4a，...，4h典型地涉及所謂 單模發(fā)射器，其光譜帶寬基于由小的寬度產(chǎn)生的光束參數(shù)積而至少理論上可以穩(wěn)定化到皮 米范圍中的極窄的線寬度上。
[0170] 可聚焦性或光束質(zhì)量的度量是（無量綱的）衍射因子M2 (在此：沿SA方向），該衍 射因子表示激光束相比于具有在光束腰上具有相同直徑的理想高斯光束的分散的分散角。 (與光束參數(shù)積成正比的）衍射因子M 2越大，激光束聚焦越差。高斯光束具有衍射因子M 2 =1.0。為了當(dāng)前的使用，即為了實現(xiàn)大于25%的高填充系數(shù)W/D'，激光棒43的各個激光 發(fā)射器2a，...，2n典型地具有沿SA方向的小于2. 0、小于1. 5、特別是小于1. 3的衍射因子 M2。具有沿SA方向具有這樣的衍射因子M2的激光發(fā)射器2a，...，2n (幾乎）是單模發(fā)射 器，其可以如上所述在光譜上穩(wěn)定化到極窄的線寬度上，這顯著影響光譜清晰度。
[0171] 通過光譜穩(wěn)定化到非常小的線寬度上，每個激光棒43的可通過波長疊加沿SA方 向耦合的激光發(fā)射器4a，. . .，4h的數(shù)量增加，從而盡管每個激光發(fā)射器4a，. . .，4h的功率 減小卻可以實現(xiàn)每個波長帶的高的輸出功率。由降低每個發(fā)射器的發(fā)射面產(chǎn)生的另一積極 效果是光束質(zhì)量改善。在使用圖17的激光棒43中的情況下可以相對于通常具有大約0. 3nm 至0. 4nm帶寬的常規(guī)寬條發(fā)射器顯著減小光譜帶寬，例如減小到大約0.1 nm或更小。
[0172] 除了上述具有不變的條寬W的單模發(fā)射器，也可以借助于在圖18c中示出的梯形 激光發(fā)射器4a產(chǎn)生衍射因子M 2的上述值，其中，在一個半導(dǎo)體芯片上不僅連接形成單模種 子區(qū)域的、具有不變寬度W1的窄條，而且連接朝光束出射面方向梯形擴展的、具有最大寬度 Wa的放大區(qū)域。具有在上述值范圍中的衍射因子M2的發(fā)射器也可以以所謂Z激光器的形 式構(gòu)造或者構(gòu)造為表面發(fā)射器（例如VCSEL、VECSEL)。
[0173] 圖19示出光束成形機構(gòu)50,該光束成形機構(gòu)用于形成光束輪廓，該光束輪廓在該 例子中由唯一的疊加激光束8組成。光束輪廓的成形是有利的，以便提高由裝置1產(chǎn)生的 激光束耦合到光導(dǎo)纖維"LLK"中的效率。為了光束輪廓的成形，光束成形機構(gòu)50具有分束 機構(gòu)，該分束機構(gòu)由兩個相對彼此成角度地布置的發(fā)射板5la、5Ib組成，所述板將疊加的 激光束8分割為兩個子光束8'、8"并且將這些子光束沿FA方向相互錯開，如在圖20中可 見的。
[0174] 兩個沿FA方向相互錯開的子光束8'、8"借助于用于子光束8'、8"的空間重組的 機構(gòu)沿SA方向相互錯開，該機構(gòu)在本例子中通過具有兩個相對扭轉(zhuǎn)的板52a、52b的第二堆 形成，該第二堆相對于兩個第一板51a、51b扭轉(zhuǎn)90°。通過這種方式產(chǎn)生光束輪廓，其中， 兩個子光束8'、8"沿FA方向相疊地堆置，如在圖20中同樣可見的。替換使用呈兩個第一 板51a、51b形式的一個分束機構(gòu)，也可以通過孔鏡或棱邊鏡實現(xiàn)疊加激光束8的分割或者 可以使用具有平行鏡面的兩個板，如在文獻US 5, 825, 551中所述。
[0175] 子光束或多個疊加的激光束（在相應(yīng)光束輪廓具有多個疊加的激光束的情況下） 的空間重組也可以不僅借助于多個相對扭轉(zhuǎn)的板52a、52b實現(xiàn)，出于該目的例如也可以使 用梯形鏡。附加或替換于空間重組，也可以進行兩個或更多疊加的激光束8或子光束8'、8" 的疊加，例如借助于介電鏡或類似物形式的偏振耦合機構(gòu)。用于疊加的例如呈偏振耦合器 形式的機構(gòu)將兩個疊加的激光束或子光束8'、8"匯合為一個激光束。
[0176] 也可以設(shè)有用于改變或扭轉(zhuǎn)一個或多個疊加的激光束的定向的轉(zhuǎn)換機構(gòu)作為光 束成形機構(gòu)的部件。例如可以通過這種方式將疊加的激光束8或子光束8'、8"的定向扭轉(zhuǎn) 90°，使得疊加的激光束8或子光束8'、8"的光束橫截面的水平定向可以轉(zhuǎn)換為垂直定向 或者相反。
[0177] 替換使用板51a、51b，也可以將一個或多個梯形板作為用于從疊加的激光束8產(chǎn) 生兩個或更多子光束8'、8"的分束機構(gòu)。梯形板或必要時具有兩個或多個梯形區(qū)段（疊加 的激光束8照射到這些區(qū)段上）的板使得能夠?qū)B加的激光束8沒有棱邊損失地分割為兩 個或多個子光束8'、8"。子光束8'、8"則可以例如借助于光學(xué)轉(zhuǎn)子或梯形鏡重組為在光束 質(zhì)量方面對稱的光束輪廓。
[0178] 如上所述，疊加的激光束8(或者子光束8'、8"）可以耦合到光導(dǎo)纖維LLK中并且 直接地或通過適合的光束引導(dǎo)裝置被用于材料加工。必要時，該激光束也可以用于栗浦另 一激光器，例如固體激光器，該另一激光器同樣可以用于材料加工或用于其他使用（標(biāo)記， 等）。栗浦光束的光束引導(dǎo)可以通過吸收器、光束轉(zhuǎn)接器、分束器等進行。也可能的是，測量 并且必要時調(diào)節(jié)由該裝置1提供的激光束的功率。
