DE10240645A1

DE10240645A1 - Laserstrahl-Übertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10240645A1
Application number: DE10240645A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Akiyama; Naotada Okada; Mitsuo Sasaki; Takashi Obara
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2022-09-04
Also published as: US6990136B2; US20030058542A1; DE10240645B4; JP2003078190A; JP4987199B2

Abstract

Eine Laserstrahl-Übertragungsvorrichtung umfasst ein optisches Lichteinfallsystem (22), das einen von einer Festkörperlaservorrichtung (1) emittierten Laserstrahl konvergiert und fokussiert, und eine optische Faser (8), die den Laserstrahl überträgt, der von dem optischen Lichteinfallsystem konvergiert und fokussiert wurde. Das optische Lichteinfallsystem (22) umfasst mindestens erste und zweite Linsen (13, 14), die an dem gleichen optischen Pfad angeordnet sind. Ein erster Abstand (a) zwischen einem Ausgangsende der Festkörperlaservorrichtung und der ersten Linse oder ein zweiter Abstand (b) zwischen der zweiten Linse und einem Lichteinfallende der optischen Faser werden gemäß einer Beziehungsformel, basierend auf einer Brennweite (f¶1¶, f¶2¶) jeder der ersten und zweiten Linsen, frei eingestellt.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN

Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht den Vorteil der Priorität aus der älteren japanischen Patentanmeldung Nr. 2001-268576, eingereicht am 5. September 2001, wobei deren gesamter Inhalt hier durch Bezug mit aufgenommen ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Laserstrahl- Übertragungsvorrichtung, die einen Laserstrahl mit guten Konvergenzeigenschaften überträgt.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Fig. 6 ist eine Ansicht, die die Struktur einer Laserverarbeitungsvorrichtung zeigt. Eine Festkörperlaservorrichtung 1 ist von einem Stabtyp (rod- type). Die Festkörperlaservorrichtung 1 weist einen Totalreflexionsspiegel 3 an einem Ende eines Laserresonators 2 und einen Teilreflexionsspiegel an dem anderen Ende auf. Der gesamte Reflexionsspiegel 3 und der Teilreflexionsspiegel 4 sind entgegengesetzt zueinander angeordnet.

Beispielsweise zwei Laserstäbe 5 und 6 sind zwischen dem Totalreflexionsspiegel 3 und dem Teilreflexionsspiegel 4 in Reihe auf einer optischen Laserachse angeordnet.

Die Festkörperlaservorrichtung 1 weist einen Anregungsabschnitt (nicht gezeigt) auf, der die beiden Laserstäbe 5 und 6 anregt.

Mit dieser Struktur findet, wenn die beiden Laserstäbe 5 und 6 angeregt werden, Laserresonanz zwischen dem Totalreflexionsspiegel 3 und dem Teilreflexionsspiegel 4 statt. Die Laserresonanz erhöht allmählich die Laserstrahlenergie. Wenn die Laserstrahlenergie einen vorbestimmten Wert oder mehr erreicht hat, wird ein Laserstrahl von dem Teilreflexionsspiegel 4 emittiert.

Eine Sammellinse 7 ist an einem optischen Pfad des von der Festkörperlaservorrichtung 1 emittierten Laserstrahls vorgesehen. Die Sammellinse 7 konvergiert den von der Festkörperlaservorrichtung 1 ausgegebenen Laserstrahl und lässt ihn auf ein Lichteinfall-Endabschnitt 9 einer optischen Faser 8 einfallen. Die Sammellinse 7 lässt den Laserstrahl auf die optische Faser 8 einfallen.

Es ist Stand der Technik, die Sammellinse 7 zu verwenden, um den Laserstrahls auf die optische Faser 8 einfallen zu lassen. Beispielsweise offenbaren die japanische Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichungsnummer 8-167754 und die japanische Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichungsnummer 7-307513 Techniken, bei denen man einen Laserstrahl auf eine optische Faser (8) mit einer Sammellinsengruppe einfallen lässt.

Die optische Faser 9 ist zwischen der Position der Festkörperlaservorrichtung 1 und einer Verarbeitungsstelle (place for processing work) angeordnet. Ein Lichtemissions- Endabschnitt 11 ist an dem anderen Ende der optischen Faser 8 vorgesehen.

Die optische Faser 8 führt den Laserstrahl, der von dem Lichteinfall-Endabschnitt 9 eingetreten ist, und emittiert ihn von dem Lichtemissions-Endabschnitt 11. Der Lichtemissions-Endabschnitt 11 ist mit einer Kopflinse 12 versehen, die einen Verarbeitungskopf bildet.

Somit wird der von dem Lichtemissions-Endabschnitt 11 emittierte Laserstrahl durch die Kopflinse 12 konvergiert und auf ein Werkstück 10 angewendet. Das Werkstück 10 wird beispielsweise durch die Anwendung des Laserstrahls geschweißt oder geschnitten.

Beispielsweise offenbart die japanische Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichungsnummer 2001-94177 ebenfalls eine Technik, um einen Laserstrahl auf eine optische Faser 8 einfallen zu lassen. Fig. 7 zeigt die Struktur eines optischen Lichteinfallsystems, das in diesem Dokument offenbart ist.

Eine erste Linse 13 und eine zweite Linse 14 sind auf einer optischen Achse eines Laserstrahls zwischen einer Festkörperlaservorrichtung 1 und einem Lichteinfall- Endabschnitt 9 einer optischen Faser 8 in Reihe vorgesehen. Die erste Linse 13 und die zweite Linse 14 bilden ein telezentrisches optisches System.

Die Brennweite der ersten Linse 13 ist f₁ und diejenige der zweiten Linse 14 ist f₂.

Der Abstand zwischen einer Lichtemissionsebene F, einer Festkörperlaservorrichtung 1 und der ersten Linse 13 wird auf f₁ eingestellt, und der Abstand zwischen den ersten und zweiten Linsen 13 und 14 wird auf f₁ + f₂ eingestellt. Der Abstand zwischen der zweiten Linse 14 und einer Lichteinfallebene R der optischen Faser 8 wird auf f₂ eingestellt.

Der Strahlemissionsdurchmesser des von der Lichtemissionsebene F emittierten Laserstrahls ist D₁. Der Strahleinfallsdurchmesser des auf die Lichteinfallebene R einfallenden Laserstrahls ist D₂.

Gemäß der folgenden Gleichung fokussiert das optische Lichteinfallsystem den Laserstrahl mit dem Strahlemissionsdurchmesser D₁ auf die Lichteinfallebene R:

D₂ = (f₂/f₁)D₁ (1)

Demgemäß verkleinert das optische Lichteinfallsystem den Strahlemissionsdurchmesser D₁ auf den Strahleinfallsdurchmesser D₂, der gleich einem Wert ist, der durch Multiplizieren von D₁ mit (f₂/f₁) erhalten wird.

Bei den Techniken der japanischen Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichungsnummer 8-167754 und der japanischen Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichungsnummer 7-307513 verschiebt sich, wenn sich der Divergenzwinkel des unter Laservorrichtung 1 emittierten Laserstrahls verändert, eine Position der Sammellinse 7 (für einen minimalen Spots oder Fleck) in die Richtung der laseroptischen Achse.

