JP2003121664A | 2003-04-23 | |||
DE102010053781A1 | 2012-06-14 | |||
DE10327735A1 | 2005-01-05 |
Patentansprüche: 1. Vorrichtung (2) zur Formung von Laserstrahlung (5), umfassend einen Lichtleiter (3) mit einem lichtleitenden Bereich (4), wobei der lichtleitende Bereich (4) eine Eintrittsfläche (6), in die die Laserstrahlung (5) eintreten kann, und eine Austrittsfläche (7) aufweist, aus der die in die Eintrittsfläche (6) eingetretene Laserstrahlung (5) austreten kann, wobei der lichtleitende Bereich (4) eine erste Ausdehnung (D-i) in einer ersten Richtung (z) aufweist, die sich zwischen der Eintrittsfläche (6) und der Austrittsfläche (7) erstreckt, wobei der lichtleitende Bereich (4) eine zweite Ausdehnung (D2) in einer zweiten Richtung (x) aufweist, die senkrecht zu der ersten Richtung (z) ist, wobei der lichtleitende Bereich eine dritte Ausdehnung (D3) in einer dritten Richtung (y) aufweist, die senkrecht zu der ersten und der zweiten Richtung (z, x) ist, und wobei der lichtleitende Bereich (4) in mindestens einer von der zweiten und der dritten Richtung (x, y) aufgespannten Ebene eine rechteckige Form aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtleitende Bereich (4) des Lichtleiters (3) eine derartige erste und/oder zweite und/oder dritte Ausdehnung (D-i, D2, D3) aufweist, dass bei in die Eintrittsfläche (6) eintretender Laserstrahlung (5) mit einem Gauß- oder Supergauß-Profil die aus der Austrittsfläche (7) austretende Laserstrahlung (5) eine Intensitätsverteilung mit einem konkaven oder einem konvexen Top-Hat-Profil aufweist. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem konkav gekrümmten Top-Hat-Profil lediglich ein lokales Minimum der Intensitätsverteilung oder lediglich ein Bereich mit einer Mehrzahl von lokalen Minima der Intensitätsverteilung vorliegt und dass bei einem konvex gekrümmten Top-Hat-Profil lediglich ein lokales Maximum der Intensitätsverteilung oder lediglich ein Bereich mit einer Mehrzahl von lokalen Maxima der Intensitätsverteilung vorliegt. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtleitende Bereich (4) in mehreren von der zweiten und der dritten Richtung (x, y) aufgespannten Ebenen, insbesondere in jeder von der zweiten und der dritten Richtung (x, y) aufgespannten Ebene eine rechteckige Form aufweist, wobei der lichtleitende Bereich (4) vorzugsweise quaderförmig ist. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausdehnung (D-ι) des lichtleitenden Bereichs (4) zwischen 2 mm und 1000 mm beträgt, vorzugsweise zwischen 4 mm und 800 mm, insbesondere zwischen 5 mm und 500 mm, beispielsweise zwischen 7 mm und 400 mm. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite und/oder die dritte Ausdehnung (D2, D3) des lichtleitenden Bereichs (4) zwischen 0,05 mm und 30 mm beträgt, vorzugsweise zwischen 0,10 mm und 20 mm, insbesondere zwischen 0,25 mm und 15 mm, beispielsweise zwischen 0,50 mm und 12 mm. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausdehnung (D-ι) des lichtleitenden Bereichs (4) größer ist als die zweite und/oder die dritte Ausdehnung (D2, D3) des lichtleitenden Bereichs (4), vorzugsweise um einen Faktor von mindestens 3, insbesondere mindestens 7, beispielsweise mindestens 10, und/oder vorzugsweise um einen Faktor von höchstens 100, insbesondere höchstens 50, beispielsweise höchstens 40. 7. Laservorrichtung, umfassend eine Vorrichtung (2) zur Formung von Laserstrahlung mit einem Lichtleiter (3), der einen lichtleitenden Bereich (4) mit einer Eintrittsfläche (6) und einer Austrittsfläche (7) aufweist, eine Laserlichtquelle (1), die Laserstrahlung (5) aussenden kann, wobei die Laserstrahlung (5) durch die Eintrittsfläche (6) in den lichtleitenden Bereich (4) des Lichtleiters (3) eintreten und durch die Austrittsfläche (7) aus dem lichtleitenden Bereich (4) des Lichtleiters (3) austreten kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) zur Formung von Laserstrahlung eine Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ist. 8. Laservorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbwertsbreite (Η-ι) der Laserstrahlung (5) auf der Eintrittsfläche (6) in der zweiten Richtung (x) zwischen 60% und 100%, insbesondere zwischen 80% und 100% der zweiten Ausdehnung (D2) des lichtleitenden Bereichs (4) entspricht, und/oder dass die Halbwertsbreite (H2) der Laserstrahlung (5) auf der Eintrittsfläche (6) in der dritten Richtung (y) zwischen 60% und 100%, insbesondere zwischen 80% und 100% der dritten Ausdehnung (D3) des lichtleitenden Bereichs (4) entspricht. 9. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Divergenz der Laserstrahlung (5) auf der Eintrittsfläche (6) zwischen 2 mrad und 300 mrad, insbesondere zwischen 4 mrad und 150 mrad beträgt. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die absolute Krümmungsstärke des konkaven oder des konvexen Top-Hat-Profils der Laserstrahlung (5) hinter der Austrittsfläche (7) zwischen 5% und 50%, insbesondere zwischen 10% und 40%, beispielsweise zwischen 15% und 30% beträgt. 11. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Supergaußfaktor (SG) der Laserstrahlung (5) vor dem Eintritt in den lichtleitenden Bereich (4) kleiner 5,0, vorzugsweise kleiner 3,0, insbesondere kleiner 2,0, beispielsweise zwischen 1,0 und 1,8 oder gleich 1,0 ist. 12. Verfahren zur Formung von Laserstrahlung (5), durch das Laserstrahlung (5) mit einem Gauß- oder Supergau ß-Profil in Laserstrahlung (5) umgewandelt wird, die eine Intensitätsverteilung mit einem konkaven oder einem konvexen Top-Hat-Profil aufweist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Die Laserstrahlung (5) wird erzeugt, insbesondere von einer Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, die Laserstrahlung (5) wird durch die Eintrittsfläche (6) in den lichtleitenden Bereich (4) des Lichtleiters (3) einer Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder einer Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11 eingekoppelt, die Laserstrahlung (5) wird durch die Austrittsfläche (7) aus dem lichtleitenden Bereich (4) des Lichtleiters (3) einer Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder einer Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11 ausgekoppelt. |
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Formung von Laserstrahlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Laservorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7 und ein Verfahren zur Formung von Laserstrahlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Definitionen : Die Bezeichnungen Licht oder Beleuchtung oder
Laserstrahlung sollen nicht auf den Bereich sichtbaren Lichts einschränken. Vielmehr werden die Bezeichnungen Licht oder
Beleuchtung oder Laserstrahlung im Rahmen dieser Anmeldung für elektromagnetische Strahlung im gesamten Wellenlängenbereich vom FIR bis zum XUV verwendet. In Ausbreitungsrichtung der
Laserstrahlung oder des Lichts meint mittlere Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlung oder des Lichts, insbesondere wenn diese keine ebene Welle ist oder zumindest teilweise divergent ist. Mit
Laserstrahl, Lichtstrahl, Teilstrahl oder Strahl ist, wenn nicht
ausdrücklich anderes angegeben ist, kein idealisierter Strahl der geometrischen Optik gemeint, sondern ein realer Lichtstrahl, wie beispielsweise ein Laserstrahl mit einem Gauß-Profil oder einem modifizierten Gauß-Profil wie einem Supergau ß-Profil oder einem Top-Hat-Profil, der keinen infinitesimal kleinen, sondern einen ausgedehnten Strahlquerschnitt aufweist. Mit Top-Hat-Verteilung oder Top-Hat-Intensitätsverteilung oder Top-Hat-Profil ist eine
Intensitätsverteilung gemeint, die sich zumindest hinsichtlich einer Richtung im Wesentlichen durch eine Rechteckfunktion (rect (x)) beschreiben lässt beziehungsweise ein Plateau aufweist. Dabei sollen reale Intensitätsverteilungen, die Abweichungen von einer
Rechteckfunktion beziehungsweise geneigte Flanken aufweisen, ebenfalls als Top-Hat-Verteilung oder Top-Hat-Profil bezeichnet werden können. Mit M-Verteilung oder M-Intensitätsverteilung oder M- Profil wird ein Intensitätsprofil von Laserstrahlung bezeichnet, deren Querschnitt in der Mitte eine geringere Intensität als in einem oder mehreren außermittigen Bereichen aufweist. Dabei werden M-Profile im Folgenden auch als konkave Top-Hat-Profile bezeichnet. Als konvexe Top-Hat-Profile können im Folgenden auch Intensitätsprofile von Laserstrahlungen bezeichnet werden, deren Querschnitt in der Mitte eine größere Intensität als in einem oder mehreren
außermittigen Bereichen aufweist. Als Krümmungsstärke des
konkaven Top-Hat-Profils oder des konvexen Top-Hat-Profils soll die prozentuale Abweichung der Intensität am Rand des Plateaus des Top-Hat-Profils von der maximalen oder minimalen Intensität in einem mittleren Bereich des Top-Hat-Profils bezeichnet werden.
