinkel der Axikons sind gleich gewählt. In one embodiment of a polarization converter with paired axons, a second hollow axicon is uniformly shaped and arranged mirror-symmetrically to the first hollow axicon on a second planar surface of the holding plate of the reflective axicon optical system opposite the first planar surface. In this second Hohlaxikon a second inner axicon is arranged mirror-symmetrically to the first inner axicon. At the top of the frusto-conical recess of the second hollow axon is arranged centrally and thus concentrically to the optical axis an exit hatch. The reflective coating and the cone angles of the axicon are the same.
Bei dieser Ausführungsform eines Polarisationswandlers tritt das Licht aus der reflektiven Axikonoptik mit gepaarten Axikons aus der zentrischen Austrittsluke des zweiten äußeren Hohlaxikons und somit in einem dicht um die optische Achse angeordneten Strahlprofil aus. Es ist in diesem Fall die Beschichtung der Mantelflächen der gepaarten Axikons so gewählt, dass eine Phasendifferenz von insgesamt Αφ = N■ π + π/2 beziehungsweise N■ 180° + 90° zwischen der schnellen und der langsamen Lichtausbreitungsrichtung bewirkt wird, wobei N eine positive ganze Zahl ist. Mit anderen Worten: die reflektierende Beschichtung der Mantelflächen bewirkt insgesamt eine Phasendifferenz von π/2 zuzüglich einem ganzzahligen Vielfachen von π. Mittels der nachgeordneten ersten Halbwellenplatte wird somit auch bei dieser Ausführungsform Licht mit azimutal-inhomogener linearer Polarisation erzeugt, wobei diese erste Halbwellenplatte auch bei dieser - - In this embodiment of a polarization converter, the light exits from the reflective axicon optics with paired axons from the central exit hatch of the second outer hollow axon and thus in a beam profile arranged close to the optical axis. In this case, the coating of the lateral surfaces of the paired axicon is chosen such that a phase difference of a total of Αφ = N ■ π + π / 2 or N ■ 180 ° + 90 ° between the fast and the slow light propagation direction is effected, where N is a is positive integer. In other words, the reflective coating of the lateral surfaces causes a total of a phase difference of π / 2 plus an integer multiple of π. By means of the downstream first half-wave plate, light with azimuthally inhomogeneous linear polarization is therefore also produced in this embodiment, wherein this first half-wave plate is also produced in this case - -
Ausführungsform so angeordnet ist, dass die Kristallachse um π/8 oder 22,5° relativ zum Azimutwinkel der Eintrittsebene des eintretenden kollimierten Lichts gedreht ist. Embodiment arranged so that the crystal axis is rotated by π / 8 or 22.5 ° relative to the azimuth angle of the entrance plane of the incoming collimated light.
Die an der Halteplatte gespiegelte Strahlführung eignet sich besonders für Laserlicht, das gebündelt mit hoher Energiedichte, beispielsweise zum Materialabtrag, verwendet werden soll. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass der Durchmesser des eintretenden kollimierten Lichtbündels bei Durchgang durch einen solchen Polarisationswandler mit gepaarten Axikons unverändert bleibt. Somit erfordert ein Einbau eines solchen Polarisationswandlers in den Strahlengang eines bestehenden optischen Systems keine Anpassung weiterer optischer Bauelemente. The mirrored to the support plate beam guide is particularly suitable for laser light, which is bundled with high energy density, for example, for material removal, to be used. Another advantage of this embodiment is that the diameter of the incoming collimated light beam remains unchanged as it passes through such paired axicon polarization converter. Thus, incorporation of such a polarization converter into the optical path of an existing optical system does not require adaptation of other optical components.
Ein derartiger gespiegelter Strahlverlauf ist auch mit einer gepaarten refraktiven Axikonoptik aus dem Stand der Technik erzielbar. In dieser Ausführungsform weist die reflektive Axikonoptik aber demgegenüber den zusätzlichen Vorteil einer besonders geringen optischen Totzone um die Kegelspitze der inneren Axikons auf. Dadurch wird der austretende Strahlverlauf in dem für diese Anwendungen besonders interessanten zentralen Bereich um die optische Achse hinsichtlich des Polarisationszustandes und der Strahldichte erheblich geringer beeinträchtigt und eine optische Totzone im zentralen Bereich um die optische Achse mit einem Duchmesser von weniger als 100 Mikrometern erzielt. Der Durchmesser der optischen Totzone ist bei einer refraktiven Axikonoptik wegen der bei der Herstellung der kegelförmig ausgenommenen inneren Mantelfläche unvermeidbaren Abstumpfung der Kegelspitze beträgt etwa 5 Millimeter und ist somit erheblich größer. Such a mirrored beam path can also be achieved with a paired refractive axial optics from the prior art. In contrast, in this embodiment, the reflective axicon optics has the additional advantage of a particularly small optical dead zone around the apex of the inner axicon. As a result, the emerging beam path in the central region around the optical axis, which is of particular interest for these applications, is considerably less affected with respect to the polarization state and the beam density, and a dead zone is achieved in the central region about the optical axis with a diameter of less than 100 micrometers. The diameter of the dead optical zone is in a refractive axicon optics because of the unavoidable in the production of the conical inner lateral surface blunting of the apex is about 5 millimeters and is thus considerably larger.
Bei einer Ausführungsform eines Polarisationswandlers ist austrittsseitig nach und parallel zur ersten Halbwellenplatte eine zweite Halbwellenplatte angeordnet. Mittels der zusätzlichen zweiten Halbwellenplatte wird nach der ersten Halbwellenplatte austretendes Licht mit azimutal-inhomogener linearer Polarisation in radial polarisiertes Licht transformiert, wobei die Kristallachse der zweiten Halbwellen- - - In one embodiment of a polarization converter, a second half-wave plate is arranged on the outlet side after and parallel to the first half-wave plate. By means of the additional second half-wave plate, light emerging after the first half-wave plate is transformed with azimuthal-inhomogeneous linear polarization into radially polarized light, wherein the crystal axis of the second half-wave - -
platte im Azimutwinkel der Eintrittsebene des eintretenden kollimierten Lichts zur optischen Achse angeordnet ist oder, anders ausgedrückt, in der austrittsseitig verlängerten Eintrittsebene des linear polarisierten Lichts liegt. Mit anderen Worten: bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Kristallachse der zweiten Halbwellenplatte um— π/8 beziehungsweise -22,5° relativ zur Kristallachse der ersten Halbwellenplatte gedreht, wobei ein negativer Drehwinkel einer Drehung entgegen dem mathematisch positivem Drehsinn und somit im Uhrzeigersinn entspricht. is disposed in the azimuth angle of the entrance plane of the incoming collimated light to the optical axis or, in other words, in the exit side elongated entrance plane of the linearly polarized light. In other words, in this embodiment of the invention, the crystal axis of the second half-wave plate is rotated by π / 8 or -22.5 ° relative to the crystal axis of the first half-wave plate, wherein a negative rotation angle corresponds to a rotation opposite to the mathematically positive direction of rotation and thus in a clockwise direction ,
Wenn die Kristallachse der zweiten Halbwelle in einer anderen Ausführungsform in einem Winkel von π/4 oder 45° relativ zum Azimutwinkel der Eintrittsebene des eintretenden kollimierten Lichts gedreht ist, wird dagegen austretendes Licht mit azimutaler Polarisation erzeugt. Mit anderen Worten: bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Kristallachse der zweiten Halbwellenplatte um π/8 beziehungsweise 22,5° relativ zur Kristallachse der ersten Halbwellenplatte gedreht, wobei ein positver Drehwinkel einer Drehung im mathematisch positiven Drehsinn und somit entgegen dem Uhrzeigersinn entspricht. In another embodiment, when the crystal axis of the second half-wave is rotated at an angle of π / 4 or 45 ° relative to the azimuth angle of the entrance plane of the incoming collimated light, escaping light with azimuthal polarization is generated. In other words, in this embodiment of the invention, the crystal axis of the second half-wave plate is rotated by π / 8 or 22.5 ° relative to the crystal axis of the first half-wave plate, wherein a positive rotation angle corresponds to a rotation in the mathematically positive direction of rotation and thus counterclockwise.
Somit kann durch Drehung der zweiten Halbwellenplatte um π/4 oder 45° zwischen radialer und azimutaler Polarisation am Ausgang des Polarisators gewechselt werden. Thus, by rotating the second half-wave plate by π / 4 or 45 ° between radial and azimuthal polarization at the output of the polarizer can be changed.
Bei einer Ausführungsform eines Polarisationswandlers ist die reflektierende Be- schichtung der Mantelflächen als hochref ektierende Beschichtung mit einer Re- flektivität von mindestens 99,7% ausgeführt. Dadurch wird ein besonders geringer Transmissionsverlust entlang des optischen Pfades durch die reflektierende Axi- konoptik erzielt und die absorbierte Strahlungsenergie, die in Wärme umgesetzt wird und abgeführt werden muss, vermindert. Dies ermöglicht die Verwendung des Polarisationswandlers auch für Laserquellen mit hoher abgegebener Strahlungsenergie im Dauerstrichbetrieb. Zudem wird die bei refraktiven Axikonopti- ken nach dem Stand der Technik wegen der Dispersion unvermeidbare Verbreiterung ultrakurzer Laserpulse vermieden. Damit ist die Verwendung eines erfin- - - In one embodiment of a polarization converter, the reflective coating of the lateral surfaces is designed as a highly reflective coating with a reflectivity of at least 99.7%. As a result, a particularly low transmission loss along the optical path is achieved by the reflective axial optics and the absorbed radiation energy, which is converted into heat and has to be dissipated, is reduced. This allows the use of the polarization converter for laser sources with high emitted radiation energy in the continuous wave mode. In addition, the broadening of ultrashort laser pulses which is unavoidable due to the dispersion of refractive axial optics according to the prior art is avoided. This is the use of an invented - -
dungsgemäßen Polarisationswandlers insbesondere für Verfahren und Vorrichtungen der Laserbearbeitung, beispielsweise zum Trennen, Bohren oder Schweißen von Werkstücken, ermöglicht, bei denen hohe Energiedichten erforderlich sind. Polarization converter according to the invention in particular for methods and apparatuses of laser processing, for example, for cutting, drilling or welding of workpieces, allows, where high energy densities are required.
