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Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING THE WAVEFRONT OF LASER RADIATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/000500
Kind Code:
A1
Abstract:
In the case of a method and an apparatus for measuring the wavefront of laser radiation, - partial laser beams (4) are coupled out of the laser beam (1) to be measured in temporal succession with the aid of an aperture (3) which can be displaced relative to the cross section of the laser beam (1) to be measured and is small in comparison with the latter, - the partial laser beams (4) are detected using a position-resolving detector (5) and wavefront-specific measurement data are generated therefrom, and - the wavefront (6) of the laser beam (1) is determined from the wavefront-specific measurement data and the position coordinates of the respective partial laser beam (4), which has been coupled out, inside the laser beam (1) to be measured.

Inventors:
ZIMMERMANN MAIK (DE)
RANK MATTHIAS (DE)
SCHULZ JOACHIM (DE)
Application Number:
PCT/EP2008/005094
Publication Date:
December 31, 2008
Filing Date:
June 24, 2008
Export Citation:
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Assignee:
TRUMPF WERKZEUGMASCHINEN GMBH (DE)
ZIMMERMANN MAIK (DE)
RANK MATTHIAS (DE)
SCHULZ JOACHIM (DE)
International Classes:
G01J9/00; B23K26/06; G01M11/02
Foreign References:
EP0319345A21989-06-07
DE19909595A12000-09-07
US5287165A1994-02-15
Attorney, Agent or Firm:
HÜBNER, Gerd et al. (Nürnberg, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Wellenfrontvermessung von Laserstrahlung, dadurch gekennzeichnet, dass - mit Hilfe einer relativ zum Querschnitt des zu vermessenden Laserstrahls (1) bewegbaren, demgegenüber kleinen Apertur (3, 16) zeitlich aufeinanderfolgend Teillaserstrahlen (4) aus dem zu vermessenden Laserstrahl (1) ausgekoppelt werden,

- die Teillaserstrahlen (4) mittels eines positionsauflösenden Detektors (5) erfasst und daraus wellenfrontspezifische Messdaten erzeugt werden, und

- die Wellenfront (6) des Laserstrahls (1) aus den wellenfrontspezifi- schen Messdaten und den Lagekoordinaten des jeweils ausgekoppelten Teillaserstrahls (4) innerhalb des zu vermessenden Laserstrahls ( 1 ) bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teillaserstrahlen (4) in einer zweidimensionalen Rasteranordnung aus dem zu vermessenden Laserstrahl (1) ausgekoppelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder ausgekoppelten Teillaserstrahlen (4) auf den Detektor (5) fokussiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der ausgekoppelten Teillaserstrahlen (4) im Abtastkopf (2) quer zur Strahlrichtung (S) des zu vermessenden Laserstrahls (1) umgelenkt wird.

5. Vorrichtung zur Wellenfrontvermessung von Laserstrahlung, gekennzeichnet durch

- einen Abtastkopf (2) mit einer relativ zum Querschnitt des Laserstrahls (1) bewegbaren, gegenüber dem Laserstrahl-Querschnitt klei- nen Apertur (3, 16) zum zeitlich aufeinanderfolgenden Ausblenden von Teillaserstrahlen (4) aus dem zu vermessenden Laserstrahl (1),

- einen positionsauflösenden Detektor (5) im Strahlengang des ausgekoppelten Teillaserstrahls (4) zur Erzeugung wellenfrontspezifischer Messdaten dieses Teillaserstrahls (4), und - eine Auswerteeinheit (8) zur Bestimmung der zu vermessenden Wellenfront (6) aus den wellenfrontspezifischen Messdaten der einzelnen Teillaserstrahlen (4) in Verbindung mit den Lagekoordinaten der ausgekoppelten Teillaserstrahlen (4) innerhalb des zu vermessenden Laserstrahls (1).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtastkopf (2) auf einem Scannerpositioniersystem (7) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtastkopf (2) als Hohlnadel ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Abtastkopf (2) zur Realisierung der den Laserstrahl (1) abtastenden Apertur (3) mindestens eine bewegte, scheibenförmige Aperturblende (12, 14, 17, 23, 23', 25), vorzugsweise nach Art von Nipkovscheiben, vorgesehen ist, die den jeweiligen Teillaserstrahl (4) auf eine zum Laserstrahl (1) ortsfeste Detektoranordnung (5) ausblendet.