Eine Laservorrichtung sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art sind aus der DE 10327735 A1 bekannt. Bei der darin
beschriebenen Laservorrichtung wird ein Laserdiodenbarren mit einer Vielzahl von Emittern verwendet. Um ein gleichmäßigeres Top-Hat- Profil der Laserstrahlung in einer Arbeitsebene zu erzielen, wird das Licht sämtlicher Emitter des Laserdiodenbarrens in einen langen, schmalen quaderförmigen Lichtleiter eingekoppelt, in dem das Licht der einzelnen Emitter gemischt wird.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung einer Laservorrichtung und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art sowie die Angabe eines Verfahrens der eingangs genannten Art, mit denen konkave und/oder konvexe Top-Hat-Profile erzeugt werden können.
Dies wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, eine Laservorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 sowie durch ein
Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 12 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass der lichtleitende Bereich des Lichtleiters eine derartige erste und/oder zweite und/oder dritte
Ausdehnung aufweist, dass bei in die Eintrittsfläche eintretender Laserstrahlung mit einem Gauß- oder Supergau ß-Profil die aus der Austrittsfläche austretende Laserstrahlung eine Intensitätsverteilung mit einem konkaven oder einem konvexen Top-Hat-Profil aufweist. Durch geschickte Wahl der Abmessungen des insbesondere
quaderförmigen lichtleitenden Bereichs kann somit erreicht werden, dass anstelle eines Top-Hat-Profils ein konkav oder konvex
gekrümmtes Top-Hat-Profil erzeugt wird. Beispielsweise ein konkav gekrümmtes Top-Hat-Profil, das auch als M-Profil bekannt ist, wird bei vielen Anwendungen benötigt.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass bei einem konkav
gekrümmten Top-Hat-Profil lediglich ein lokales Minimum der
Intensitätsverteilung oder lediglich ein Bereich mit einer Mehrzahl von lokalen Minima der Intensitätsverteilung vorliegt und dass bei einem konvex gekrümmten Top-Hat-Profil lediglich ein lokales Maximum der Intensitätsverteilung oder lediglich ein Bereich mit einer Mehrzahl von lokalen Maxima der Intensitätsverteilung vorliegt. Ein Bereich mit einer Mehrzahl von Minima wird in der Regel dann vorliegen, wenn bei einem konkav gekrümmten Top-Hat-Profil zwar die Intensität in einem mittleren Bereich des Profils am geringsten ist, gleichzeitig aber aufgrund von Intensitätsschwankungen in dem Minimalbereich mehrere lokale Minima auftreten. Entsprechend wird ein Bereich mit einer Mehrzahl von Maxima in der Regel dann vorliegen, wenn bei einem konvex gekrümmten Top-Hat-Profil zwar die Intensität in einem mittleren Bereich des Profils am größten ist, gleichzeitig aber aufgrund von Intensitätsschwankungen in dem Maximalbereich mehrere lokale Maxima auftreten.
Es kann beispielsweise vorteilhaft sein, dass die erste Ausdehnung des lichtleitenden Bereichs größer ist als die zweite und/oder die dritte Ausdehnung des lichtleitenden Bereichs, vorzugsweise um einen Faktor von mindestens 3, insbesondere mindestens 7, beispielsweise mindestens 10, und/oder vorzugsweise um einen Faktor von höchstens 100, insbesondere höchstens 50,
beispielsweise höchstens 40. Dadurch ergibt sich ein in der Regel deutlich kürzerer Lichtleiter als die aus dem Stand der Technik bekannten langen, schmalen Platten.