Die hochreflektierende Beschichtung ist bevorzugt für Wellenlängen von 400 Na- nometer bis 1200 Nanometer, besonders bevorzugt für Wellenlängen von 1030 Nanometer bis 1070 Nanometer ausgeführt. Dies ermöglicht den Einsatz einer reflektiven Axikonoptik für verschiedene Anwendungen und Laserquellen, insbesondere auch für frequenzverdoppelte Laserquellen. Insbesondere ermöglicht dies einen modularisierten Aufbau von Polarisationswandlern, da die reflektierende Axikonoptik unabhängig von der Wellenlänge konstruiert werden kann und da auf die jeweilige Wellenlänge anzupassende Halbwellenplatten für viele Wellenlängen standardisiert verfügbar und in einem optischen System leicht austauschbar sind. The highly reflective coating is preferably designed for wavelengths from 400 nanometers to 1200 nanometers, particularly preferably for wavelengths from 1030 nanometers to 1070 nanometers. This allows the use of a reflective axicon optics for various applications and laser sources, especially for frequency doubled laser sources. In particular, this allows a modularized design of polarization transducers, since the reflective axicon optics can be constructed independently of the wavelength, and since half wave plates to be adapted to the respective wavelength are available in standardized fashion for many wavelengths and easily exchangeable in an optical system.
Bei einer Ausführungsform eines Polarisationswandlers ist die reflektive Axikonoptik einstückig ausgeführt, wobei die Axikons aus Quarzglas gefertigt und mit einer aus Quarzglas gefertigten Halteplatte verbunden werden. In vorteilhafter Weise ist damit eine besonders temperaturstabile reflektive Axikonoptik ermöglicht, die zerstörungsfrei eine große Strahlungsenergie, vorzugsweise eine Strahlungsenergie von über 7 Kilowatt, entsprechend einer Leistungsdichte von 10 Joule pro Quadratzentimeter, übertragen kann. In one embodiment of a polarization converter, the reflective axicon optic is made in one piece, wherein the axicon is made of quartz glass and connected to a retaining plate made of quartz glass. Advantageously, a particularly temperature-stable reflective axicon optics is thus made possible, which can transmit a large radiation energy, preferably a radiation energy of more than 7 kilowatts, corresponding to a power density of 10 joules per square centimeter, without destruction.
Bei einer Ausführungsform eines Polarisationswandlers ist die reflektive Axikonoptik in einer mit einem Kühlmittel kühlbaren Fassung gefasst. Dadurch ist eine verbesserte Entwärmung der Axikonoptik und damit eine zerstörungsfreie Übertragung großer Strahlungsenergien möglich. Diese Ausführungsform der Erfindung ist besonders vorteilhaft für den Einsatz in Laserbearbeitungsverfahren mit kurzgepulsten Lasern hoher Laserleistung. - - In one embodiment of a polarization converter, the reflective axicon optic is gripped in a version that can be cooled with a coolant. As a result, improved cooling of the axicon optics and thus a non-destructive transmission of large radiation energies is possible. This embodiment of the invention is particularly advantageous for use in laser processing methods with short-pulsed lasers of high laser power. - -
Eine Laseroptik umfasst einen Polarisationswandler mit einer reflektiven Axiko- noptik und eine eintrittsseitig zu dem Polarisationswandler angeordnete Laserquelle, wobei die Laserquelle zur Abgabe von zur optischen Achse des Polarisationswandlers kollimiertem zirkulär polarisiertem Laserlicht eingerichtet ist. Derartige Laserquellen umfassend einen Laser, welcher linear polarisiertes Licht emittiert, und eine im Strahlengang nachgeordnete Viertelwellenplatte, deren Kristallachse um π/4 oder 45° gegenüber der Polarisationsrichtung des vom Laser emittierten linear polarisierten Lichts gedreht ist, sind aus dem Stand der Technik bekannt. A laser optics comprises a polarization converter with a reflective axial optic and a laser source arranged on the input side to the polarization converter, wherein the laser source is set up to emit circularly polarized laser light collimated to the optical axis of the polarization converter. Such laser sources comprising a laser which emits linearly polarized light and a quarter wave plate arranged downstream in the beam path whose crystal axis is rotated by π / 4 or 45 ° with respect to the polarization direction of the linearly polarized light emitted by the laser are known from the prior art.
In einer Ausführungsform ist es auch möglich, eine Laserquelle zu verwenden, die für die Abgabe von zur optischen Achse des Polarisationswandlers kollimiertem linear polarisiertem Laserlicht eingerichtet ist. Bei dieser Ausführungsform wird eintrittsseitig am Polarisationswandler eine Viertelwellenplatte angeordnet, deren Kristallachse um π/4 oder 45° gegenüber der Polarisationsrichtung des Laserlichts gedreht ist. Bei dieser Ausführungsform ist es vorteilhaft, eine Vorrichtung zur um die optische Achse drehbaren, lösbar verbindbaren Aufnahme einer Viertelwellenplatte eintrittsseitig am Polarisationswandler anzuordnen. Derartige Aufnahmevorrichtungen für Viertelwellenplatten sind aus dem Stand der Technik bekannt. In one embodiment, it is also possible to use a laser source adapted for the output of collimated linearly polarized laser light to the optical axis of the polarization converter. In this embodiment, a quarter-wave plate is arranged on the input side of the polarization converter whose crystal axis is rotated by π / 4 or 45 ° with respect to the polarization direction of the laser light. In this embodiment, it is advantageous to arrange a device for the rotatable about the optical axis, releasably connectable recording a quarter wave plate on the inlet side of the polarization converter. Such recording devices for quarter-wave plates are known from the prior art.
Mittels des Polarisationswandlers wird Laserlicht der Laserquelle in radial oder azimutal polarisiertes Laserlicht transformiert und somit ein schnittrichtungsun- abhängiger Materialabtrag beim Auftreffen des radial oder azimutal polarisierten Laserlichts auf einem Werkstück ermöglicht. By means of the polarization converter, laser light of the laser source is transformed into radially or azimuthally polarized laser light and thus enables a material removal that is independent of the cutting direction when the radially or azimuthally polarized laser light impinges on a workpiece.
Hierbei ist die Kristallachse der ersten Halbwellenplatte um π/8 oder 22,5° relativ zum Azimutwinkel der Eintrittsebene des von der Laserquelle abgegebenen linear polarisierten Lichts gedreht. Die Kristallachse der zweiten Halbwellenplatte liegt für die Erzeugung von radial polarisiertem Licht im Azimutwinkel der Eintrittsebene. Für die Erzeugung von azimutal polarisiertem Licht ist die Kristallachse der zweiten Halbwellenplatte dagegen um π/4 oder 45° relativ zum Azimutwin- - - Here, the crystal axis of the first half-wave plate is rotated by π / 8 or 22.5 ° relative to the azimuth angle of the entrance plane of the linearly polarized light emitted from the laser source. The crystal axis of the second half-wave plate is at the azimuth angle of the entrance plane for the generation of radially polarized light. In contrast, for the generation of azimuthally polarized light, the crystal axis of the second half-wave plate is π / 4 or 45 ° relative to the azimuth angle. - -
kel der Eintrittsebene des von der Laserquelle abgegebenen linear polarisierten Lichts gedreht. Somit sind die Kristallachsen beider Halbwellenplatten gegeneinander um π/4 oder um— π/4 gedreht, wobei ein positives Vorzeichen des Drehwinkels eine Drehung im mathematisch positiven Drehsinn anzeigt. kel the input plane of the output from the laser source linearly polarized light. Thus, the crystal axes of both half-wave plates are mutually rotated by π / 4 or -π / 4, with a positive sign of the rotation angle indicates a rotation in the mathematically positive direction of rotation.
In vorteilhafter Weise ist eine solche Laseroptik für Laserbearbeitungsverfahren mit einer besonders hohen Bearbeitungsqualität geeignet. Such a laser optics is advantageously suitable for laser processing methods with a particularly high quality of processing.
Bei einer Ausführungsform einer Laseroptik ist austrittsseitig zum Polarisationswandler eine polarisationserhaltende Scanoptik angeordnet, die zum Schwenken eines zur optischen Achse des Polarisationswandlers kollimierten, vom Polarisationswandler austretenden Strahlenbündels entlang mindestens einer Scanrichtung eingerichtet ist. In one embodiment of a laser optics, a polarization-maintaining scanning optics is arranged on the exit side of the polarization converter, which is arranged to pivot along at least one scan direction a collimated beam emerging from the polarization converter to the optical axis of the polarization converter.