Wenn die Laserverarbeitungsvorrichtung beispielsweise das Arbeitsstück 10 schweißt, erhöht oder verkleinert sie die Laserausgabe. Im allgemeinen wird sich, wenn die Laserausgabe der Festkörperlaservorrichtung vom Stabtyp 1 erhöht oder verringert wird, der Emissionsstrahldurchmesser D₁ des Laserstrahls und der Divergenzwinkel des Strahls verändern.

Fig. 8 zeigt insbesondere den Emissionsstrahldurchmesser und den Divergenzwinkel des Strahls, wenn die Laserausgabe verringert wird. Fig. 9 zeigt den Emissionsstrahldurchmesser D₁ und den Divergenzwinkel φ des Strahls, wenn die Laserausgabe verringert wird.

Der Divergenzwinkel φ des Strahls neigt dazu, in Übereinstimmung mit einer Zunahme in der Laserausgabe anzusteigen. Der Emissionsstrahldurchmesser D₁ neigt dazu, sich in Übereinstimmung mit einer Zunahme in der Laserausgabe zu verringern.

Wenn die Laserausgabe klein ist, ist die Position für den minimalen Spot bei einem Abstand f vorhanden, wie es in Fig. 8 gezeigt ist. Wenn jedoch die Laserausgabe erhöht wird, verschiebt sich die Position für den minimalen Spot weiter um einen Abstand g von der Sammellinse 7, wie es in Fig. 9 gezeigt ist. Folglich verschiebt sich die Position für den minimalen Spot zu einem Punkt des Abstands f + g von der Sammellinse 7.

Die optische Faser 8 umfasst eine Kernschicht und eine Umhüllungsschicht, die koaxial angeordnet sind. Es ist erforderlich, dass der Laserstrahl konvergiert wird, so dass er einen Strahleinfallsdurchmesser D₂ aufweist, der im wesentlichen gleich einem Kerndurchmesser ist, und dann in die Kernschicht eintritt.

Wenn sich jedoch die Position für den minimalen Spot verschiebt, stimmt der Strahleinfallsdurchmesser D₂ nicht mit dem Kerndurchmesser überein. Um dieses Problem zu lösen, muss der Kerndurchmesser auf einen ausreichend großen Wert eingestellt werden, wobei im voraus der Strahleinfallsdurchmesser D₂ zu einem Zeitpunkt berücksichtigt wird, wenn die Laserausgabe erhöht sein kann.

Wenn jedoch der Laserstrahl durch die optische Faser 8 mit einem erhöhten Durchmesser übertragen wird, kann die Strahlqualität des Laserstrahls nicht aufrechterhalten und die optimale Strahlqualität nicht erreicht werden.

Andererseits wird in dem in Fig. 7 gezeigten telezentrischen optischen System der Strahl mit dem Strahlemissionsdurchmesser D₁ mit einem verkleinerten Durchmesser fokussiert. Somit kann eine optische Faser mit einem kleinen Kerndurchmesser verwendet werden. Dadurch kann das telezentrische optische System die Strahlqualität des Laserstrahls aufrechterhalten und eine maximale Strahlqualität erreichen.

Um jedoch den Laserstrahl auf die optische Faser mit einem verkleinerten Durchmesser einfallen zu lassen, ist es notwendig, die numerische Apertur NA (= sinα) des Laserstrahls derart auszubilden, dass sie näher an einem von der optischen Faser 8 erlaubten Wert liegt, wie es in Fig. 10 gezeigt ist.

Im allgemeinen zeigt die Intensität eines Laserstrahls eine Gauß'sche Verteilung. Um einen Laserstrahl zu übertragen, ohne Schaden an der optischen Faser 8 zu verursachen, ist es notwendig, den Strahleinfallsdurchmesser D₂ mit Bezug auf den Kerndurchmesser der optischen Faser 8 ausreichend klein auszuführen.

Wenn jedoch die Intensität eines Laserstrahls eine Gauß'sche Verteilung zeigt, ist es notwendig, die numerische Apertur NA (= sinα) des Laserstrahls derart auszuführen, dass sie einen Wert aufweist, der näher an einem von der optischen Faser 8 erlaubten Wert liegt. Somit ist es nicht möglich, den Strahleinfallsdurchmesser D₂ ausreichend klein bezüglich dem Kerndurchmesser der optischen Faser 8 auszuführen.

Wie es oben erwähnt ist, verkleinert sich der Emissionsstrahldurchmesser D₁ der Festkörperlaservorrichtung 1, wenn die Laserausgabe ansteigt. Im Gegensatz dazu neigt der Emissionsstrahldivergenzwinkel φ dazu, anzusteigen. Wenn somit das in Fig. 7 gezeigte optische Lichteinfallsystem auszulegen ist, muss berücksichtigt werden, dass der Laserstrahl in einem Bereich niedrigen Laserausgabe in die optische Faser 8 verlässlich eintreten kann.

Der Strahleinfalldurchmesser D₂ wird jedoch kleiner als der Kerndurchmesser der optischen Faser 8 in einem Bereich hoher Ausgabe, wo der Emissionsstrahldurchmesser D₁ klein ist. Somit kann die Strahlqualität des Laserstrahls nicht voll gezeigt werden.

Bei dem in Fig. 7 gezeigten optischen Lichteinfallsystem wird der Abstand zwischen dem Lichtemissionsende der Festkörperlaservorrichtung 1 und der ersten Linse 13 auf f₁ und der Abstand zwischen der zweiten Linse 14 und dem Lichteinfall-Endabschnitt 9 der optischen Faser 8 auf f₂ eingestellt.

Normalerweise ist der Kerndurchmesser der optischen Faser 8 klein, z. B. ungefähr 1/10 bis 1/20 des von der Festkörperlaservorrichtung 1 emittierten Emissionsstrahldurchmessers D₁ des Laserstrahls. Es ist somit notwendig, den Emissionsstrahldurchmesser D₁ mit einer nahezu gleichen Fokussierungsvergrößerung zu verringern.

Wie von der obigen Gleichung (1) ausgedrückt wird, wird die Fokussierungsvergrößerung durch ein Verhältnis (f₂/f₁) zwischen der Brennweite f₁ der ersten Linse 13 und der Brennweite f₂ der zweiten Linse 14 bestimmt. Um den Strahlemissionsdurchmesser D₁ zu verringern, ist es somit notwendig, die Brennweite f₁ der ersten Linse 13 zu erhöhen.

Folglich erhöht sich der Abstand zwischen dem Lichtemissionsendabschnitt der Festkörperlaservorrichtung 1 und dem Lichteinfall-Endabschnitt 9 der optischen Faser 8, und die Größe der gesamten Laserverarbeitungsvorrichtung erhöht sich.