9 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch ein im Strahlengang des Teillaserstrahls (4) angeordnetes optisches Element (9) zur Fokussierung des Teillaserstrahls (4) auf den Detektor (5).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Abtastkopf (2) ein Umlenkspiegel (11) zur Umlenkung des ausgekoppelten Teillaserstrahls (4) quer zur Strahlrichtung (S) des zu vermessenden Laserstrahls (1) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtastkopf (2) zumindest auf seiner dem Laserstrahl (1) ausgesetzten Oberfläche (10) hochreflektierend für den Laserstrahl (1) ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als positionsauflösender Detektor (5) eine Vierquadrantendiode oder ein PSD-Detektor eingesetzt ist.

13. Vorrichtung mindestens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Aperturblende (17, 23, 23', 25) als W-Axicon mit reflektierenden Elementen (18) ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass über der für den Laserstrahl (1) reflektierenden Aperturblende (17, 23, 23', 25) ein Absorberring (19) für die reflektierte Laserstrahlung (21) angeordnet ist.

15. Vorrichtung mindestens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturblende (17, 23, 23', 25) als Einzel- oder Mehrfachlochspiegel ausgebildet ist.

Description:

Verfahren und Vorrichtung zur Wellenfrontvermessung von Laserstrahlung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wellen- frontvermessung von Laserstrahlung.

Zum Hintergrund der Erfindung ist festzuhalten, dass die Vermessung einer optischen Wellenfront eines Laserstrahls für verschiedene Zwecke dienlich ist, beispielsweise Rückschlüsse auf die Qualität optischer Bautei- Ie im Hinblick auf ihre Oberflächen- und Transmissionseigenschaften zu- lässt, in der Lasertechnik zur Charakterisierung der optischen Eigenschaften eines Laserstrahls verwendet oder in der Astronomie zur Messung der Abweichung der Strahlenfront des Lichtes ferner Sterne auf dem Weg durch die Atmosphäre eingesetzt wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Charakterisierung der Wellenfront von Laserstrahlen, woraus beispielsweise Rückschlüsse auf die Justiergenauigkeit und den Verschmutzungsgrad der optischen Komponenten im Strahlengang einer Laser-Bearbeitungsmaschine gezogen werden können.

Die Vermessung der Wellenfront von Laserstrahlung kann beispielsweise durch Hilfe von interferometrischen Verfahren mit Hilfe einer Referenzwelle erfolgen. In der Praxis wird jedoch vornehmlich nach den Hartmann- Shack-Messprinzip verfahren, bei dem durch eine Segmentierung des Laserstrahls mittels Lochblenden oder Linsenfelder und eine Abbildung be- ziehungsweise Fokussierung der einzelnen Teilstrahlen auf einen positionsempfindlichen Detektor vermessen wird. Die Wellenfront kann durch Detektion der lateralen Abweichung der Teilstrahlen zu einer vorher festgelegten oder mittels einen ebenen Welle referenzierten Position rekonstruiert werden.

Mit kommerziell erhältlichen Systemen kann Laserstrahlung in einem Wellenlängenbereich von ca. 400 nm bis 1400 nm vermessen werden. Dies kann aufgrund der Verfügbarkeit von hochauflösenden CCD-Chips, die in diesem Wellenbereich arbeiten, mit einer sehr hohen Genauigkeit erfolgen.

Varianten des Hartmann-Shack-Messprinzips sind in verschiedenen Patenten beschrieben, wie beispielsweise der DE 39 43 518 C2, DE 40 07 321 C2, DE 197 35 096 Al oder DE 102 43 838 B3.

Die vorstehend erwähnten Hartmann- Shack-Messsensoren sind bei ihrer Verwendung für die in-situ-Wellenfrontvermessung von Hochleistungslasern problematisch, da der Laserstrahl für eine Messwertaufnahme in seiner Leistung abzuschwächen ist, um das Sensorelement nicht zu beschädi- gen. Hierfür werden spezielle optische Komponenten eingesetzt, die beispielsweise einen geringen Anteil der Laserstrahlung transmittieren und den größeren Teil reflektieren. Nachteil dieser Lösung ist die Erwärmung der optischen Komponenten durch eine Absorption der Laserstrahlung, was aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Brechzahl des Mediums zu einer Veränderung der Wellenfront des Laserstrahls führen kann. Eine exakte Vermessung der Wellenfront wird dadurch zumindest erschwert, wenn nicht sogar unmöglich.

