用于提供两个偏移激光束的光学设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于提供第一激光束(10)和第二激光束(20)的方法，该第一激光束和第二激光束相对于输入激光束(301)在空间上偏移，该方法包括以下步骤：a)提供用于产生所述输入激光束(301)的激光源(300)；b)提供用于提供偏移激光束(7)的空间偏移单元(1)，该空间偏移单元可以在所述输入激光束(301)与所述偏移激光束(7)之间保持相同的偏振；c)提供包括第一偏振分离模块(50)的分离单元(2)，以从所述偏移激光束(7)：通过透射获得第一空间偏移激光束(10)；以及通过反射获得第二空间偏移激光束(20)，所述第一空间偏移激光束(10)和第二空间偏移激光束(20)适于各自描绘出圆。偏移激光束(20)适于各自描绘出圆。偏移激光束(20)适于各自描绘出圆。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提供两个偏移激光束的光学设备和方法


[0001]根据第一方面，本专利技术涉及一种用于从输入激光束提供至少两个空间偏移的激光束的方法。根据第二方面，本专利技术涉及一种用于实现根据第一方面的方法的光学设备。根据第三方面，本专利技术涉及一种加工系统。

技术介绍

[0002]激光钻孔和切割工艺是已知的。为了横穿待用激光束进行加工的表面，这些工艺现在使用更多的扫描头(例如偏转装置、扫描仪)而不是目标的移位装置。这种选择主要是为了便于使用和提高加工速度。由于激光束的高斯(Gaussian)分布，使用扫描器导致具有圆锥形切割面(即，这些切割面不是直的)的加工操作。对于某些应用场合，这是不可接受的。
[0003]为了控制或消除切割面的锥度，开发了进动头。这些进动头控制激光束在待加工的目标上的攻角。对攻角的这种控制使得能够更好地控制切割面的锥度。
[0004]现在可以市购平均功率超过100瓦(脉冲能量超过100μJ)的超短脉冲源，从而使得能够通过提高加工速度来提高生产率。然而，通常不可能在不降低激光源的平均功率的情况下使用这种激光源来加工工件，因为对目标的热效应会导致其变形(或甚至破坏)、氧化或结构改变。为了限制这种热效应，存在气体喷嘴，其允许将强空气流吹到待加工的目标上以局部地降低温度。然而，气体喷嘴体积大，且其有效性可能有限。此外，气体喷嘴可以在目标上产生压力，这会使目标移位甚至劣化。
[0005]当前的解决方案不允许使用由于热效应而导致进行进动运动的可能超过100瓦的激光源。

技术实现思路
r/>[0006]根据第一方面，本专利技术的目的之一是提供一种利用强激光源进行进动加工而不产生或减少有害的热效应的方法。
[0007]为此，专利技术人提出了一种用于提供至少第一激光束和第二激光束的方法，该第一激光束和第二激光束相对于输入激光束在空间上偏移(例如侧向偏移)，该方法包括以下步骤：
[0008]a.提供用于产生所述输入激光束的激光源，使得所述输入激光束具有随时间固定的偏振；
[0009]b.提供用于提供相对于所述输入激光束偏移(例如侧向偏移)的偏移激光束的空间偏移单元，所述偏移激光束具有主传播轴线A并且适于在垂直于所述主传播轴线A的平面中描绘出圆，所述空间偏移单元能够维持所述输入激光束与所述偏移激光束之间的相同偏振；
[0010]c.提供包括第一分离模块的分离单元，所述第一分离模块包括第一偏振分离装置，所述第一偏振分离装置用于从所述偏移激光束：
[0011]-通过透射获得具有第一主传播轴线的第一空间偏移(例如，侧向偏移)激光束，以及
[0012]-通过反射获得具有第二主传播轴线的第二空间偏移(例如，侧向偏移)激光束；
[0013]所述分离单元被配置成使得所述第一空间偏移激光束和第二空间偏移激光束适于分别在垂直于所述第一主传播轴线和第二主传播轴线的平面中描绘出圆。
[0014]优选地，根据本专利技术的方法进一步包括提供(例如在步骤a之后)准直调节系统(这使得更容易适应不同厚度的目标样品)。根据本专利技术的方法优选地用于工件的激光加工，更优选地用于工件的激光微加工。
[0015]本专利技术的方法使得能够通过激光源和侧向偏移单元获得两个侧向偏移激光束，使得可以利用来自单个源并且被单个侧向偏移单元侧向偏移的两个分离的激光束来执行两个加工操作。由于本专利技术，可以在不产生或减少有害的热效应的情况下操作强激光源，因为源激光束被细分为若干下游激光束。可以对第一侧向偏移激光束和第二侧向偏移激光束维持由空间偏移单元施加的侧向偏移。由于侧向偏移单元和用于通过偏振进行分离单元的组合，能够保留偏移，该侧向偏移单元能够在输入激光束和偏移激光束之间保持相同的偏振。
[0016]优选地，本专利技术的光学设备适于产生一维侧向偏移，即，偏移光束在垂直于偏移激光束的主传播方向的平面中描绘出线。更优选地，侧向偏移单元适于产生二维偏移，即，偏移光束在垂直于偏移激光束的主传播方向的平面中描绘出圆、椭圆等。利用本专利技术的光学设备，还可以用激光束在垂直于其主传播方向的平面中产生任何轨迹。侧向偏移意味着激光束总是相对于偏移激光束的主传播方向侧向地偏移。因此，偏移激光束平行于主传播方向传播。例如，偏移激光束平行于主传播轴线A传播。因此，当侧向偏移单元产生偏移以使得偏移激光束能够在垂直于所述主传播轴线A的平面中描绘出圆时，偏移激光束以围绕主传播轴线A旋转的方式进行传播。