Außerdem werden der Abstand f₁ zwischen der Lichtemissionsebene F der Festkörperlaservorrichtung 1 und der ersten Linse 13 und der Abstand f₂ zwischen der zweiten Linse 14 und der Lichteinfallsebene R von der optischen Faser 8 festgelegt. Somit wird der Freiheitsgrad bei der Auslegung hinsichtlich der Veränderung im Abstand zwischen der Lichtemissionsebene F der Festkörperlaservorrichtung 1 und der Lichteinfallebene R der optischen Faser 8 eingeschränkt.

KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Laserstrahl-Übertragungsvorrichtung bereitzustellen, die im Stande ist, die Strahlqualität eines Laserstrahls maximal beizubehalten und den Freiheitsgrad bei der Ausgestaltung merklich zu vergrößern.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Laserstrahl- Übertragungsvorrichtung bereitgestellt mit: einem optisches Lichteinfallsystem, das einen von einer Laservorrichtung emittierten Laserstrahl konvergiert und fokussiert; und einer optischen Faser, die den Laserstrahl überträgt, der von dem optischen Lichteinfallsystem konvergiert und fokussiert wurde, wobei das optische Lichteinfallsystem mindestens erste und zweite Linsen aufweist, die an dem gleichen optischen Pfad angeordnet sind, wobei ein erster Abstand zwischen einem Ausgangsende der Laservorrichtung und der ersten Linse oder ein zweiter Abstand zwischen der zweiten Linse und einem Lichteinfallsende der optischen Faser gemäß einer Beziehungsformel basierend auf der Brennweite jeder der ersten und zweiten Linse, frei eingestellt wird.

KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine Ansicht, die die Struktur einer Laserstrahlübertragungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 2 veranschaulicht einen Strahlenmodus, der in einer Festkörperlaservorrichtung in der Strahlübertragungsvorrichtung auftritt;
Fig. 3 ist ein Diagramm eines optischen Pfads eines optischen Lichteinfallsystems in der Vorrichtung;
Fig. 4 ist eine Ansicht, die die Struktur einer Festkörperlaservorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 5 zeigt die Struktur eines optischen Lichteinfallsystems bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 zeigt die Gesamtstruktur einer vorbekannten Laserverarbeitungsvorrichtung;
Fig. 7 zeigt die Struktur eines vorbekannten optischen Lichteinfallsystems;
Fig. 8 veranschaulicht einen Emissionsstrahldurchmesser und einen Strahldivergenzwinkel in einem Fall, bei dem eine Laserausgabe verringert ist;
Fig. 9 veranschaulicht einen Emissionsstrahldurchmesser und einen Strahldivergenzwinkel in einem Fall, in dem eine Laserausgabe erhöht ist; und
Fig. 10 veranschaulicht eine notwendige Bedingung für eine numerische Apertur, wenn ein Laserstrahl auf einen Kern mit einem kleinen Durchmesser einfallend gemacht werden soll.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Teile, die mit denjenigen in Fig. 6 und 7 übereinstimmen, werden durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet, und ihre ausführliche Beschreibung wird weggelassen.
Fig. 1 ist eine Ansicht, die die Gesamtstruktur einer Laserverarbeitungsvorrichtung mit einer Laserstrahl- Übertragungsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt. Eine Festkörperlaservorrichtung 1 umfasst eine erste Blende der Apertur 20 in der Nachbarschaft ihres Lichtemissions- Endabschnitts. Insbesondere wird die erste Apertur 20 beispielsweise innerhalb des Teilreflexionsspiegels 4 in dem Laserresonator 2 bereitgestellt. Die erste Apertur 20 begrenzt den Strahleinfallsdurchmesser D₂ eines Laserstrahls, der in die optische Faser 8 einzugeben ist. Insbesondere steuert die erste Apertur 20 den Strahleinfallsdurchmesser D₂ durch Steuern der numerischen Apertur.
Der Teilreflexionsspiegel 12 ist beispielsweise ein flacher Spiegel. Alternativ kann der Teilreflexionsspiegel 12 ein konvexer Spiegel oder ein konkaver Spiegel sein.
Fig. 2 ist ein Diagramm, das einen Strahlmodus (beam mode) 21 darstellt, der innerhalb des Laserresonators 2 zu erzeugen ist. Der Strahlmodus 21 weist eine achsensymmetrische gekrümmte Form mit Bezug auf die Laserstrahlachse auf. Die Form des Strahlmodus 21 verändert sich, so dass sie sich innerhalb der Laserstäbe 5 und 6 verbreitert und in den von den Laserstäben 5 und 6 verschiedenen Bereichen verengt.
Der verbreiterte Abschnitt des Strahlmodus 21 erreicht die Nachbarschaft der äußeren Peripherie jedes Laserstabs 5, 6. Der verengte Abschnitt des Strahlenmodus 21 ist zu der Strahlenachse hin gekrümmt.
In dem Fall, bei dem der Teilreflexionsspiegel 4 ein flacher Spiegel ist, tritt ein Strahleinschnürungsdurchmesser Dw eines Strahlmodus mit minimalem Durchmesser 21 an dem Teilreflexionsspiegel 4 auf. Demgemäß wird die oben erwähnte erste Apertur 20 an der Position des Strahleinschnürungsdurchmessers Dw angeordnet.
In dem Fall, bei dem der Teilreflexionsspiegel 4 ein konvexer Spiegel ist, tritt der Strahleinschnürungsdurchmesser Dw an der Strahlachse außerhalb des Laserresonators 2 relativ zu der Position des Teilreflexionsspiegels 4 auf. Wenn der Teilreflexionsspiegel 4 ein konkaver Spiegel ist, tritt der Strahleinschnürungsdurchmesser Dw auf der Strahlachse innerhalb des Laserresonators 2 relativ zu der Position des Teilreflexionsspiegels 4 auf.
Ein optisches Lichteinfallsystem 22 wird nun beschrieben.
Das optische Lichteinfallsystem 22 verkleinert den Emissionsstrahldurchmesser D₁ am Ausgangsende der Festkörperlaservorrichtung 1 auf einen Strahleinfallsdurchmesser D₂, der fast gleich dem Kerndurchmesser des Lichteinfallendabschnitts 9 der optischen Faser 8 ist, wodurch der Laserstrahl auf den Lichteinfallendabschnitt 9 der optischen Faser 8 einfallend gemacht wird.
Das optische Lichteinfallsystem 22 umfasst erste und zweite Linsen 13 und 14, die an der Laserstrahlachse vorgesehen sind.
Die erste Linse 13 ist an der Laserstrahlachse an einem ersten Abstand a von dem Ausgangsende der Festkörperlaservorrichtung 1 vorgesehen. Der Abstand zwischen der ersten Linse 13 und der zweiten Linse 14 ist f₁ + f₂, was die Summe der Brennweiten f₁ und f₂ der ersten und zweiten Linse 13 und 14 ist.
Der Abstand zwischen der zweiten Linse 14 und dem Lichteinfall-Endabschnitt 9 der optischen Faser 8 wird auf einen zweiten Abstand b eingestellt.
Der erste Abstand a und der zweite Abstand b können frei bestimmt werden, wie es nachstehend beschrieben ist. Fig. 3 zeigt die Anordnung der ersten Apertur 20 und erste und zweite Linsen 13 und 14 in dem optischen Lichteinfallsystem 22 und zeigt ebenfalls ein optisches Pfaddiagramm, das durch optische Hilfslinien ausgedrückt wird.
Eine Bildebene einer Strahleinschnürung (beam waist) X erscheint an der ersten Apertur 20. Zwecks Einfachheit wird eine Beschreibung eines Laserstrahls L₁ gegeben, der von einem Ende Xa der Bildebene der Strahleinschnürung X parallel zu einer Laserstrahlachse Q ausstrahlt, und eines Laserstrahls L₂, der durch die Mitte der ersten Linse 13 läuft.
Der Laserstrahl L₁ wird von der ersten Linse 13 konvergiert und kreuzt die Laserstrahlachse Q an der Position der Brennweite f₁. Der Kreuzungswinkel zwischen dem Laserstrahl L₁ und der Laserstrahlachse Q ist φ. Der Laserstrahl L₁ bewegt sich und tritt in die zweite Linse 14 ein. Der Laserstrahl L₁ wird von der zweiten Linse 14 konvergiert, bewegt sich parallel zu der Laserstrahlachse Q und tritt in den Lichteinfallendabschnitt 9 der optischen Faser 8 ein.
Der Laserstrahl L₂ wird dazu gebracht, auf die Mitte der ersten Linse 13 einzufallen. Der Laserstrahl L₂ läuft durch die Mitte der ersten Linse 13 und tritt in die zweite Linse 14 ein. Der Laserstrahl L₂ wird von der zweiten Linse 14 konvergiert und tritt in den Lichteinfallendabschnitt 9 der optischen Faser 8 ein. Wenn der Laserstrahl L₂ durch die Mitte der ersten Linse 13 läuft, kreuzt er die Laserstrahlachse Q mit einem Winkel θ.
Der Laserstrahl L₁ und der Laserstrahl L₂ fallen auf den gleichen Punkt an dem Lichteinfallendabschnitt 9.
Die Beziehung zwischen dem ersten Abstand a, dem zweiten Abstand b, der Brennweite f₁ und der Brennweite f₂ wird nun mit Bezug auf Fig. 3 festgelegt.
Gemäß dem Diagramm des optischen Pfads von Fig. 3