Eine weitere Problematik liegt in der Wellenfrontvermessung bei Laser- Strahlung im mittleren und fernen Infrarotbereich, also bei einer Wellenlänge von ca. 1,5 bis 15 μm. Die verfügbaren Sensorelemente, wie beispielsweise Mikro-Bolometer-Arrays oder pyroelektrische Detektoren sind derzeit fertigungsbedingt im Vergleich zu CCD- oder CMOS-Chips nur in einer geringen Auflösung erhältlich. Zudem sind sie ausgesprochen teuer.

Ein weiterer Nachteil dieser Detektoren liegt in ihrer kleinen Detektorfläche. Bei der Vermessung eines Laserstrahls, dessen Querschnitt größer als die Detektorfläche ist, müssen dann zusätzliche optische Elemente zur Querschnittswandlung verwendet werden, die wiederum eine Verfälschung der zu vermessenden Wellenfront durch Abbildungsfehler herbeiführen können. Schließlich führt die Verkleinerung des Querschnitts durch optische Elemente zu einer Abnahme der Auflösung des Wellenfrontsensors aufgrund größerer Winkel der Strahlen im optischen Aufbau der Vermes- sungsvorrichtung.

Ausgehend von den geschilderten Problemen des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Vermessung der Wellenfront von Laserstrahlung an- zugeben, mit deren Hilfe Hochleistungslaser direkt hinsichtlich ihrer Wellenfront vermessbar sind.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in verfahrenstechnischer Hinsicht durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Prozessschritte und unter vorrichtungstechnischen Aspekten durch den im Kennzeichnungsteil des Anspruches 5 angegebenen Aufbau gelöst.

Die Erfindung sieht demnach einen Abtastkopf mit einer gegenüber dem Laserstrahl-Querschnitt kleinen Apertur vor, der in zeitlicher Aufeinander- folge Teillaserstrahlen aus dem zu vermessenden Laserstrahl auskoppelt. Die jeweiligen Teillaserstrahlen werden mittels eines positionsauflösendem Detektors, der im Strahlengang des ausgekoppelten Teillaserstrahls angeordnet ist, erfasst, der wellenfrontspezifische Messdaten erzeugt. Mit Hilfe einer Auswerteeinheit wird zur Bestimmung der zu vermessenden Wellen-

front aus den wellenfrontspezifischen Messdaten der einzelnen Teillaserstrahlen in Verbindung mit den Lagekoordinaten der ausgekoppelten Teillaserstrahlen innerhalb des zu vermessenden Laserstrahls die zu vermessende Wellenfront rekonstruiert.

Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung haben den Vorteil, dass der Anteil der durch die Apertur der Anordnung tretenden Laserleistung sehr gering ist. Somit ist keine Abschwächung des Teillaserstrahls notwendig, entsprechende optische Elemente, die zu einer Verfälschung der zu detektierenden Wellenfront führen können, entfallen. Sollte in Ausnahmefällen eine Leistungsabschwächung erforderlich sein, kann die thermische Erwärmung der entsprechenden optischen Elemente aufgrund der geringen Leistung des ausgekoppelten Teilstrahls vernachlässigt werden. Sollten schließlich dennoch thermische Effekte auftreten, können diese durch eine bessere Kühlung der vergleichsweise kleineren optischen Komponenten vermieden werden.

Es ist daraufhinzuweisen, dass eine Intensitätsvermessung eines Laserstrahls mit Hilfe einer so genannten Pinhole- Anordnung aus der DE 199 09 595 Al bekannt ist. Dieses Verfahren ermöglicht damit eine Darstellung des Strahlquerschnitts in der gemessenen Ebene. Durch eine Messwertaufnahme in verschiedenen Ebenen wäre damit bestenfalls eine Rückrechnung auf die eigentlich im Laserstrahl vorliegende Wellenfront möglich. Die Erfindung gewinnt demgegenüber zusätzliche Informationen über den La- serstrahl, da durch die Kenntnis der Wellenfront des Laserstrahls beispielsweise Aberationen der Strahlung an optischen Komponenten festgestellt und quantifiziert werden können. Die DE 199 09 595 Al gibt darauf keinen Hinweis.