Anspruch 7 sieht vor, dass die Laservorrichtung eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Formung von Laserstrahlung umfasst. Dabei kann die Halbwertsbreite der Laserstrahlung auf der Eintrittsfläche in der zweiten Richtung zwischen 60% und 100%, insbesondere zwischen 80% und 100% der zweiten Ausdehnung des lichtleitenden Bereichs entsprechen. Weiterhin kann die
Halbwertsbreite der Laserstrahlung auf der Eintrittsfläche in der dritten Richtung zwischen 60% und 100%, insbesondere zwischen 80% und 100% der dritten Ausdehnung des lichtleitenden Bereichs entsprechen. Dadurch ist es bei entsprechenden Abmessungen des lichtleitenden Bereichs möglich, dass die absolute Krümmungsstärke des konkaven oder des konvexen Top-Hat-Profils der Laserstrahlung hinter der Austrittsfläche zwischen 5% und 50%, insbesondere zwischen 10% und 40%, beispielsweise zwischen 15% und 30% beträgt.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Supergaußfaktor der Laserstrahlung vor dem Eintritt in den lichtleitenden Bereich kleiner 5,0, vorzugsweise kleiner 3,0, insbesondere kleiner 2,0, beispielsweise zwischen 1,0 und 1,8 oder gleich 1,0 ist. Durch einen möglichst kleinen Supergau ßfaktor lässt sich eine vergleichsweise starke Krümmung des Top-Hat-Profils erreichen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12 ist durch folgende
Verfahrensschritte gekennzeichnet:
- Die Laserstrahlung wird erzeugt, insbesondere von einer
erfindungsgemäßen Laservorrichtung,
- die Laserstrahlung wird durch die Eintrittsfläche in den
lichtleitenden Bereich des Lichtleiters einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung eingekoppelt,
- die Laserstrahlung wird durch die Austrittsfläche aus dem
lichtleitenden Bereich des Lichtleiters einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung ausgekoppelt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Abbildungen. Darin zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Detailansicht einer
erfindungsgemäßen Laservorrichtung mit einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Formung von Laserstrahlung;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Laservorrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine stirnseitige Ansicht der Vorrichtung zur Formung von
Laserstrahlung gemäß Fig. 1 mit der darauf auftreffenden Laserstrahlung;
Fig.4 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Formung von Laserstrahlung;
Fig. 5 eine um 90° gedrehte Seitenansicht der Vorrichtung zur
Formung von Laserstrahlung gemäß Fig.4;
Fig. 6 eine schematische Ansicht einer ersten
Intensitätsverteilung der Laserstrahlung nach dem Austritt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Formung von Laserstrahlung;
Fig. 7 eine schematische Ansicht einer zweiten
Intensitätsverteilung der Laserstrahlung nach dem Austritt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Formung von Laserstrahlung; Fig. 8 eine schematische Ansicht einer dritten
Intensitätsverteilung der Laserstrahlung nach dem Austritt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Formung von Laserstrahlung;
Fig. 9 eine schematische Ansicht einer vierten
Intensitätsverteilung der Laserstrahlung nach dem Austritt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Formung von Laserstrahlung;
Fig. 10 eine schematische Ansicht einer fünften
Intensitätsverteilung der Laserstrahlung nach dem Austritt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Formung von Laserstrahlung;
Fig. 11 eine schematische Ansicht einer sechsten
Intensitätsverteilung der Laserstrahlung nach dem Austritt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Formung von Laserstrahlung;
Fig. 12 ein Diagramm, das schematisch den Zusammenhang
zwischen der Ausdehnung des lichtleitenden Bereichs einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Formung von Laserstrahlung in der ersten Richtung und der
Krümmungsstärke des Top-Hat-Profils der
Intensitätsverteilung der Laserstrahlung nach dem Austritt aus der Vorrichtung wiedergibt.
