DE19834805C2 - Method and device for the symmetrization of laser beams from laser diode arrays - Google Patents
Method and device for the symmetrization of laser beams from laser diode arraysInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Materialbearbei tung mit Laserstrahlung, insbesondere einem Laserdioden- Array, wobei Mittel zur Strahlführung und Strahlformung vorgesehen sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Schnittstellenoptikmodul zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for material processing device with laser radiation, in particular a laser diode Array, with means for beam guidance and beam shaping are provided. The invention further relates to a Interface optics module for performing the method.
Die DE 29 17 221 C2 beschreibt ein optisches Abbildungs system, um die Strahlung einer Laserdiode derart zu fo kussieren, daß die Intensität (Leistung pro Fläche) maxi miert wird. Erreicht wird dies durch ein System, welches verschiedene Abbildungsmaßstäbe in den zwei Raumrichtun gen aufweist (ein sog. Anamorphot). Ferner ist ein System aus vorderer, sammelnder Linsengruppe und aus hinterer, sammelnder Linsengruppe vorgesehen, wobei die vordere Gruppe ein Anamorphotisches System darstellen soll. So zeigt eine Figur zwei gekreuzte Zylinderlinsen. Die vor dere Linsengruppe kann dabei aus einer spährischen Linse und einem Strahlendehner aus Zylinderlinsen bestehen. Nachteilig ist, daß dieses System nicht notwendigerweise eine exakte Kollimation enthält. Auch wird keine Anregung für eine Symmetrisierung gegeben. Am problematischsten ist jedoch, daß sich dieses System nicht für Hochleis tungsdiodenlaser eignet; es betrifft lediglich lichtemp findliche Aufzeichnungssysteme. DE 29 17 221 C2 describes an optical image system to fo the radiation from a laser diode kiss that the intensity (performance per area) maxi is lubricated. This is achieved through a system which different reproduction scales in the two spatial directions gene (a so-called anamorphic). There is also a system from the front, collecting lens group and from the rear, collecting lens group provided, the front Group should represent an anamorphic system. So shows a figure two crossed cylindrical lenses. The before their lens group can consist of a spherical lens and a beam expander consist of cylindrical lenses. The disadvantage is that this system is not necessarily contains an exact collimation. Also, no suggestion given for a symmetrization. Most problematic is, however, that this system is not for high performance suitable diode laser; it only affects light temp sensitive recording systems.
Die DE 42 34 342 A1 beschreibt ein Verfahren zur Materi albearbeitung mit Hochleistungsdiodenlaser, sowie eine Strahlführung und Strahlformung; ferner kann eine Zylin derlinse als Kollimatorlinse ausgebildet sein. Darüber hinaus ist vorgesehen, daß eine oder mehrere Laserdioden des Arrays mit einer Kopplungsoptik oder direkt an eine Glasfaser gekoppelt werden, wobei mehrere Fasern zu einem Bündel zusammengefaßt werden; letztlich wird das Faser bündel mit oder ohne Optik auf das Werkstück gerichtet.DE 42 34 342 A1 describes a method for material album processing with high-power diode laser, as well as a Beam guidance and beam shaping; a cylin derlinse be designed as a collimator lens. About that it is also provided that one or more laser diodes of the array with coupling optics or directly to one Glass fiber are coupled, with multiple fibers into one Bundles are summarized; ultimately that becomes fiber bundle with or without optics aimed at the workpiece.
Aus der DE 196 45 150 A1 ist eine optische Anordnung zur Symmetrierung der Strahlung von in fester Zuordnung ne beneinander angeordnete Laserdioden bekannt. Hierbei wird durch eine Zylinderlinsenoptik die Ausgangstrahlung der einzelnen Laserdioden in x-Richtung kollminiert und zu einander versetzt. Anschließend wird durch ein nachge schaltestes Direktionselement die Strahlung in y-Richtung mit unterschiedlichen Ablenkungswinkeln umgelenkt und durch ein anschließendes Redirektionselement zur opti schen Achse wieder kompensiert. Nachteilig ist hierbei, dass die eine Kollimierung nur in x-Richtung erfolgt und die Reihenfolge der Kollimierung erst in x-Richtung und anschließend in y-Richtung zu erfolgen hat.DE 196 45 150 A1 describes an optical arrangement for Symmetry of the radiation from in a fixed assignment ne arranged next to each other known laser diodes. Here will the output radiation of the individual laser diodes collimated in the x direction and closed offset each other. Then is followed by a most directing element the radiation in the y-direction redirected with different deflection angles and through a subsequent redirection element to opti axis compensated again. The disadvantage here is that collimation only takes place in the x direction and the order of the collimation only in the x direction and then has to take place in the y direction.