X' = (a' - f₁-f₂)tanθ = (a' - f₂)tanφ (2)

tanθ = X/a und tanθ = X/f₁ (3)
Somit

a' = (f₁ ² - f₁.f₂- a.f₂)/(f₁ - a) (4)
Außerdem

1/a' + 1/b = 1/f₂ (5)

und somit wird die Beziehung zwischen a und b gegeben durch

b = (f₁ ².f₂ + f₁.f₂ ² - a.f₂ ²)/f₁ ² (6)
In diesem Fall werden die folgenden Bedingungen erfüllt:

f₁ ≠ f₂, a ≠ f₁ und (a + b) < (f₁ + f₂).
Wenn der Strahlemissionsdurchmesser an der Lichtemissionsebene F der Festkörperlaservorrichtung 1 gleich D₁ und der Strahleinfallsdurchmesser an der Lichteinfallebene R der optischen Faser 8 gleich D₂ ist, verkleinert das optische Lichteinfallsystem 22 den Strahlemissionsdurchmesser D₁ gemäß der folgenden Gleichung:

D₂ = (f₂/f₁)D₁ (7)
Eine zweite Apertur 23 ist nahe der zweiten Linse 14 vorgesehen. Insbesondere wird die zweite Apertur 23 auf der Laserstrahlachse an der Seite der ersten Linse 13 der zweiten Linse 14 vorgesehen.
Die zweite Apertur 23 beschränkt die numerische Apertur des Laserstrahls, der auf die optische Faser 8 einfallen soll. Demgemäß steuert die zweite Apertur 23 die numerische Apertur, so dass die numerische Apertur NA (= sinθ) des in Fig. 10 gezeigten Laserstrahls derart auszuführen ist, dass sie einen Wert aufweist, der näher an einem von der optischen Faser 8 erlaubten Wert liegt.
Die zweite Apertur 23 steuert zusammen mit der ersten Apertur 20 der Festkörperlaservorrichtung 1 den Laserstrahldurchmesser. Dadurch hindert die zweite Apertur 23 den Laserstrahl daran, auf den Teil des Lichteinfall- Endabschnitts 9 der optischen Faser 8 zu fallen, der sich von dem Kernabschnitt unterscheidet. Folglich kann ein Schaden an dem Lichteinfallendabschnitt 9 der optischen Faser 8 verhindert werden.
Eine Verarbeitungslinse 12, die einen Verarbeitungskopf bildet, ist an der Strahlenachse vor dem Lichteinfallendabschnitt 9 der optischen Faser 8 angeordnet.
Mit der obigen Struktur kann der erste Abstand a und der zweite Abstand b basierend auf der folgenden Formel frei festgelegt werden, die die Beziehung zwischen dem ersten Abstand a (zwischen dem Ausgangsende der Festkörperlaservorrichtung 1 und der ersten Linse 13), dem zweiten Abstand b (zwischen der zweiten Linse 14 und dem Einfallende der optischen Faser 8), der Brennweite f₁ der ersten Linse 13 und der Brennweite f₂ der zweiten Linse 14 ausdrückt:

b = (f₁ ².f₂ + f₁.f₂ ² - a.f₂ ²)/f₁ ² (8)
Somit kann die Länge des optischen Lichteinfallsystems 22 verkleinert werden.
Die Länge des optischen Lichteinfallsystems 22 der Erfindung und die Länge des in Fig. 7 gezeigten vorbekannten optischen Lichteinfallsystems werden nun verglichen.
Es sei angenommen, dass die Brennweite f₁ der ersten Linse 13 beispielsweise 1000 mm und die Brennweite f₂ der zweiten Linse 14 beispielsweise 50 mm ist.
Aus Gleichung (1) wird das Ausmaß der Verkleinerung von dem Strahlemissionsdurchmesser D₁ zu dem Strahleinfallsdurchmesser D₂ gegeben durch

