用于產(chǎn)生具有線狀強(qiáng)度分布的激光射線的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的用于產(chǎn)生具有線狀強(qiáng)度分布的激光射線的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]定義:如果沒(méi)有明確給出一些其他的說(shuō)明，那么激光射束、光束、分射束或射束不是指幾何光學(xué)系統(tǒng)的理想化的射束，而是指實(shí)際的光束，諸如具有高斯形或改進(jìn)的高斯形或平頂形的激光射束，該激光射束不是具有無(wú)限小的、而是具有膨脹的射束橫截面。平頂分布或平頂強(qiáng)度分布或平頂形是指一種強(qiáng)度分布，該強(qiáng)度分布至少在一個(gè)方向方面主要可以由矩形函數(shù)(Rechteckfunkt1n)(rect(x))描述。在此，具有百分比范圍中的矩形函數(shù)偏差或者具有傾斜的側(cè)面的實(shí)際強(qiáng)度分布同樣可以稱為平頂分布或平頂形。
[0003]由DE 10 2007 001 639 Al已知了一種文首述及類型的設(shè)備。在其中描述的設(shè)備中設(shè)置有多個(gè)多模式運(yùn)行的激光光源。它們的激光射線在一個(gè)棒狀的均勻器中混勻并且在此本身疊加。接著它們由準(zhǔn)直透鏡和聚焦透鏡轉(zhuǎn)換為工作面中的一種線狀強(qiáng)度分布。
[0004]這樣的具有線聚焦(Linienfokus)和均勻的強(qiáng)度分布的激光系統(tǒng)迄今在具有多模式激光源的很多技術(shù)應(yīng)用中是眾所周知的并且得到應(yīng)用。對(duì)此的物理學(xué)基礎(chǔ)是:多模式激光器的輻射可以分為射束并且這些射束能夠接著幾乎無(wú)干擾條紋地光學(xué)疊加并且能夠混勻或者均勻化。這樣由多模式激光源可以產(chǎn)生幾乎任意幾何形狀的均勻的光場(chǎng)。在技術(shù)方面使用特別是具有矩形平頂強(qiáng)度分布的、矩形的和線狀的光場(chǎng)。
[0005]在此證實(shí)為有問(wèn)題的是:基本模式激光器不適合在DE 10 2007 001 639 Al中說(shuō)明的均勻化和疊加。當(dāng)今，基本模式激光器通常與早已眾所周知的點(diǎn)聚焦共同使用。在少數(shù)例外情況中，在基本模式激光器中使用光束成形光學(xué)系統(tǒng)，其作用原理在物理上與在多模式激光器中根本不同:基本模式激光器的輻射是很內(nèi)聚的，因而在本身相互疊加時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾條紋。因此在基本模式激光器中應(yīng)用的光束成形在現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)衍射效應(yīng)、就是說(shuō)繞射地或者通過(guò)波陣面的內(nèi)聚變形得以實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的問(wèn)題是:提供一種文首述及類型的設(shè)備，該設(shè)備在盡管使用基本模式激光器的情況下也能夠在工作面內(nèi)產(chǎn)生比較均勻的線狀強(qiáng)度分布。
[0007]這根據(jù)本發(fā)明通過(guò)文首述及類型的、具有權(quán)利要求1的特征部分特征的設(shè)備得以實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的優(yōu)選的構(gòu)造。
[0008]根據(jù)權(quán)利要求1規(guī)定:激光光源構(gòu)造成基本模式激光器，并且所述設(shè)備設(shè)計(jì)成使得由激光光源發(fā)出的激光射線中的每一個(gè)激光射線自身不疊加。通過(guò)這種方式不產(chǎn)生干擾的干擾條紋，內(nèi)聚光在自身疊加時(shí)產(chǎn)生這些干擾條紋。
[0009]特別是可以通過(guò)放棄典型的多透鏡均勻器保障各個(gè)基本模式激光器的光自身不疊加。這樣的多透鏡均勻器將激光射線分成大量的分射束，并且接著這些分射束自身疊加。