Bei einer Ausführungsform einer Laseroptik ist eintrittsseitig und/oder austrittsseitig zum Polarisationswandler ein Strahlformer zur Anpassung des Durchmessers des vom Polarisationswandler austretenden kollimierten Strahlenbündels an die polarisationserhaltende Scanoptik angeordnet. In vorteilhafter Weise kann damit ein Polarisationswandler für Scanoptiken mit verschiedenen Eingangsaperturen und/oder verschiedenen Schwenkbereichen angepasst werden. In one embodiment of a laser optics, a beam former for adjusting the diameter of the collimated beam emerging from the polarization converter to the polarization-maintaining scanning optics is arranged on the inlet side and / or outlet side of the polarization converter. In an advantageous manner, a polarization converter for scanning optics with different input apertures and / or different pivot ranges can thus be adapted.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Polarisationswandlers mit einer reflek- tiven Axikonoptik werden die hohlkegelstumpfförmige Ausnehmung des mindestens einen Hohlaxikons und das mindestens eine innere Axikon durch Diamantdrehen mit einer Winkelabweichung des Kegelwinkels von höchstens 0,01° und auf eine Oberflächenabweichung von höchstens einem Fresnelring bei 546 Na- nometer geformt, wobei eine Kegelspitze mit einem Spitzendurchmesser von höchstens 800 Mikrometern geformt wird. In a method for producing a polarization converter with a reflective axicon optic, the hollow truncated cone-shaped recess of the at least one hollow axicon and the at least one inner axicon are made by diamond turning with an angle deviation of the cone angle of at most 0.01 ° and a surface deviation of at most one Fresnel ring at 546 A nanometer shaped, wherein a cone tip is formed with a tip diameter of at most 800 microns.
Es ist auch möglich, die hohlkegelstumpfförmige Ausnehmung des mindestens einen Hohlaxikons und das mindestens eine innere Axikon durch Polieren auszuformen. Dabei werden die Polierbewegungen an einem Axikonkegel so gesteuert, - - It is also possible for the hollow truncated cone-shaped recess of the at least one hollow axicon and the at least one inner axicon to be formed by polishing. The polishing movements are controlled on an axial cone so - -
dass sie nicht über die Kegelspitze des Axikonkegels hinwegführen und eine Kegelspitze mit einem Spitzendurchmesser von höchstens 800 Mikrometern poliert wird. that they do not pass over the cone tip of the axicon cone and a cone tip with a tip diameter of at most 800 microns is polished.
Danach werden mittels Richtkitten die Axikons mit der Halteplatte zu einer einstückigen reflektierenden Axikonoptik dauerhaft verbunden, vorzugsweise verklebt. Diese einstückige reflektierende Axikonoptik wird mit der mindestens einen Halbwellenplatte in einer Fassung gefasst. Die Fassung kann eine Vorrichtung zur lösbaren Verbindung einer zweiten Halbwellenplatte am Austritt vorsehen. Thereafter, the axons are permanently connected by means of directional kitten with the holding plate to a one-piece reflective axicon optics, preferably glued. This one-piece reflective Axikonoptik is taken with the at least one half-wave plate in a socket. The socket may provide a device for detachably connecting a second half-wave plate to the outlet.
Dadurch ist es leicht möglich, mit einem Polarisationswandler ohne zweite Halbwellenplatte radial polarisiertes Licht zu erzeugen oder aber durch Anbau einer zweiten Halbwellenplatte azimutal polarisiertes Licht zu erzeugen. As a result, it is easily possible to generate radially polarized light with a polarization converter without a second half-wave plate or to generate azimuthally polarized light by mounting a second half-wave plate.
In vorteilhafter Weise ist es so möglich, die optische Totzone um die optische Achse, innerhalb der an dem mindestens einen inneren Axikon keine Reflexion erfolgt, zu verringern. Zudem wird durch das Verkitten der Axikons und der Halteplatte zu einer einstückigen reflektierenden Axikonoptik die Justage des Polarisationswandlers vereinfacht. Advantageously, it is thus possible to reduce the optical dead zone about the optical axis within which there is no reflection on the at least one inner axicon. In addition, the alignment of the polarization converter is simplified by the cementing of the axicon and the retaining plate to a one-piece reflective axicon optics.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Darin zeigen: Show:
Figur 1 schematisch einen Polarisationswandler mit refraktiver Axikonoptik nach dem Stand der Technik, 1 shows schematically a polarization converter with refractive axial optics according to the prior art,
Figur 2 schematisch die Transformation von Polarisationszuständen mittels Halbwellenplatten nach dem Stand der Technik, - - FIG. 2 schematically shows the transformation of polarization states by means of half-wave plates according to the prior art, - -
Figur 3 schematisch einen Polarisationswandler mit reflektierender 3 shows schematically a polarization converter with reflective
Axikonoptik zur Erzeugung eines ringförmigen Strahldichteprofils,  Axicon optics for generating an annular radiance profile,
Figur 4 schematisch einen Polarisationswandler mit reflektierender 4 shows schematically a polarization converter with reflective
Axikonoptik zur Erzeugung eines scheibenförmigen Strahldichteprofils sowie  Axicon optics for generating a disc-shaped radiance profile as well
Figur 5 schematisch eine Laseroptik mit einem gefassten Polarisationswandler. FIG. 5 shows schematically a laser optics with a polarization converter.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Figur 1 zeigt schematisch einen Polarisationswandler P mit einer refraktiven Axikonoptik 100 zur Veränderung des Polarisationszustandes von kollimiertem Licht. Die Axikonoptik 100 weist die äußere Form eines Kegelstumpfs mit einer äußeren Mantelfläche 100.2 auf, die rotationssymmetrisch zu einer optischen Achse X liegt. Der Kegelstumpf ist mit einer Planfläche 100.3 abgestumpft, die senkrecht zur optischen Achse X zum Eintritt E weist. Austrittsseitig der refraktiven Axikonoptik 100 ist eine erste Halbwellenplatte 5 angeordnet. FIG. 1 schematically shows a polarization converter P with a refractive axicon optical system 100 for changing the polarization state of collimated light. The axial optics 100 has the outer shape of a truncated cone with an outer lateral surface 100.2, which is rotationally symmetrical to an optical axis X. The truncated cone is truncated with a flat surface 100.3, which points perpendicular to the optical axis X to the inlet E. On the exit side of the refractive axial optics 100, a first half-wave plate 5 is arranged.
In die Axikonoptik 100 ist eine kegelförmige Ausnehmung mit einer inneren Mantelfläche 100.1 eingearbeitet. Der Öffnungswinkel der inneren Mantelfläche 100.1 und der Öffnungswinkel der äußeren Mantelfläche 100.2 stimmen überein und bilden den Kegelwinkel ß. Die senkrecht zur optischen Achse X zum Austritt A weisende Grundfläche 100.4 der Axikonoptik 100 ist somit ringförmig. In the axicon optics 100, a conical recess with an inner circumferential surface 100.1 is incorporated. The opening angle of the inner lateral surface 100.1 and the opening angle of the outer lateral surface 100.2 match and form the cone angle ß. The perpendicular to the optical axis X to the exit A facing base 100.4 of the axicon lens 100 is thus annular.
Ein Bündel zur optischen Achse X kollimierter Strahlen S tritt senkrecht zur Planfläche 100.3 ein und senkrecht zur ringförmigen Grundfläche 100.4 aus. Entlang des Strahlverlaufs in der Axikonoptik 100 treffen die Strahlen S unter dem Einfallswinkel a = 90°— ß /2 auf die Mantelflächen, wobei bei ausreichendem Un- - - A bundle to the optical axis X of collimated rays S enters perpendicular to the plane surface 100.3 and perpendicular to the annular base 100.4. Along the beam path in the axicon optics 100, the rays S impinge on the lateral surfaces at the angle of incidence a = 90 ° -β / 2, whereby if there is sufficient - -
terschied der Brechzahl n der Axikonoptik 100 gegenüber der Brechzahl nLUft = ldes umgebenden Mediums jeweils eine Totalreflexion erfolgt. Difference of the refractive index n of the axicon optics 100 relative to the refractive index n LU f t = the surrounding medium in each case a total reflection takes place.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass bei jeder der beiden Totalreflexionen ein Phasenunterschied 5 zwischen der senkrecht-polarisierten und der paral- lel-polarisierten Komponente von erzeugt wird. It is known from the prior art that in each of the two total reflections, a phase difference 5 between the perpendicular-polarized and the parallel-polarized component of is produced.
Somit kann ein gewünschter Phasenunterschied 5 durch Wahl des Kegelwinkels ß = 180°— 2a abhängig von der Brechzahl n des für die Axikonoptik 100 verwendeten Glases eingestellt werden. Thus, a desired phase difference 5 can be set by selecting the cone angle β = 180 ° -2a depending on the refractive index n of the glass used for the optical system 100.
Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise refraktive Axikonoptiken 100 für 5 = 45° bekannt, mit denen sich ein gesamter Phasenunterschied von 90° entlang des optischen Pfades durch die Axikonoptik 100 erzeugen lässt, wobei die Orientierung der Polarisation vom Azimutwinkel der Einfallsebene abhängig ist. Eine derartige refraktive Axikonoptik 100 wirkt somit als Viertelwellenplatte mit einer azimutwinkelabhängigen Polarisationsorientierung und ermöglicht, ein einfallendes kollimiertes achsnahes Bündel Lichta ringförmig austretendes Licht zu transformieren. Weist das einfallende Licht zirkuläre Polarisation PI auf, so weist das von der ersten Halbwellenplatte 5 austretende Licht azimutal inhomogene lineare Polarisation P2 auf. Refractive axial optics 100 for 5 = 45 ° are known from the prior art, for example, with which a total phase difference of 90 ° can be generated along the optical path through the axicon optical system 100, the orientation of the polarization being dependent on the azimuth angle of the plane of incidence. Such refractive axicon optics 100 thus acts as a quarter wave plate with an azimuth angle-dependent polarization orientation and makes it possible to transform an incident collimated bundle near the axis of light in an annular manner. If the incident light has circular polarization PI, the light emerging from the first half-wave plate 5 has azimuthally inhomogeneous linear polarization P2.
