Theoretische Methoden und experimentelle Verfahren zur Charakterisierung von Hochleistungslaserstrahlung: Laser in der Materialbearbeitung

1 Einleitung.- 2 Einordnung der paraxialen Wellenoptik in die Gesamttheorie.- 3 Die algebraische Beschreibung paraxialer optischer Systeme.- 4 Statistische Momente in der Laseroptik.- 5 Experimentelle Verfahren zur Bestimmung statistischer Momente.- 6 Der Einfluß von Phasenabemationen auf die Strahlpropagation.- 7 Numerische Umsetzung des algebraischen Fonnalismus der wellenoptischen Propagation.- 8 Zusammenfassung und Ausblick.- Literatur.

Die Lasertechnologie ist innerhalb der letzten drei Jahrzehnte zu einer Schlüsseltechnologie avanciert, die sich durch ein ungemein breites Anwendungsspektrum auszeichnet. Mit der Verfügbarkeit hoher Leistungen bei CO2-Lasern sowie zunehmend auch im Festkörperlaserbereich hat der Laser mittlerweile auch seinen festen Platz in der Materialbearbeitung gewonnen. Für eine effiziente Kontrolle und Steuerung lasergestützter Bearbeitungsprozesse ist hierbei eine praktikable optische Charakterisierung der Laserstrahlung unerläßlich. Hierauf basierend werden die wellenoptischen Propagationseigenschaften von Laserstrahlung einer kritischen Analyse unterzogen, um daraus theoretisch konsistente und meßtechnisch praktikable Charakterisierungsvorschriften abzuleiten. Nach einer Standortbestimmung innerhalb der Maxwellschen Elektrodynamik wird gezeigt, wie sich die Propagation von Laserstrahlung als quantenmechanische Problemstellung interpretieren lößt. Der damit verfügbare formale und methodische Apparat wird verwendet, um zu einer reduzierten, unter industriellen Bedingungen praktikablen Propagationstheorie zu kommen, welche insbesondere den Einfluß allgegenwärtiger Aberrationen und Aperturen berücksichtigt. Auf der Basis der theoretischen Vorgaben wird schließlich ein meßtechnisches Verfahren entwickelt, welches die Bestimmung aller für die Propagation relevanter Strahlparameter auf Leistungsmessungen zurückführt. Anhand ausführlicher Parameterstudien und Messungen wird das Potential dieses Verfahrens aufgezeigt. Aus dem Inhalt Wellenoptische und algebraische Beschreibung der Laserstrahlpropagation - Strahlmomente - Strahlpropagationsfaktor - Lasermoden - Strahldegradation durch Aberrations- und Apertureinflüsse - Berechnung und Propagation von Strahlkennzahlen - Messung von Strahlkennzahlen