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1. WO2020002492 - METHOD, APPARATUS AND SYSTEM FOR GENERATING A HIGHLY DYNAMIC POWER DENSITY DISTRIBUTION OF A LASER BEAM

Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

Verfahren, Vorrichtung und System zur Erzeugung einer hoch-dynamischen Leistungsdichtverteilung eines Laserstrahls

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zur Erzeugung einer hoch-dynamischen Leistungsdichtverteilung eines Laserstrahls, beispielsweise eines Laserstrahls in einer Laserbearbeitungsvorrichtung.

Laser werden bereits seit geraumer Zeit zur Bearbeitung von Werkstücken beispielsweise aus Metall eingesetzt. Solche Bearbeitungsprozesse umfassen beispielsweise Bohren, Fräsen, Polieren, Gravieren, etc.. Derartige

Laserbearbeitungsprozesse erfordern in den meisten Fällen eine sehr spezifische Leistungsdichteverteilung des Laserstrahls auf dem zu bearbeitenden Werkstück. Beispielsweise erfordert das Laserpolieren eine eingekerbte homogene

Rechteckverteilung, während das Laserbohren eine kreisrunde, homogene

Verteilung erfordert. Die geforderten Verteilungen werden typischerweise durch eine statische, d.h. Strahlformung des Laser-Rohstrahls realisiert. Das statische

Strahlprofil führt allerdings zu Limitierungen im Laserprozess. Beispielsweise kann der Laserpolierprozess mit dem statischen, asymmetrischen Strahlprofil nur in einer Richtung, z.B. von links nach rechts durchgeführt werden. Auch der Durchmesser eines homogenen Strahlprofils ist in der Regel auf ein festes Maß limitiert. Dies führt dazu, dass für verschiedene industrielle Laserprozesse entweder Umrüstzeiten einer Anlage in Kauf genommen oder sogar verschiedene Anlagen genutzt werden müssen. Im Bereich F&E ist ebenfalls ein größeres Maß an Flexibilität der

Laserparameter wie beispielsweise ein variabler Spotradius von Vorteil.

Der übliche Ansatz in der Lasermaterialbearbeitung besteht darin, das Faserende eines Lichtwellenleiters vergrößert auf das Werkstück abzubilden. Dabei wird die Strahlung zunächst durch eine Kollimationslinse kollimiert und anschließend über eine Ablenkeinheit und ein F-Theta-Objektiv auf das Werkstück fokussiert.

Das F-Theta-Objektiv ist dabei ein Linsensystem, das nach dem Scan-Kopf in den Strahlengang eingebracht wird. Das Objektiv fokussiert den Laserstrahl auf den Brennpunkt und sorgt beim Scannen dafür, dass dieser Brennpunkt immer in der Arbeitsebene senkrecht zur optischen Achse des Objektivs liegt.

Die Größe des Bildes des Faserkerns wird durch den Faserkerndurchmesser sowie die Vergrößerung bestimmt, die sich aus den Brennweiten des Kollimators und des F-Theta-Objektivs ergeben. In der Regel sind die Brennweiten fest, womit auch der Durchmesser des Strahlprofils fest ist. Soll der Strahldurchmesser verändert werden, so muss das Abbildungssystem umgebaut werden. Es ist üblich, dabei das F-Theta-Objektiv zu wechseln.

Die Form und Flomogenität des Strahlprofils werden durch die Ortsverteilung der Leistungsdichte am Ausgang des Faserkerns definiert. Bei Grund-Mode-Fasern ist das Strahlprofil gaußförmig, bei Multimode-Fasern nahezu rechteckförmig (Top-Hat-Profil). In den meisten Fällen liegt entweder eine gaußförmige oder eine homogene, kreisrunde Verteilung vor. Für die Umwandlung eines Gauß-Profils in ein rundes, homogenes Top-Hat-Profil sind im Stand der Technik verschiedene Möglichkeiten bekannt. Beispielsweise kann der gaußförmige Strahl in ein homogenisierendes Element wie eine Multimode-Faser eingekoppelt werden. Am Ausgang der

Multimode-Faser liegt dann eine nahezu homogene Leistungsdichteverteilung vor. Dieses Verfahren ermöglicht jedoch keinen dynamischen Wechsel zwischen verschiedenen Strahlprofilen bzw. Durchmessern im laufenden Prozess. Die

Homogenität des Strahlprofils kann auch durch Einsetzen einer Blende mit gradueller Transmission modelliert werden. Dies führt allerdings zu Leistungsverlusten und der Wechselvorgang kann nicht im laufenden Prozess erfolgen.