(f₂/f₁) = 50/1000 = 1/20.
Die Länge des in Fig. 7 gezeigten vorbekannten optischen Lichteinfallsystems wird gegeben durch

f₁ + (f₁ + f₂) + f₂
= 1000 + (1000+50) + 50
= 2100 mm (9)
Andererseits wird, hinsichtlich des optischen Lichteinfallsystems 22 der Erfindung, wenn der erste Abstand a beispielsweise 500 mm ist, der zweite Abstand b basierend auf der Formel (8) wie folgt gegeben:

b = (f₁ ².f₂ + f₁.f₂ ² - a.f₂ ²)/f₁ ²
= (1000².50 + 1000.50² - 500.50²)/1000²
= 54 mm (10)
Demgemäß wird die Länge des optischen Lichteinfallsystems 22 ausgedrückt durch

a + (f₁ + f₂) + b
= 500 + (1000 + 50) + 54
= 1604 mm (11)
Als Ergebnis kann die Länge des optischen Lichteinfallsystems 22 der Erfindung kleiner als diejenige des vorbekannten optischen Lichteinfallsystems 22 gemacht werden, obgleich sie das gleiche Ausmaß der Verkleinerung aufweisen, d. h. 1/20.
Der erste Abstand a wird beispielsweise auf 500 mm eingestellt, wobei dieser Wert jedoch nicht darauf beschränkt ist. Das Ausmaß der Verkleinerung kann durch Verändern entweder der Brennweite f₁ und/oder der Brennweite f₂ der ersten und zweiten Linsen 13 und 14 frei eingestellt werden.
Somit kann die Länge des optischen Lichteinfallsystems 22 mit einem frei gewählten Ausmaß der Verkleinerung frei eingestellt werden.
Es wurde durch Experimente bestätigt, dass der gleiche Vorgang mit dem zweiten Abstand b erreicht wurde, der innerhalb der Werte liegt, die durch Multiplizieren der rechten Seite der Formel (6) mit 0,9 bis 1,1 erhalten wurden.
Demgemäß kann der zweite Abstand b eingestellt werden auf

{(f₁ ².f₂ + f₁.f₂ ² - a.f₂ ²)/f₁ ²} × 0,9 < b < {(f₁ ².f₂ + f₁.f₂ ² - a.f₂ ²)/f₁ ²} × 1,1 (12)
In diesem Fall werden die folgenden Bedingungen erfüllt:

f₁ ≠ f₂, a ≠ f₁, b ≠ f₂ und (a + b) < (f₁ + f₂).
Wie aus der obigen Beschreibung offensichtlich ist, können der erste Abstand a, der zweite Abstand b und die Brennweiten f₁ und f₂ der ersten und zweiten Linsen 13 und 14 frei eingestellt werden. Der Strahlemissionsdurchmesser D₁ kann durch Fokussieren auf den Strahleinfallsdurchmesser D₂ gemäß D₂ = (f₂/f₁) D₁ verkleinert werden.
Die Verarbeitung mittels der Laserverarbeitungsvorrichtung mit der obigen Struktur wird nun beschrieben.
Ein von der Festkörper-Laservorrichtung 1 emittierter Laserstrahl läuft durch die erste Linse 13 und die zweite Linse 14 und tritt in den Lichteinfall-Endabschnitt 9 der optischen Faser 8 ein.
In diesem Fall tritt der Laserstrahl in den Lichteinfall-Endabschnitt 9 der optischen Faser 8 mit dem Strahleinfallsdurchmesser D₂ ein, auf den der Strahlemissionsdurchmesser D₁ des Strahls von der Festkörper- Laservorrichtung 1 durch das optische Lichteinfallsystem 22 verkleinert wurde (Ausmaß der Verkleinerung = f₂/f₁).
Die optische Faser 8 führt den von dem Einfallendabschnitt 9 eingegebenen Laserstrahl und emittiert ihn von dem Emissionsendabschnitt 11. Der von dem Emissionsendabschnitt 11 emittierte Laserstrahl wird von der Kopflinse 12 konvergiert und auf das Werkstück 10 angewendet. Das Werkstück 10 wird beispielsweise durch die Anwendung des Laserstrahls geschweißt oder geschnitten.
Die Laserverarbeitungsvorrichtung vergrößert oder verringert die Laserausgabe, wenn das Werkstück 10 beispielsweise geschweißt wird. Im allgemeinen erhöht sich bei der Festkörper-Laservorrichtung 1 vom Stabtyp der Divergenzwinkel φ des Strahls und der Emissionsstrahldurchmesser D₁ verringert sich, wenn die Laserausgabe verringert wird. Andererseits verkleinert sich mit der Festkörperlaservorrichtung 1 der Divergenzwinkel φ des Strahls und der Emissionsstrahldurchmesser D₁ vergrößert sich, wenn die Laserausgabe erhöht wird.
Bei dem optischen Lichteinfallsystem 22 kann, da der Strahlemissionsdurchmesser D₁ durch Fokussieren verkleinert wird, der Laserstrahl auf den Lichteinfall-Endabschnitt 9 der optischen Faser sogar dann dazu gebracht werden, einzufallen, wenn sich der Strahldivergenzwinkel φ und der Emissionsstrahldurchmesser D₁ verändert haben. Demgemäß kann der Kerndurchmesser der optischen Faser 8 verkleinert werden.
Außerdem beschränkt die erste Apertur 20 den Strahleinfallsdurchmesser D₂, der auf die optische Faser 8 einfallend zu machen ist.
Die zweite Apertur 23 bringt die numerische Apertur NA (= sinθ) des in Fig. 10 gezeigten Laserstrahls näher an eine numerische Apertur, die von der optischen Faser 8 erlaubt ist. Dadurch erfüllt die zweite Apertur 23 die Bedingung, den Laserstrahl auf die optische Faser 8 mit einem kleinen Kerndurchmesser einfallen zu lassen.
Somit tritt der Laserstrahl in die optische Faser 8 ein, wobei die Strahlenqualität aufrecht erhalten wird. Da der Laserstrahl außerdem nicht auf den Teil des Lichteinfall- Endabschnitts 9 der optischen Faser 8 fällt, der sich von dem Kernabschnitt unterscheidet, wird an dem Lichteinfall- Endabschnitt 9 der optischen Faser 8 kein Schaden verursacht.
Wie es oben beschrieben wurde, kann gemäß der ersten Ausführungsform das optische Lichteinfallsystem 22 verkleinert werden, da der erste Abstand a zwischen dem Ausgangsende der Festkörper-Laservorrichtung 1 und der ersten Linse 13 und der zweite Abstand b zwischen der zweiten Linse 14 und dem Einfallende 9 der optischen Faser 8 auf der Grundlage der folgenden Formel frei eingestellt werden:

b = (f₁ ².f₂ + f₁.f₂ ² - a.f₂ ²)/f₁ ² (13)

