具有频率转换的射束调制器以及所属方法和激光加工机技术

在一种用于对激光射束(2)进行功率调制的射束调制器(1)的情况下，所述射束调制器具有布置在入射的所述激光射束(2)的射束路径中的可操控的偏转装置(3)，所述偏转装置具有两个操控状态，其中，入射的所述激光射束(2)不同程度(α1，α2)地偏转，根据本发明专利技术设置，在不同程度偏转的两个激光射束(4a，4b)的射束路径中布置有至少一个非线性晶体(5)，所述非线性晶体对所述不同程度偏转的两个激光射束中的一个以较高的效率进行频率转换，对另一个以较低的效率进行频率转换，并且在以较高的效率进行频率转换的以及以较低效率进行频率转换的所述激光射束(6a，6b)的射束路径中布置有分离器(7)，所述分离器使所述激光射束(6a，6b)的经频率转换的部分以及未经频率转换的部分在空间上彼此分离，其中，空间上分离的两个激光射束(9a，9b，9c)中的一个形成功率调制的输出激光射束。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有频率转换的射束调制器以及所属方法和激光加工机
本专利技术涉及一种用于对激光射束进行功率调制的射束调制器、一种所属的激光加工机以及一种用于对激光射束进行功率调制的方法，该射束调制器具有布置在入射的激光射束的射束路径中的、可操控的偏转装置，该偏转装置具有两个操控状态，其中，入射的激光射束不同程度地偏转。换句话说，偏转装置具有第一操控状态和第二操控状态，在该第一操控状态中，入射的激光射束以第一角度偏转，在该第二操控状态中，入射的激光射束以不同的第二角度偏转。
技术介绍
在激光器、尤其脉冲激光器的情况下，对于许多应用来说，需要对激光射束的输出功率进行高度动态的调制。这种功率调制可以借助快速偏转单元来实现，该快速偏转单元例如可以由声光调制器(AOM)或电光探测器形成。然而，为了可以将未经调制的和经调制的激光射束彼此分离，需要大的偏转角或大的结构空间，这显著限制射束调制器的设计。
技术实现思路
因此，本专利技术基于以下任务：以下进一步研究开始提及的类型的射束调制器，使得可以使用具有较小的偏转角的偏转装置。根据本专利技术，通过以下方式来解决该任务：在不同程度偏转的两个激光射束的射束路径中布置有至少一个非线性晶体，所述非线性晶体对不同程度偏转的两个激光射束中的一个以较高的效率进行频率转换并且对另一激光射束以较低的效率进行频率转换，并且在以较高的效率进行频率转换的激光射束的射束路径中以及以较低的效率进行频率转换的激光射束的射束路径中布置有分离器，该分离器在空间上分离激光射束的经频率转换的部分以及未经频率转换的部分，其中，空间上分离的两个激光射束中的一个形成功率调制的输出激光射束。在电操控的偏转装置的情况下，例如可以通过以下方式实现偏转装置的两个操控状态：-施加以及不施加电操控信号；-施加具有不同功率的操控信号；-施加具有不同幅度的操控信号；-施加具有不同频率的操控信号；-施加具有不同功率和不同频率的操控信号。根据本专利技术，与后面的频率转换相结合，可以放弃大的偏转角。不同程度偏转的两个激光射束中的一个的偏转角仅必须足够大，以便离开非线性晶体的对于频率转换所需的角度接受范围(Winkelakzeptanzbereich)，并且因此不被频率转换或以显著降低地效率被频率转换。理想地，使偏转角以及影响晶体的角度接受范围的晶体长度如此彼此匹配，使得在两个偏转状态中的一个中发生最大频率转换并且在另一个中发生最小频率转换或不发生频率转换。然后，借助分离器来实现经调制的与未经调制的辐射的分离或经频率转换的与未经频率转换的辐射的分离。本专利技术可以实现高效的功率调制以及由于小的偏转角而可以实现较低的结构空间。适合频率转换的材料例如是铌酸锂、磷酸二氢钾、β-硼酸钡或三硼酸锂。