Ferner zeigt die DE 10 2005 038 587 Al ein Messsystem und Verfahren zum Vermessen eines Laserstrahls, bei dem der zu vermessende Laserstrahl mit Hilfe eines Ablenksystems scannend über ein Pinhole des Messsystems geführt, von wo aus der ausgekoppelte Teilstrahl auf einen ent- sprechenden Messsensor fällt. Eine Wellenfrontvermessung ist in dieser Druckschrift ebenfalls nicht angesprochen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vorrichtung ermöglichen mit der Auswertung der Ausbreitungsrichtung der die Apertur passierenden Teilstrahlung auf einem positionsempfindlichen Detektor eine direkte Messung der Wellenfront in der Messebene. Dieses Messverfahren nutzt also einen gegenüber dem vorstehend diskutierten Stand der Technik völlig anderen physikalischen Effekt, um die Wellenfront zu beschreiben. Vorteilhafterweise ist eine Wellenfrontbestimmung mit Hilfe der Erfindung durch eine direkte Messung der Ausbreitungsrichtung der Teillaserstrahlen in einer Messebene für beliebige Wellenfronten ohne aufwändige Rekonstruktion aus einer Leistungsverteilung in mehreren Ebenen möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren ist damit wesentlich schneller und genauer als die Leistungsmessung, wie sie in der DE 199 09 595 Al bzw. DE 10 2005 038 587 Al offenbart ist.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beziehungsweise der entsprechenden Vorrichtung angegeben, die in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen einer Hohlnadel- Vermessungsvorrichtung für die Wellenfront eines Laserstrahls in zwei unterschiedlichen Ausfuhrungsformen,

Fig. 3 und 4 eine Draufsicht und einen Axialschnitt einer Vermessungsvorrichtung mit Aperturblenden in einer ersten Ausführungs- form,

Fig. 5 einen Axialschnitt einer Vermessungseinrichtung in einer weiteren Ausführungsform mit Aperturblende und Absorberblende,

Fig. 6 bis 8 Draufsichten dieser Vermessungseinrichtung mit unterschiedlich ausgebildeten Aperturblenden,

Fig. 9 einen Axialschnitt der Anordnung gemäß Fig. 8,

Fig. 10 eine Draufsicht einer Vermessungseinrichtung in einer weiteren Ausführungsform mit Aperturblende und Absorberblende, und

Fig. 11 einen Axialschnitt einer Aperturblende der Vermessungsein- richtung gemäß Fig. 10.

Wie aus Fig. 1 deutlich wird, wird der zu vermessende Laserstrahl 1 mit Hilfe eines hohlnadelartigen Abtastkopfes 2 vermessen. Letzterer weist an seinem entgegen der Strahlrichtung S weisenden Ende eine gegenüber dem Laserstrahl-Querschnitt kleine Apertur 3 in Form einer kreisrunden öffnung mit einem Durchmesser von beispielsweise 1 mm auf. Grundsätzlich liegt die Größe der Apertur 3 vorzugsweise in der Größenordnung der beabsichtigten lateralen Auflösung. Bei sehr hohen Leistungsdichten des zu vermessenden Laserstrahls kann die öffnung auch verkleinert werden, wo-

bei darauf zu achten ist, dass das Aperturmaß nicht so klein wird, dass die an der Apertur entstehende Beugung die Auflösung der Messanordnung signifikant beeinträchtigt. Der öffnungsdurchmesser ist also deutlich über die Größe der Wellenlänge der zu vermessenden Laserstrahlung zu halten.

Mittels der Apertur 3 wird ein Teillaserstrahl 4 aus dem zu vermessenden Laserstrahl 1 ausgekoppelt. Im Abtastkopf ist ein positionsempfindlicher Detektor 5 im Strahlengang des Teillaserstrahls 4 angeordnet, auf den der Teillaserstrahl 4 in einer für den Verlauf der Wellenfront 6 im Bereich des ausgekoppelten Teillaserstrahls 4 signifikanten Position auftrifft. Damit kann der Phasenwinkel des Teillaserstrahls 4 über dessen Auftreffort auf dem positionsauflösenden Detektor 5 bestimmt werden. Der Abtastkopf 4 wird zur Erfassung der gesamten Wellenfront 6 mit Hilfe eines x-y- Positioniersystems 7 scannend, beispielsweise in einer zweidimensionalen Rasteranordnung mit einer bestimmten Anzahl von Messpunkten in x- und y-Richtung abgetastet. Mit Hilfe einer Auswerteeinheit 8 werden die entsprechenden Messdaten des Detektors 5 der entsprechenden Position der Apertur 3 im Laserstrahl 1 zugeordnet und so die zu vermessende Laserfront 6 des Laserstrahls aus den wellenfrontspezifischen Positionsdaten der einzelnen Teillaserstrahlen 4 in Verbindung mit den Lagekoordinaten des Positioniersystems 7 bestimmt.