Spezielle Anwendungen erfordern Leistungsdichteverteilungen, die nicht über die Abbildung des Faserendes hergestellt werden können. So kann beispielsweise die beim Laserpolieren von metallischen Oberflächen üblicherweise eingesetzte eingekerbte Rechteck-Verteilung nicht über die Abbildung des Faserendes

hergestellt werden. Diese Verteilung kann über das Abbilden einer Blende realisiert werden. Die Blende wird an der Stelle eines Zwischenbildes mit einem homogenen Rechteck-Profil beleuchtet. Ein keilförmiges Teil blendet die Strahlung definiert aus, so dass das gewünschte, eingekerbte Profil auf dem Werkstück entsteht. Durch Austausch der Blenden können nahezu beliebige Strahlprofile realisiert werden. Allerdings kann der Blendenwechsel nicht im Betrieb erfolgen und die

ausgeblendeten Teile der Strahlung stehen nicht mehr für den Laserprozess zur Verfügung.

Die statisch umgeformten homogenen Leistungsdichteverteilungen werden in der Regel mittels Multi-Mode-Laserstrahlung erzeugt. Die Vorteile von Grund-Mode-Laserstrahlung wie beispielsweise hohe Strahlqualität und damit verbundener geringerer Divergenzwinkel der Strahlkaustik, d.h. geringere Konizität von Bohrungen und größerer Arbeitsabstand können bei der oben genannten, statischen

Strahlformung nicht genutzt werden.

In neueren technischen Anwendungen wird die räumlich-zeitliche Variation des Laserspots genutzt, wobei durch schnelle Bewegungen der Galvanometer-Scanner-Spiegel, das sogenannte Wobbeln, der Laserspot ausgelenkt wird. Der

Faserausgang bleibt hierbei jedoch statisch. Das Wobbeln wird beispielsweise zur gleichmäßigen Erwärmung von Löt- oder Fügestellen eingesetzt. Durch die im Verhältnis zum Objektraum großen Abmessungen und Massen der Galvo-Spiegel können allerdings nur Frequenzen von einigen 100 Hz bis ca. 1 kHz erreicht werden. Wird der gleichförmigen Bewegung eines Galvo-Spiegels eine Wobbelfunktion überlagert, so reduziert dies die maximale Performance des Galvo-Antriebs.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, mit der das Strahlprofil von Laserstrahlung in Materialbearbeitungsprozessen, insbesondere in

vergleichsweise trägen, z.B. thermischen Materialbearbeitungsprozessen, flexibel anpassbar ist, wobei die oben beschriebenen Nachteile bezüglich dynamischem Wechsel zwischen verschiedenen Strahlprofilen bzw. Durchmessern im laufenden Prozess, Homogenität des Strahlprofils und Leistungsverlusten vermieden werden sollen. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes System zur Werkstückbearbeitung mittels Laserstrahl anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Mirkoscanner nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Mikroscanners ergeben sich aus den

Unteransprüchen 2 bis 10. Weiterhin wird die Aufgabe durch ein System nach Anspruch 11 gelöst.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Anpassung der Leistungsdichteverteilung einer Laserstrahlung wird die Laserstrahlung über eine Faser geführt und tritt an einem Faserende aus. Im Objektraum, d.h. dem Raum, in dem sich das Faserende befindet, wird der Laserstrahl mittels einer mikrooptischen System komponente in einer Ebene abgelenkt. Unter mikrooptischen Systemkomponenten werden dabei hier und im Folgenden Bauteile der klassischen Optik wie beispielsweise Linsen, Spiegel, Prismen, etc., verstanden, deren Abmessungen 10 mm oder weniger betragen.