[0010]可以規(guī)定:激光光源能夠產(chǎn)生折射率(Beugungsmasszahl)M2小于2.0、特別是小于1.5、優(yōu)選小于1.3的激光射線，例如能夠產(chǎn)生折射率M2為1.05的激光射線。
[0011]優(yōu)選激光光源相應(yīng)構(gòu)造成光纖激光器。在過(guò)去的幾年里，根據(jù)用于所有類型的材料加工的銷售額和件數(shù)，增長(zhǎng)最快的激光器類型為光纖激光器。在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中，光纖激光器相對(duì)傳統(tǒng)的固體激光器和氣體激光器顯示出明顯的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。光纖激光器的出眾之處在于高的射束質(zhì)量和清晰度并且創(chuàng)造了用于材料加工的新的功率記錄。例如可以采購(gòu)到高達(dá)50kW的基本模式激光器。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)具有的可能性是:利用光纖激光器的特殊性能挺進(jìn)新的、迄今未達(dá)到的用于線聚焦應(yīng)用的強(qiáng)度范圍內(nèi)。
[0012]可以規(guī)定:所述設(shè)備設(shè)計(jì)成使得工作面內(nèi)的線狀強(qiáng)度分布具有的長(zhǎng)度與寬度的比率大于10、特別是大于20、優(yōu)選大于30。具有大的縱橫比的線狀強(qiáng)度分布特別有益于多種用途。
[0013]所述設(shè)備可以設(shè)計(jì)成使得由各個(gè)激光光源發(fā)出的激光射線沿著線的縱方向基本上并排地設(shè)置在工作面內(nèi)并且共同構(gòu)成線狀強(qiáng)度分布，其中，特別是僅僅各個(gè)激光射線的強(qiáng)度分布的側(cè)面沿著線的縱方向疊加。通過(guò)這種方式在構(gòu)造線時(shí)還避免了激光射線的不希望有的疊加。
[0014]光學(xué)工具可以包括準(zhǔn)直的和/或成像的(abbildend)透鏡。
[0015]另外存在的可能性是:光學(xué)工具包括至少一個(gè)轉(zhuǎn)換構(gòu)件，該轉(zhuǎn)換構(gòu)件能夠?qū)⒏咚狗植嫁D(zhuǎn)換為平頂分布，其中，轉(zhuǎn)換構(gòu)件例如可以是鮑威爾透鏡或包括鮑威爾透鏡。
[0016]特別地，所述設(shè)備可以包括多個(gè)轉(zhuǎn)換構(gòu)件，這些轉(zhuǎn)換構(gòu)件中的一個(gè)轉(zhuǎn)換構(gòu)件分別如下地配屬給激光光源中的一個(gè)激光光源，即，由第一激光光源發(fā)出的激光射線延伸穿過(guò)第一轉(zhuǎn)換構(gòu)件，而由第二激光光源發(fā)出的激光射線延伸穿過(guò)第二轉(zhuǎn)換構(gòu)件。通過(guò)這種方式在工作面內(nèi)相對(duì)矩形的強(qiáng)度分布可以相互連接，從而產(chǎn)生一條很均勻的線。
[0017]在此，一個(gè)轉(zhuǎn)換構(gòu)件或多個(gè)轉(zhuǎn)換構(gòu)件中的每一個(gè)轉(zhuǎn)換構(gòu)件另外能夠通過(guò)轉(zhuǎn)換將由它轉(zhuǎn)換的激光射線均勻化，而在此相應(yīng)的激光射線本身不疊加。這特別是因?yàn)橐粋€(gè)轉(zhuǎn)換構(gòu)件或多個(gè)轉(zhuǎn)換構(gòu)件中的每一個(gè)轉(zhuǎn)換構(gòu)件如移相板那樣將激光射線內(nèi)的能量重新分配，而在此不實(shí)施疊加。只在鄰接的、相對(duì)矩形的且在工作面內(nèi)互相連接的強(qiáng)度分布之間發(fā)生疊加。但是這些強(qiáng)度分布并不是彼此內(nèi)聚的，因而通過(guò)它們的疊加不產(chǎn)生干擾的干擾條紋。
[0018]存在的可能性是:所述設(shè)備包括用于光纖激光器的端部或用于與光纖激光器連接的光導(dǎo)纖維的金屬箍(Ferrule)，其中，優(yōu)選配屬給各個(gè)激光光源的金屬箍在至少一個(gè)共同的、特別是導(dǎo)熱的保持件內(nèi)相互連接?；趯?dǎo)熱的保持件，激光光源可以在很高的功率的情況中運(yùn)行。為了增大線的長(zhǎng)度，可以將這些保持件中的多個(gè)保持件沿著線的縱方向相互連接。