In einigen der Figuren ist zur Verdeutlichung der nachfolgenden Ausführungen ein kartesisches Koordinatensystem eingezeichnet. Weiterhin sind in den Figuren gleiche oder funktional gleiche Teile oder Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Aus Fig. 1 und Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Laservorrichtung ersichtlich, die eine schematisch angedeutete Laserlichtquelle 1 und eine erfindungsgemäße Vorrichtung 2 zur Formung von
Laserstrahlung umfasst. Die Vorrichtung 2 umfasst einen Lichtleiter 3 mit einem lichtleitenden Bereich 4. Dabei kann die von der
Laserlichtquelle 1 ausgehende Laserstrahlung 5 in den lichtleitenden Bereich 4 eintreten.
Der lichtleitende Bereich 4 weist dazu eine Eintrittsfläche 6 auf, die aus Fig. 3 ersichtlich ist. Auf der gegenüberliegenden Seite des lichtleitenden Bereichs 4 ist eine Austrittsfläche 7 angeordnet, aus der die Laserstrahlung 5 austreten kann (siehe dazu Fig. 1 und Fig. 2).
Der lichtleitende Bereich 4 weist eine erste Ausdehnung Di in einer ersten Richtung auf, die in dem abgebildeten kartesischen
Koordinatensystem der z-Richtung entspricht (siehe Fig. 2). Die erste Ausdehnung Di entspricht der Entfernung zwischen der Eintrittsfläche 6 und der Austrittsfläche 7.
Der lichtleitende Bereich 4 weist an der Eintrittsfläche 6 eine zweite Ausdehnung D 2 in einer zweiten Richtung auf, die in dem
abgebildeten kartesischen Koordinatensystem der x-Richtung entspricht (siehe Fig. 3). Der lichtleitende Bereich 4 weist weiterhin an der Eintrittsfläche 6 eine dritte Ausdehnung D 3 in einer dritten Richtung auf, die in dem abgebildeten kartesischen
Koordinatensystem der y-Richtung entspricht.
In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die zweite Ausdehnung D 2 größer als die dritte Ausdehnung D 3 . Es besteht jedoch durchaus auch die Möglichkeit, dass beide Ausdehnungen D 2 , D 3 gleich groß sind, oder dass die dritte Ausdehnung D 3 größer als die zweite
Ausdehnung D 2 ist.
In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel ist der lichtleitende Bereich 4 quaderförmig, so dass die Form des lichtleitenden Bereichs 4 in sämtlichen x-y-Ebenen beziehungsweise in sämtlichen Ebenen, die senkrecht zur ersten Richtung z sind, rechteckig ist. Es besteht jedoch durchaus die Möglichkeit, dass der lichtleitende Bereich 4 nur abschnittsweise eine rechteckige Form aufweist, insbesondere nur in einer oder mehreren x-y-Ebenen eine rechteckige Form aufweist.
In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel sind die Eintrittsfläche 6 und die Austrittsfläche 7 jeweils in einer x-y-Ebene angeordnet. Es besteht durchaus die Möglichkeit, dass die Eintrittsfläche 6 und/oder die Austrittsfläche 7 zu einer x-y-Ebene geneigt sind.
In Fig. 3 ist die auf die Eintrittsfläche 6 auftreffende Laserstrahlung 5 schraffiert dargestellt. Die beispielhafte Laserstrahlung weist in x- Richtung eine Ausdehnung beziehungsweise Halbwertsbreite (FWHM) Hi und in y-Richtung eine Ausdehnung beziehungsweise
Halbwertsbreite H 2 auf.
In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel weist die Laserstrahlung 5 auf der Eintrittsfläche einen rechteckigen Umriss auf. Es besteht jedoch durchaus die Möglichkeit, dass der Umriss oval oder
kreisförmig ist.
Erfindungsgemäß ist es insbesondere sinnvoll, wenn die
Halbwertsbreite H-i der Laserstrahlung 5 auf der Eintrittsfläche 6 in der zweiten Richtung x zwischen 60% und 100%, insbesondere zwischen 80% und 100% der zweiten Ausdehnung D 2 des
lichtleitenden Bereichs 4 entspricht, und/oder dass die
Halbwertsbreite H 2 der Laserstrahlung 5 auf der Eintrittsfläche 6 in der dritten Richtung y zwischen 60% und 100%, insbesondere zwischen 80% und 100% der dritten Ausdehnung D 3 des lichtleitenden Bereichs 4 entspricht.
Die Laserstrahlung kann ein Gauß-Profil oder ein Supergau ß-Profil aufweisen. Dabei unterscheidet sich ein Supergauß-Profil von einem Gauß-Profil durch den Supergau ßfaktor SG. Die folgende Gleichung gibt den Zusammenhang zwischen der Intensität l(r) der
Laserstrahlung 5 und dem Supergau ßfaktor SG wieder.