Ein erfindungsgemäßer Mikroscanner zur Anpassung der Leistungsdichteverteilung einer über eine Faser geführten und an einem Faserende austretenden

Laserstrahlung, wobei der Mikroscanner eine mikrooptische Systemkomponente zur Ablenkung des Laserstrahls im Objektraum in einer Ebene aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das mikrooptische System mindestens zwei mikrooptische Elemente aufweist, wobei die mikrooptischen Elemente mindestens eine drehbare Platte oder mindestens einen beweglichen Spiegel oder mindestens eine

verschiebbare Mikrolinse umfassen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Laserstrahl im Objektraum in einer Mehrzahl von Ebenen abgelenkt. Wird der Laserstrahl im Objektraum beispielsweise in zwei Ebenen abgelenkt, kann das Strahlprofil in zwei Dimensionen eingestellt werden. So kann beispielsweise das eingekerbte Rechteckprofil für die Laserpolier-Bearbeitung erzeugt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Faserende

mikromechanisch ausgelenkt. Dadurch verlässt der Laserstrahl die Faser im selben Winkel, in dem das Faserende ausgelenkt ist. Ein Mikroscanner weist ein im

Objektraum angeordnetes mikromechanisches Element zur Auslenkung des

Faserendes auf. Unter Mikroscanner wird hier und im Folgenden eine Vorrichtung zur Anpassung der Leistungsdichteverteilung einer über eine Faser geführten und an einem Faserende austretenden Laserstrahlung verstanden, wobei die Vorrichtung eine mikrooptische System komponente zur Ablenkung des Laserstrahls im

Objektraum in einer Ebene aufweist.

Beispielsweise beträgt das Gewicht eines ca. 5 mm langen, freistehenden

Singlemode Faserendes (mit einem Faserkerndurchmesser von ca. 5 pm) ca. 0,5 g. Wird der Faserkern vergrößert auf das Werkstück abgebildet, so entsteht ein gaußförmiger Laserspot mit 100 pm Breite auf dem Werkstück. Eine

hochdynamische Auslenkung sx des Faserendes um +/- 10 pm führt in

vergleichsweise trägen, thermischen Laserbearbeitungsprozessen zu einer nahezu homogenen Linienverteilung mit einem mittleren Strahldurchmesser von dx = 500 pm. Das Faserende kann beispielsweise durch einen Piezoantrieb oder

elektromagnetische Aktoren ähnlich den Spulen in Lautsprechern ausgelenkt werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das mikrooptische Element den

Werkstoff Diamant auf. Damit sind noch kleinere Abmessungen der Optiken zu realisieren. Möglich wird das vor allem durch die hohe Wärmeleitung von Diamant. Dadurch werden Wärmeverluste in der Antireflexbeschichtung auf den Ein- und Austrittsfacetten deutlich besser abgeführt, wodurch die Zerstörschwelle für die zulässige Leistungsdichte deutlich ansteigt. Dies ist vor allem für

Hochleistungsanwendungen wie beispielsweise die Materialbearbeitung von Vorteil.

In einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen vorteilhaften Ausführungsform wird der Laserstrahl mittels eines im Objektraum angeordneten mikrooptischen Systems abgelenkt. Das mikrooptische System enthält mindestens zwei mikrooptische Elemente, beispielsweise drehbare Platten oder bewegliche Spiegel. Anstelle der direkten Manipulation des Faserendes kann eine Verschiebung der optischen Achse im Bildraum auch beispielsweise durch die Drehung von zwei plan-parallelen Platten direkt hinter der Faser oder hinter einem Zwischenbild erfolgen. Die Drehung kann beispielsweise durch Galvometer-Antriebe erfolgen.

In bestimmten Geometrien ist das Faserende durch andere Komponenten wie beispielsweise einen angespleißten Quarzblock nicht direkt zugänglich. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann diesem Fall das Faserende mittels

eines Abbildungssystems als erstes Zwischenbild zwischen die drehbaren Platten abgebildet werden. Das mikrooptische System weist damit zwei um sich selbst drehbare plan-parallele Platten auf. Die Zuordnung zwischen Drehung der Platten und Verschiebung der optischen Achse ist analog zu der oben genannten Anordnung direkt nach dem Faserende. Da das Zwischenbild jedoch sehr nah zugänglich ist, können hier deutlich kleinere plan-parallele Platten verbaut werden, was die Dynamik erhöht.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Mikroscanner zwei senkrecht zur Strahlrichtung verschiebbare Mikrolinsen auf. Die zwei senkrecht zur Strahlrichtung verschiebbare Mikrolinsen können hinter dem Faserende oder einem Zwischenbild angeordnet sein. Zusätzlich kann der Mikroscanner zwei in Strahlrichtung

verschiebbare Mikrolinsen aufweisen. Eine Linse kollimiert den Strahl und erzeugt ein Zwischenbild, welches über den Kollimator und eine F-Theta-Linse in den

