光学装置和激光系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于将来自至少两个激光光源(12a

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学装置和激光系统


[0001]本专利技术描述了一种用于将来自多个激光光源的激光束转换成具有束腰的组合光束的光学装置，以及包括这种光学装置的激光系统。

技术介绍

[0002]光学装置的一个可能的但并非唯一的应用领域是在激光系统中，激光系统用于产生具有线性光束轮廓的有用的光分布。这种光束轮廓用于例如TFT显示器的生产、半导体的掺杂、太阳能电池的生产或建筑目的的美学设计的玻璃表面的生产中的半导体或玻璃表面的加工。这里，在线的待加工表面上的延伸方向相垂直的方向上扫描线性光束轮廓。辐射可以触发表面转变过程(再结晶、熔化、扩散过程)，并且可以获得期望的加工结果。
[0003]在所提到的激光系统的情况下，激光束通过光学装置转换成期望的线性的有用的光分布，该光学装置特别地对激光辐射进行整形和/或均化。例如，在WO 2018/019374 A1中描述了一种用于从激光辐射产生线性有用光分布的光学装置。
[0004]由于高强度辐射和/或长的线性强度分布对于所提到的加工过程来说是通常是期望的，所以应该经常使用多个激光光源来提供所需的有用的光分布。
[0005]为了不必为每个激光光源单独设置有效的用于形成线的光学器件，希望将各种激光光源的激光束合并，并将其束成组合光束，特别是在空间上将其束成组合光束。例如，WO 2018/019374 A1描述了一种光学装置，其具有通过多个反射镜和透镜折叠的光束路径，来自多个激光光源的激光束通过会聚镜而结合，同时产生的光束扩展。DE 10 2008 027 229 B4描述了一种用于光束形成和集束的设备，其中多组激光束在分开的光通道中延伸其部分路径，并且通过作用于多个光束组的望远镜光学系统来组合。这种装置包括同时捕获多个分开延伸的激光束的光学元件，因此必须具有大的入口孔径。这可能与光学误差(例如透镜误差)有关，并且变得难以调整或微调各个光束。此外，大尺寸镜头组件会导致更高的成本和复杂的安装空间要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是使多个激光束的光束合并成为可能，这在适应安装空间要求和光学调节方面提供了灵活性。
[0007]此目的通过根据权利要求1的光学装置来实现。其是一种用于将来自至少两个激光光源的激光束转换成组合光束的设备，即，从各个激光束合并的光束，特别是以空间合并光束的束(组合光束的束)的形式。该光学装置被设计成使得组合光束具有束腰。
[0008]该光学装置包括光束引导系统，该光束引导系统被设计成为激光束提供至少两个独立的光通道。在这一点，每个激光束在至少两个光通道之一中延伸。每个光通道包括光端接装置(optical terminating means)，当光学装置用激光光源操作时，相关光通道的通道输出光束通过该光端接装置出射。
[0009]为至少一个光通道设置偏转体，并与相关光通道相关联。偏转体被设计成使得仅
捕获相关光通道的通道输出光束，而其他光通道的通道输出光束不被该偏转体捕获。偏转体在组合光束的聚焦区域的方向上引导或偏转被捕获的通道输出光束。
[0010]因此，在束腰前面的光束路径中的单独光通道中引导来自多个激光光源的激光束。光通道的特别之处在于，光束在光通道中引导，从而与其他光通道空间分离和/或光学分离。光通道可以包括多个光学有效部件(透镜、光阑、反射镜等)。特别地，光端接装置形成每个光通道的终端，该装置被设计为例如会聚透镜。
[0011]尤其是，将激光束引导到单独的光通道中提供了如下优点，即，每个光通道的光学有效部件只需要具有有限的尺寸，因为只有相关光通道中的光必须被该部件捕获。特别地，根据实施例，不需要具有大尺寸的透镜，因此可以节省构造空间，并且可以减少透镜误差。此外，各种激光束的光束特性可以在单独的光通道中彼此独立地形成和微调。独立的光通道还使得整体结构的可扩展性得到提高。可以添加额外的通道，而不必改变整个光学结构。
[0012]从各种光端接装置出射的光束通过至少一个偏转体合并，以形成组合光束的束腰。关于这一方面，该束腰中的光分布由多个激光光源提供。束腰定义为组合光束具有最小光束横截面的区域，即组合光束的最窄点。
[0013]偏转体特别设计成使得偏转体前面的光传播方向偏离偏转体后面的传播方向。在这方面，通过偏转体从各通道输出光束中产生会聚在束腰中的光束。偏转体优选用于影响传播方向。彼此间隔开的激光束可以在没有大尺寸透镜的情况下合并。因此，可以减少开篇概述的问题。
[0014]利用所描述的装置，还可以改变各个偏转体的位置、对准和/或设计，从而调节组合光束的特性、特别是光束腰部的特性。在这方面，在束腰之后的组合光束的有效发散角可以通过偏转体的位置、对准和/或设计来指定。
