1. 1 Thematischer Hintergrund Mit der Entwicklung des Lasers zu einem In der Industriellen Fertigung eInsetz baren Werkzeug wurden neuartige Bearbeitungsverfahren eingeführt, die auf Grund der speziellen Eigenschaften von Laserstrahlen herkömmlichen Verfah ren unter bestimmten Gesichtspunkten überlegen sind. Trotz der Inzwischen etablierten Akzeptanz des Lasers In der Industrie verlief bisher die Entwicklung von Laserstrahlquellen getrennt von der von Bearbeitungsanlagen. Zum einen optimierten Ingenieure In Forschungsinstituten als auch In Entwicklungsabteilun gen der Laserhersteller die Strahlquellen lediglich Im Hinblick auf Wirkungsgrad und Strahlqualltöt, wöhrend andererseits Bearbeitungsanlagen nach den Vor gaben der konventionellen Fertigungstechnik konzipiert und gefertigt wurden. Die Integration einer Laserstrahlquelle In eine nicht unter der Berücksichtigung der speziellen Eigenschaften des Lasers entwickelten Anlage hat naturgemöß eine Verschlechterung der erzielbaren Bearbeltungsqualltöt und -effizienz zur Folge. Neuere Forschungsvorhaben tragen dieser Erkenntnis Rechnung. So wurde z. B. an der Unlversltöt Stuttgart ein Sonderforschungsbereich InitIIert, der sich unter anderem mit der Integration des Lasers In entsprechend konzipierte Bearbeitungsanlagen befaßt. Dabei wird neben anderem die Möglichkeit untersucht. In einem Strahlführungssystem einen Regelungsmechanismus ein zusetzen, der mit Hilfe konventioneller und adaptiver Optiksysteme die für den Jeweiligen Bearbeltungsprozeß optimalen Strahlparameter am Werkstück zur Verfügung stellt und wöhrend des Bearbeitungsvorgangs diese konstant hölt. Grundvoraussetzung für die Entwicklung solch komplexer Strahlführungssysteme und die Konzeption der dafür notwendigen optischen Systeme bildet die rechnerische Simulation unter realitötsnahen Randbedingungen. Die vorliegen de Arbeit befaßt sich mit einem Teilaspekt dieser Problematik: der Simulation der Strahlausbreitung von der Strahlquelle bis hin zur Werkstückoberflöche.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung. - 1. 1 Thematischer Hintergrund. - 1. 2 Inhaltsübersicht. - 2 Theorie. - 2. 1 Wellengleichung. - 2. 2 Ausbreitung von elektromagnetischer Strahlung im Vakuum. - 2. 3 Geometrische Optik. - 2. 4 Wellenoptik. - 3 Berechnung optischer Resonatoren. - 3. 1 Laserresonatoren im Bild der geometrischen Optik. - 3. 2 Beugungsbegrenzte Strahlausbreitung in optischen Resonatoren. - 3. 3 Berechnung optischer Elemente durch Strahlverfolgung. - 3. 4 Berücksichtigung des resonatorinternen Mediums. - 3. 5 Berücksichtigung der Resonatorjustierung. - 4 Vergleich der Modelle. - 4. 1 Berechnung des leeren Resonators. - 4. 2 Validierung. - 4. 3 Lineares Brechzahlprofil im quergeströmten Resonator. - 5 Berechnung eines Strahlführungssystems. - 5. 1 Voruntersuchungen. - 5. 2 Simulationsvorgaben. - 5. 3 Ergebnisse der einzelnen Berechnungsschritte. - 6 Zusammenfassung. - 7 Ausblicke. - 8 Literaturverzeichnis. - 9 Anhang. - A1 Phänomene der geometrischen Optik. - A2 Abbildungsfehler. - A3 Strahlverfolgung durch eine sphärische Linse.