die auf der Brennweite f₁ der ersten Linse 13 und der Brennweite f₂ der zweiten Linse 14 basiert und die Bedingungen f₁ ≠ f₂, a ≠ f₁ und (a + b) < (f₁ + f₂) erfüllt.
Wenn beim Auslegen des optischen Lichteinfallsystems 22 der erste Abstand a zwischen dem Ausgangsende der Festkörper- Laservorrichtung 1 und der ersten Linse 13 frei gewählt wird, dann kann der zweite Abstand b zwischen der zweiten Linse 14 und dem Einfallende 9 der optischen Faser 8 eingestellt werden. Dadurch kann die Länge des optischen Lichteinfallsystems 22 frei eingestellt werden.
In diesem Fall kann sogar, wenn das Ausmaß der Verkleinerung des optischen Lichteinfallsystems 22 nicht verändert wird, die Länge des optischen Lichteinfallsystems 22 kleiner als diejenige des vorbekannten optischen Lichteinfallsystems gemacht werden.
Das Ausmaß der Verkleinerung kann durch Verändern zumindest entweder der Brennweite f₁ und/oder f₂ der ersten und zweiten Linsen 13 und 14 frei verändert werden. Sogar wenn das Ausmaß der Verkleinerung verändert wurde, kann die Länge des optischen Lichteinfallsystems 22 frei geändert werden.
Folglich kann der Abstand zwischen dem Emissionsende der Festkörper-Laservorrichtung 1 und dem Einfallende 9 der optischen Faser 8 verringert werden, und die Gesamtgröße der Laserverarbeitungsvorrichtung kann verkleinert werden.
Da das Ausmaß der Verkleinerung durch das optische Lichteinfallsystem 22 frei geändert und der erste Abstand a zwischen dem Emissionsende der Festkörper-Laservorrichtung 1 und der ersten Linse 13 frei eingestellt werden kann, ist der Freiheitsgrad bei der Ausgestaltung des optischen Lichteinfallsystems 22 stark verbessert.
Sogar wenn der Strahldivergenzwinkel φ und der Strahldivergenzwinkel φ in Übereinstimmung mit einer Zunahme/Abnahme in der Laserausgabe der Festkörper- Laservorrichtung 1 verändert werden, verkleinert das optische Lichteinfallsystem 22 den Strahlemissionsdurchmesser D₁ durch Fokussieren. Somit kann der Laserstrahl auf das Einfallende 9 der optischen Faser 8 einfallend gemacht werden. Dadurch kann der Kerndurchmesser der optischen Faser 8 verkleinert werden.
Außerdem beschränkt die erste Apertur 20 den Strahleinfallsdurchmesser D₂, der dazu gebracht werden soll auf die optische Faser 8 einzufallen, und die zweite Apertur 23 bringt die numerische Apertur NA (= sinθ) des Laserstrahls näher an eine von den optischen Fasern 8 erlaubten numerischen Apertur. Somit kann der Laserstrahl dazu gebracht werden, auf die optische Faser 8 einzufallen, wobei die Strahlqualität aufrechterhalten wird.
Da der Laserstrahl nicht auf den Teil des Lichteinfall- Endabschnitts 9 der optischen Faser 8 fällt, der sich von dem Kernabschnitt unterscheidet, wird an dem Lichteinfall- Endabschnitt 9 der optischen Faser 8 kein Schaden verursacht.
Daher kann das optische Lichteinfallsystem 22 so weit wie möglich die Strahlqualität des von der Festkörperlaservorrichtung 10 emittierten Laserstrahls aufweisen. Demgemäß kann, verglichen mit der vorbekannten Vorrichtung, die Laserverarbeitungsvorrichtung mit dem optischen Lichteinfallsystem 22 eine hochgenaue Verarbeitung, wie beispielsweise Schweißen, Markieren, Schneiden und Anzeichnen, durchführen.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird nun beschrieben. Die in Fig. 1 gemeinsamen Teile werden durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet und ihre ausführliche Beschreibung wird weggelassen.
Fig. 4 zeigt die Struktur einer Festkörper- Laservorrichtung 1. Die Festkörper-Laservorrichtung 1 umfasst einen Laseroszillator 30, einen Verstärker 31 und Ablenkspiegel 32 und 33, die zwischen dem Laseroszillator und dem Verstärker 31 angeordnet sind.
Der Laseroszillator 30 weist die gleiche Struktur wie die Festkörper-Laservorrichtung 1 auf, wie sie oben beschrieben ist. Der Laseroszillator 30 umfasst einen Totalreflexionsspiegel und einen Teilreflexionsspiegel 4, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Beispielsweise zwei Laserstäbe 5 und 6 sind zwischen dem Totalreflexionsspiegel 3 und dem Teilreflexionsspiegel 4 vorgesehen.
Der Ablenkspiegel 32 wird auf einen optischen Pfad eines von dem Laseroszillator 30 emittierten Laserstrahls bereitgestellt. Der Ablenkspiegel 32 reflektiert den Laserstrahl von dem Laseroszillator 30 um beispielsweise 90°.
Der Ablenkspiegel 33 wird an einem optischen Pfad des von dem Ablenkspiegel 32 reflektierten Laserstrahls bereitgestellt. Der Ablenkspiegel 33 reflektiert den bereits von dem Ablenkspiegel 32 reflektierten Laserstrahl um beispielsweise 90°.
Der Verstärker 31 wird an einem optischen Pfad des von dem Ablenkspiegel 33 reflektierten Laserstrahls bereitgestellt. Der Verstärker 31 umfasst beispielsweise zwei in einer Reihe angeordnete Laserstäbe 34 und 35. Die beiden Laserstäbe 34 und 35 werden von einem Anregungsabschnitt (nicht gezeigt) angeregt.
Eine erste Apertur 20 ist an einem optischen Pfad des von dem Verstärker 31 emittierten Laserstrahls vorgesehen.
Bei dieser Festkörper-Laservorrichtung 1 wird der von dem Laseroszillator 30 emittierte Laserstrahl durch die beiden Ablenkspiegel 32 und 33 reflektiert und dann in den Verstärker 31 eingegeben.
Der Verstärker 31 verstärkt und emittiert den eingegebenen Laserstrahl.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform läuft der von dem Verstärker 31 emittierte Laserstrahl durch die erste Linse 13 und die zweite Linse 14 und tritt in den Lichteinfall-Endabschnitt 9 der optischen Faser 8 ein.
Wie es oben beschrieben wurde, umfasst gemäß der zweiten Ausführungsform die Festkörper-Laservorrichtung 1 den Verstärker 31. Daher kann ein Laserstrahl mit einer großen Laserausgabe durch das optische Lichteinfallsystem 22 übertragen und auf die optische Faser 8 einfallend gemacht werden.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform verkleinert, sogar wenn der Strahldivergenzwinkel φ und der Strahldivergenzwinkel φ in Übereinstimmung mit einem Zunahme/Abnahme in der Laserausgabe des Verstärkers 31 verändert werden, das optische Lichteinfallsystem 22 den Strahlemissionsdurchmesser D₁ durch Fokussieren. Somit kann der Laserstrahl auf den Einfallendabschnitt 9 der optischen Faser 8 einfallend gemacht werden.
Die beiden Ablenkspiegel 32 und 33, die zwischen dem Laseroszillator 30 und dem Verstärker 31 vorgesehen sind, lenken den Laserstrahl in eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung ab, in der der Strahl von dem Laseroszillator 30 emittiert wurde. Somit wird die Länge der Festkörper- Laservorrichtung 1 nicht erhöht, und die Abmessungen der Laserverarbeitungsvorrichtung können verkleinert werden.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird nun beschrieben. Die mit Fig. 1 gemeinsamen Teile werden durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet, und ihre ausführliche Beschreibung wird weggelassen.
Fig. 5 zeigt die Struktur eines optischen Lichteinfallsystems 22. Zwei Ablenkspiegel 40 und 41 sind zwischen einem Laseroszillator 30 und einem Verstärker 31 vorgesehen. Der Ablenkspiegel 40 ist an einem optischen Pfad eines von der ersten Linse 13 konvergierten Laserstrahls vorgesehen. Der Ablenkspiegel 40 reflektiert den von der ersten Linse 13 konvertierten Laserstrahl beispielsweise um 90°.
Der Ablenkspiegel 41 wird an einem optischen Pfad des von dem Ablenkspiegel 40 reflektierten Laserstrahls bereitgestellt. Der Ablenkspiegel 41 reflektiert den von dem Ablenkspiegel 40 reflektierten Laserstrahl beispielsweise um 90°. Der Ablenkspiegel 41 ist beispielsweise ein Halbspiegel.
Der Ablenkspiegel 41 ist nicht auf einen Halbspiegel begrenzt. Der Ablenkspiegel 41 kann ein Element sein, das den von dem Ablenkspiegel 40 reflektierten Laserstrahl um 90° reflektieren und den Strahl von der zweiten Linse 14 übertragen kann.
Eine Überwachungskamera des optischen Faserendes 43 wird mittels einer Monitorlinse 42 an einem optischen Pfad bereitgestellt, der den Einfall-Endabschnitt 9 der optischen Faser 8, die zweite Linse 14 und den Ablenkspiegel 41 verbindet.
Die Monitorlinse 41 und die zweite Linse 14 bilden ein optisches Fokussiersystem zum Beobachten einer Endfläche des Lichteinfall-Endabschnitts 9 der optischen Faser 8.
Die Überwachungskamera des optischen Faserendes 43 nimmt ein Oberflächenbild des Einfall-Endabschnitts 9 der optischen Faser 8 mittels der Monitorlinse 42, dem Ablenkspiegel 41 und der zweiten Linse 14 auf. Die Überwachungskamera des optischen Faserendes 43 erzeugt ein Bildsignal des Oberflächenbilds des Einfall-Endabschnitts 9 der optischen Faser 8. Die Überwachungskamera des optischen Faserendes 43 umfasst beispielsweise eine CCD-Kamera.
Ein Monitoranzeigeabschnitt 44 empfängt das Bildsignal von der Überwachungskamera des optischen Faserendes 43 und zeigt das Oberflächenbild des Einfall-Endabschnitts 9 der optischen Faser 8 auf einem Monitor an.
Mit der obigen Struktur nimmt die Überwachungskamera des optischen Faserendes 43 ein Oberflächenbild des Einfall- Endabschnitts 9 der optischen Faser 8 über die Monitorlinse 42, die Ablenkungs- 41 und zweite Linse 14 auf.
Der Monitoranzeigeabschnitt 44 empfängt das Bildsignal von der Monitorkamera des optischen Faserendes 43 und zeigt das Oberflächenbild des Einfall-Endabschnitts 9 der optischen Faser 8 auf einem Monitor an.
Somit zeigt der Monitoranzeigeabschnitt 44 den Zustand des Einfall-Endabschnitts 9 der optischen Faser 8 an.
Der Monitoranzeigeabschnitt 44 zeigt beispielsweise den Einfallzustand des Laserstrahls auf die Kernschicht an dem Einfall-Endabschnitt 9 der optischen Faser 8 an. Wenn beispielsweise der Strahldivergenzwinkel φ und der Strahldivergenzwinkel φ in Übereinstimmung mit einer Zunahme/Abnahme in der Laserausgabe der Festkörper- Laservorrichtung 1 verändert werden, kann der Monitoranzeigeabschnitt 44 den Zustand des Einfalls des Laserstrahls auf die Kernschicht anzeigen.
Aufgrund der Überwachungsanzeige kann der Arbeiter bestätigen, ob der Laserstrahl auf die optische Faser 8 einfällt, wobei die Strahlqualität aufrechterhalten wird.
Die Erfindung ist nicht auf die ersten bis dritten Ausführungsformen begrenzt, und die Erfindung kann wie folgt modifiziert werden.
Bei den ersten bis dritten Ausführungsformen wird die Erfindung auf die Laserverarbeitungsvorrichtung angewendet. Alternativ kann die Erfindung auf jede Vorrichtung angewendet werden, die eine Technik zum Übertragen eines von einem Laser emittierten Laserstrahls erfordert und ihn auf eine optische Faser einfallen lässt. Beispielsweise ist diese Erfindung auf eine optische Kommunikationsvorrichtung anwendbar, die einen Laserstrahl mit Information über eine optische Faser überträgt.
Bei den ersten bis dritten Ausführungsformen wird die Festkörper-Laservorrichtung 1 verwendet. Alternativ kann ein Gaslaser oder ein Flüssigkeitslaser verwendet werden.
Die in Fig. 4 gezeigte Festkörper-Laservorrichtung 1 umfasst einen einzigen Verstärker 31. Alternativ kann sie zwei oder mehr Verstärker 31 umfassen. In diesem Fall kann ein Zunahme in der Länge der Festkörper-Laservorrichtung 1 durch Bereitstellen von Ablenkspiegeln zwischen den jeweiligen Verstärkern 31 verhindert werden.
Die erste Linse 13 und die zweite Linse 14 des optischen Lichteinfallsystems 22 können jeweils eine Linsengruppe mit einer Mehrzahl von kombinierten Linsen umfassen.
Es sollte ausreichend sein, wenn mindestens die erste Apertur 20 und/oder die zweite Apertur 23 bereitgestellt werden/wird. Wenn nur die erste Apertur 20 bereitgestellt wird, wird der Strahleinfalldurchmesser D₂ entlang des auf die optische Faser 8 einfallenden Laserstrahls begrenzt. Wenn nur die zweite Apertur 23 bereitgestellt wird, wird die numerische Apertur NA des auf die optische Faser 8 einfallenden Laserstrahls begrenzt.