Dabei ist I die Intensität, r 0 der Strahlmittelpunkt, r die Abweichung vom Strahlmittelpunkt, l 0 die Intensität am Strahlmittelpunkt und SG der Supergaußfaktor. Wenn der Supergau ßfaktor gleich 1 ist, ergibt sich ein Gauß-Profil. Für SG>1 ergibt sich ein Supergauß-Profil der Laserstrahlung 5.
Fig. 6 zeigt ein beispielhaftes Profil 8 der Laserstrahlung 5 nach Austritt aus der Austrittsfläche 7. Das Profil 8 ist ein konvexes Top- Hat-Profil, das ein Maximum in einem mittleren Bereich 9 und eine Krümmungsstärke von 40% aufweist. Das bedeutet, dass die
prozentuale Abweichung der Intensität am Rand 10 des Plateaus von der Intensität in dem mittleren Bereich 9 des Profils 840% beträgt. Mit anderen Worten: Am Rand 10 ist die Intensität um 40% kleiner als in dem mittleren Bereich 9.
Fig. 7 zeigt ein weiteres beispielhaftes Profil 11 der Laserstrahlung 5 nach Austritt aus der Austrittsfläche 7. Das Profil 11 ist ein konkaves Top-Hat-Profil, das auch als ein M-Profil bezeichnet werden kann. Das Profil 11 weist ein Minimum in einem mittleren Bereich 9 und eine Krümmungsstärke von -40% auf. Das bedeutet, dass am Rand 10 die Intensität um 40% größer ist als in dem mittleren Bereich 9.
Fig. 8 zeigt ein weiteres beispielhaftes Profil 12 der Laserstrahlung 5 nach Austritt aus der Austrittsfläche 7. Das Profil 12 ist wie das Profil 8 aus Fig. 6 ein konvexes Top-Hat-Profil, das ein Maximum in einem mittleren Bereich 9 aufweist. Allerdings beträgt bei dem Profil 12 die Krümmungsstärke nur 15%.
Fig. 9 zeigt ein weiteres beispielhaftes Profil 13 der Laserstrahlung 5 nach Austritt aus der Austrittsfläche 7. Das Profil 13 ist wie das Profil 11 aus Fig. 7 ein konkaves Top-Hat-Profil oder M-Profil, das ein Minimum in einem mittleren Bereich 9 aufweist. Allerdings beträgt bei dem Profil 13 die Krümmungsstärke nur -15%.
Fig. 10 zeigt ein weiteres beispielhaftes Profil 14 der Laserstrahlung 5 nach Austritt aus der Austrittsfläche 7. Das Profil 14 ist wie das Profil 8 aus Fig. 6 ein konvexes Top-Hat-Profil, das ein Maximum in einem mittleren Bereich 9 aufweist. Allerdings beträgt bei dem Profil 14 die Krümmungsstärke nur 5%.
Fig. 11 zeigt ein weiteres beispielhaftes Profil 15 der Laserstrahlung 5 nach Austritt aus der Austrittsfläche 7. Das Profil 15 ist wie das Profil 11 aus Fig. 7 ein konkaves Top-Hat-Profil oder M-Profil, das ein Minimum in einem mittleren Bereich 9 aufweist. Allerdings beträgt bei dem Profil 15 die Krümmungsstärke nur -5%.
Fig. 12 zeigt für einen konkreten Querschnitt eines lichtleitenden Bereichs 4 und für eine konkrete in den lichtleitenden Bereich 4 eintretende Laserstrahlung 5 den Zusammenhang zwischen der ersten Ausdehnung Di beziehungsweise Länge des lichtleitenden Bereichs 4 und der Krümmungsstärke des Profils der austretenden
Laserstrahlung. Dabei ist von links nach rechts in Fig. 12 die Ausdehnung Di beziehungsweise Länge des lichtleitenden Bereichs 4 in mm und von unten nach oben die Krümmungsstärke in Prozent aufgetragen, wobei eine positive Krümmungsstärke einem konvexen Top-Hat-Profil und eine negative Krümmungsstärke einem konkaven Top-Hat-Profil beziehungsweise M-Profil entspricht.