Um die Auflösung der Messanordnung zu erhöhen, kann in den Strahlengang des Teillaserstrahls 4 noch ein zusätzliches optisches Element 9 zur Fokussierung des Teillaserstrahls 4 auf die Fläche des Detektors 5 eingebaut werden.

Die Oberfläche 10 des Abtastkopfes 2 ist im übrigen hochreflektierend ausgebildet, sodass ein Großteil der darauf auftreffenden Laserstrahlung abgelenkt und nicht zu einer Erwärmung des Abtastkopfes 2 führt.

Das erfindungsgemäße Messprinzip zeichnet sich im Vergleich zu bekannten Messprinzipien durch eine hohe räumliche Auflösung sowie einen großen Messbereich aus. Die Auflösung der für das bekannte Hartmann- Shack- Verfahren verwendeten Detektor-Arrays ist vor allem für die Vermessung von IR-Strahlung im Bereich von 8 bis 14 μm gering. Derzeitiger Stand ist maximal eine VGA- Auflösung mit 640 x 480 Pixel. Beim Hart- mann-Shack- Verfahren wird die gesamte zur Verfügung stehende Detektorfläche von n x m Pixeln in k-Subbereiche unterteilt und einer Subapertur zugeordnet. Dadurch verringert sich der Messbereich und die Auflösung des Messsystems drastisch, da für eine Subapertur, die einen Ausschnitt der Wellenfront erfasst, demnach nur n x m/k 2 Pixel zur Verfugung stehen. Beim erfϊndungsgemäßen Verfahren wird im Gegensatz dazu der über die Apertur eingekoppelte Teillaserstrahl 4 mit Hilfe der gesamten Fläche des Detektors 5 mit n x m Pixeln ausgewertet. Dies ermöglicht eine drastisch höhere Auflösung oder die Möglichkeit, kleinere Detektoren mit geringer Pixelanzahl oder einfachere positionsempfindliche Halbleiter, wie beispielsweise Vierquadrantendioden oder PSD-Detektoren zu verwenden, die dann eine ähnliche Auflösung im Vergleich zu bekannten Hartmann- Shack-Systemen erreichen, jedoch deutlich preisgünstiger sind.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausfuhrungsform unterschiedet sich von der gemäß Fig. 1 lediglich dadurch, dass der Apertur 3 des Abtastkopfes 2 ein Umlenkspiegel 11 zugeordnet ist, der den ausgekoppelten Teillaserstrahl 4 quer zur Strahlrichtung S des zu vermessenden Laserstrahls 1 auf den Detektor 5 umlenkt. Dies ermöglicht eine Verringerung der Bauhöhe des Ab-

tastkopfes. Dadurch können die mechanischen Eigenschaften in bestimmten Aufbauvarianten verbessert werden. Im übrigen kann zur Ausfuhrungsform gemäß Fig. 2 auf die entsprechende Beschreibung der Fig. 1 verwiesen werden. übereinstimmende Bauteile sind mit identischen Bezugszei- chen versehen.

In Fig. 3 und 4 ist eine alternative Ausführungsform zur Bildung der den Laserstrahl 1 abscannenden Apertur 3 dargestellt, die nach dem Vorbild der sogenannten Nipkov- Scheibe aufgebaut ist. Dieser Aufbau weist ein erstes Scheibenelement 12 mit einem eine Radiuslinie einnehmenden Aperturschlitz 13 auf, das mit einem zweiten Scheibenelement 14 kombiniert ist. Letzteres weist auf gleichmäßigen Drehwinkeln W jeweils mit größer werdendem Abstand a angeordnete Aperturöffnungen 16 auf. Wird das zweite Scheibenelement 14 relativ zum ersten Scheibenelement 12 gedreht, so kommt im Bereich des Aperturschlitzes 13 sukzessive jeweils eine der Aperturöffnungen 16 in Deckung. Der Laserstrahl 1 kann so auf einer Sehnenlinie bezogen auf den Laserquerschnitt abgetastet werden. Zur kompletten Erfassung des Laserstrahls 1 werden die beiden Scheibenelemente 12, 14 gemeinsam entweder linear zum Laserstrahl 1 bewegt, so dass der Aper- turschlitz 13 den kompletten Querschnitt des Laserstrahls 1 überstreicht und entsprechend der gesamte Laserstrahl 1 abgetastet wird. Eine Drehung der Scheibenelemente 12, 14 um den Mittelpunkt der Aperturblende 14 ist zur Erfassung des gesamten Laserstrahlquerschnitts ebenfalls möglich, wobei dann eine fächerförmige Abtastung des Laserstrahls 1 stattfindet.