优选地，不同程度偏转的两个激光射束分别照射到至少一个非线性晶体上，使得在两个操控状态中，总是相同的激光功率照射到非线性晶体上，因此，该非线性晶体在两个操控状态中都受到尽可能相同的加热。在特别优选的实施方式中，在偏转装置的两个操控状态中的一个中，入射的激光射束由偏转装置以0°的角度偏转，也就是说，入射的激光射束仅在另一操控状态中偏转。特别优选地，不同程度偏转的两个激光射束中的一个在至少一个非线性晶体的对于频率转换所需的接受角度范围(Akzeptanzwinkelbereich)内照射到非线性晶体上，而另一激光射束在接受角度范围以外照射到非线性晶体上。优选地，在不同程度偏转的两个激光射束的射束路径中布置有非线性的倍频晶体(SHG(二次谐波产生)晶体)或至少两个非线性晶体的组合，该倍频晶体用于产生具有双倍频率的激光射束，所述至少两个非线性晶体的组合用于使频率变为三倍(THG(三次谐波产生))或更高倍。优选地，偏转装置构造为电操控的声光调制器，该偏转装置例如仅在其两个操控状态中的一个中使入射的激光射束偏转。可以使用具有小偏转角的成本有利的声光调制器。作为声光调制器，大多使用LiNbO3晶体或PbMoO4晶体、玻璃或石英。优选地，分离器构造为二向色镜，该二向色镜使激光射束的经频率转换的和未经频率转换的部分在空间上彼此分离。替代二向色镜，也可以使用镜或其他分束器或其他装置。输出激光射束要么可以由未经频率转换的激光射束形成，要么可以由经频率转换的激光射束形成，其中，在后者的情况下，在声光调制器故障的情况下不产生功率调制的输出激光射束。可以通过输入功率分配到两个偏转状态上的关系来调节输出射束的功率部分。控制单元将相应的操控信号提供给偏转单元。替代地，也可以通过输入功率的调制来实现输出功率。然而在许多应用中有利的是，保持输入功率恒定并且在在此描述的装置中对功率进行调制。优选地，射束调制器具有探测器和调节单元，该探测器探测空间上分离的激光射束的至少一个的功率，调节单元根据所探测的激光功率来操控偏转单元。本专利技术还涉及一种用于加工工件的所属的激光加工机，该激光加工机具有：用于产生激光射束的激光射束产生器、根据上述权利要求中任一项所述的射束调制器以及对射束调制器的偏转装置尤其电地进行操控的机器控制装置。在另一方面中，本专利技术还涉及一种用于对激光射束进行功率调制的方法，其中，使入射的激光射束选择性地在两个不同角度下偏转，其中，以不同的效率对不同程度偏转的两个激光射束进行频率转换，其中，使激光射束的经频率转换的部分以及未经频率转换的部分在空间上彼此分离，其中，空间上分离的两个激光射束中的一个形成功率调制的输出激光射束。优选地，探测空间上分离的激光射束中的至少一个的功率，并且根据所探测的激光功率控制入射的激光射束的偏转。附图说明本专利技术的主题的其他优点和有利构型从说明书中、权利要求中以及附图中得出。上面提到的以及更详细列举的特征也可以单独使用或以多个任意组合的形式使用。所示的和所描述的实施方式不应理解为穷尽的枚举，而应理解为具有用于描述本专利技术的多个示例性特征。附图示出：图1示出根据本专利技术的具有用于使激光辐射的频率加倍的SHG晶体的射束调制器；图2示出根据本专利技术的具有用于使激光辐射的频率变成三倍的两个非线性晶体的射束调制器；图3示出根据本专利技术的具有功率调节装置的射束调制器；图4示出具有根据本专利技术的射束调制器的激光加工机。在以下附图描述中，对于相同或功能相同的构件使用相同的附图标记。具体实施方式图1和图2中示出的射束调制器1用于对激光射束2进行高动态的功率调制。射束调制器1分别具有布置在入射的激光射束2的射束路径中的、例如可电操控的偏转装置3，该偏转装置在非电操控的第一状态中不对入射的激光射束2进行偏转(具有α1＝0°的偏转角的未经偏转的激光射束4a)，在电操控的第二状态中对入射的激光射束进行偏转(具有α2>0°的偏转角的经偏转的激光射束4b)。偏转装置3例如是可电操控的声光调制器。