Wird das einfallende Licht mit zirkularer Polarisation PI aus linear polarisiertem Licht erzeugt, das durch eine um π/4 zur Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts gedrehte Viertelwellenplatte geleitet wird, so ist die Kristallachse - - If the incident light with circular polarization PI is generated from linearly polarized light which is passed through a quarter wave plate rotated by π / 4 to the polarization direction of the linearly polarized light, then the crystal axis is - -
der ersten Halbwellenplatte 5 gegenüber der Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts in einem Drehwinkel von π/8 gedreht anzuordnen. the first half-wave plate 5 to be arranged rotated relative to the polarization direction of the linearly polarized light in a rotation angle of π / 8.
Aus dem Stand der Technik ist auch bekannt, dass mittels der Axikonoptik 100 und der nachgeordneten ersten Halbwellenplatte 5 erzeugtes Licht mit einer azimutal-inhomogenen linearen Polarisation P2 mittels einer nachgeordneten zweiten Halbplatte 6 wahlweise in eine radiale Polarisation P3 oder in eine azimutale Polarisation P4transformierbar ist, wie in Figur 2 schematisch gezeigt. It is also known from the prior art that light generated by means of the axicon optical system 100 and the downstream first half-wave plate 5 with an azimuthally inhomogeneous linear polarization P2 can be selectively transformed into a radial polarization P3 or into an azimuthal polarization P4 by means of a downstream second half-plate 6, as shown schematically in Figure 2.
Zur Erzeugung einer radialen Polarisation P3 ist die Kristallachse der zweiten Halbwellenplatte 6 in Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts weisend anzuordnen. Mit anderen Worten: zur Erzeugung einer radialen Polarisation P3 ist die Kristallachse der zweiten Halbwellenplatte 6 gegenüber der Kristallachse der ersten Halbwellenplatte 5 um— π/8 gedreht, wobei das negative Vorzeichen eine Drehung entgegen dem mathematisch positiven Drehsinn anzeigt. To generate a radial polarization P3, the crystal axis of the second half-wave plate 6 is to be arranged pointing in the polarization direction of the linearly polarized light. In other words: to generate a radial polarization P3, the crystal axis of the second half-wave plate 6 is rotated by π / 8 relative to the crystal axis of the first half-wave plate 5, the negative sign indicating a rotation counter to the mathematically positive direction of rotation.
Zur Erzeugung einer azimutalen Polarisation P4 ist die die Kristallachse der zweiten Halbwellenplatte 6 um π/4 beziehungsweise 45° gegenüber der Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts gedreht anzuordnen. Mit anderen Worten: zur Erzeugung einer azimutalen Polarisation P4 ist die Kristallachse der zweiten Halbwellenplatte 6 gegenüber der Kristallachse der ersten Halbwellenplatte 5 um π/8 gedreht, wobei das positive Vorzeichen eine Drehung im mathematisch positiven Drehsinn anzeigt. To generate an azimuthal polarization P4, the crystal axis of the second half-wave plate 6 is to be rotated by π / 4 or 45 ° relative to the polarization direction of the linearly polarized light. In other words: to produce an azimuthal polarization P4, the crystal axis of the second half-wave plate 6 is rotated by π / 8 with respect to the crystal axis of the first half-wave plate 5, the positive sign indicating a rotation in the mathematically positive direction of rotation.
Figur 3 zeigt schematisch einen Polarisationswandler P mit einer erfindungsgemäßen reflektiven Axikonoptik 1 und eine nachgeordnete Halbwellenplatte 5. Die reflektive Axikonoptik 1 umfasst ein erstes äußeres Hohlaxikon 2 und ein darin koaxial zur optischen Achse X angeordnetes erstes inneres Axikon 3. FIG. 3 schematically shows a polarization converter P having a reflective axial optics 1 according to the invention and a downstream half-wave plate 5. The reflective axicon optic 1 comprises a first outer hollow axon 2 and a first inner axicon 3 arranged coaxially to the optical axis X.
Das Hohlaxikon 2 weist eine kegelstumpfförmige Ausnehmung mit einer Mantelfläche 2.1 auf, die in einem Kegelwinkel ß zusammenläuft. Am zulaufenden Ende der Mantelfläche 2.1 ist eine zentrische Eintrittsluke 2.2 angeordnet. Am gegen- - - The hollow axles 2 has a frustoconical recess with a lateral surface 2.1, which converges in a cone angle β. At the tapered end of the lateral surface 2.1 a centric inlet hatch 2.2 is arranged. At the opposite - -
überliegenden auseinanderlaufenden Ende der Mantelfläche 2.1 ist das Hohlaxi- kon 2 durch eine ringförmige Grundfläche 2.3 abgeschlossen. Overlying divergent end of the lateral surface 2.1 is the Hohlaxi- con- 2 closed by an annular base 2.3.
Das innere Axikon 3 ist als Kegel mit demselben Kegelwinkel ß geformt wie die kegelstumpfförmige Ausnehmung des Hohlaxikons 2 und weist eine Mantelfläche 3.1 und eine Grundfläche 3.3 auf. The inner axicon 3 is formed as a cone with the same cone angle ß as the frusto-conical recess of the hollow axon 2 and has a lateral surface 3.1 and a base 3.3.
Die Grundflächen 2.3, 3.3 der Axikons 2, 3 sind auf einer ihnen zugewandten ersten Planfläche 4.1 einer optisch durchlässigen Halteplatte 4 bündig und konzentrisch zur optischen Achse X befestigt, wobei die Mantelflächen 2.1, 3.1 beabstandet sind. Aufgrund des gleichen Kegelwinkels ß beider Axikons 2, 3 liegen dabei die Mantelflächen 2.1, 3.1 zueinander parallel und koaxial zur optischen Achse X. The base surfaces 2.3, 3.3 of the axons 2, 3 are mounted flush on a first planar surface 4.1 of an optically transparent support plate 4 and concentric with the optical axis X, the lateral surfaces 2.1, 3.1 being spaced apart. Because of the same cone angle β of both axons 2, 3, the lateral surfaces 2.1, 3.1 lie parallel to one another and coaxial to the optical axis X.
Jede der Mantelflächen 2.1, 3.1 ist mit einer hochreflektierenden Beschichtung HR versehen, die eine Reflektivität von mindestens 99,7% in einem Wellenlängenbereich von 250 Nanometer bis 2500 Nanometer, bevorzugt von Each of the lateral surfaces 2.1, 3.1 is provided with a highly reflective coating HR, which has a reflectivity of at least 99.7% in a wavelength range from 250 nanometers to 2500 nanometers, preferably from
400 Nanometer bis 1200 Nanometer aufweist. 400 nanometers to 1200 nanometers.
Die hochreflektierende Beschichtung HR wirkt polarisierend und weist eine schnelle Achse sowie eine langsame Achse auf. Bei jeder Reflexion an der hoch- reflektierenden Beschichtung HR wird eine Phasendifferenz zwischen der entlang der schnellen Achse ausgerichteten Komponente des reflektieren Lichts und der entlang der langsamen Achse ausgerichteten Komponente des reflektierten Lichts erzeugt. Derartige polarisierende hochref ektierende Beschichtungen HR sind aus dem Stand der Technik bekannt. Es ist auch bekannt, wie die Phasendifferenz zwischen der schnellen und der langsamen Achse durch Ausbildung der hochre- flektierenden Beschichtung HR, beispielsweise durch die Wahl der Beschich- tungsdicke, kontrolliert werden kann. The highly reflective coating HR has a polarizing effect and has a fast axis and a slow axis. Each reflection on the highly reflective coating HR produces a phase difference between the component of the reflected light aligned along the fast axis and the component of the reflected light aligned along the slow axis. Such polarizing highly reflective coatings HR are known from the prior art. It is also known how the phase difference between the fast and the slow axis can be controlled by forming the highly reflective coating HR, for example by choosing the coating thickness.
Zudem ist die hochreflektierende Beschichtung HR so ausgebildet, dass sie in Abhängigkeit von dem Kegelwinkel ß beider Axikons 2, 3 bei Reflexionen an den - - In addition, the highly reflective coating HR is designed so that it depends on the cone angle ß of both axons 2, 3 in reflections to the - -
Mantelflächen 2.1 , 3.1 der Axikons 2, 3 eine Phasendifferenz von insgesamt Αφ = N■ π + π/2 beziehungsweise N■ 180° + 90° zwischen der schnellen und der langsamen Lichtausbreitungsrichtung bewirkt wird, wobei N eine positive ganze Zahl ist, die die Anzahl der Reflexionen an jeweils einer Mantelfläche 2.1 , 3.1 beschreibt. Lateral surfaces 2.1, 3.1 of the axons 2, 3 a phase difference of a total of Αφ = N ■ π + π / 2 or N ■ 180 ° + 90 ° between the fast and the slow light propagation direction is effected, where N is a positive integer, the Number of reflections on each of a lateral surface 2.1, 3.1 describes.