[0015]在本文中，光束(光线束、激光束、通道输出光束，...)并不表示几何光学意义上的理想化光束，而是实际光束，由于物理原因，其横截面总是有限的。例如，在激光束的情况下，光束横截面中的强度曲线受到激光光源中所涉及的激光模式的影响。
[0016]该光学装置优选设计成合并来自不同激光光源的多个(特别是>3个)激光束。特别地，该光学装置包括多个(特别是>3个)光通道。例如，该光学装置可以被设计成使得激光束在光束引导系统的输入侧区域中彼此相邻地延伸，特别是延伸成彼此相邻地成组。每个光通道都特别设计成使得每个通道仅延伸一个来自激光光源的激光束。
[0017]特别地，或者偏转体与光通道相关联，或者离开光通道的通道输出光束直接转移到组合光束的束腰中。
[0018]偏转体优选与每个光通道相关联。当各种光通道的通道输出光束在通过相关的光端接装置之后最初不在束腰方向上延伸时，这尤其有利。
[0019]例如，简化的结构得自如下事实，即，当在该装置的操作期间通过相关光端接装置出射的通道输出光束具有最初不指向聚焦区域方向的传播方向时，偏转体仅与光通道相关联。在这方面，尤其仅为光束腰不在通道输出光束的出射方向上的光通道设置偏转体。其他通道输出光束可以在没有偏转体的情况下被引导到束腰。
[0020]在本文中，光束(光线束、激光束、通道输出光束，...)表示空间平均的输出方向，特别是根据坡印亭矢量(Poynting vector)的空间平均。
[0021]光束引导系统优选地设计成使得从所有光通道(或其光端接装置)出射的通道输
出光束都具有平行于主方向的传播方向。主方向尤其形成光束引导系统的光轴。在这方面，通道输出光束最初彼此平行地离开各光通道，并由偏转体组合以在聚焦区域中形成束腰。
[0022]然而，也可以想到的是，通道输出光束在离开光端接装置之后立即在不同的方向上延伸。例如，光束引导系统可以设计成使得离开光通道的一些或所有通道输出光束已经具有朝向聚焦区域的方向分量。这样减少了需要通过偏转体的偏转。
[0023]该至少一个偏转体优选设计为光学传输系统，使得捕获的通道输出光束经由光入射表面辐射到偏转体中，并且经由不同的光出射表面离开偏转体。光入射表面优选相对于光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学装置(16)，其用于将来自至少两个激光光源(12a-12f)的激光束(14a-14f)转换成具有光束腰(46)的组合光束(18)，其中，所述光学装置(16)包括光束引导系统(20)，所述光束引导系统(20)被设计为使得为所述激光束(14a-14c)设置至少两个单独的光通道(22a-22c)，其中，每个光通道(22a-22c)包括用于出射相关光通道(22a-22c)的通道输出光束(38a-38c)的光端接装置(36a-36c)，其中，设置仅与一个光通道(22a-22c)相关联的至少一个偏转体(42a-42c)，其中，所述偏转体(42a-42c)被设计为使得仅捕获所述相关光通道(22a-22c)的所述通道输出光束(38a-38c)，并且使捕获的所述通道输出光束(38a-38c)在聚焦区域(44)的方向上偏转。2.根据权利要求1所述的光学装置(16)，其中，至多一个偏转体(42a-42c)与一个光通道(22a-22c)相关联。3.根据权利要求1或2所述的光学装置(16)，其中，为每个光通道(22a-22c)设置一个偏转体(42a-42c)。4.根据权利要求1或2所述的光学装置(16)，其中，当通过光通道(22a、22c)的所述光端接装置(36a、36c)出射的所述通道输出光束(38a、38c)具有不指向所述聚焦区域(44)的方向的传播方向时，偏转体(42a-42c)仅与该光通道(22a-22c)相关联。5.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置(16)，其中，所述光束引导系统(20)被设计为使得从所述光通道(22a-22c)出射的所述通道输出光束(38a-38c)均具有平行于公共主方向(40)的传播方向。6.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置(16)，其中，所述偏转体(42a-42c)被设计为光学传输系统，其中，所捕获的通道输出光束(38a-38c)经由光入射表面(48)辐射到所述偏转体(42a-42c)中，并且通过光出射表面(50)从所述偏转体(42a-42c)出射。7.根据前述权利要求所述的光学装置(16)，其中，所述光入射表面(48)相对于所述光出射表面(50)倾斜地延伸。8.根据前述权利要求中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：托尔斯滕，
申请(专利权)人：通快激光与系统工程有限公司，
类型：发明
国别省市：