[0017]本专利技术的优点在于，分离单元允许保持围绕主传播方向A的侧向偏移。实际上，分离单元允许分离为朝向侧向偏移的分别沿着第一主传播轴线和第二主传播轴线的第一激光束和第二激光束，从而使得侧向偏移激光束和主传播轴线保持它们各自的侧向偏移。因此，可以使用单个侧向偏移单元以同时执行至少两个相同或不同的加工操作。这是通过使用侧向偏移单元来实现的，该侧向偏移单元能够在输入激光束和偏移激光束之间保持相同的偏振并且不引起偏移激光束的任何角度偏移。这是必要的，以便能够分离光束，同时以高保真度保持侧向偏移。此外，分离单元相对简单且紧凑。分离单元还提供了对分离的光束的功率分布的良好控制。
[0018]通过本专利技术的方法能够分离偏移激光束的另一个优点是能够使用相同的进动模块(空间偏移单元)执行多个进动加工并且调节每个空间偏移激光束的通量(强度)。利用本专利技术的解决方案，也容易堆叠多个分离单元以产生2个、3个、4个或更多个偏移激光束。
[0019]优选地，由偏移激光束描绘出的圆以主轴线A与垂直于主轴线A的平面的交点为中心。
[0020]优选地，空间偏移单元位于激光源的下游。优选地，分离单元被定位在空间偏移单元的下游。
[0021]本专利技术的方法的优点在于提供一种不改变偏移激光束的偏振的偏移单元。因此，可以使用偏振装置，例如偏振立方体、偏振板、布鲁斯特板等来将偏移激光束分离成至少两
个偏移激光束。实际上，本专利技术的空间偏移单元的优点在于其不旋转激光束的偏振。实际上，存在引起偏振的旋转的空间偏移单元，这使得用偏振光学器件对光束进行分离特别复杂，除非存在用于分离与光束同步旋转的偏振的装置。由于被包括在本专利技术中的空间偏移单元，因此可以在没有光束自身旋转的情况下在空间(例如，侧向)上偏移光束，使得该光束的偏振随时间保持恒定。
[0022]优选地，空间偏移单元适于改变输入激光束与偏移激光束之间的空间偏移。
[0023]优选地，所述第一主传播轴线垂直于所述第二传播轴线。
[0024]优选地，当偏移激光束与偏振元件的表面具有45
°
的入射角时，偏振立方体或偏振板允许以90
°
的角度透射和反射光束。
[0025]优选地，第一分离模块包括位于第一偏振分离装置上游的偏振管理装置。
[0026]使用偏振管理装置来分离偏移激光束的优点在于能够调节/控制被反射的偏移激光束的功率以及由至少一个延迟板透射的功率。优选地，偏振管理装置(例如，延迟板)位于偏振分离装置的上游以允许分离偏移激光束。因此，该至少一个延迟板围本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于提供至少第一激光束(10)和第二激光束(20)的方法，所述第一激光束和所述第二激光束相对于输入激光束(301)在空间上偏移，所述方法包括以下步骤：a.提供用于产生所述输入激光束(301)的激光源(300)，使得所述输入激光束具有随时间固定的偏振；b.提供用于相对于所述输入激光束(301)产生偏移激光束(7)的空间偏移单元(1)，所述偏移激光束(7)具有主传播轴线A，并且适于在垂直于所述主传播轴线A的平面中描绘出圆，所述空间偏移单元(1)能够在所述输入激光束(301)与所述偏移激光束(7)之间保持相同的偏振；c.提供分离单元(2)，所述分离单元包括第一偏振分离装置(51)，以从所述偏移激光束(7)：
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通过透射获得具有第一主传播轴线(11)的第一空间偏移激光束(10)，以及
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通过反射获得具有第二主传播轴线(21)的第二空间偏移激光束(20)；所述分离单元(2)被配置成使得所述第一空间偏移激光束(10)和所述第二空间偏移激光束(20)适于分别在垂直于所述第一主传播轴线(11)和所述第二主传播轴线(21)的平面中描绘出圆。2.根据前一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述空间偏移单元(1)适于改变所述输入激光束(301)与所述偏移激光束(7)之间的空间偏移。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一主传播轴线(11)垂直于所述第二主传播轴线(21)。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，第一分离模块(50)包括在所述第一偏振分离装置(51)上游的偏振管理装置。5.根据前一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述偏振管理装置包括优选地为半波板的延迟板(55)，使得所述延迟板(55)的旋转引起由所述第一偏振分离装置(51)对透射功率和反射功率的调节。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述偏振管理装置包括两个延迟板(55，56)，所述两个延迟板优选地为两个四分之一波板(55，56)，使得所述两个四分之一波板(55；56)中的至少一个的旋转引起由所述第一偏振分离装置(51)对透射功率和反射功率的调节。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下附加的步骤：d.提供位于所述分离单元(2)下游的第一偏转装置(15)和第二偏转装置(25)，以将所述第一空间偏移激光束(10)和所述第二空间偏移激光束(20)引导到至少一个工件(201；211)；e.提供分别位于所述第一偏转装置(15)和所述第二偏转装置(25)下游的第一聚焦装置(17)和第二聚焦装置(27)，以便将所述第一空间偏移激光束(10)和所述第二空间偏移激光束(20)聚焦到所述至少一个工件(201；211)上。8.一种用于激光加工的光学设备，所述光学设备包括：-空间偏移单元(1)，所述空间偏移单元用于从输入激光束(301)获得偏移激光束(7)，