Somit wirkt die reflektive Axikonoptik 1 als eine Viertelwellenplatte mit einer azimutwinkelabhängigen Polarisationsorientierung und ermöglicht, ein einfallendes kollimiertes achsnahes Bündel Licht mit zirkularer Polarisation PI in ringförmig austretendes Licht zu transformieren. Die zwischen den Grundflächen 2.3, 3.3 der Axikons 2, 3 verbleibende, zur optischen Achse X konzentrische Ringf äche bildet die Austrittsluke für diese Ausführungsform einer reflektiven Axikonoptik 1. Thus, the reflective axicon optic 1 functions as a quarter-wavelength plate with azimuth angle-dependent polarization orientation and makes it possible to transform an incident collimated near-axis bundle of light having circular polarization PI into annular emergent light. The annular surface remaining between the base surfaces 2.3, 3.3 of the axons 2, 3 and concentric with the optical axis X forms the exit hatch for this embodiment of a reflective axicon optical system 1.
Durch die nachgeschaltete Halbwellenplatte 5 wird eine azimutal inhomogene lineare Polarisation P2 erzeugt. In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine weitere, hier nicht näher dargestellte zweite Halbwellenplatte 6 nachgeschaltet, mit der die azimutal inhomogene lineare Polarisation P2 in eine radiale Polarisation P3 oder in eine azimutale Polarisation P4 überführbar ist. By the downstream half-wave plate 5 an azimuthally inhomogeneous linear polarization P2 is generated. In one embodiment of the invention, a further, not shown here second half-wave plate 6 is connected downstream, with which the azimuthally inhomogeneous linear polarization P2 in a radial polarization P3 or in an azimuthal polarization P4 can be transferred.
Gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten refraktiven Axikonoptik 100 weist die erfindungsgemäße reflektive Axikonoptik 1 den Vorteil auf, dass sich die zulaufende Spitze des kegelförmigen inneren Axikons 3 genauer, leichter und insbesondere mit einem geringeren Spitzendurchmesser fertigen lässt als die Spitze der kegelförmigen Ausnehmung mit der inneren Mantelfläche 100.1 in der refraktiven Axikonoptik 100. Durch die Beschränkungen der beim Diamantdrehen dieser kegelförmigen Ausnehmung verwendbaren Werkzeuge entsteht unvermeidbar eine Totzone um die optische Achse X, in der die innere Mantelfläche 100.1 gegenüber dem Kegelwinkel ß abgeflacht oder abgerundet ist. Innerhalb dieser Totzone eingekoppeltes Licht geht somit für die Polarisationsdrehung verloren und wird größtenteils in Wärme umgesetzt, die schwer oder nicht abgeführt werden kann. - - Compared to the known from the prior art refractive axicon optics 100, the inventive reflective axicon optics 1 has the advantage that the tapered tip of the conical inner axicon 3 can be made more accurate, lighter and in particular with a smaller tip diameter than the tip of the conical recess with the Inner circumferential surface 100.1 in the refractive axial optics 100. Due to the limitations of the tools that can be used during diamond turning of this conical recess, a dead zone inevitably arises around the optical axis X, in which the inner lateral surface 100.1 is flattened or rounded off from the cone angle β. Thus, light injected within this dead zone is lost for polarization rotation and is largely converted to heat that is difficult or impossible to dissipate. - -
Ein weiterer Vorteil der refiektiven Axikonoptik 1 besteht darin, dass das eintretende Licht im Wesentlichen in Luft propagiert und nur an zwei hochreflektiven Grenzflächen, den mit den reflektierenden Beschichtungen HR versehenen Mantelflächen 2.1, 3.1, reflektiert wird. Somit lassen sich optische Verluste gegenüber der Propagation in Glas und der Totalreflexion an der Grenzfläche Glas - Luft in einer refraktiven Axikonoptik 100 nach dem Stand der Technik vermindern. Damit erhöht sich auch, wegen der verminderten Absorption, die zerstörungsfrei durchlässige Lichtleistung. Die reflektive Axikonoptik ist daher besonders für die Polarisationsdrehung von Licht leistungsstarker, kurz- oder ultrakurz gepulster Laserquellen vorteilhaft. Another advantage of the refiective axicon optics 1 is that the incoming light propagates essentially in air and is reflected only at two highly reflective boundary surfaces, the lateral surfaces 2.1, 3.1 provided with the reflective coatings HR. Thus, optical losses to glass propagation and total internal reflection at the glass to air interface in a prior art refractive axial optic 100 can be reduced. This also increases, due to the reduced absorption, the non-destructive transmissive light output. The reflective axicon optics is therefore particularly advantageous for the polarization rotation of high-power, short-pulse or ultrashort-pulsed laser sources.
Ein weiterer Vorteil der refiektiven Axikonoptik 1 besteht darin, dass hochref ek- tive Beschichtungen HR für einen breiten Wellenlängenbereich herstellbar sind und somit breiter einsetzbar sind als dispersionsbegrenzte refraktive Axikonopti- ken 100 nach dem Stand der Technik. Beispielsweise ist es dadurch möglich, für einen Laser mit einer emittierten Grundwellenlänge denselben Polarisationswandler P einzusetzen wie für eine auf diesem Laser basierende frequenzverdoppelte Laserquelle. A further advantage of the refiective axicon optics 1 is that highly reflective coatings HR can be produced for a broad wavelength range and thus can be used for a wider range than dispersion-limited refractive axicon optics 100 according to the prior art. For example, this makes it possible to use the same polarization converter P for a laser with an emitted fundamental wavelength as for a frequency-doubled laser source based on this laser.
Sehr kurze Laserpulse, beispielsweise Laserpulse mit einer Pulsdauer vonhöchs- tens 150 Femtosekunden, weisen sehr breite Spektren auf und werden demzufolge in transmissiven Optiken dispersionsbedingt verbreitert. Diese unerwünschte Pulsverlängerung wird bei der erfindungsgemäßen refiektiven Axikonoptik 1 in vorteilhafter Weise vermieden, da der optische Pfad hier mit Ausnahme der Halteplatte 4 überwiegend in Luft verläuft. Very short laser pulses, for example laser pulses with a pulse duration of at most 150 femtoseconds, have very broad spectra and are therefore widened in transmissive optics due to dispersion. This undesired pulse extension is advantageously avoided in the refractive axial optics 1 according to the invention, since the optical path here, with the exception of the retaining plate 4, extends predominantly in air.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer refiektiven Axikonoptik 1 mit gepaarten Axikons, bei der ein erstes und ein gleich ausgebildetes zweites Hohlaxikon 2, 2' sowie ein erstes und ein gleich ausgebildete zweites inneres Axikon 3, 3' entlang der optischen Achse X jeweils einander gegenüberliegend auf der Halteplatte 4 angeordnet sind. - - 4 shows a further embodiment of the invention with a refiective axicon optics 1 with paired axons, in which a first and an identically formed second hollow axles 2, 2 'and a first and an identically formed second inner axicon 3, 3' along the optical axis X are each arranged opposite one another on the holding plate 4. - -
Entlang des Verlaufs der Strahlen S durch diese Ausführungsform der reflektiven Axikonoptik 1 erfolgt an jeder der mit einer hochreflektierenden Beschich- tung HR beschichteten Mantelflächen 3.1 , 2.1 , 2' .1 , 3 ' .1 mindestens je eine Reflexion, die jeweils einen Phasenunterschied zwischen der senkrecht-polarisierten und der parallel-polarisierten Komponente erzeugt. Along the path of the rays S through this embodiment of the reflective axicon optics 1, at least one reflection takes place at each of the lateral surfaces 3.1, 2.1, 2 '.1, 3' .1 coated with a highly reflective coating HR, each of which has a phase difference between the two produced perpendicular-polarized and the parallel-polarized component.
Die hochreflektierende Beschichtung HR ist so ausgebildet, dass sie in Abhängigkeit von dem Kegelwinkel ß der Axikons 2, 2', 3, 3 ' bei Reflexionen an deren Mantelflächen 2.1 , 2' . l , 3.1 , 3 ' . l eine Phasendifferenz von insgesamt Αφ = N■ π + π/2 beziehungsweise N■ 180° + 90° zwischen der schnellen und der langsamen Lichtausbreitungsrichtung bewirkt wird, wobei N eine positive ganze Zahl ist, die die Anzahl der Reflexionen an jeweils einer Mantelfläche 2.1 , 2'.1 , 3.1 , 3 ' .1 beschreibt. The highly reflective coating HR is designed so that it depends on the cone angle ß of the axicon 2, 2 ', 3, 3' in reflections on the lateral surfaces 2.1, 2 '. l, 3.1, 3 '. l a phase difference of a total of Αφ = N ■ π + π / 2 or N ■ 180 ° + 90 ° between the fast and the slow light propagation direction is effected, where N is a positive integer, the number of reflections on each of a lateral surface 2.1 , 2'.1, 3.1, 3 '.1 describes.