Bildraum beziehungsweise auf das Werkstück abgebildet wird. Dies kann in mehreren Ebenen erfolgen. Falls das Faserende nicht nah genug zugänglich ist, kann dieses mittels eines Abbildungssystems auf ein Zwischenbild abgebildet werden. Eine Verschiebung der Linsen führt ebenfalls zu einer Verschiebung des Zwischenbildes. Auch hier gilt, dass das Zwischenbild deutlich näher zugänglich ist. Daher können bei dieser Anordnung deutlich kleinere Mikrolinsen verbaut werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Mikroscanner ein

Abbildungssystem zur Abbildung des Faserendes als erstes Zwischenbild auf.

Die verschiedenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann das Faserende direkt mit einem Piezoantrieb in eine Richtung ausgelenkt werden. Die Strahlablenkung in eine andere Richtung kann

beispielsweise durch Drehung einer plan-parallelen Platte oder Verschiebung einer Mikrolinse erfolgen.

Ein erfindungsgemäßes System zur Anpassung der Leistungsdichteverteilung einer über eine Faser geführten und an einem Faserende austretenden Laserstrahlung ist dadurch gekennzeichnet, dass das System eine vorbeschriebene Vorrichtung und einen Makroscanner aufweist. Dabei wird unter Makroscanner ein konventionelles Strahlablenksystem wie beispielsweise ein Galvanometer- oder Polygon-Scanner verstanden. Die Ursprungskoordinaten des Mikroscanners können über den

Makroscanner angefahren werden. Von dort aus kann der Laserspot eine zeitlich hochdynamische mäanderförmige Ablenkung in verschiedenen Ebenen durch die Vorrichtung erfahren.

Die Strahlablenkung des Mikroscanners kann ohne Performanceverluste des

Makroscanners in den Strahlengang hinzugeschaltet und verändert werden.

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.

Von den Abbildungen zeigt:

Fig. 1 Schematische Darstellung der durch den Mikroscanner homogenisierten Leistungsverteilung

Fig. 2 Schematische Darstellung a) der eingekerbten Rechteckverteilung und b) der mittels Mikroscanner abgerasterten Verteilung

Fig. 3 Schematische Darstellung der direkten Auslenkung des Faserendes

Fig. 4 Schematische Darstellung der direkten Auslenkung des Faserendes in x- Richtung durch einen Piezoantrieb

Fig. 5 Schematische Darstellung der direkten Auslenkung des Faserendes in z- Richtung durch einen Piezoantrieb

Fig. 6 Schematische Darstellung der Wirkung der direkten Auslenkung des

Faserendes in z-Richtung durch einen Piezoantrieb

Fig. 7 Schematische Darstellung eines 2D-Mikroskanners mittels drehbarer plan- paralleler Platten

Fig. 8 Schematische Darstellung der Manipulation der optischen Achse im

Objektraum durch zwei drehbare plan-parallele Platten vor dem Faserende Fig. 9 Schematische Darstellung der Manipulation der optischen Achse im

Objektraum durch zwei um den Zwischenfokus herum angeordnete drehbare plan-parallele Platten

Fig. 10 Schematische Darstellung eines 2D-Mikroscanners mittels verschiebbarer Mikrolinsen in zwei Ausführungsformen

Fig. 11 Schematische Darstellung eines 2-D-Mikroscanners mit zwei, vor dem

Faserende angeordneten Mikrolinsen

Fig. 12 schematische Detail-Darstellung eines 2D-Mikroscanners, bei dem zwei

Mikrolinsen L2 und L3 vor dem Zwischenbild L7 angeordnet sind.

Fig 13 eine schematische Detail-Darstellung eines 2D-Mikroscanners, bei dem zwei

Mikrolinsen L2 und L3 vor dem Zwischenbild L7 angeordnet sind.