Es zeigt sich, dass sich mit sehr kurzen lichtleitenden Bereichen 4 sehr große Krümmungsstärken erreichen lassen (siehe beispielsweise die Krümmungsstärke von etwa -50% bei einer ersten Ausdehnung Di beziehungsweise Länge von etwa 9,5 mm). Dagegen werden die Krümmungsstärken bei größeren ersten Ausdehnungen D-i
beziehungsweise Längen im Mittel immer kleiner (siehe
beispielsweise die Krümmungsstärke von etwa -5% bei einer ersten Ausdehnung Di beziehungsweise Länge von etwa 24 mm).
Als Laserlichtquelle 1 kann ein beliebiger Laser oder können mehrere beliebige Laser dienen. Wenn beispielsweise ein Laserdiodenbarren verwendet wird, kann es sinnvoll sein, die Laserstrahlung 5 vor dem Eintritt in den lichtleitenden Bereich 4 zumindest in der Fast-Axis noch zu kollimieren.
Fig.4 und Fig. 5 zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung 2, bei der vor dem Lichtleiter 3 eine Kollimationslinse 16 für die Fast-Axis der Laserstrahlung 5 eines Laserdiodenbarrens angeordnet ist.
Hinter der Austrittsfläche 7 der Vorrichtungen 2 gemäß den Fig. 1 bis Fig. 5 kann direkt eine Arbeitsebene angeordnet sein, in der
beispielsweise ein zu bearbeitendes Werkstück positioniert werden kann. Alternativ dazu kann auch zwischen der Austrittsfläche 7 und einer Arbeitsebene beispielsweise noch eine abbildende Linse angeordnet sein, die das hinter der Austrittsfläche 7 vorliegende Intensitätsprofil der Laserstrahlung 5 in die Arbeitsebene abbildet. lm Folgenden werden zwei konkrete Beispiele aufgeführt. Beispiel 1 :
Der lichtleitende Bereich 4 des Lichtleiters 3 weist eine erste
Ausdehnung Di beziehungsweise Länge von 350,0 mm, eine zweite Ausdehnung D 2 von 10,5 mm und eine dritte Ausdehnung D 3 von ebenfalls 10,5 mm auf. Der lichtleitende Bereich 4 weist somit einen quadratischen Querschnitt auf.
Die Halbwertsbreite Hi der Laserstrahlung 5 auf der Eintrittsfläche 6 in der zweiten Richtung x beträgt 10 mm und die Halbwertsbreite H 2 der Laserstrahlung 5 auf der Eintrittsfläche 6 in der dritten Richtung y beträgt ebenfalls 10 mm. Der Öffnungswinkel beziehungsweise die Divergenz der Laserstrahlung 5 auf der Eintrittsfläche 6 beträgt in der x-Richtung 10 mrad und in der y-Richtung 139 mrad.
Aus der Austrittsfläche 7 des lichtleitenden Bereichs 4 des Lichtleiters 3 tritt Laserstrahlung 5 mit einem konkaven Top-Hat-Profil
beziehungsweise einem M-Profil und einer Krümmungsstärke von - 20% aus.
Beispiel 2:
Der lichtleitende Bereich 4 des Lichtleiters 3 weist eine erste
Ausdehnung Di beziehungsweise Länge von 7,2 mm, eine zweite Ausdehnung D 2 von 0,6 mm und eine dritte Ausdehnung D 3 von ebenfalls 0,6 mm auf. Der lichtleitende Bereich 4 weist somit einen quadratischen Querschnitt auf.
Die Halbwertsbreite H-i der Laserstrahlung 5 auf der Eintrittsfläche 6 in der zweiten Richtung x beträgt 400 μηπ und die Halbwertsbreite H 2 der Laserstrahlung 5 auf der Eintrittsfläche 6 in der dritten Richtung y beträgt ebenfalls 400 μηπ. Der Öffnungswinkel beziehungsweise die Divergenz der Laserstrahlung 5 auf der Eintrittsfläche 6 beträgt in der x-Richtung 5 mrad und in der y-Richtung 140 mrad.
Aus der Austrittsfläche 7 des lichtleitenden Bereichs 4 des Lichtleiters 3 tritt Laserstrahlung 5 mit einem konkaven Top-Hat-Profil
beziehungsweise einem M-Profil und einer Krümmungsstärke von - 20% aus.