Claims

1. Laserstrahl-Übertragungsvorrichtung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
ein optisches Lichteinfallystem (22) mit mindestens ersten und zweiten Linsen (13, 14), die an dem gleichen optischen Pfad angeordnet sind, wobei das optische Lichteinfallystem einen von einer Laservorrichtung (1) emittierten Laserstrahl konvergiert und fokussiert; und
eine optische Faser (8), die den Laserstrahl überträgt, der von dem optischen Lichteinfallystem konvergiert und fokussiert wurde,
wobei in dem optischen Lichteinfallsystem ein erster Abstand (a) zwischen einem Ausgangsende der Laservorrichtung und der ersten Linse oder ein zweiter Abstand (b) zwischen der zweiten Linse und einem Lichteinfall-Ende der optischen Faser gemäß einer Beziehungsformel basierend auf einer Brennweite (f₁, f₂) jeder der ersten und zweiten Linse frei eingestellt wird.

2. Laserstrahl-Übertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Lichteinfallsystem (22) einen Emissionsstrahldurchmesser des Laserstrahls an dem Ausgangsende der Laservorrichtung auf einen Durchmesser des Lichteinfall-Ende der optischen Faser verkleinert, so dass der Laserstrahl dazu gebracht werden kann, auf das Lasereinfall-Ende der optischen Faser einzufallen.