Wie aus dem Axialschnitt gemäß Fig. 4 deutlich wird, ist unterhalb des Scheibenelements 14 mit dem Aperturschlitz 13 das optische Element 9 in Form einer Linse angeordnet, mit deren Hilfe die jeweils in zeitlicher Aufeinanderfolge durch die Aperturöffnungen 16 ausgeblendeten Teilstrahlen

4 wiederum auf den Detektor 5 in Form einer Vierquadrantendiode abgebildet werden.

Bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsform ist die Aper- turblende als drehender Lochspiegel 17 mit einer Aperturöffnung 16 im Bereich einer im Querschnitt konischen, umlaufenden Rillenvertiefung 18 ausgelegt. Der Lochspiegel 17 ist damit als W-Axicon ausgebildet. über diesen Lochspiegel 17 mit der einzigen Aperturöffnung 16 ist eine Absorberringblende 19 angeordnet, deren zentrale öffnung konzentrisch zu den von der Aperturöffnung 16 durchlaufenen Peripherlinie des Lochspiegels 17 liegt. Die Absorberringblende 19 definiert mit ihrer zentralen öffnung 20, die den Durchmesser A aufweist, die Messapertur der Vorrichtung, durch die der Laserstrahl 1 hindurchtritt.

Im Bereich der Aperturöffnung des Lochspiegels 17 ist unterhalb davon wiederum ein optisches Element 9 in Form einer Linse angeordnet, mit deren Hilfe der ausgeblendete Teillaserstrahl 4 auf den Detektor 5 in Form einer Vierquadrantendiode abgebildet wird.

Wie aus Fig. 5 deutlich wird, wird die vom Lochspiegel 17 im Bereich der Rillenvertiefung 18 reflektierte Laserstrahlung 21 definiert von der Absorberringblende 19 mit ihrem nach unten sich konisch erweiternden Absorberabschnitt 22 absorbiert.

Der Laserstrahl 1 kann durch eine Verschiebung der Vermessungseinrichtung gemäß Fig. 5 und 6 in Richtung R komplett abgetastet werden. Dabei werden jeweils kreisbogenartige Sehnenlinien des Laserstrahlquerschnitts abgetastet.

In Fig. 7 ist ein Mehrfachlochspiegel 23 mit mehreren Aperturöffnungen 16 dargestellt, die analog der nipkovscheibenartigen Anordnung gemäß Fig. 3 und 4 auf einer Spirallinie angeordnet sind. Damit sind bei einer Umdrehung des Mehrfachlochspiegels 23 nacheinander mehrere kreisbo- genförmige Sehnenabschnitte des Laserstrahls 1 ohne Verschiebung der Vermessungseinrichtung abtastbar, so dass sich insgesamt eine kürzere Abtastzeit für die Vermessung des gesamten Laserstrahls 1 ergibt.

Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform sind im Mehrfachlochspiegel 23' mehrere Aperturöffnungen 16 auf einer einzigen Umfangslinie angeordnet. Deren Abstand D muss größer sein als der Durchmesser A der zentralen öffnung 20 der Absorberringblende 19. Bei einer Verschiebung dieses Mehrfachlochspiegels 23' in Richtung R wird mit jeder Aperturöffnung 16 eine im Wesentlichen kreisbogenförmige Sehnenlinie des Laserstrahls 1 abgetastet.