Fig. 14 zeigt eine schematische Darstellung eines Laserbohrprozesses

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der durch den Mikroscanner (1 ) homogenisierten Leistungsverteilung. Beispielhaft ist eine Gauß-to-Tophat-Transformation dargestellt. In Fig. 1 a) ist dargestellt, dass der Mittelpunkt eines Gauß-förmigen Laserspots eines Faserlasers durch einen konventionellen

Makroscanner, wie beispielsweise einen 2D-Galvoscanner, auf die

Werkstückkoordinaten (xo; yo) abgebildet wird. Der Strahldurchmesser beträgt dx. In Fig. 1 b) ist dargestellt, wie der Mikroscanner (1 ) den Mittelpunkt in x-Richtung zusätzlich um den Betrag s'x(t) ablenkt. Die Strahlablenkung erfolgt dabei so schnell, dass für vergleichsweise langsame, wie beispielsweise thermische

Materialbearbeitungsprozesse nur der zeitlich gemittelte Strahldurchmesser < wirksam ist (siehe Fig. 1 c). Mit anderen Worten wird im zeitlichen Mittel der

Laserspot in x-Richtung zu einem näherungsweise Top-Hat-förmigen Profil mit der Breite verbreitert beziehungsweise verschmiert. Die Homogenität des zeitlich gemittelten Strahlprofils kann durch die Funktion s'x(t) gesteuert werden.

Bemerkenswert ist dabei, dass der Strahl zu jederzeit seine (Grund-Mode-)

Strahlqualität beibehält.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung a) der eingekerbten Rechteckverteilung und b) der mittels Mikroscanner (1 ) abgerasterten Leistungsverteilung. Die

Ursprungskoordinaten des Mikroscanners (1 ) (xo; yo) werden über den Makroscanner angefahren. Von dort aus erfährt der Laserspot eine zeitlich hochdynamische mäanderförmige Ablenkung in x- und y-Richtung. Die eingekerbte

Rechteckverteilung wird "ausgemalt". Die Ablenkung in y-Richtung s'y(t) erfolgt dabei analog zu der in x-Richtung, so dass das Strahlprofil in zwei Dimensionen eingestellt werden kann. So kann beispielsweise das eingekerbte Rechteckprofil für die

Laserpolier-Bearbeitung erzeugt werden.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der direkten Auslenkung des Faserendes F1 . Das Faserende F1 wird hier beispielsweise durch einen Piezoantrieb F2 (Fig. 3 a)) oder einen ersten elektromagnetischen Aktor F4 und einen zweiten

elektromagnetischen Aktor F5 (Fig. 3b)) ähnlich den Spulen in Lautsprechern ausgelenkt

Fig. 4 ist die schematische Darstellung der direkten Auslenkung des Faserendes F1 in x-Richtung durch einen Piezoantrieb F2. Dabei zeigt Fig. 4 a) eine

Ausführungsform, in der das Faserende F1 auf einem Piezoelement F2 angebracht ist. In der in Fig. 4 b) gezeigten Situation ist gezeigt, wie das Piezoelement um den Betrag ax ausgelenkt ist. Dadurch hebt sich die optische Achse um Strecke sx = ax. Über die beispielsweise durch die Brennweiten des Kollimators und des F-Theta-Objektivs definierte Vergrößerung wird die mikroskopische Ablenkung sx(t) in eine makroskopische Ablenkung s'x(t) des Strahls im Bildraum, beispielsweise auf dem Werkstück, bewirkt.

Fig. 5 ist die schematische Darstellung der direkten Auslenkung des Faserendes F1 in z-Richtung durch einen Piezoantrieb F2. Dabei zeigt Fig. 5 a) eine

Ausführungsform, in der das Faserende F1 auf einem Piezoelement F2 angebracht ist. In der in Fig. 5 b) gezeigten Situation ist gezeigt, wie das Piezoelement um den Betrag az ausgelenkt ist. Dadurch hebt sich die optische Achse um Strecke sz = az. Wie zuvor wird beispielsweise über die durch die Brennweiten des Kollimators und des F-Theta-Objektivs definierte Vergrößerung die mikroskopische Ablenkung sz(t) in eine makroskopische Ablenkung s'z(t) des Strahls im Bildraum, beispielsweise auf dem Werkstück, bewirkt.