[0019]另外存在的可能性是:光學(xué)工具包括至少一個(gè)保持件，該保持件特別是構(gòu)造成導(dǎo)熱的。在此至少一個(gè)導(dǎo)熱的保持件還確保激光光源可以在功率很高的情況中運(yùn)行。
[0020]可以規(guī)定:金屬箍的至少一個(gè)保持件與光學(xué)工具的至少一個(gè)保持件相互連接成至少一個(gè)模塊。在此特別是所述設(shè)備可以包括模塊中的多個(gè)模塊，所述模塊包括保持件，這些模塊能夠模塊化地、特別是沿著需產(chǎn)生的強(qiáng)度分布的縱方向相互連接。通過(guò)這種方式也可以增大線的長(zhǎng)度。
【附圖說(shuō)明】
[0021]借助下文參照附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明使得本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)變得清楚明了。附圖中:
[0022]圖1為根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第一實(shí)施方式的示意性側(cè)視圖；
[0023]圖2為示意性曲線圖，該曲線圖為第一實(shí)施方式在線的縱向方面對(duì)工作面內(nèi)的線狀強(qiáng)度分布的產(chǎn)生加以說(shuō)明；
[0024]圖3為示意性曲線圖，該曲線圖在線的橫向方面對(duì)工作面內(nèi)的線狀強(qiáng)度分布的產(chǎn)生加以說(shuō)明；
[0025]圖4為示意性曲線圖，該曲線圖示出工作面內(nèi)的等強(qiáng)度線；
[0026]圖5為根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第二實(shí)施方式的示意性側(cè)視圖；
[0027]圖6為示意性曲線圖，該曲線圖為第二實(shí)施方式在線的縱向方面對(duì)工作面內(nèi)的線狀強(qiáng)度分布的產(chǎn)生加以說(shuō)明；
[0028]圖7為示意性曲線圖，該曲線圖在線的橫向方面對(duì)工作面內(nèi)的線狀強(qiáng)度分布的產(chǎn)生加以說(shuō)明；
[0029]圖8為示意性曲線圖，該曲線圖示出工作面內(nèi)的等強(qiáng)度線。
【具體實(shí)施方式】
[0030]在附圖中相同的或功能形同的部件或光束標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記。另外，為了容易明確方向，在一些附圖中畫(huà)出坐標(biāo)系。
[0031]由圖1中可以清楚看到的第一實(shí)施方式包括多個(gè)構(gòu)造成基本模式激光器的激光光源。特別是激光光源為光纖激光器。在圖1中畫(huà)出一個(gè)光導(dǎo)纖維I的端部，該光導(dǎo)纖維要么是光纖激光器的組成部分要么與這個(gè)光纖激光器連接。光導(dǎo)纖維I為基本模式纖維。激光光源和/和光導(dǎo)纖維I的輸出側(cè)的端部沿著在圖1中延伸進(jìn)入繪圖平面的X方向并排地設(shè)置。
[0032]在其中每根光導(dǎo)纖維I的端部上設(shè)置有一個(gè)導(dǎo)熱的和熱優(yōu)化的金屬箍。特別是在此，多根光導(dǎo)纖維I的金屬箍收納在一個(gè)共同的保持件2內(nèi)，該保持件同樣構(gòu)造成導(dǎo)熱的和熱優(yōu)化的。多個(gè)所述保持件2可以沿著X方向直線并排地設(shè)置并且特別是相互連接，使得纖維端部的直線排列可以在任意的總長(zhǎng)度上延伸。此外，保持件2可以吸收散光。
[0033]沿著從光導(dǎo)纖維I的端部中射出的激光射線3的傳播方向Z設(shè)置有光學(xué)工具，這些光學(xué)工具在第一實(shí)施例中包括至少一個(gè)準(zhǔn)直的透鏡工具4、特別是至少一個(gè)準(zhǔn)直的透鏡組。所述至少一個(gè)透鏡組可以構(gòu)造成伸縮鏡筒(Teleskop)并且具有相互直線對(duì)置的透鏡，這些透鏡的口徑分別集中在配屬的光導(dǎo)纖維I的纖芯中心點(diǎn)(