Die Materialbearbeitung mit Laserstrahlen hat in den letzten 10 Jahren einen enormen Aufschwung erlebt. Insbe sondere die Entwicklung der Diodenlaser bzw. Hoch leistungs-Diodenlaser (HLDL) eröffnen neue Einsatzmög lichkeiten. Hochleistungs-Diodenlaser weisen bei einer äußerst kompakten Bauform exzellente elektrische Wir kungsgrade auf und sind einfach integrierbar in konventi onelle Werkzeugmaschinen und Produktionsanlagen. Aufgrund ihrer Leistungsstärke (bis zu 2000 Watt) sind sie in der Materialbearbeitung nicht wegzudenken. Gekennzeichnet sind Diodenlaser durch viele einzelne Laser, die in einer Linie angeordnet sind. Die einfache Fokussierung dieses Laserstrahles auf eine Bearbeitungsfläche ergibt daher eine Linie.The material processing with laser beams has in the experienced an enormous upswing in the past 10 years. in particular especially the development of the diode laser or high Power diode lasers (HLDL) open up new application possibilities opportunities. High-power diode lasers have one extremely compact design excellent electrical wir degrees of efficiency and can be easily integrated into conventional onelle machine tools and production plants. by virtue of their power (up to 2000 watts) they are in the Material processing is indispensable. marked are diode lasers made up of many individual lasers in one Line are arranged. The simple focus of this Laser beam on a processing surface therefore results a line.
Hochleistungs-Diodenlaser zur Materialbearbeitung werden
zur Zeit ausschließlich mit direkter Strahlübertragung
bei der Laser-Materialbearbeitung eingesetzt, d. h. ein
optisches System befindet sich direkt vor dem Laserkopf.
Die direkte Strahlführung ist jedoch mit Nachteilen be
haftet:
High-performance diode lasers for material processing are currently only used with direct beam transmission in laser material processing, ie an optical system is located directly in front of the laser head. However, direct beam guidance has disadvantages:
- - An der Führungsmaschine, z. B. einem Roboter oder ei ner Portalmaschine, ist eine Komponente von sehr ho hem Wert, nämlich der Laserkopf befestigt. Im Falle einer Fehlprogrammierung oder eines Crashes des La serkopfes mit dem Bauteil oder einem anderen Teil der Laseranlage kann ein Schaden in nicht unbe trächtlicher Höhe entstehen.- On the leading machine, e.g. B. a robot or egg ner portal machine, is a component of very high hem value, namely the laser head attached. In the event of a programming error or a crash of the La serkopfes with the component or another part the laser system can cause damage in not unbe pregnant height arise.
- - Die Dimensionen und das Gewicht des Laserkopfes zur Direktbearbeitung beschränken die Zugänglichkeit zum zu bearbeitenden Werkstück und darüber hinaus wird die Dynamik der Führungsmaschine ebenfalls be schränkt.- The dimensions and the weight of the laser head for Direct processing restrict access to to be machined workpiece and beyond the dynamics of the leading machine also be limits.
- - Das Strahlprofil des Laserstrahls auf dem Werkstück ist weder homogen noch rotationssymmetrisch, weswe gen es bei vielen Bearbeitungsprozessen zu schlech ten Ergebnissen oder einer geringen Effizienz kommt.- The beam profile of the laser beam on the workpiece is neither homogeneous nor rotationally symmetrical, weswe it is too bad for many machining processes results or low efficiency.