【主權(quán)項】
1. 用于具有不同波長（Ai，. ..，An)的激光束（2a，. . .，2n)的波長耦合的裝置（1)， 該裝置包括： 至少一個激光源（3)，用于產(chǎn)生多個激光束（2a，. . .，2n);以及 疊加機構(gòu)（7)，用于使所述多個激光束（2a，...，2n)在空間上疊加以形成具有多個波 長（A^ . ..，An)的置加激光束（8)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括：布置在激光源（3)與疊加機構(gòu)（7)之間的光 路中的反饋機構(gòu)，用于將待疊加的激光束（2a，...，2n)的一照射分量反饋回到激光源（3)， 該反饋機構(gòu)包括部分反射的、角分散的光學(xué)元件，特別是部分反射的衍射柵（6)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，還包括：至少一個布置在激光源（3)與所述部分反 射的角分散的光學(xué)元件（6)之間的成像光學(xué)元件（5)，用于使所述激光源（3)的激光束 (2a，...，2n)在所述部分反射的角分散的光學(xué)元件（6)上空間疊加。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其中，所述部分反射的衍射柵（6)關(guān)于照射的激光 束（2a，? ? ?，2n)以利特羅角（au，? ? ?，aJ布置。5. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中，疊加機構(gòu)包括衍射柵（7)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，反饋機構(gòu)的所述部分反射的衍射柵（6)的柵常數(shù) (gl)和疊加機構(gòu)的所述衍射柵（7)的柵常數(shù)（g2)如此相互協(xié)調(diào)，使得疊加激光束⑶以基 本相同的出射角（0)離開疊加機構(gòu)的所述衍射柵（7)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，反饋機構(gòu)的衍射柵（6)和疊加機構(gòu)的衍射柵（7) 相互平行地定向并且疊加激光束（8)以基本上0°的出射角（0)離開疊加機構(gòu)的衍射柵 (7)。8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置，其中，對于疊加機構(gòu)的衍射柵（7)的柵常數(shù)82并 且對于反饋機構(gòu)的部分反射的衍射柵（6)的柵常數(shù)&適用 ：m2/g2=my(2gl)，其中，!112表 示疊加機構(gòu)的衍射柵（7)的衍射級次，mi表示反饋機構(gòu)的部分反射的衍射柵（6)的衍射級 次。9. 根據(jù)權(quán)利要求6至8之一所述的裝置，其中，反饋機構(gòu)的部分反射的衍射柵（6)和疊 加機構(gòu)的衍射柵（7)構(gòu)造為共同的光學(xué)元件（6、7)。10. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置，其中，在反饋機構(gòu)的部分反射的衍射柵（6)與疊 加機構(gòu)的衍射柵（7)之間布置有光束望遠裝置（9、10)。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，對于疊加機構(gòu)的衍射柵（7)的柵常數(shù)82并且 對于反饋機構(gòu)的部分反射的衍射柵（6)的柵常數(shù)&適用：Am2/g2=m/(2gl)，其中，!111表 示反饋機構(gòu)的部分反射的衍射柵（6)的衍射級次，％表示疊加機構(gòu)的衍射柵（7)的衍射級 次，A表示光束望遠裝置（9、10)的成像比例。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括：布置在疊加激光束（8)的光路中用于將疊加 激光束（8)的一照射分量反饋回到激光源（3)的反饋機構(gòu)（12)，以及用于反射回到激光源 (3)的照射分量的相位校正的相位校正機構(gòu)（12、15)。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，疊加機構(gòu)構(gòu)造為衍射柵（7)，該衍射柵繞旋轉(zhuǎn) 軸線（19)可旋轉(zhuǎn)支承，以改變待疊加的激光束（2a，. . .，2n)的波長（A^...，入n)。14. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中，在激光源（3)與反饋機構(gòu)（12)之間的光 路中、優(yōu)選在疊加機構(gòu)（7)與反饋機構(gòu)（12)之間的光路中，布置有偏振濾波器（16)。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，偏振濾波器（16)和疊加機構(gòu)（7)或者偏振濾 波器（16)和反饋機構(gòu)（12)構(gòu)造為共同的光學(xué)元件。16. 