Wie aus Fig. 9 deutlich wird, sind die Aperturöffnungen 16 am tiefsten Punkt der Rillenvertiefungen 18 angeordnet. Damit ist der Abstand der Aperturöffnungen 16 von der Linse 9 konstant und minimal. Die geneigten Flanken der Rillenvertiefungen 18 bewirken, dass der Haupt-Laserstrahl 1 kontrolliert in die Absorberringblende 19 gelenkt wird. Die Rillenvertiefungen 18 sollten an ihrer tiefsten Stelle möglichst spitz zulaufen, also eine möglichst starke Krümmung haben, um möglichst wenig diffuse Rückstreuung zu erzeugen. Insoweit ist bei einem Lochspiegel 17 mit nur einer Aperturöffnung 16 (Fig. 6) oder einem Mehrfachlochspiegel 23' mit Aperturöffnungen 16 in konstantem Abstand zum Zentrum des Spiegels (Fig. 8) die Verwendung nur einer Rillenvertiefung 18 von Vorteil.

Die nach oben weisenden Grate 24 zwischen den Rillenvertiefungen 18 sind bezüglich der Streuung weniger problematisch, da sie mit einem extrem kleinen Krümmungsradius quasi spitz gefertigt werden können.

Für den Mehrfachlochspiegel 23 gemäß Fig. 7 ist im übrigen eine spiralförmige Rillenstruktur denkbar.

In Fig. 10 ist eine Variante eines Mehrfachlochspiegels 25 gezeigt, bei der die Aperturöffnungen 16 jeweils durch konisch verlaufende Zonen 26 um- geben sind. Die Aperturöffnungen 16 befinden sich dabei jeweils an der nach unten weisenden Konusspitze. Entsprechend der Anzahl der Aperturöffnungen werden mehrere konische Zonen 26 über den Umfang des Mehrfachlochspiegels 25 verteilt angeordnet.

Abhängig vom Steigungswinkel der konischen Zonen 26 kann die Scheibe des Mehrfachlochspiegels 25 relativ dick ausgelegt werden. Zur besseren Kühlung können dann - wie aus Fig. 11 deutlich wird - auf der Rückseite des Mehrfachlochspiegels 25 Kühllamellen 27 vorgesehen sein.

Sofern dies aus leistungstechnischen Gründen notwendig ist, kann der Mehrfachlochspiegel 23 (Fig. 9) oder 25 (Fig. 11) rückseitig mit einem planparallelen Absorber 28 vor jeder Aperturöffnung 16 versehen sein. Durch den Kontakt mit der wärmeableitenden Scheibe der Mehrfachlochspiegel 23 bzw. 25 wird eine Erwärmung des Absorbers 28 begrenzt. Die Abschwächung erfolgt damit auch im Bereich des parallelen Strahlenbündels des Teillaserstrahls 4 und nicht im fokussierten Abschnitt. Als Alternative zu dem Absorber 28 ist auch eine teilreflektive Beschichtung der Fokussierlinse 9 möglich.

Zur Vermessung des Laserstrahls 1 werden die Aperturöffnungen 16 durch die Rotation der jeweiligen Spiegel 17, 23, 23' oder 25 gleichförmig in Kreisbahnen über den Laserstrahl 1 bewegt. Der Detektor 5 erfährt dabei eine vergleichsweise langsame Intensitätsänderung. Die Integrationszeit des Detektors 5 bestimmt bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit die räumliche Auflösung des Vermessungssystems in diese Richtung. Sie ist damit elektronisch beliebig einstellbar. Durch ein Verfahren der Spiegel 17, 23, 23' bzw. 25 mit dazu fester Linse 9 und Detektor 5 wird eine Ab- rasterung des gesamten Strahlquerschnitts bewirkt, woraus die Wellenfront des Laserstrahls 1 ermittelbar ist.

Zusammenfassend weist die Erfindung im Gegensatz zu den vorbekannten Lösungen einen Vielzahl von Vorteilen auf:

Die Vermessung der Wellenfront ist bei hohen Laserleistungen ohne vorherige Leistungsabschwächung realisierbar. Dadurch unterliegt die

Bestimmung der Wellenfront keiner Verfälschung durch thermo- optische Effekte.

Die laterale Auflösung des Messsystems kann durch ein Scannen des Laserstrahlquerschnitts mit Hilfe eines hochpräzisen Positioniersys- tems erhöht werden.

Die Vermessung großer Laserstrahlquerschnitte kann ohne Querschnittswandlung durchgeführt werden.

Es können kostengünstige positionsempfindliche Detektoren, wie beispielsweise Vierquadrantendioden oder P SD-Detektoren eingesetzt werden.

Die Detektoren sind einfacher austauschbar, sodass Laserstrahlquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen flexibel vermessbar sind.