所述偏移激光束具有主传播轴线A并且适于在垂直于所述主传播轴线A的平面中描绘出圆；-分离单元(2)，所述分离单元包括第一分离模块(50)，所述第一分离模块包括第一偏振分离装置(51)，所述第一偏振分离装置用于从所述偏移激光束(7)：о通过透射获得具有第一主传播轴线(11)的第一空间偏移激光束(10)，以及о通过反射获得具有第二主传播轴线(21)的第二空间偏移激光束(20)，所述空间偏移单元(1)能够在所述输入激光束(301)与所述偏移激光束(7)之间保持相同的偏振；所述分离单元(2)被配置成使得所述第一空间偏移激光束(10)和所述第二空间偏移激光束(20)适于分别在垂直于所述第一主传播轴线(11)和所述第二主传播轴线(21)的平面中描绘出圆。9.根据前一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括用于反射所述第一空间偏移激光束(10)或所述第二空间偏移激光束(20)的反射镜(4)。10.根据前两项权利要求所述的设备，其特征在于，所述第一偏振分离装置(51)选自以下偏振装置中的一个：-偏振立方体；-56
°
布鲁斯特板；-45
°
偏振反射镜。11.根据前三项权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一分离模块(50)包括在所述第一偏振分离装置(51)上游的偏振管理装置。12.根据前一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述偏振管理装置包括优选地为半波板的延迟板(55)，使得所述延迟板(55)的旋转引起由所述第一偏振分离装置(51)对透射功率和反射功率的调节。13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述偏振管理装置包括两个延迟板(55，56)，所述两个延迟板优选地为两个四分之一波板(55，56)，使得所述两个四分之一波板(55；56)中的至少一个的旋转引起由所述第一偏振分离装置(51)对透射功率和反射功率的调节。14.根据权利要求8至13中任一项所述的设备，其特征在于，所述空间偏移单元(1)包括：-第一侧向偏移单元(1X)，所述第一侧向偏移单元用于在垂直于所述主传播轴线A的平面中获得沿方向X的激光束偏移；-第二侧向偏移单元(1Y)，所述第二侧向偏移单元用于在垂直于所述主传播轴线A的平面中获得沿方向Y的激光束偏移；所述方向X和方向Y彼此正交；所述第一侧向偏移单元(1X)和所述第二侧向偏移单元(1Y)被光联接，使得所述第一侧向偏移单元和所述第二侧向偏移单元适于偏移输入激光束(301)以获得偏移激光束(7)，所述偏移激光束适于在垂直于所述主传播轴线A的平面中描绘出圆。15.根据前一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述第一侧向偏移单元(1X)和/或所述第二侧向偏移单元(1Y)包括适于旋转以便偏移激光束的板(410)，从而分别沿方向X和/或方向Y在垂直于所述主传播轴线A的平面中获得激光束偏移。16.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述第一侧向偏移单元(1X)和/或所述
第二侧向偏移单元(1Y)包括：-可移动反射镜(401)，使得所述可移动反射镜的法线适于在二维空间中描绘出轨迹，-光学返回系统(402，403)，所述光学返回系统被配置为将激光束的第一输入反射从所述可移动反射镜(401)重新引导到所述可移动反射镜(401)，以便对于所述可移动反射镜(401)的所有可能的位置和取向获得分别沿方向X和/或方向Y的光束偏移。17.根据前一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述光学返回系统(402，403)包括：-第一固定反射镜(402)和第二固定反射镜(403)，其被配置为使得：о激光束的在所述可移动反射镜(401)上的第一输入反射被引导到所述第一固定反射镜(402)，о所述第一固定反射镜(402)上的第二反射被引导到所述第二固定反射镜(403)，о所述第二固定反射镜(402)上的第三反射朝向所述可移动反射镜(401)被引导，并且，о所述可移动反射镜(401)上的第四输出反射对于所述可移动反射镜(401)的所有可能的位置和取向均能够获得分别沿方向X和/或方向Y的光束偏移。18.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述第一侧向偏移单...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗艾蒂安，
申请(专利权)人：激光工程应用有限公司，
类型：发明
国别省市：