DD143383A3 - Anordnung zur stabilisierung einer laserstrahlung - Google Patents

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DD143383A3
DD143383A3 DD78204920A DD20492078A DD143383A3 DD 143383 A3 DD143383 A3 DD 143383A3 DD 78204920 A DD78204920 A DD 78204920A DD 20492078 A DD20492078 A DD 20492078A DD 143383 A3 DD143383 A3 DD 143383A3
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Manfred Poehler
Gisbert Staupendahl
Fritz Echtermeyer
Bertram Hurek
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Manfred Poehler
Gisbert Staupendahl
Fritz Echtermeyer
Bertram Hurek
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    • H01S3/131—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
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Description

Titel der Erfindung
Anordnung zur Stabilisierung einer Laserstrahlung
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Stabilisierung einer Laserstrahlung, vorzugsweise für die Präzisions-Materialbearbei-
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es ist bereits bekannt, daö die Stabilisierung einer Laserstrahlung durch stabile Konstruktionen des Resonatorsystemes, das vorzugsweise aus Materialien mit sehr geringen Ausdehnungskoeffizienten bestehtf vorgenommen wird. Diese Konstruktionen sind auf Grund des wertvollen Materials und des hohen Herstellungsaufwandes kostenintensiver. Die Erzielung einer stabilen Ausgangsleistung wird gegenwärtig dadurch erreicht t indem die Prozesse, die die Laserausgangsleistung beeinflussen, separat stabilisiert werden, wie beispielsweise Strom- und Spannungsstabilisierung der Gasentladung, Stabilisierung der Kühlflüssigkeitstemperatur, der Umgebungstemperatur, der Resonatorlänge und der Strahlungsauskoppelung. Die Güte der Stabilisierung hängt im entscheidendem Maße von der Qualität der Summe der Einzelstabilisierungen ab<T Bei der Materialbearbeitung wird die Strahlungsleistungsstabilität durch unkontrollierte Strahlungs» rückkopplung, die vom Werkstück verursacht wird, verfälscht. Es wurde gefunden, daß durch diese Strahlungsrückkopplungen Strahlungsleistungsmodulationen im Bereich bis zu 50 % auftreten können, wodurch alle eingeleiteten Stabilisierungsmaßnahmen verfälscht und hinfällig werden könnene
Ziel der Erfindung
Es ist Ziel der Erfindung eine Anordnung zur Messung und zur Stabilisierung äer Laserstrahlung zu schaffen^ die mit geringen Kosten hergestellt wird und eine konstante Qualität während des Prozesses der Materialbearbeitung mit geringerem Arbeite- und Zeitaufwand garantiert.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die bisher notwendigen zahlreichen Einzelstabilisierungen auf nur eine Stabilisierung zu reduzieren, die unkontrollierte Strahlungsrückkopplung zu beseitigen, exakt zu definieren und die Strahlungsleistungsmodulationen zu vermindern» Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, indem an einem Laser ein Umlenkstrahlteiler aus strahlungsdurchlässigem Material einerseits als Umlenkspiegel und andererseits als abbildender Strahlteiler angeordnet ist· Der Umlenkstrahlteiler ist an seiner ebenen fläche hochreflektierend vergütet« Gegenüber der ebenen vergüteten Reflexionsfläche des Umlenkstrahlteilers befindet sich ein Strahlungsdetektor, der en einem Meßgerät und Wandler angeschlossen ist« Der Regelkreis wird über einen SoIl-Ist-Wert-Vergleicher, einer Laserversorgungseinrichtung und dem Laser geschlossen» Die vom Laser abgegebene Strahlung wird von der ebenen vergüteten Reflexionsfläche des Umlenkstrahlteilers reflektiert und über eine Pokussieriinse auf ein zu bearbeitendes Werkstück fokussiert« Der noch durch den Umlenkstrahlteiler dringende Teil der Strahlung wird* auf Strahlungsdetektoren zur Messung optisch fehlerfrei abgebildet» In an sich bekannter Weise wird das von Wandlern registrierte Signal als Ist-Wert in den Soll-Ist-Wert-Vergleicher eingegeben, mit dem Soll-Wert verglichen, wobei die Differenz zwischen Soll·» und Ist-Wert als Signal an die Laserversorgungseinrichtung abgegeben wirds die vorzugsweise über den Entladungsstrom die Laserleistung nachregelte Es wurde gefunden,' daß während der Laserbearbeitung ein erheblicher Anteil der Laserstrahlung vom Werkstück so reflektiert wird, daß diese Rückstrahlung in den Laserresonator unkontrolliert eindringt und dadurch die austretende Strahlung moduliert« Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik wird durch die Einführung des Umlenkstrahlteilers» der Anteil der reflektierenden Rückstrahlung, der in die Umlenkstrahlteiler eindringtf nicht auf den Strahlungsdetektor abgebildet, da der Keilwinkel des Um-