Zur Beseitigung dieser Probleme ist bislang vorgeschlagen worden, Laserstrahlen von Diodenlasern durch eine Linse zu symmetrisieren. Hierbei wird jedoch lediglich der La serstrahl zu einem zweidimensionalen Strahl fokussiert, also eben einer Linie (vgl. Heinemann/Leininger, "Fiber coupled diode lasers and beam-shaped high-power stacks" Photonics West 1998, SPIE-Paper, 3267-13).To overcome these problems, it has been proposed been laser beams from diode lasers through a lens to symmetrize. However, only the La focused into a two-dimensional beam, just one line (cf. Heinemann / Leininger, "Fiber coupled diode lasers and beam-shaped high-power stacks " Photonics West 1998, SPIE-Paper, 3267-13).
Auch aus der US-PS 4,762,395 ist ein Linsensystem zum Einkoppeln von Laserlicht aus einem Diodenlaser bekannt, welches jedoch ebenfalls nur zu einer zweidimensionalen Fokussierung des Laserlichtes führt.A lens system is also known from US Pat. No. 4,762,395 Coupling of laser light from a diode laser known which, however, is also only a two-dimensional one Focusing the laser light leads.
Das grundlegende und bislang nicht gelöste Problem beim Aufbau von Systemen zur Strahlübertragung von Laserlicht aus Diodenlasern besteht darin, die unsymmetrischen Strahlparameter des Diodenlasers, die in x- und y- Richtung stark voneinander abweichen, derart zu symmetri sieren, daß der Laserstrahl mit minimalen Verlusten durch ein rotationssymmetrisches optisches Element (z. B. ein Bearbeitungsobjektiv) geführt werden kann.The basic problem that has not yet been solved with Development of systems for beam transmission of laser light consists of diode lasers, the asymmetrical Beam parameters of the diode laser, which are in x and y Direction strongly deviate from each other, so too symmetrical that the laser beam passes through with minimal losses a rotationally symmetrical optical element (e.g. a Processing lens) can be performed.
Das normale Strahlungsfeld von Hochleistungslaserdioden arrays bildet ein langgezogenen Rechteck mit einem typi schen Seitenverhältnis von 5 : 1 (dx : dy), bei Verwendung einer Strahlkompaktierung beträgt das Seitenverhältnis ca. 10 : 1. Die zugehörigen Divergenzwinkel haben ein Ver hältnis von ca. 1 : 10 (wx : wy).The normal radiation field of high-power laser diodes arrays forms an elongated rectangle with a typi aspect ratio of 5: 1 (dx: dy), when used the beam ratio is the aspect ratio approx. 10: 1. The associated divergence angles have a ver Ratio of about 1:10 (wx: wy).
Bislang wird das Strahlungsfeld entweder direkt mit "ge wöhnlichen" d. h. sphärischen Optiken auf das Werkstück fokussiert. Dabei ergibt sich ein langgezogener, strich förmiger Fokus, welcher nur für Spezialanwendungen verwendbar ist. Alternativ wird noch eine einzelne Zylinder linse zwischen Strahlungsquelle (Laserdiodenarray) und Bearbeitungsoptik angeordnet. Um damit einen symmetri schen Fokus zu erzielen, müssen jedoch Zylinderlinse und Bearbeitungsoptik immer individuell aneinander angepaßt werden, so daß keine universelle Schnittstelle erhältlich ist.So far, the radiation field is either directly with "ge ordinary "i.e. spherical optics on the workpiece focused. The result is an elongated, dash shaped focus, which can only be used for special applications is. Alternatively, a single cylinder lens between radiation source (laser diode array) and Machining optics arranged. To get a symmetri To achieve that focus, however, cylindrical lens and Machining optics always individually adapted to each other so that no universal interface is available is.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrich tung zur effektiven Materialbearbeitung mit aus Diodenla ser stammenden Laserlicht zu schaffen.Based on this state of the art, it is the task of present invention, a method and a device device for effective material processing with diode diode to create this originating laser light.