Somit wirkt die reflektive Axikonoptik 1 als eine Viertelwellenplatte mit einer azimutwinkelabhängigen Polarisationsorientierung und ermöglicht zusammen mit der nachgeschalteten Halbwellenplatte 5, ein einfallendes kollimiertes achsnahes Bündel Licht mit zirkularer Polarisation PI in austretendes Licht mit azimutalinhomogener linearer Polarisation P2 zu transformieren. Thus, the reflective axicon optics 1 acts as a quarter-wavelength plate with an azimuth angle-dependent polarization orientation and, together with the downstream half-wave plate 5, allows an incident collimated near-axis bundle to transform light with circular polarization PI into emergent light with azimuthally homogeneous linear polarization P2.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine weitere, hier nicht näher dargestellte zweite Halbwellenplatte 6 nachgeschaltet, mit der die azimutalinhomogener linearer Polarisation P2 in eine radiale Polarisation P3 oder in eine azimutale Polarisation P4 überführbar ist. In one embodiment of the invention, a further, not shown here second half-wave plate 6 is connected downstream, with which the azimuthalhomogener linear polarization P2 in a radial polarization P3 or in an azimuthal polarization P4 can be transferred.
Im Unterschied zur der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung tritt das Licht aus der reflektiven Axikonoptik 1 mit gepaarten Axikons aus einer zentral angeordneten Austrittsluke 2 ' .2 des zweiten äußeren Hohlaxikons 2' und somit in einem dicht um die optische Achse X angeordneten Strahlprofil aus. - - In contrast to the embodiment of the invention shown in FIG. 3, the light from the reflective axicon optics 1 with paired axons emerges from a centrally arranged exit hatch 2 '.2 of the second outer hollow axon 2' and thus in a beam profile arranged close to the optical axis X. , - -
Ein derartiger gespiegelter Strahlverlauf ist auch mit einer gepaarten refraktiven Axikonoptik 100 aus dem Stand der Technik erzielbar. In dieser Ausführungsform weist die reflektive Axikonoptik 1 demgegenüber den zusätzlichen Vorteil einer besonders geringen optischen Totzone um die Kegelspitze der inneren Axikons 3, 3 ' auf. Dadurch wird der austretende Strahlverlauf in dem für diese Anwendungen besonders interessanten zentralen Bereich um die optische Achse X hinsichtlich des Polarisationszustandes und der Strahldichte erheblich geringer beeinträchtigt. Die optische Totzone im zentralen Bereich um die optische Achse X ist bei einer refraktiven Axikonoptik 100 wegen der bei der Herstellung der kegelförmig ausgenommenen inneren Mantelfläche 100.1 unvermeidbaren Abstumpfung der Kegelspitze größer. Such a mirrored beam path can also be achieved with a paired refractive axial optics 100 from the prior art. In contrast, in this embodiment, the reflective axicon optics 1 has the additional advantage of a particularly small dead zone around the conical tip of the inner axons 3, 3 '. As a result, the emerging beam path in the central region, which is particularly interesting for these applications, about the optical axis X is considerably less affected with regard to the polarization state and the beam density. The optical dead zone in the central region about the optical axis X is greater in a refractive axial optics 100 because of the unavoidable blunting of the conical tip during the production of the cone-shaped recessed inner lateral surface 100.1.
Figur 5 zeigt schematisch eine Laserbearbeitungsanlage mit einem Polarisationswandler P mit einer gefassten reflektiven Axikonoptik 1 in der Ausführungsform als gepaarte Axikonoptik. Beidseits der Halteplatte 4 aus optisch transparenten Material sind jeweils spiegelsymmetrisch zwei innere Axikons 3, 3' und zwei äußere Axikons 2, 2' jeweils mit der Grundfläche 2.3, 2'.3, 3.3, 3'.3 zur Halteplatte 4 weisend angeordnet, wobei ein inneres Axikon 3, 3' jeweils konzentrisch zur optischen Achse X in der kegelstumpfförmigen Ausnehmung des äußeren Axikons 2, 2' angeordnet ist. Alle Axikons 2, 2', 3, 3' weisen gleiche Kegelwinkel ß auf. Die zentrischen Öffnungen der äußeren Axikons 2, 2' wirken als Eintrittsluke 2.2 beziehungsweise als Austrittsluke 2'.2 FIG. 5 schematically shows a laser processing system with a polarization converter P with a mounted reflective axicon optical system 1 in the embodiment as a paired axicon optical system. On both sides of the holding plate 4 of optically transparent material are each mirror-symmetrically arranged two inner axons 3, 3 'and two outer axons 2, 2' each with the base 2.3, 2'.3, 3.3, 3'.3 to the holding plate 4, wherein an inner axicon 3, 3 'in each case concentric with the optical axis X in the frusto-conical recess of the outer axicon 2, 2' is arranged. All axons 2, 2 ', 3, 3' have the same cone angle ß. The central openings of the outer axons 2, 2 'act as entrance hatch 2.2 and exit hatch 2'.2, respectively
In die Eintrittsluke 2.2 wird zur optischen Achse X kollimiertes, linear polarisiertes Licht aus einer Laserquelle 8 eingekoppelt. Eintrittsseitig ist am Polarisationswandler P eine Viertelwellenplatte 11 angeordnet, deren Kristallachse um π/4 oder 45° gegenüber der Polarisationsrichtung des Laserlichts gedreht ist. Die Viertelwellenplatte 11 kann mittels einer nicht näher dargestellten Haltevorrichtung befestigt sein, die eine Drehung der Viertelwellenplatte 11 um die optische Achse X ermöglicht. Das hinter der Viertelwellenplatte 11 in das eintrittsseitige Hohlaxikon 2 eingekoppelte Licht weist eine zirkuläre Polarisation PI auf. Aus der Austrittsluke 2 '.2 des austrittsseitigen äußeren Axikons 2' tritt kollimiertes - - In the entrance hatch 2.2 collimated, linearly polarized light from a laser source 8 is coupled to the optical axis X. On the inlet side of the polarization converter P is a quarter wave plate 11 is arranged, whose crystal axis is rotated by π / 4 or 45 ° relative to the polarization direction of the laser light. The quarter-wave plate 11 may be secured by means of a holding device, not shown, which allows rotation of the quarter-wave plate 11 about the optical axis X. The light coupled behind the quarter wave plate 11 into the entrance side hollow axles 2 has a circular polarization PI. From the exit hatch 2 '.2 of the exit-side outer axicon 2' occurs collimated - -
Licht achsnahaus und wird von einer ersten Halbwellenplatte 5 in azimutalinhomogene lineare Polarisation P2 radiale Polarisation P3 und weiter von einer zweiten Halbwellenplatte 6 in azimutale Polarisation P4 überführt, wobei die Kristallachse der ersten Halbwellenplatte 5 um π/8 beziehungsweise 22,5° gegenüber der Polarisationsrichtung des von der Laserquelle 8 emittierten linear polarisierten Laserlichts gedreht ist. Light achsnahaus and is converted by a first half-wave plate 5 in azimuthalhomogene linear polarization P2 radial polarization P3 and further from a second half-wave plate 6 in azimuthal polarization P4, wherein the crystal axis of the first half-wave plate 5 by π / 8 or 22.5 ° relative to the polarization direction of is rotated by the laser source 8 emitted linearly polarized laser light.
Mittels der nachgeordneten zweiten Halbwellenplatte 6 wird dieses azimutalinhomogen linear polarisierte Licht weiter in Licht transformiert, das eine radiale Polarisation P3 oder eine azimutale Polarisation P4 aufweist. Zur Erzeugung radialer Polarisation P3 ist die Kristallachse der zweiten Halbwellenplatte 6 in Polarisationsrichtung des von der Laserquelle 8 emittierten linear polarisierten Laserlichts ausgerichtet und somit um— π/8 gegenüber der Kristallachse der ersten Halbwellenplatte 5 gedreht. Zur Erzeugung azimutaler Polarisation P4 ist die Kristallachse der zweiten Halbwellenplatte 6 um π/4 gegenüber der Polarisationsrichtung des von der Laserquelle 8 emittierten linear polarisierten Laserlichts gedreht und somit um π/8 gegenüber der Kristallachse der ersten Halbwellenplatte 5 gedreht. By means of the downstream second half-wave plate 6, this azimuthally homogeneous linearly polarized light is further transformed into light having a radial polarization P3 or an azimuthal polarization P4. For generating radial polarization P3, the crystal axis of the second half-wave plate 6 is aligned in the direction of polarization of the linearly polarized laser light emitted by the laser source 8 and thus rotated by π / 8 with respect to the crystal axis of the first half-wave plate 5. To generate azimuthal polarization P4, the crystal axis of the second half-wave plate 6 is rotated by π / 4 with respect to the polarization direction of the linearly polarized laser light emitted by the laser source 8 and thus rotated by π / 8 with respect to the crystal axis of the first half-wave plate 5.
Das aus dem Polarisationswandler P austretende, azimutal polarisierte Licht wird von einer polarisationserhaltenden Scanoptik 10 auf ein Werkstück W gelenkt. Im Strahlengang zwischen dem Austritt A des Polarisationswandlers P und der Scanoptik 10 ist ein Strahlformer 9 angeordnet, mit dem der Strahldurchmesser des aus dem Polarisationswandler P austretenden Strahls an die Scanoptik 10 an- gepasst werden kann. In einer anderen Ausführungsform einer Laserbearbeitungsanlage ist ein alternativer oder ein zusätzlicher Strahlformer in den Strahlengang zwischen der Laserquelle 8 und dem Eintritt E des Polarisationswandlers P angeordnet. The azimuthally polarized light emerging from the polarization converter P is directed onto a workpiece W by a polarization-maintaining scanning optics 10. In the beam path between the outlet A of the polarization converter P and the scanning optics 10, a beam shaper 9 is arranged, with which the beam diameter of the emerging from the polarization converter P beam can be adapted to the scanning optics 10. In another embodiment of a laser processing system, an alternative or an additional beam shaper is arranged in the beam path between the laser source 8 and the entrance E of the polarization converter P.