lenkstrahlteilers so gewählt ist, daß dieser Anteil der Rückstrahlung an der optisch abbildenden Fläche total reflektiert wird. Damit wird das Meßsignal durch die Rückstrahlung nicht mehr verfälscht und man erhält somit ein fehlerfreien Ist-Wert für die Regelung,
Ausführungsbeispiel -
Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen«
Fig. 1 : einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Umlenkstrahlteiler
Pig· 2 : eine schematische Darstellung der Anordnung zur Stabilisierung der Laserstrahlung.
An einem Laser 13 ist ein Umlenkstrahlteiler 1 aus einem durchlässigen Material, beispielsweise Germanium, angeordnet. Der Um« lenkstrahlteiler 1 dient einerseits als Umlenkspiegel und andererseits als abbildender Strahlteiler. Der Umlenkstrahlteiler 1 ist an seiner ebenen, dem Laserstrahl 3 zugekehrten Reflexions«» fläche 20 hochreflektierend vergütet.
Gegenüber der ebenen vergüteten Reflexionsfläche 20 des Umlenkstrahlteilers 1 ist unter einem Keilwinkel 16 die Projektionsebene 17, die von der optisch abbildenden Fläche 15 gebildet wird, angeordnete Hinter der optisch abbildenden Fläche 15 ist ein Strahlungsdetektor 8 in einer Abschirmung 19 eingebaut. Ein Regelkreis wird über den Strahlungsdetektor 8, einen Wandler 12, einen Soll-Ist-Wert-Vergleicher 11, einer Laserversorgungseinrichtung 9 und über den Laser geschlossen· Der vom Laser 13 ab» gegebene Laserstrahl 3 wird von der ebenen, vergüteten Reflexionsfläche 20 de3 Umlenkstrahlteilers 1 reflektiert und über eine bekannte Fokussiereinrichtung auf ein zu bearbeitendes Werkstück 10 fokussiert» Der noch durch den Umlenkstrahlteiler 1 dringende Teil des Laserstrahles 3» gelangt als Meßlaserstrahl 7 in den Strahlungsdetektor 8« Die Abbildung des Meßlaserstrahles 7 erfolgt optisch fehlerfrei im Strahlungsdetektor 8. Hier v/ird das optische Signal in eine elektrische Größe umgewandelt und in an sich bekannter Weise vom Wandler 12 registriert und als Ist-Wert in den Soll-Ist-Wert-Yergleicher. 11 eingegeben, mit dem Soll-Wert verglichen, wobei die Differenz zwischen Soll- und I3t-
Wert als Signal an die Laserversorgungseinrichtung 9 abgegeben wird, die vorzugsweise über den Entladungsstrom die Laserausgangsleistung nachregelt.
Es wurde gefunden, daß während der Laserbearbeitung ein erheblicher Anteil des Laserstrahles 3 vom Werkstück 10 so reflektiert wird, daß diese Rückstrahlung 14 in den Laser 13 unkontrolliert eindringt, wobei der austretende Laserstrahl 3 moduliert wird. Durch die Verwendung eines beispielsweise aus Germanium bestehenden Umlenkstrahlteilers 1 für 70° bis 110° Laserstrahlumlenkungen mit einem Keilwinkel 16 von 8 bis 15° gelangt dann der Teil der Rückstrahlung 14, der in den Umlenkstrahlteiler 1 eindringt, infolge einer Totalreflexion 18 an der abbildenden Fläche 15 nicht mehr in den Strahlungsdetektor 8. Dadurch wird der Meßlaserstrahl 7 nicht mehr verfälscht und man erhält somit einen fehlerfreien Ist-Wert für die Regelung. Die bisher notwendigen zahlreichen Binzelstabilisierungen werden durch die erfindungsgemäße Anordnung auf nur eine Stabilisierung reduziert. Die unkontrollierte Strahlungsrückkopplung wird erheblich reduziert und zwar für alle Zeiten, die größer sind als die Regelzeit und dann ebenfalls exakt definiert v/erden. Dadurch wird der Strahlungsleistungsmodulation des austretenden Laserstrahles 13 entgegengewirkt«, Der bisher übliche Herstellungsaufwand wird durch relativ kostengünstige Bauelemente verringert. Während der Bearbeitung des Werkstückes 10 brauchen keinerlei zeit- und kostenaufwendige Stabilisierungsmaßnahmen mehr durchgeführt zu werden, so daß bei der Materialbearbeitung eine konstant hohe Qualität garantiert v/erden kann.

Claims (2)

  1. Erf indungsansprucii:
    Anordnung zur Stabilisierung einer Laserstrahlung,insbesondere während einer Präaisions-Materialbearbeitung, unter Verwendung eines Umlenkstrahlteilers aus einem strahlungsdurchlässigem Material und einer Regelung durch eine Laserversorgungseinrichtung über einen Strahlungsdetektor, einen Wandler und einen Soll-Ist-Wert-Vergleicher, gekennzeichnet dadurch, daß der vorzugsweise aus Germanium bestehende Umlenkstrahlteiler (1) für 70° bis 110° Laserstrahlumlenkungen einen Keilv/inkel (16) von 8° bis 15° zwischen einer Projektsebene (17), die von einer optisch abbildenden Fläche (15) gebildet wird, und einer ebenen, vergüteten Reflexionsfläche (20) besitzt, wobei der Strahlungsdetektor (8) hinter der optisch abbildenden Fläche (15) innerhalb einer Abschirmung (19) angeordnet ist.
    Hierzu
  2. 2 Seiten Zeichnungen
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