根據(jù)權(quán)利要求12至15之一所述的裝置，其中，相位校正機構(gòu)的相位校正元件和反 饋機構(gòu)構(gòu)造為共同的光學(xué)元件（12)。17. 根據(jù)權(quán)利要求12至16之一所述的裝置，其中，反饋機構(gòu)構(gòu)造為具有部分反射疊加 激光束⑶的表面（12a)的耦出元件（12)。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，耦出元件（12)的部分反射的表面（12a)具有 曲率并且優(yōu)選圓柱形或球形地構(gòu)成。19. 根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的裝置，其中，耦出元件（12)構(gòu)造得用于耦出的疊加激 光束（8a)的光束成形。20. 根據(jù)權(quán)利要求17至19之一所述的裝置，其中，相位校正機構(gòu)具有用于將疊加激光 束（8)向耦出元件（12)的部分反射的、平的表面（12a)上準直的成像光學(xué)元件（15)，其中， 成像光學(xué)元件（15)的曲率半徑（RK)匹配于疊加激光束（8)的相位曲率的半徑（RP)。21. 根據(jù)權(quán)利要求12至20之一所述的裝置，其中，疊加機構(gòu)（7)和反饋機構(gòu)、特別是耦 出元件（12)構(gòu)造為共同的光學(xué)元件（17)。22. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，還包括：布置在激光源（3)與疊加機構(gòu)（7)之 間的光路中的第一成像光學(xué)元件（13a)，該第一成像光學(xué)元件與布置在激光源（3)與疊加 機構(gòu)（7)之間的光路中的第二成像光學(xué)元件（13b)形成光束望遠裝置（13a、13b)。23. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，還包括：布置在激光源（3)與疊加機構(gòu)（7)之 間的光路中的成像光學(xué)元件（5)，該成像光學(xué)元件與布置在疊加激光束（8)的光路中的成 像光學(xué)元件（13)共同形成光束望遠裝置（5、13)。24. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，還包括：光束偏轉(zhuǎn)機構(gòu)（20)，用于將待疊加的 激光束（2a，...，2n)定向到疊加機構(gòu)（7)或反饋機構(gòu)（6)的共同疊加區(qū)域（7a)上。25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中，光束偏轉(zhuǎn)機構(gòu)具有至少一個角形小平面元件 (20)，該角形小平面元件包括多個角形小平面（20a)用于各將對應(yīng)的激光束（2a，...，2n) 定向到共同疊加區(qū)域（7a)上。26. 根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的裝置，其中，光束偏轉(zhuǎn)機構(gòu)具有多個偏轉(zhuǎn)鏡 (22a，. . .，22n)，用于將激光束（2a，. . .，2n)定向到共同疊加區(qū)域（7a)上。27. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，還包括：轉(zhuǎn)換機構(gòu)（41)，用于激光源（3)的激 光束（2a，...，2n)的重組和/或用于使激光源（3)的激光束（2a，...，2n)的取向旋轉(zhuǎn)。28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中，用于多個在共同平面（X、Y)中延伸的由激光 源（3)發(fā)出的激光束（2a，...，2n)的準直的準直透鏡（40)與所述共同平面（X、Y)成角度 (?。┑夭贾?，并且，準直透鏡（40)與構(gòu)造得用于使激光束（2a，. ..，2n)的取向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換 機構(gòu)（41)共同引起所述激光束（2a，...，2n)定向到共同疊加區(qū)域（7a)上。29. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中，至少一個激光源（3)具有至少一個光學(xué) 模塊（25, 25a，. . .，25n)，該光學(xué)模塊具有多個激光發(fā)射器（26a，. . .，26n)，所述激光發(fā)射 器用于產(chǎn)生具有在一個方向（SA、FA)上并排設(shè)置的激光束（2a，...，2n)的光束出射輪廓。30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，其中，多個激光發(fā)射器（26a，...，26n)在第一方 向（X)上和在與第一方向垂直的第二方向（Z)上相互錯開地布置，特別是布置在梯形熱沉 (26、26a-c)的不同級上，并且，光學(xué)模塊（25)具有光束偏轉(zhuǎn)機構(gòu)（22a，. . .，22n)，該光束偏 轉(zhuǎn)機構(gòu)用于產(chǎn)生具有在一個方向（FA)上并排設(shè)置的多個激光束（2a，...，2n)的光束出射 輪廓。31. 根據(jù)權(quán)利要求29或30所述的裝置，其中，至少兩個光學(xué)模塊（25a、25b、25c)相疊 地堆置。32. 根據(jù)權(quán)利要求29至31之一所述的裝置，其中，光學(xué)模塊（25,25a，...，25n)中的 至少兩個布置在一共同的圓弧（29)上。33. 根據(jù)權(quán)利要求29至32之一所述的裝置，還包括一光學(xué)機構(gòu)（35)，用于提高由兩個 或更多不同光學(xué)模塊（25a，...，25n)產(chǎn)生的多個激光束（2a，...，2n)的填充系數(shù)。34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的裝置，其中，所述光學(xué)機構(gòu)（35)包括至少一個狹縫鏡 (30) 〇35. 根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的裝置，其中，所述光學(xué)機構(gòu)（35)包括至少一個偏轉(zhuǎn)機 構(gòu)，特別是棱鏡裝置（32a，? ? ?，32c，30a，? ?，30n，31a，? ? ?，31n)。36. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中，在激光源（3)的一個共同的激光棒（43) 上布置有剛好兩個激光發(fā)射器（4a、4b)。37. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中，至少一個激光源（3)具有多個激光發(fā)射 器（4a，. . .，4n)，所述激光發(fā)射器以恒定間距（W)或以不恒定的間距（W，W）布置在 一共同的激光棒（43)上。38. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中，至少一個激光源（3)具有多個激光發(fā)射 器（4a，...，4n)，所述激光發(fā)射器布置在一共同的激光棒（43)上并且具有恒定的寬度（D) 或不恒定的寬度（D，D39. 根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的裝置，其中，激光棒（43)具有大于20%、優(yōu)選大于 25%、特別是大于30%的填充系數(shù)（W/D)。40. 根據(jù)權(quán)利要求37至39之一所述的裝置，其中，激光棒（43)的激光發(fā)射器（4a，...， 4n)具有小于2. 0、優(yōu)選小于1. 5、特別是小于1. 3的光束參數(shù)積。41. 根據(jù)權(quán)利要求37至40之一所述的裝置，其中，激光發(fā)射器（4a，...，4n)具有10ym 或更小、優(yōu)選5ym或更小的寬度（W、r)。42. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，還包括一光束成形機構(gòu)（50)，用于由至少一 個疊加激光束（8)形成的光束輪廓的成形。43. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的裝置，其中，光束成形機構(gòu)（50)具有用于至少兩個疊加激 光束（8)和/或至少兩個子光束（8'、8")的帶有或不帶有光束旋轉(zhuǎn)的空間重組和/或疊 加的機構(gòu)（52a、52b)。44. 根據(jù)權(quán)利要求42或43所述的裝置，其中，所述光束成形機構(gòu)（50)具有用于將疊加 激光束（8)分割為至少兩個子光束（8'、8")的分束機構(gòu)（51a、51b)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于具有不同波長(λ1，…，λn)的激光束(2a、2n)的波長耦合的裝置(1)，該裝置包括：至少一個激光源(3)用于產(chǎn)生多個激光束(2a、2n)；疊加機構(gòu)(7)用于將多個激光束(2a、2n)空間疊加以形成具有多個波長(λ1，…，λn)的疊加激光束(8)。裝置(1)具有布置在激光源(3)與疊加機構(gòu)(7)之間的光路中的反饋機構(gòu)，用于將待疊加的激光束(2a、2n)的照射分量反饋回到激光源(3)，該反饋機構(gòu)包括部分反射的角分散的光學(xué)元件，特別是部分反射的衍射柵(6)。疊加機構(gòu)可以例如構(gòu)造為發(fā)射的或反射的衍射柵(7)，該衍射柵的光學(xué)特性匹配于部分反射的衍射柵(6)的光學(xué)特征，以使所述激光束(2a、2n)基本上無分散地疊加。
【IPC分類】H01S5/00, H01S5/40, G02B27/09, G02B27/10
【公開號】CN105122561
【申請?zhí)枴緾N201480015683
【發(fā)明人】A·基利, C·蒂爾科恩, S·里德, V·C·內(nèi)戈伊塔, T·維特哈克, S·施特羅邁爾, Y·李, H·安, T·巴爾諾斯基
【申請人】通快激光有限責(zé)任公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2014年3月12日
【公告號】WO2014140112A1