Die reflektierende Axikonoptik 1 und die Halbwellenplatten 5, 6 sind in einer rohrartigen Fassung 7 gehalten, die auf ihrer Außenfläche Kühlrippen 7.1 aufweist. Die Kühlrippen 7.1 können hohl ausgebildet und von einer Kühlflüssigkeit - - The reflective Axikonoptik 1 and the half-wave plates 5, 6 are held in a tubular socket 7, which has on its outer surface cooling ribs 7.1. The cooling fins 7.1 can be hollow and of a cooling liquid - -
durchströmbar sein. Es ist auch möglich, eine mit Luft kühlbare Rippenstruktur aus Kühlrippen 7.1 auszubilden. Mit den Kühlrippen 7.1 ist ein verbesserter Abtransport von Wärme gewährleistet, die durch optische Verluste bei der Reflexion an den Beschichtungen HR sowie bei der Transmission durch die Halteplatte 4 und die Halbwellenplatten 5, 6 entsteht. Dadurch ist es möglich, auch für eine Bearbeitung von Werkstücken W geeignetes Licht gepulster Laserquellen 8 mit hoher Energie zerstörungsfrei durch den Polarisationswandler P zu leiten und in eine für die Materialbearbeitung besonders vorteilhafte radiale oder azimutale Polarisation P3, P4 zu transformieren. be flowed through. It is also possible to form an air-cooled rib structure of cooling fins 7.1. With the cooling fins 7.1 an improved removal of heat is ensured, which results from optical losses in the reflection of the coatings HR and in the transmission through the support plate 4 and the half-wave plates 5, 6. As a result, it is possible to guide light of pulsed laser sources 8, which is suitable for machining workpieces W, through the polarization converter P in a non-destructive manner and to transform it into a radial or azimuthal polarization P3, P4 which is particularly advantageous for material processing.
Mittels der Fassung 7 und der Halteplatte 4 sind polarisationsändernd wirksame Bauelemente des Polarisationswandlers P, insbesondere die reflektierende Axiko- noptik 1 und die Halbwellenplatten 5, 6, zueinander fixiert. In vorteilhafter Weise ist damit ein Polarisationswandler P besonders einfach, insbesondere mit geringem Justageaufwand, in eine Laserbearbeitungsanlage integrierbar. By means of the holder 7 and the holding plate 4 polarization-changing effective components of the polarization converter P, in particular the reflective Axiko- noptik 1 and the half-wave plates 5, 6, fixed to each other. Advantageously, a polarization converter P is thus particularly easy to integrate into a laser processing system, in particular with low adjustment effort.
Es ist auch möglich, die zweite Halbwellenplatte 6 außerhalb der Fassung 7 und mit dieser lösbar verbindbar anzuordnen. Die zweite Halbwellenplatte 6 kann drehbar und in festen Winkelschritten arretierbar angeordnet sein. Dadurch ist es möglich, einen Polarisationswandler P sowohl für die Erzeugung radial polarisierten Lichts als auch für die Erzeugung azimutal polarisierten Lichts vorzusehen. It is also possible to arrange the second half-wave plate 6 outside the socket 7 and with this releasably connectable. The second half-wave plate 6 can be arranged to be rotatable and lockable in fixed angular steps. Thereby, it is possible to provide a polarization converter P for both the generation of radially polarized light and for the generation of azimuthally polarized light.
- - - -
BEZUGSZEICHENLISTE LIST OF REFERENCE NUMBERS
I reflektive AxikonoptikI reflective axicon optics
, 2' Hohlaxikon, Axikon , 2 'hollow axicon, axicon
.1,2' .1 kegelstumpfförmige Ausnehmung, Mantelfläche .2 Eintrittsluke  .1,2 '.1 frustoconical recess, lateral surface .2 entrance hatch
'.2 Austrittsluke  '.2 exit hatch
2.3, 2'.3 Grundfläche  2.3, 2'.3 footprint
3, 3' inneres Axikon, Axikon  3, 3 'inner axicon, axicon
3.1, 3 '.1 Mantelfläche 3.1, 3 '.1 lateral surface
3.3, 3 '.3 Grundfläche  3.3, 3 '.3 footprint
4 Halteplatte  4 retaining plate
4.1 erste Planfläche  4.1 first plane surface
4.2 zweite Planfläche  4.2 second plane surface
5 erste Halbwellenplatte  5 first half-wave plate
6 zweite Halbwellenplatte  6 second half-wave plate
7 Fassung  7 version
7.1 Kühlrippen  7.1 Cooling ribs
8 Laserquelle  8 laser source
9 Strahlformer  9 beam former
10 Scanoptik  10 scan optics
I I Viertelwellenplatte  I I quarter wave plate
100 refraktive Axikonoptik 100 refractive axicon optics
100.1 innere Mantelfäche, kegelförmige Ausnehmung 100.1 Inner sheath area, conical recess
100.2 äußere Mantelfläche 100.2 outer lateral surface
100.3 Planfläche  100.3 plane surface
100.4 Grundfläche - - 100.4 base area - -
A Austritt A exit
E Eintritt  E entry
HR reflektierende Beschichtung  HR reflective coating
P Polarisationswandler  P polarization converter
PI zirkuläre Polarisation  PI circular polarization
P2 azimutal-inhomogene lineare Polarisation P2 azimuthally inhomogeneous linear polarization
P3 radiale Polarisation P3 radial polarization
P4 azimutale Polarisation  P4 azimuthal polarization
S Strahl  S beam
w Werkstück w workpiece
X optische Achse  X optical axis
a Einfallswinkel a angle of incidence
ß Kegelwinkel ß cone angle

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT APPLICATIONS
1. Polarisationswandler (P) umfassend 1. Polarization converter (P) comprising
eine reflektive Axikonoptik (1) mit  a reflective axicon optic (1) with
einem ersten Hohlaxikon (2) mit einer geraden kegelstumpfförmigen Ausnehmung (2.1) und  a first hollow axon (2) with a straight frusto - conical recess (2.1) and
einem konzentrisch darin und zu einer optischen Achse (X) angeordneten ersten inneren Axikon (3), wobei die kegelförmige Ausnehmung (2.1) und das innere Axikon (3) einen gleichen Kegelwinkel (/?) aufweisen und auf den beabstandeten Mantelflächen (2.1, 3.1) mit einer polarisationsrich- tungsabhängig reflektierenden Beschichtung (HR) versehen sind sowie mit einer optisch durchlässigen, senkrecht zur optischen Achse (X) angeordneten Halteplatte (4) mit einer ersten Planfläche (4.1), auf der die Grundflächen (2.3, 3.3) der Axikons (2, 3) bündig angeordnet sind, wobei an der Spitze der kegelstumpfförmigen Ausnehmung (2.1) konzentrisch zur optischen Achse (X) eine Eintrittsluke (2.2) angeordnet ist,  a first inner axicon (3) arranged concentrically therein and with respect to an optical axis (X), wherein the conical recess (2.1) and the inner axicon (3) have the same cone angle (/) and are arranged on the spaced lateral surfaces (2.1, 3.1 ) are provided with a polarization direction-dependent reflecting coating (HR) and with an optically transparent, perpendicular to the optical axis (X) arranged holding plate (4) with a first plane surface (4.1) on which the base surfaces (2.3, 3.3) of the axicon (2, 3) are arranged flush, wherein at the top of the frusto-conical recess (2.1) concentric with the optical axis (X) an entrance hatch (2.2) is arranged,
eine austrittsseitig von der reflektiven Axikonoptik (1) senkrecht zur optischen Achse (X) angeordnete erste Halbwellenplatte (5),  a first half-wave plate (5) arranged at the exit side of the reflective axial optics (1) perpendicular to the optical axis (X),
wobei die reflektierende Beschichtung (HR) so gewählt ist, dass bei einem zur optischen Achse (X) kollimiert eintretenden Strahl (S) durch mindestens eine Reflexion an jeder Mantelfläche (2.1, 3.1) der Axikons (2, 3) austrittsseitig eine Phasendifferenz von insgesamt Αφ = N■ π + π/2 zwischen der schnellen und der langsamen Lichtausbreitungsrichtung bewirkt wird, wobei N · π ein ganzzahliges Vielfaches von π angibt. wherein the reflective coating (HR) is chosen so that at a collimated to the optical axis (X) entering beam (S) by at least one reflection on each lateral surface (2.1, 3.1) of the axicon (2, 3) on the outlet side, a phase difference of Αφ = N ■ π + π / 2 between the fast and the slow light propagation directions, where N · π indicates an integer multiple of π.
2. Polarisationswandler (P) nach Anspruch 1, zusätzlich umfassend eine austrittsseitig von der ersten Halbwellenplatte (5) angeordnete zweite Halbwellenplatte (6), wobei die Kristallachse der zweiten Halbwellenplatte (6) relativ zur Kristallachse der ersten Halbwellenplatte (5) um einen Drehwinkel von — π/8 oder um einen Drehwinkel von π/8 gedreht ist. 2. polarization converter (P) according to claim 1, additionally comprising a second half-wave plate (6) arranged on the outlet side of the first half-wave plate (5), wherein the crystal axis of the second half-wave plate (6) relative to the crystal axis of the first half-wave plate (5) by a rotation angle of - π / 8 or rotated by a rotation angle of π / 8.