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Schaffung eines Ver fahrens, mit dessen Hilfe der unsymmetrische Strahl des Diodenlasers symmetrisch kollimiert wird, nämlich da durch, daß die Laserstrahlen eines Diodenlasers innerhalb eines aus drei Linsengruppen (20, 21, 22) bestehenden Lin sensystems in den drei Raumrichtungen x, y und z derart beeinflußt werden, daß durch die erste und dritte Linsen gruppe (20, 22) die Laserstrahlen in x-Richtung und durch die zweite und dritte Linsengruppe (21, 22) die Laser strahlen in y-Richtung kollimiert werden, wobei die ef fektiven Brennweiten fx, fy und fz der einzelnen Linsengrup pen (21, 22, 23) und der Abstände Sx und Sy der jeweils wirk samen Gruppe bzw. der Abstand Sz der Strahlungsquelle, insbesondere ein Laserdioden-Array, zur letzten Gruppe derart ausgelegt werden, daß die Laserstrahlen darüber hinaus symmetrisiert werden. This object is achieved by creating a method by means of which the asymmetrical beam of the diode laser is collimated symmetrically, namely by the fact that the laser beams of a diode laser within a lens system consisting of three lens groups ( 20 , 21 , 22 ) in the three Spatial directions x, y and z are influenced such that the laser beams in the x direction are collimated by the first and third lens groups ( 20 , 22 ) and the lasers are collimated in the y direction by the second and third lens group ( 21 , 22 ) , the ef fective focal lengths fx, fy and fz of the individual lens groups ( 21 , 22 , 23 ) and the distances Sx and Sy of the respectively effective group or the distance Sz of the radiation source, in particular a laser diode array, from the last group be designed so that the laser beams are also symmetrized.
Damit wird eine Schnittstelle geschaffen, die es ermög licht, weitere Module für die verschiedensten Applikatio nen an den Diodenlaser anzuschließen. Als Beispiel sei hier ein Einkopplungsmodul in ein Lichtleitkabel und ein Objektiv zur Direktbearbeitung von Werkstücken genannt.This creates an interface that makes it possible light, further modules for various applications connected to the diode laser. As an example here a coupling module in a fiber optic cable and a Objective for direct machining of workpieces.
Durch die erfindungsgemäße Lösung werden die bekannten. Nachteile der Direktbearbeitung mit einem Diodenlaser vermieden. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Laserstrahl eines Diodenlasers flexibel mittels eines Lichtleitkabels an die jeweilige Bearbeitungsstelle am Werkstück geführt werden kann. Bislang war dies nicht möglich, da selbst kleine Diodenlaserköpfe in industriel ler Ausführung noch ca. 10 kg wiegen und daher unhandlich sind und die Zugänglichkeit zum Werkstück behindern. With the solution according to the invention, the known. Disadvantages of direct processing with a diode laser avoided. The advantage of the invention is that Laser beam of a diode laser flexible using a Light guide cable to the respective processing point on Workpiece can be guided. So far this has not been the case possible because even small diode laser heads in industrial Weigh the approx. 10 kg version and therefore unwieldy are and hinder access to the workpiece.
Durch die Lichtübertragung mittels eines Lichtleitkabels kann der empfindliche Diodenlaser von der Bearbeitungs station selbst ferngehalten werden und in einer Umgebung aufgestellt werden, die den sicheren Betrieb und die üb liche Wartung des Systems erlaubt.By light transmission using a light guide cable can the sensitive diode laser from machining station itself and be kept in an environment be set up, the safe operation and the usual system maintenance allowed.