Fig. 6 ist die schematische Darstellung der Wirkung der direkten Auslenkung des Faserendes F1 in z-Richtung durch einen Piezoantrieb F2. In Fig. 6 a) ist dargestellt, wie die Strahlung ohne Piezoelement F2 durch die Fokussierlinse F6, beispielsweise eine F-Theta-Linse, auf den Fokus F 7 abgebildet wird. In Fig. 6 b) ist dargestellt, wie die Strahlung mit Piezoelement F2 durch die Fokussierlinse F6 auf den Fokus F 7 abgebildet wird. In Fig. 6 c) schließlich ist dargestellt, wie sich die Bildebene um den Betrag s'z verschiebt, wenn das Faserende F1 durch den Piezoantrieb F2 um die Strecke sz ausgelenkt wird.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines 2D-Mikroskanners (1 ) mittels einer ersten drehbaren plan-parallelen Platte P2 und einer zweiten drehbaren plan-parallelen Platte P3. Anstelle der direkten Manipulation des Faserendes F1 wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen kann eine Verschiebung der optischen Achse im Bildraum auch durch die Drehung von zwei plan parallelen Platten P2 und P3 direkt hinter dem Faserende F1 (Fig. 7 a)) oder hinter einem ersten Zwischenbild P6 (Fig. 7 b)) erfolgen. Ist das Faserende F1 durch andere Komponenten wie

beispielsweise einen angespleißten Quarzblock nicht direkt zugänglich, kann das Faserende F1 mittels eines Abbildungssystems P5 als erstes Zwischenbild P6 zwischen die drehbaren Platten P2 und P3 abgebildet werden. Die Drehung der beiden plan-parallelen Platten P2 und P3 kann beispielsweise ähnlich wie bei einem konventionellen Makroscanner durch Galvometer-Antriebe erfolgen.

Fig. 8 a) zeigt schematisch die Manipulation der optischen Achse im Objektraum durch zwei drehbare plan-parallele Platten P2, P3 vor dem Faserende F1 . In Fig. 8b) ist zu erkennen, wie die optische Achse in x-Richtung um den Betrag sx verschoben wird. In Fig. 8 c) ist dargestellt, wie die optische Achse in y-Richtung um den Betrag sy verschoben wird, wenn die zweite plan-parallele Platte P3 um den Winkel ay gedreht wird. sx und sy werden über den Kollimator P4 und eine F-Theta-Linse F6 in die Ablenkungen s'x und s'y im Bildraum auf dem Werkstück transformiert.

Fig. 9 a) zeigt eine schematische Darstellung der Manipulation der optischen Achse im Objektraum durch zwei um den ersten Zwischenfokus P6 herum angeordnete drehbare plan-parallele Platten P2, P3. In Fig. 9 b) ist zu sehen, wie die optische Achse in x-Richtung um den Betrag sx verschoben wird, wenn die erste plan-parallele Platte P2 um den Winkel axgedreht wird. Wird die zweite plan-parallele Platte P3 um den Winkel aygedreht, wird die optische Achse in y-Richtung um den Betrag sy verschoben. Die Zuordnung zwischen Drehung ax, ay der ersten und zweiten plan-parallelen Platte P2, P3 und die resultierende Verschiebung der optischen Achse ist analog zu der oben genannten Anordnung direkt nach dem Faserende F1. Da das erste Zwischenbild P6 jedoch sehr nah zugänglich ist, können hier deutlich kleinere plan-parallele Platten P2, P3 verbaut werden, was die Dynamik erhöht. Fig. 9c) zeigt, wie die optische Achse in y-Richtung um den Betrag sy verschoben wird, wenn die Platte P3 um den Winkel ay ausgelenkt wird.

Fig. 10 ist die schematische Darstellung eines 2D-Mikroskanners (1 ) mit

verschiebbarer Mikrolinsen L2, L3 in zwei Ausführungsformen. In der in Fig. 10 a) gezeigten Ausführungsform sind die verschiebbaren Mikrolinsen L2, L3 vor dem Faserende F1 angeordnet. Die verschiebbaren Mikrolinsen L2, L3 erzeugen einen Zwischenfokus L4, der durch den Kollimator P4 in den Bildraum oder auf das

Werkstück abgebildet wird. Die in Fig. 10 b) gezeigte Ausführungsform weist ein Abbildungssystem P5 auf, das einen ersten Zwischenfokus P6 erzeugt. Die

Mikrolinsen L2 und L3 bilden den Zwischenfokus auf den zweiten Zwischenfokus L4 ab. Der Strahl wird anschließend mittels des Kollimators P4 kollimiert. Diese

Ausführungsform ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Faserende F1 nicht nah genug zugänglich ist. Eine Verschiebung der Mikrolinsen L2, L3 führt ebenfalls zu einer Verschiebung des zweiten Zwischenbildes L4. Auch hier gilt, dass das erste Zwischenbild P6 deutlich näher zugänglich ist. Daher können bei dieser Anordnung deutlich kleinere Mikrolinsen L2, L3 verbaut werden.