在两个激光射束4a、4b的射束路径中布置有非线性的SHG晶体5。未经偏转的激光射束4a在SHG晶体5的对于SHG频率转换所需的SHG角度接受范围内(在示出的实施例中以直角)照射到SHG晶体5上，并且因此至少部分地转换为双倍的频率(经频率转换的激光射束6a，未经频率转换的射束6c)。相反地，经偏转的激光射束4b在SHG角度接受范围以外照射到SHG晶体5上，并且因此不(或低效率地)被频率转换(未经频率转换的激光射束6b)。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对激光射束(2)进行功率调制的射束调制器(1)，所述射束调制器具有布置在入射的激光射束(2)的射束路径中的、可操控的偏转装置(3)，所述偏转装置具有两个操控状态，其中，所述入射的激光射束(2)不同程度地(α1，α2)偏转，其特征在于，在不同程度偏转的两个激光射束(4a，4b)的射束路径中布置有至少一个非线性晶体(5；5′)，所述非线性晶体对不同程度偏转的两个激光射束中的一个以较高的效率进行频率转换并且对另一激光射束以较低的效率进行频率转换，并且在以较高的效率进行频率转换的激光射束以及以较低的效率进行频率转换的激光射束(6a，6b)的射束路径中布置有分离器(7)，所述分离器在空间上分离所述激光射束(6a，6b)的经频率转换的部分以及未经频率转换的部分，其中，空间上分离的两个激光射束(9a，9b，9c)中的一个形成功率调制的输出激光射束。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.17 DE 102015213468.71.一种用于对激光射束(2)进行功率调制的射束调制器(1)，所述射束调制器具有布置在入射的激光射束(2)的射束路径中的、可操控的偏转装置(3)，所述偏转装置具有两个操控状态，其中，所述入射的激光射束(2)不同程度地(α1，α2)偏转，其特征在于，在不同程度偏转的两个激光射束(4a，4b)的射束路径中布置有至少一个非线性晶体(5；5′)，所述非线性晶体对不同程度偏转的两个激光射束中的一个以较高的效率进行频率转换并且对另一激光射束以较低的效率进行频率转换，并且在以较高的效率进行频率转换的激光射束以及以较低的效率进行频率转换的激光射束(6a，6b)的射束路径中布置有分离器(7)，所述分离器在空间上分离所述激光射束(6a，6b)的经频率转换的部分以及未经频率转换的部分，其中，空间上分离的两个激光射束(9a，9b，9c)中的一个形成功率调制的输出激光射束。2.根据权利要求1所述的射束调制器，其特征在于，在所述偏转装置(3)的两个操控状态中的一个中，所述入射的激光射束(2)由所述偏转装置(3)以0°的角度(α1)偏转。3.根据权利要求1或2所述的射束调制器，其特征在于，所述不同程度偏转的两个激光射束(4a，4b)分别照射到所述至少一个非线性晶体(5；5′)上。4.根据上述权利要求中任一项所述的射束调制器，其特征在于，所述不同程度偏转的两个激光射束中的一个(4a)在所述至少一个非线性晶体(5；5′)的对于频率转换所需的接受角度范围内照射到所述非线性晶体(5；5′)上，所述另一激光射束(4b)在所述接受角度范围以外照射到所述非线性晶体(5；5′)上。5.根据上述权利要求中任一项所述的射束调制器，其特征在于，在所述不同程度偏转的两个激光射束(4a，4b)的射束路径中布置有非线性的倍频晶体(5)或用于使频率变为多倍的至少两个非线性晶体(5，5′)的组合。6.根据上述权利要求中任一项所述的射束...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·施托尔岑堡，D·鲍尔，
申请(专利权)人：通快激光有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE