用于激光射束的射束影响的设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于影响超短脉冲激光器(2)的激光射束的设备(1)，所述设备包括脉冲精确的偏转器单元(3)，所述偏转器单元设立用于，使所述激光射束(20)在垂直于射束传播方向的至少一个方向上偏转，其中，具有至少两个部件(40，42)的变换光学装置组件(4)，所述变换光学装置组件在所述脉冲精确的偏转器单元(3)下游，所述变换光学装置组件设立用于，将通过所述脉冲精确的偏转器单元进行的、所述激光射束(20)的位置偏转和/或角度偏转借助位置到角度变换和/或角度到位置变换来变换为角度偏转和/或位置偏转，和/或变换回来，和加工光学装置(9)，所述加工光学装置在所述变换光学装置组件下游并且设立用于，将所述激光射束(20)引导到所述加工光学装置(9)的图像侧的焦平面(90)中。(90)中。(90)中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于激光射束的射束影响的设备


[0001]本专利技术涉及一种用于激光射束的射束影响的设备，尤其用于与具有较高的平均功率的超短脉冲激光器一起使用。

技术介绍

[0002]为了加工材料，可以使用超短脉冲激光器，在所述超短脉冲激光器中，引入到待加工的材料中的激光能量引起期望的材料加工。在此，激光射束和材料相对于彼此随着进给沿着进给轨迹运动，其中，超短脉冲激光器发出激光脉冲，所述激光脉冲然后在进给轨迹的不同的点上引入到材料中。在此，通常需要固定地预给定或者仅有限地改变激光脉冲的脉冲频率，使得在运动速度变动的情况下，例如与突然的方向变化的具有惯性的运动系统相结合地，激光脉冲的空间间距沿着进给轨迹在材料中变动。尤其是，在这样的构造中可能发生的是，激光脉冲在待加工的材料中在空间上重叠，使得材料不均匀地被加热，这可能对所加工的材料的材料特性并且对加工过程本身产生不利的影响。
[0003]因此，为了使用超短脉冲激光器的高的平均功率，需要一种扩展的系统技术，该系统技术在连续的激光脉冲在工件上或者中的空间间距方面提供扩展的可能性。

技术实现思路

[0004]从已知的现有技术出发，本专利技术的任务是，提供一种改进的用于激光射束的射束影响的设备。
[0005]该任务通过具有权利要求1的特征用于对激光射束的射束影响的设备来解决。从从属权利要求、说明书和附图中得出有利的扩展方案。
[0006]相应地，提出一种用于影响超短脉冲激光器的激光射束的设备，该设备包括脉冲精确的偏转器单元，该偏转器单元设立用于，使激光射束在垂直于射束传播方向的至少一个方向上偏转，其中，具有至少两个部件的变换光学装置组件，该变换光学装置组件在脉冲精确的偏转器单元下游，该变换光学装置组件设立用于，将通过脉冲精确的偏转器单元进行的、激光射束的位置偏转和/或角度偏转借助位置到角度变换和/或角度到位置变换来变换为角度偏转和/或位置偏转，和/或变换回来，和加工光学装置，该加工光学装置在变换光学装置组件下游并且设立用于，将激光射束引导到加工光学装置的图像侧的焦平面中。
[0007]在此，超短脉冲激光器提供超短激光脉冲。在此，超短可以指的是，脉冲长度例如在500皮秒与10飞秒之间并且尤其在10皮秒与100飞秒之间。但是，激光器也可以提供由超短激光脉冲组成的脉冲串，其中，每个脉冲串包括在小于10微妙的时间段内在小于100ns的时间间距中多个激光脉冲的发射。在时间上成形的脉冲也被视为超短激光脉冲，该脉冲的振幅的值得注意的变化在50与5000飞秒的范围内，所述变化例如大于50％。
[0008]在此，超短激光脉冲在射束传播方向上沿着通过所述超短激光脉冲构造的激光射束移动。
[0009]脉冲精确的偏转器单元设立用于，使激光射束在垂直于射束传播方向的至少一个
方向上偏转。射束偏转可以在于影响激光射束的传播方向，其中，尤其是，入射的激光射束可以平行于该激光射束的原始传播方向移位，即可以给该激光射束施加空间的平行偏移。但是，射束偏转也可以在于，给激光射束施加角度偏移，使得激光射束的传播方向通过射束影响以一角度变化。
[0010]在此，脉冲精确的偏转器单元包括一个或者多个脉冲精确的偏转器。当能够使超短脉冲激光器的每个激光脉冲个性化地偏转时，偏转器是脉冲精确的。为此，脉冲精确的偏转器的工作频率可以例如与激光器的基本频率同步，使得脉冲精确的偏转器的工作频率至少相应于超短脉冲激光器的重复频率。在下文中，仅提到偏转器，其中，始终指的是脉冲精确的偏转器或者脉冲精确的偏转器单元。
[0011]偏转器可以例如是微电子机械元件或者光电偏转器或者声光偏转器。在下文中描述声光偏转器的工作方式。
[0012]在声光偏转器的情况下，例如，通过交流电压在光学邻接材料中的压电晶体上产生声波，该声波周期性地调制光学材料的折射率。在此，该波可以通过光学材料传播，可以例如构造为传播波或者波包，或者构造为驻波。在此，通过对折射率的周期性调制，实现用于入射的激光射束的衍射栅格。尤其是，为激光射束得出的衍射图像相应于经变换的栅格函数，例如并且优选相应于经傅里叶变换的栅格函数。
[0013]因此，入射的激光射束在衍射栅格上衍射，并且优选至少部分地以相对于该激光射束的原始射束传播方向成角度α的方式偏转。尤其是，激光射束通过角度偏移在垂直于激光射束的原始传播方向的方向上偏转。在此，衍射栅格的栅格常数并且因此角度α主要取决于驻波栅格振荡的波长或周期性，或取决于所施加的交流电压的频率。例如，通过具有小波长的声波实现用于第一衍射级的大的角度偏移。
[0014]变换光学装置组件是部件系统的光学构造，该部件系统包括至少两个部件。在此，部件可以尤其是具有映射特性的光学部件，例如具有聚焦效果或者准直效果。这主要包括映射的或弯曲的反射镜、射束成形元件、衍射光学元件、诸如会聚透镜或者发散透镜等透镜、菲涅尔波带片以及另外的自由变形部件。
[0015]在穿越偏转器单元时，给激光射束施加在前面的偏转器平面中的位置偏转和/或角度偏转。视偏转器的结构形状而定地，前面的偏转器平面可以位于偏转器的外部机械构型之内或者之外。与此相应地，前面的偏转器平面不一定与偏转器单元的机械端部重合。
[0016]在与前面的偏转器平面的第一间距中，可以布置有变换光学装置组件的第一部件。例如，前面的偏转器平面可以处在第一部件的对象侧的焦点中，或者也可以处在对象侧的焦点与第一部件本身之间。第一部件产生前面的偏转器平面的位置偏转和/或角度偏转到第一变换平面中的角度偏转和/或位置偏转中的变换。在此，尤其是，将位置偏转变换为角度偏转，或将角度偏转变换为位置偏转。由此，激光射束的一部分、例如激光射束的特别发散的部分可以被分离出，并且例如如进一步在下文所示，可以从射束路径中滤波出来。
[0017]第二部件可以与第一部件成第二间距布置，其中，第二部件产生反向变换或者在很大程度上的反向变换，尤其是从经滤波的第一变换平面到所谓的相对应的偏转器平面中的反向变换。在此，相对应的偏转器平面与变换光学装置组件的最后一个元件在第三间距中间隔开。例如，相对应的偏转器平面可以布置在最后一个元件与该元件的图像侧的焦平面之间或者可以布置在图像侧的焦平面本身中。由于第二部件产生经滤波的变换平面的反
向变换，在相对应的偏转器平面中产生经清洁的激光射束，该激光射束例如不再包含发散的射束部分。
[0018]如果上文描述的变换是傅里叶变换，则该变换平面在此也被称为傅里叶平面。
[0019]如上所述，变换光学装置组件布置在偏转器单元下游或与该偏转器单元分开地设置。因此可以实现，使在偏转器单元中偏离的激光射束可以经受下游的射束成形。因此，这尤其是重要的，因为偏转器单元通常仅具有小的对在其输入端上的位置偏差和射束形状偏差和尤其是角度偏差的接受度，以便在此提供精确的射束影响和尤其是射束偏转。由于通过变换光学装置组件进行的射束成形在下游，因此，可以相应地为偏转器单元提供稳定的输入端并且因此可以实现偏转器单元的简单且能够稳定复制的行为。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于影响超短脉冲激光器(2)的激光射束(20)的设备(1)，所述设备包括脉冲精确的偏转器单元(3)，所述偏转器单元设立用于，使所述激光射束(20)在垂直于射束传播方向的至少一个方向上偏转，其特征在于，具有至少两个部件(40，42)的变换光学装置组件(4)，所述变换光学装置组件在所述脉冲精确的偏转器单元(3)下游，所述变换光学装置组件设立用于，将通过所述脉冲精确的偏转器单元进行的、所述激光射束(20)的位置偏转和/或角度偏转借助位置到角度变换和/或角度到位置变换来变换为角度偏转和/或位置偏转，和/或变换回来，加工光学装置(9)，所述加工光学装置在所述变换光学装置组件下游并且设立用于，将所述激光射束(20)引导到所述加工光学装置(9)的图像侧的焦平面(90)中。2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述脉冲精确的偏转器单元(3)包括第一脉冲精确的偏转器(30)，其中，所述激光射束(20)耦合输入到所述第一脉冲精确的偏转器(30)的输入端中，所述第一脉冲精确的偏转器(30)设立用于，使所述激光射束(20)在垂直于所述射束传播方向的第一方向上偏转并且由此优选给所述激光射束施加角度偏移(α)。3.根据权利要求2所述的设备(1)，其特征在于，所述脉冲精确的偏转器单元(3)包括第二脉冲精确的偏转器(32)，其中，所述激光射束(20)在穿越所述第一脉冲精确的偏转器(30)之后耦合输入到所述第二脉冲精确的偏转器(32)的输入端中，所述激光射束(20)具有所施加的第一角度偏移(α)，所述第二脉冲精确的偏转器(32)设立用于，使所述激光射束(20)在垂直于所述射束传播方向的第二方向上偏转，并且由此优选除了所述第一角度偏移(α)之外给所述激光射束施加第二角度偏移(β)，所述第二方向优选垂直于所述第一方向。4.根据上述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述脉冲精确的偏转器单元(3)的脉冲精确的偏转器是声光偏转器。5.根据权利要求4所述的设备(1)，其特征在于，至少一个声光偏转器(30，32)包括相控阵换能器，并且优选在宽的输出范围内具有大于75％的衍射效率，所述宽的输出范围优选为至少0.05
°
。6.根据权利要求3至5中任一项所述的设备(1)，其特征在于，在所述第一脉冲精确的偏转器(30)之后并且在所述第二脉冲精确的偏转器(32)之前，所述激光射束(20)耦合输入到偏振旋转装置中，所述偏振旋转装置设立用于使所述激光射束(20)的偏振旋转。7.根据权利要求3至6中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述脉冲精确的偏转器单元(3)包括滤波器元件(34)，其中，所述滤波器元件(34)布置在所述第一脉冲精确的偏转器(30)与所述第二脉冲精确的偏转器(32)之间，并且所述滤波器元件(34)优选设立用于，将第一声光偏转器(30)的第零衍射级(302)滤波出来，和/或所述滤波器元件(34)布置在所述第二脉冲精确的偏转器(32)之后，并且所述滤波器元件(34)优选设立用于，在所述第二脉冲精确的偏转器(32)之后将所述脉冲精确的偏转器单元(3)的第零衍射级滤波出来(322)，和/或
其中，所述脉冲精确的偏转器单元(3)具有另外的变换光学装置组件(4
‘
)，所述另外的变换光学装置组件具有两个部件(40
‘
，42
‘
)，所述另外的变换光学装置组件设立用于，将所述激光射束的位置偏转和/或角度偏转借助位置到角度变换和/或角度到位置变换来变换为角度偏转和/或位置偏转，和/或变换回来，其中，所述滤波器元件(34)布置在所述变换光学装置组件(4
‘
)的变换平面(F1
‘
)中，并且所述滤波器元件(34)优选设立用于，将所述第零衍射级滤波出来。8.根据上述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述变换光学装置组件(4)是傅里叶光学装置组件，其中，所述脉冲精确的偏转器单元(3)的输出端(E1)布置在所述第一部件(40)与所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：通快激光有限责任公司，
类型：发明
国别省市：