Das erfindungsgemäß vorgesehene Schnittstellenoptikmodul (SOM) ist ein opti sches System, welches ein asymmetrisches und divergentes Strahlungsfeld in ein symmetrisches und kollimiertes Strahlungsfeld überführt. Die Vorrichtung ist gekenn zeichnet durch ein Linsensystem aus drei Linsengruppen mit variablen Brennweiten und zueinander variablen Ab ständen, wobei die ersten beiden Linsengruppen aus Zylin derlinsen und die letzte Linsengruppe aus sphärischen Linsen bestehen, und wobei die ersten beiden Linsengrup pen zusammen mit der letzten Linsengruppe einen Kolli mator mit angeschlossenem Teleskop für zwei zueinander senkrechte Richtungen des Strahlungsquerschnittes bilden (x und y, wenn z die Ausbreitungsrichtung ist). Durch die ineinander verschachtelte Bauweise werden zum einen Lin sen eingespart, zum anderen können Abbildungsfehler des optischen Systems korrigiert werden. Mit den Brennweiten f der drei Linsengruppen und deren Abstand zueinander sind ausreichend Freiheitsgrade vorhanden, um ein asymme trisches Strahlungsfeld mit den Halbmessern dx und dy und den Divergenzwinkeln wx und wy (jeweils verschieden für die Richtungen x und y) in ein symmetrisches und kolli miertes Srahlungsfeld mit dem Halbmesser dz (gleich für x- und y-Richtung) zu überführen.The invention The proposed interface optics module (SOM) is an opti system, which is an asymmetrical and divergent Radiation field in a symmetrical and collimated Radiation field transferred. The device is known characterized by a lens system consisting of three lens groups with variable focal lengths and mutually variable Ab stand, the first two lens groups from Zylin derlinsen and the last lens group from spherical Lenses exist, and being the first two lens groups together with the last group of lenses mator with connected telescope for two to each other form perpendicular directions of the radiation cross section (x and y if z is the direction of propagation). Through the nested construction becomes Lin saved, on the other hand, aberrations of the optical system can be corrected. With the focal lengths f of the three lens groups and their distance from each other there are sufficient degrees of freedom to make an asymmetry trical radiation field with the half-diameters dx and dy and the divergence angles wx and wy (each different for the directions x and y) in a symmetrical and colli emitted radiation field with the radius dz (same for x and y direction).
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich wie
folgt darstellen:
The advantages of the present invention can be illustrated as follows:
- - Durch die exakte Kollimation des Laserstrahls kann an das Schnittstellenoptikmodul eine breite Palette von Bearbeitungsobjektiven angeschlossen werden, oh ne daß der "Arbeitsabstand", d. h. der Abstand der Optik zum Werkstück für eine optimale Fokuslage je weils neu eingestellt werden muß. Dies ermöglicht die Verwendung von Objektivwechselsystemen.- The exact collimation of the laser beam can to the interface optics module a wide range of editing lenses, oh ne that the "working distance", d. H. the distance of the Optics to the workpiece for an optimal focus position each because must be reset. this makes possible the use of lens change systems.
- - Durch die Symmetrisierung des Strahlungsfeldes wird der freie Durchmesser der angeschlossenen Optiken optimal genutzt, was zu höherem Arbeitsabstand, kleinerem Fokusdurchmesser oder höherer Lei stungstransmission führt.- By symmetrizing the radiation field the free diameter of the connected optics optimally used, which leads to a higher working distance, smaller focus diameter or higher lei leads transmission.
- - Mit der Symmetrisierung sowohl der Divergenz als auch des Fokusdurchmessers wird der Verlust an Lei stung und/oder Strahlqualität bei der Einkopplung in ein Lichtleitkabel auf ein absolutes Minimum redu ziert.- With the symmetrization of both the divergence and also the focus diameter becomes the loss of lei performance and / or beam quality when coupling in a fiber optic cable to an absolute minimum ed.
Die Korrektion des Öffnungsfehlers gewährleistet minimale mögliche Fokusdurchmesser hinter dem Bearbeitungsobjek tiv, wodurch die Bearbeitungsgeschwindigkeit maximiert werden kann.Correcting the opening error ensures minimal possible focus diameter behind the processing object tiv, which maximizes the processing speed can be.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den übrigen Un teransprüchen enthalten.Further advantageous measures are in the remaining Un claims included.
Die Erfindung ist in den anlie genden Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:The invention is in the anlie illustrated drawings and will be described in more detail below described. It shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des gesamten Systems mit Lichtleit kabel und Bearbeitungsoptik; Figure 1 is a schematic representation of the entire system with optical fiber cable and processing optics.
Fig. 2 schematische Darstellung der Strahlführung des Laserlichts eines Diodenlasers innerhalb des Schnitt stellenoptikmoduls in x-Richtung; Figure 2 is schematic representation of the beam guidance of the laser light of a diode laser within the interface optics module in the x direction.