Fig. 11 a) ist eine schematische Darstellung eines 2-D-Mikroscanners (1 ) mit zwei, vor dem Faserende F1 angeordneten Mikrolinsen L2, L3. In Fig. 11 b) ist dargestellt, wie das zweite Zwischenbild L4 in x-Richtung um den Betrag sx verschoben wird, wenn die erste Mikrolinse L2 um die Strecke lx ausgelenkt wird. In Fig. 11 c) ist dargestellt, wie das zweite Zwischenbild L4 in y-Richtung um den Betrag sy verschoben wird, wenn die zweite Mikrolinse L3 um die Strecke ly ausgelenkt wird.

Fig. 12 zeigt in Abbildung Fig. 12a) eine schematische Detail-Darstellung eines 2D-Mikroscanners, bei dem zwei Mikrolinsen L2 und L3 vor dem Zwischenbild L7 angeordnet sind. In Fig. 12b) ist zu sehen, wie das Zwischenbild L4 in x-Richtung um den Betrag sx verschoben wird, wenn die Linse L2 um die Strecke lx ausgelenkt wird. In Fig. 12c) ist gezeigt, wie das Zwischenbild L4 in y-Richtung um den Betrag sy verschoben wird, wenn die Linse L3 um die Strecke ly ausgelenkt wird.

Fig 13 zeigt in Abbildung Fig. 13a) eine schematische Detail-Darstellung eines 2D-Mikroscanners, bei dem zwei Mikrolinsen L2 und L3 vor dem Zwischenbild L7 angeordnet sind. In Fig. 13b) ist gezeigt, wie das Zwischenbild L4 in z-Richtung um den Betrag sz verschoben wird, wenn die Linse L3 um die Strecke lz ausgelenkt wird.

Fig. 14 zeigt eine schematische Darstellung eines Laserbohrprozesses. In Fig. 14 a) ist das Ergebnis der Bohrung mit einem homogenen Strahlprofil eines Multi-Mode-Laserstrahls zu sehen. In Fig. 14b) ist das Ergebnis einer Bohrung mit einem durch hochdynamische Ablenkung homogenisierten Strahlprofil eines Grund-Mode-Laserstrahls dargestellt. Der Divergenzwinkel q'c gibt die Konizität der Bohrung vor. Im Fall des homogenisierten Grund-Mode-Strahlprofils bleibt die hohe Strahlqualität des Lasers erhalten. Hierbei ist der

Divergenzwinkel q'c und somit die Konizität der Bohrung deutlich geringer.

Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind

gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.

Bezugszeichenliste:

1 Mikroscanner

F1 Faserende

F2 Piezoelement, Piezoantrieb

F4 erster elektromagnetischer Aktor

F5 zweiter elektromagnetischer Aktor

F6 Fokussierlinse, F-Theta-Linse

F 7 Fokus

L2 erste verschiebbare Mikrolinse

L3 zweite verschiebbare Mikrolinse

L4 zweites Zwischenbild, zweiter Zwischenfokus P2 erste plan-parallele Platte

P3 zweite plan-parallele Platte

P4 Kollimator

P5 Abbildungssysstem

P6 erstes Zwischenbild, erster Zwischenfokus ax Auslenkung des Faserendes in x-Richtung

Ix Auslenkung der ersten Mikrolinse in x-Richtung ly Auslenkung der zweiten Mikrolinse in y-Richtung sx mikroskopische Strahlablenkung in x-Richtung s'x makroskopische Strahlablenkung in x-Richtung sy mikroskopische Strahlablenkung in y-Richtung s'y makroskopische Strahlablenkung in y-Richtung ax Drehung der ersten plan-parallelen Platte ay Drehung der zweiten plan-parallelen Platte q'c Divergenzwinkel