3. Laserstrahl-Übertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beziehungsformel ausgedrückt wird durch

b = (f₁ ².f₂ + f₁.f₂ ² - a.f₂ ²)/f₁ ²

wobei a der erste Abstand, b der zweite Abstand, f₁ die Brennweite der ersten Linse und f₂ der zweiten Linse ist, und die folgenden Bedingungen erfüllt werden:

f₁ ≠ f₂, a ≠ f₁ und (a + b) < (f₁ + f₂).

4. Laserstrahl-Übertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abstand b gegeben wird durch

{f₁ ².f₂ + f₁.f₂ ² - a.f₂ ²)/f₁ ²} × 0,9 < b < {(f₁ ².f₂ + f₁.f₂ ² - a.f₂ ²)/f₁ ²} × 1,1.

5. Laserstrahl-Übertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass hinsichtlich der ersten und zweiten Linsen (13, 14), wenn die Brennweite der ersten Linse gleich f₁, die Brennweite der zweiten Linse gleich f₂, ein Emissionsstrahldurchmesser des Laserstrahls gleich D₁ und ein Einfallstrahldurchmesser des auf das Lichteinfallende der optischen Faser einfallend gemachten Laserstrahls gleich D₂ ist, ein Abbildungsverhältnis zum Verkleinern des Emissionsstrahldurchmessers D₁ auf den Einfallstrahldurchmesser D₂ gegeben ist durch

D₂ = (f₂/f₁)D₁.

6. Laserstrahl-Übertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laservorrichtung (1) eine Festkörperlaservorrichtung ist, die im Stande ist, einen Ausgangspegel des Laserstrahls zu steuern.

7. Laserstrahl-Übertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine Apertur (20, 23), die entweder in der Nähe des Ausgangsendes der Laservorrichtung und/oder der zweiten Linse angeordnet ist.

8. Laserstrahl-Übertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Apertur (20), die in der Nähe des Ausgangsendes der Laservorrichtung angeordnet ist, den Strahldurchmesser des Laserstrahls beschränkt, der dazu gebracht wird, auf die optische Faser einzufallen.

9. Laserstrahl-Übertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Apertur (20) an einer Position einer Strahleinschnürung mit einem minimalen Strahldurchmesser in einem Strahlmodus einer in der Laservorrichtung auftretenden Laserresonanz angeordnet ist.

10. Laserstrahl-Übertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Nähe der zweiten Linse angeordnete Apertur (23) eine numerische Apertur des Laserstrahls begrenzt, der dazu gebracht wird, auf die optische Faser einzufallen.

11. Laserstrahl-Übertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laservorrichtung (1) umfasst:
einen Laseroszillator (30), der oszilliert und den Laserstrahl ausgibt;
einen Verstärker (31), der den von dem Laseroszillator oszillierten und ausgegebenen Laserstrahl verstärkt; und
eine Apertur (20), die an einem optischen Pfad des von dem Verstärker ausgegebenen und verstärkten Laserstrahls angeordnet ist und einen Strahldurchmesser des Laserstrahls begrenzt, der dazu gebracht wird, auf die optische Faser einzufallen.

12. Laserstrahl-Übertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
mindestens einen Strahlenteiler (41), der an einem optischen Pfad zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse angeordnet ist;
einen Abbildungsabschnitt (43), der Lichteinfall- Endfläche der optischen Faser über den Strahlenteiler und die zweite Linse abbildet; und
einen Monitoranzeigeabschnitt (44), der die Lichteinfall-Endfläche der optischen Faser auf einem Monitor anzeigt, die von dem Abbildungsabschnitt abgebildet wurde.

13. Laserstrahl-Übertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
zwei Ablenkspiegel (40, 41), die an einem optischen Pfad zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse angeordnet sind und eine Bewegungsrichtung des Laserstrahls ablenken;
eine Monitorlinse (42), die auf einem geraden optischen Pfad angeordnet ist, der die Lichteinfall-Endfläche der optischen Faser, die zweite Linse und einen der beiden Ablenkspiegel verbindet;
einen Abbildungsabschnitt (43), der die Lichteinfall- Endfläche der optischen Faser mittels der Monitorlinse, eines der beiden Ablenkspiegel und der zweiten Linse abbildet; und
einen Monitoranzeigeabschnitt (44), der den Zustand der Lichteinfall-Endfläche der optischen Faser auf einem Monitor anzeigt, die von dem Abbildungsabschnitt abgebildet wurde.

14. Laserstrahl-Übertragungsvorrichtung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
ein optisches Lichteinfallsystem (22), das einen von einer Laservorrichtung (1) emittierten Laserstrahl konvergiert und fokussiert;
eine optische Faser (8), die den von dem optischen Lichteinfallsystem konvergierten und fokussierten Laserstrahl überträgt;
eine erste Apertur (20), die an einer Position einer Strahleinschnürung mit einem minimalen Strahlendurchmesser in einem Strahlmodus einer in der Laservorrichtung auftretenden Laserresonanz angeordnet ist, und den Strahldurchmesser des Laserstrahls beschränkt, um ihn auf die optische Faser einfallend zu machen;
eine zweite Apertur (23), die in der Nähe der zweiten Linse angeordnet ist und eine numerische Apertur des Laserstrahls beschränkt, um ihn auf die optische Faser einfallend zu machen;
einen Reflexionsspiegel (40), der den Laserstrahl reflektiert, der durch die erste Linse gelaufen ist;
einen teildurchlässigen Spiegel (41), der den Laserstrahl reflektiert, der von dem Reflexionsspiegel reflektiert wurde, und den Laserstrahl auf die zweite Linse einfallend macht, und ebenfalls ein Bild der Lichteinfall- Endfläche der optischen Faser weiterleitet, die ebenfalls auf die zweite Linse einfallend gemacht wird;
eine Monitorlinse (42), die an einem geraden optischen Pfad angeordnet ist, der die Lichteinfall-Endfläche der optischen Faser, die zweite Linse und den teildurchlässigen Spiegel verbindet;
einen Abbildungsabschnitt (43), der die Lichteinfall- Endfläche der optischen Faser mittels der Monitorlinse, dem teildurchlässigen Spiegel und der zweite Linse abbildet; und
einen Monitoranzeigeabschnitt (44), der den Zustand der Lichteinfall-Endfläche der optischen Faser auf einem Monitor anzeigt, der von dem Abbildungsabschnitt abgebildet wurde,
wobei das optische Lichteinfallsystem (22) erste und zweite Linsen (13, 14) umfasst, die einen Emissionsstrahldurchmesser des Laserstrahls an dem Ausgangsende der Laservorrichtung auf einen Durchmesser des Lichteinfall-Ende des optischen Faser verkleinert, womit der Laserstrahl auf das Lichteinfall-Ende der optischen Faser einfallend gemacht wird, und wenn die folgende Beziehung erfüllt wird

b = (f₁ ².f₂ + f₁.f₂ ² - a.f₂ ²)/f₁ ²

wobei a der erste Abstand, b der zweite Abstand, f₁ die Brennweite der ersten Linse und f₂ der zweiten Linse ist, wobei die folgenden Bedingungen erfüllt ist:

f₁ ≠ f₂, a ≠ f₁ und (a + b) < (f₁ + f₂).