Fig. 3 schematische Darstellung der Strahlführung des Laserlichts eines Diodenlasers innerhalb des Schnitt stellenoptikmoduls in y-Richtung; Fig. 3 is schematic representation of the beam guidance of the laser light of a diode laser within the interface optics module in y-direction;
Fig. 4 schematische Darstellung im Querschnitt durch ein erfindungsge mäßes Schnittstellenoptikmodul. Fig. 4 is a schematic representation in cross section through an interface optics module according to the invention.
Die in der Fig. 1 dargestellte Anordung 10 zur Einkopplung von Laserlicht aus einem Diodenlaser zur Ma terialbearbeitung zeigt in schematischer Darstellung eine Versorgungseinheit 13 für einen Diodenstack 12 eines Diodenlaser, dessen Laserlicht mittels eines sogenannten Schnittstellenoptikmoduls 11 und eines - im wesentlichen bekannten - nachgeschalteten Fasereinkopplungsmoduls 14 in ein Glasfaserkabel 15 eingekoppelt wird. Durch die Glasfaser 15 wird das Laserlicht zu einem mit einer Füh rungsmaschine 18 verbundenen Bearbeitungsoptikkopf 16 ge führt, wo es zu einer Bearbeitung eines Werkstückes 17 verwendet werden kann.The arrangement 10 shown in FIG. 1 for coupling laser light from a diode laser for material processing shows in a schematic representation a supply unit 13 for a diode stack 12 of a diode laser, the laser light of which by means of a so-called interface optical module 11 and a - essentially known - downstream fiber coupling module 14 is coupled into a fiber optic cable 15 . Through the glass fiber 15 , the laser light leads to a machining optics head 16 connected to a guide machine 18 , where it can be used for machining a workpiece 17 .
Die Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die Strahlführung des Laserlichts 19 eines Diodenlasers 12 innerhalb des Schnittstellenoptikmoduls 11 in einer An sicht in X-Richtung; die Fig. 3 dagegen in Y-Richtung. Fig. 2 shows a schematic representation of the beam guidance of the laser light 19 of a diode laser 12 within the interface optics module 11 in a view in the X direction; FIGS. 3, however, in the Y direction.
Das in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellte Schnittstel lenoptikmodul 11 (SOM) besteht aus 3 Linsengruppen x, y und z. Wird von einem Diodenstack 12 eines Diodenlasers Laserlicht 19 ausgestrahlt, so führt dies zu einem zwei dimensionalen Strahlungsfeld mit den Ausmaßen dx in x- Richtung und dy in y-Richtung. Durch die erste und dritte Linsengruppe 20 und 22 wird das Laserlicht 19 in x- Richtung, durch die zweite und dritte Linsengruppe 21 und 22 hingegen in y-Richtung kollimiert. Die Definition von x-Richtung und y-Richtung ist dabei natürlich austausch bar.The interface optics module 11 (SOM) shown in FIGS . 2, 3 and 4 consists of 3 lens groups x, y and z. If laser light 19 is emitted from a diode stack 12 of a diode laser, this leads to a two-dimensional radiation field with the dimensions dx in the x direction and dy in the y direction. The first and third lens groups 20 and 22 collimate the laser light 19 in the x direction, while the second and third lens groups 21 and 22 collimate it in the y direction. The definition of x-direction and y-direction is of course interchangeable.