3. Polarisationswandler (P) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der ersten Planfläche (4.1) gegenüberliegenden zweiten Planfläche (4.2) der Halteplatte (4) der reflektiven Axikonoptik (1) ein zweites Hohlaxikon (2') spiegelsymmetrisch zum ersten Hohlaxikon (2) und darin ein zweites inneres Axikon (3')spiegelsymmetrisch zum ersten inneren Axi- kon (3) angeordnet sind, wobei an der Spitze der kegelstumpfförmigen Ausnehmung (2'.1) des zweiten Hohlaxikons (2') konzentrisch zur optischen Achse (X) eine Austritts luke (2 '.2) angeordnet ist und wobei die Kegelwinkel (/?) der Axikons (2, 2', 3, 3') gleich gewählt sind und die reflektierende Beschich- tung (HR) so gewählt ist, dass bei einem zur optischen Achse (X) kollimiert eintretenden Strahl (S) durch mindestens eine Reflexion an jeder Mantelfläche (2.1, 2'.1, 3.1, 3'.1) der Axikons (2, 2', 3, 3') austrittsseitig eine Phasendifferenz von insgesamt Αφ = N■ π + π/2 zwischen der schnellen und der langsamen Lichtausbreitungsrichtung bewirkt wird, wobei N■ π ein ganzzahliges Vielfaches von π angibt. 3. polarization converter (P) according to claim 1 or 2, characterized in that on one of the first plane surface (4.1) opposite the second plane surface (4.2) of the holding plate (4) of the reflective axicon optics (1) a second Hohlaxikon (2 ') mirror-symmetrical to first hollow axicon (2) and therein a second inner axicon (3 ') mirror-symmetrically to the first inner Axi kon (3) are arranged, wherein at the top of the frusto-conical recess (2'.1) of the second Hohlaxikons (2') concentric to optical axis (X) an outlet hatch (2 '.2) is arranged and wherein the cone angle (/?) of the axicon (2, 2', 3, 3 ') are chosen the same and the reflective coating (HR) so it is selected that, in the case of a beam (S) collimated to the optical axis (X), the axons (2, 2 ', 3, 3, 12) of at least one reflection on each lateral surface (2.1, 2'.1, 3.1, 3'.1) 3 ') on the exit side, a phase difference of a total of Αφ = N ■ π + π / 2 between the fast and the slow a light propagation direction is effected, where N ■ π indicates an integer multiple of π.
4. Polarisationswandler (P) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Beschichtung (HR) der Mantelflächen (2.1, 2'.1, 3.1, 3'.1) als hochreflektierende Beschichtung mit einer Re- flektivität von mindestens 99,7%, bevorzugt für Wellenlängen von 250 Nanometer bis 2500 Nanometer, bevorzugt von 400 Nanometer bis 4. polarization converter (P) according to any one of the preceding claims, characterized in that the reflective coating (HR) of the lateral surfaces (2.1, 2'.1, 3.1, 3'.1) as a highly reflective coating with a reflectivity of at least 99 , 7%, preferably for wavelengths from 250 nanometers to 2500 nanometers, preferably from 400 nanometers to
1200 Nanometer, besonders bevorzugt für Wellenlängen von 1030 Nanometer bis 1070 Nanometer sowie von 515 Nanometer bis 535 Nanometer ausgeführt ist.  1200 nanometers, more preferably for wavelengths from 1030 nanometers to 1070 nanometers and from 515 nanometers to 535 nanometers.
5. Polarisationswandler (P) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektive Axikonoptik (1) einstückig ausgeführt ist, wobei die Axikons (2, 2', 3, 3') aus Quarzglas gefertigt und mit einer aus Quarzglas gefertigten Halteplatte (4) verbunden sind. 5. polarization converter (P) according to any one of the preceding claims, characterized in that the reflective axicon optics (1) is made in one piece, wherein the axicon (2, 2 ', 3, 3') made of quartz glass and with a retaining plate made of quartz glass (4) are connected.
6. Polarisationswandler (P) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektivität der reflektierenden Beschichtung (HR) so gewählt ist, dass die laserinduzierte Zerstörschwelle der reflektiven Axiko- noptik (1) oberhalb von 10 Joule pro Quadratzentimeter liegt. 6. polarization converter (P) according to any one of the preceding claims, characterized in that the reflectivity of the reflective coating (HR) is chosen such that the laser-induced damage threshold of the reflective axial optics (1) is above 10 joules per square centimeter.
7. Polarisationswandler (P) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die reflektive Axikonoptik (1) in einer mittels Luft oder mittels einer Kühlflüssigkeit kühlbaren Fassung (7) gefasst ist. 7. polarization converter (P) according to any one of the preceding claims, characterized in that at least the reflective axicon optics (1) in a by means of air or by means of a cooling liquid cooled socket (7) is taken.
8. Laseroptik umfassend einen Polarisationswandler (P) nach einem der vorangehenden Ansprüche und eine eintrittsseitig zu dem Polarisationswandler (P) angeordnete Laserquelle (8) umfassend einen Laser, wobei der Laser zur Abgabe von zur optischen Achse (X) des Polarisationswandlers (P) kolhmiertem linear polarisiertem Laserlicht eingerichtet ist und wobei im Strahlengang zwischen dem Laser und dem Polarisationswandler (P) eine Viertelwellenplatte (11) angeordnet ist, deren Kristallachse um π/4 gegenüber der Polarisationsrichtung des Laserlichts gedreht ist und wobei die Kristallachse der ersten Halbwellenplatte (5) um π/8 gegenüber der Polarisationsrichtung des linear polarisierten Laserlichts gedreht ist. 8. Laser optics comprising a polarization converter (P) according to one of the preceding claims and an input side to the polarization converter (P) arranged laser source (8) comprising a laser, wherein the laser for emitting to the optical axis (X) of the polarization converter (P) brominated is arranged in the beam path between the laser and the polarization converter (P) a quarter-wave plate (11) whose crystal axis is rotated by π / 4 with respect to the polarization direction of the laser light and wherein the crystal axis of the first half-wave plate (5) to π / 8 is rotated with respect to the polarization direction of the linearly polarized laser light.
9. Laseroptik nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass austrittsseitig zum Polarisationswandler (P) eine polarisationserhaltende Scanoptik (10) angeordnet ist, die zum Schwenken eines zur optischen Achse (X) des Polarisationswandlers (P) kollimierten, vom Polarisationswandler (P) austretenden Strahlenbündels entlang mindestens einer Scanrichtung eingerichtet ist. 9. Laser optics according to claim 8, characterized in that on the exit side to the polarization converter (P) a polarization-maintaining scanning optics (10) is arranged, for pivoting a to the optical axis (X) of the polarization converter (P) collimated by the polarization converter (P) emerging beam along at least one scanning direction is set up.
10. Laseroptik nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eintrittsseitig 10. Laser optics according to claim 9, characterized in that the inlet side
und/oder austrittsseitig vom Polarisationswandler (P) ein Strahlformer (9) zur Anpassung des Durchmessers des vom Polarisationswandler (P) austretenden kollimierten Strahlenbündels an die polarisationserhaltende Scanoptik (10) angeordnet ist.  and / or on the outlet side of the polarization converter (P) a beam shaper (9) for adjusting the diameter of the polarization converter (P) exiting collimated beam to the polarization-maintaining scanning optics (10) is arranged.
11. Verfahren zur Herstellung eines Polarisationswandlers (P) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Hohlaxikon (2, 2') und das mindestens eine innere Axikon (3, 3')mit einer Winkelabweichung des Kegelwinkels (/?) von höchstens 0,01° und einer Oberflächenabweichung von höchstens einem Fresnelring bei gemessen bei einer Wellenlänge von 546 Nanometern geformt werden, mittels Richtkitten mit der Halteplatte (4) zu einer einstückigen reflektierenden Axikonoptik (1) verklebt werden und diese mit der mindestens einen Halbwellenplatte (5, 6) oder der Wellenplatte in einer Fassung (7) gefasst wird, wobei eine Kegelspitze mit einem Spitzendurchmesser von höchstens 800μιη geformt wird. 11. A method for producing a polarization converter (P) according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one Hollow axon (2, 2 ') and the at least one inner axicon (3, 3') with an angle deviation of the cone angle (/?) Of at most 0.01 ° and a surface deviation of at most one Fresnel ring when measured at a wavelength of 546 nanometers formed be glued by means of directional kitten with the holding plate (4) to a one-piece reflective Axikonoptik (1) and this is taken with the at least one half-wave plate (5, 6) or the wave plate in a socket (7), wherein a conical tip with a tip diameter of not more than 800μιη is formed.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Hohlaxikon (2, 2') und das mindestens eine innere Axikon (3, 3') mittels Diamantdrehen geformt werden. 12. The method according to claim 11, characterized in that the at least one hollow axicon (2, 2 ') and the at least one inner axicon (3, 3') are formed by means of diamond turning.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Hohlaxikon (2, 2') und das mindestens eine innere Axikon (3, 3') mittels Polieren geformt werden, wobei Polierbewegungen an einem inneren Axikon (3, 3') so gesteuert werden, dass sie nicht über die Kegelspitze des inneren Axikons (3, 3') hinwegführen und eine Kegelspitze mit einem Spitzendurchmesser von höchstens 800μιη auspoliert wird. 13. The method according to claim 12, characterized in that the at least one hollow axicon (2, 2 ') and the at least one inner axicon (3, 3') are formed by polishing, wherein polishing movements on an inner axicon (3, 3 ') be controlled so that they do not pass over the apex of the inner axicon (3, 3 ') and a cone tip is polished with a tip diameter of at most 800μιη.
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