Die Brennweiten fx, fy und fz und Abstände Sx, Sy und Sz der Lin
sen der einzelnen Linsengruppen 20, 21 und 22 sind durch
folgende Gleichungen erfindungsgemäß verbunden, wie auch
in der Fig. 4 in zweidimensionaler Darstellung
veranschaulicht ist:
The focal lengths fx, fy and fz and distances Sx, Sy and Sz of the lenses of the individual lens groups 20 , 21 and 22 are connected according to the invention by the following equations, as is also illustrated in FIG. 4 in a two-dimensional representation:
worin bedeutet:
Sx der Abstand der in x-Richtung wirksamen Gruppe zur
letzten Gruppe;
Sy der Abstand der in y-Richtung wirksamen Gruppe zur
letzten Gruppe;
Sz der Abstand der Strahlungsquelle (Laserdiodenarray)
zur letzten Gruppe;
fx die effektive Brennweite der in x-Richtung wirksamen
(zylindrischen) Linsengruppe;
fy die effektive Brennweite der in y-Richtung wirksamen
(zylindrischen) Linsengruppe;
fz die effektive Brennweite der letzten (spährischen)
Linsengruppe;
dx der Halbmesser der Strahlungsquelle in x-Richtung;
dy der Halbmesser der Strahlungsquelle in y-Richtung;
dz der Halbmesser des kollimierten Strahlungsfeldes
nach dem Schnittstellenoptikmodul;
wx der Divergenzwinkel der Strahlungsquelle in x-
Richtung;
wy der Divergenzwinkel der Strahlungsquelle in y-
Richtung.in which means:
Sx the distance of the group active in the x direction to the last group;
Sy the distance of the group effective in the y direction to the last group;
Sz the distance of the radiation source (laser diode array) to the last group;
fx the effective focal length of the (cylindrical) lens group effective in the x direction;
fy the effective focal length of the (cylindrical) lens group effective in the y direction;
fz the effective focal length of the last (spherical) lens group;
dx the radius of the radiation source in the x direction;
dy the radius of the radiation source in the y direction;
dz the radius of the collimated radiation field after the interface optics module;
wx the divergence angle of the radiation source in the x direction;
wy the divergence angle of the radiation source in the y direction.
Durch die erfindungsgemäßen Beziehungen wird der Laser strahl des Diodenlasers symmetrisiert.Through the relationships according to the invention, the laser beam of the diode laser symmetrized.
Das Strahlungsfeld eines kompaktierten Diodenlaserarrays
hat folgende Abmessungen:
The radiation field of a compact diode laser array has the following dimensions:
dx = 2 mm
dy = 20 mm
wx = 0,1 rad
wy = 0,01 raddx = 2 mm
dy = 20 mm
wx = 0.1 rad
wy = 0.01 rad
Dabei können folgende Parameter gewählt werden:
The following parameters can be selected:
dz = 12 mm
sz = 140 mm
fz = -94 mmdz = 12 mm
sz = 140 mm
fz = -94 mm
Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Beziehungen findet
man daraus die Abstände und Brennweiten der Linsengrup
pen:
Using the relationships according to the invention, the distances and focal lengths of the lens groups can be found:
sx = 18 mm
sy = 68 mm
fx = 62 mm
fy = 151 mmsx = 18 mm
sy = 68 mm
fx = 62 mm
fy = 151 mm
Somit ergibt sich das folgende optische System, charakte
risiert durch die Radien (der Linsen) und Abstände (der
einzelnen Flächen zueinander) der Linsenscheitel:
This results in the following optical system, characterized by the radii (of the lenses) and distances (of the individual surfaces from each other) of the lens apex:
1010
Versuchsanordnung
experimental arrangement
1111
Schnittstellenoptikmodul
Interface optical module
1212
Diodenstack mit Kompaktierung
Diode stack with compacting
1313
Versorgung für Diodenlaser
Supply for diode lasers
1414
Fasereinkopplungsmodul
Fasereinkopplungsmodul
1515
Glasfaser
glass fiber
1616
Bearbeitungsoptikkopf
Processing optical head
1717
Werkstück mit Bearbeitung
Workpiece with machining
1818
Führungsmaschine
guiding machine
1919
Laserlicht
laser light
2020
1. Linsengruppe, zylindrisch
1st lens group, cylindrical
2121
2. Linsengruppe, zylindrisch
2. Lens group, cylindrical
2222
3. Linsengruppe, sphärisch
3rd lens group, spherical
Claims (6)
ist, worin bedeutet:
Sx der Abstand der in x-Richtung wirksamen Gruppe zur letzten Gruppe;
Sy der Abstand der in y-Richtung wirksamen Gruppe zur letzten Gruppe;
Sz der Abstand der Strahlungsquelle (Laserdioden array) zur letzten Gruppe;
fx die effektive Brennweite der in x-Richtung wirksamen (zylindrischen) Linsengruppe;
fy die effektive Brennweite der in y-Richtung wirksamen (zylindrischen) Linsengruppe;
fz die effektive Brennweite der letzten (spähri schen) Linsengruppe;
dx der Halbmesser der Strahlungsquelle in x- Richtung;
dy der Halbmesser der Strahlungsquelle in y- Richtung;
dz der Halbmesser des kollimierten Strahlungsfel des nach dem Schnittstellenoptikmodul;
wx der Divergenzwinkel der Strahlungsquelle in x- Richtung;
wy der Divergenzwinkel der Strahlungsquelle in y- Richtung.2. The method according to claim 1, characterized in that the distance Sz of the radiation source to the last lens group, the effective focal length fz of the last lens group and the radiation characteristic of the radiation source (dx, dy, dz, wx, wy, wz) the effective focal lengths fx, Determine fy of the effective groups and the distances Sx, Sy from the last lens group as follows:
in which means:
Sx the distance of the group active in the x direction to the last group;
Sy the distance of the group effective in the y direction to the last group;
Sz the distance of the radiation source (laser diode array) to the last group;
fx the effective focal length of the (cylindrical) lens group effective in the x direction;
fy the effective focal length of the (cylindrical) lens group effective in the y direction;
fz the effective focal length of the last (spherical) lens group;
dx the radius of the radiation source in the x direction;
dy the radius of the radiation source in the y direction;
dz the radius of the collimated radiation field after the interface optics module;
wx the divergence angle of the radiation source in the x direction;
wy the divergence angle of the radiation source in the y direction.
daß das Linsensystem (11) aus drei Linsengruppen (20, 21, 22) mit variablen Brennweiten und zueinan der variablen Abständen besteht,
wobei die ersten beiden Linsengruppen (20, 21) aus Zylinderlinsen und die letzte Linsengruppe (22) aus sphärischen Linsen bestehen,
und wobei die ersten beiden Linsengruppen (20, 21) zusammen mit der letzten Linsengruppe (22) einen Kollimator mit angeschlossenem Teleskop bilden.4. Device for symmetrizing laser beams of a laser diode array ("interface optics module"), consisting of a multi-part lens system for focusing laser beams, characterized in that
that the lens system ( 11 ) consists of three lens groups ( 20 , 21 , 22 ) with variable focal lengths and to each other at the variable distances,
the first two lens groups ( 20 , 21 ) consisting of cylindrical lenses and the last lens group ( 22 ) consisting of spherical lenses,
and the first two lens groups ( 20 , 21 ) together with the last lens group ( 22 ) form a collimator with a connected telescope.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19834805A DE19834805C2 (en) | 1998-08-01 | 1998-08-01 | Method and device for the symmetrization of laser beams from laser diode arrays |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19834805A DE19834805C2 (en) | 1998-08-01 | 1998-08-01 | Method and device for the symmetrization of laser beams from laser diode arrays |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19834805A1 DE19834805A1 (en) | 2000-02-17 |
DE19834805C2 true DE19834805C2 (en) | 2002-03-07 |
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ID=7876156
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19834805A Expired - Lifetime DE19834805C2 (en) | 1998-08-01 | 1998-08-01 | Method and device for the symmetrization of laser beams from laser diode arrays |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19834805C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4762395A (en) * | 1986-09-02 | 1988-08-09 | Amp Incorporated | Lens assembly for optical coupling with a semiconductor laser |
DE2917221C2 (en) * | 1978-04-28 | 1991-10-31 | Canon K.K., Tokio/Tokyo, Jp | |
DE4234342A1 (en) * | 1992-10-12 | 1994-04-14 | Fraunhofer Ges Forschung | Working materials with laser beam - using high power laser diodes, for welding, drilling, cutting, soldering and heat treating various materials |
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-
1998
- 1998-08-01 DE DE19834805A patent/DE19834805C2/en not_active Expired - Lifetime
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Title |
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HEINEMANN, [u.a.]: Fiber coupled diode lasers and beam-shaped high-power Stacks. In: Photonics West,1998, S. 3261-3313 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19834805A1 (en) | 2000-02-17 |
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