[发明专利]波束成形设备

说明书

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的波束成形设备。

定义：“在激光射线的传播方向上”是指激光射线的中央传播方向(尤其是当激光射线为非平面波或者至少部分发散时)。当没有明确给出其它解释时，光波束、分波束或波束并不是指几何光学上的理想波束，而是指实际光波束，例如具有高斯分布或修正后的高斯分布的光波束，其并非具有无限小的波束横截面，而是具有扩展的波束横截面。

开始所述类型的设备是众所周知的。这类设备的典型激光源例如为Nd-YAG激光器或准分子激光器。例如，并非作为单模激光器工作的Nd-YAG激光器所具有的衍射倍率因子(光束质量因子)M²约为8至25。衍射倍率因子M²是激光波束质量的一个量度。例如，具有纯高斯分布的激光波束的衍射倍率因子M²为1。衍射倍率因子M²大体上对应于激光射线的模数。

衍射倍率因子M²对激光射线的可聚焦性产生影响。对于具有高斯分布的激光波束而言，焦点区域内的宽度d或“束腰”与要聚焦的激光波束的波长λ成正比，反过来与聚焦透镜的数值孔径NA成正比。对于焦点区域内的激光波束的宽度，适用下列公式：

d∝λNA]]>

在不具有高斯型分布或者说衍射倍率因子M²大于1的激光波束的情况下，根据下式，焦点区域内的最小宽度或者说焦点区域内的束腰还与衍射倍率因子成正比：

d∝λNA·M2]]>

这表明：衍射倍率因子越大，激光射线越不好聚焦。在此应注意的是，衍射倍率因子M²在垂直于激光射线传播方向的两个方向上可能具有不同的大小。在这种情况下，对例如用x表示的第一个方向上的衍射倍率因子M_x²和例如用y表示的垂直于第一个方向x的第二个方向上的衍射倍率因子M_y²之间进行区分。由此存在以下的可能性：即衍射倍率因子M_x²大于或者小于衍射倍率因子M_y²。

另外，在现有技术中，激光射线在被聚焦到工作面内之前通常被均匀化。这例如通过包含许多透镜的透镜阵列来实现，使得激光射线由这些透镜划分成多个部分波束，这些部分波束在工作面内叠加。然而已经表明，部分波束的数目不能随意增加，因为当部分波束的数目过多时，在部分波束在工作面内相应叠加的情况下，波束之间的干涉会引发高频振荡。这会导致工作面内波束质量变差。对于出现这种高频振荡的评判标准是激光射线在垂直于传播方向的方向上的空间相干性。这种空间相干性越差，则在叠加时不引起高频振荡的情况下光线可以被划分成的部分波束的数目越大。在某些情况下，所提到的衍射倍率因子M²或者说M_x²或M_y²也可以指示空间相干性，可能是当衍射倍率因子很大时可以划分成大量的部分波束。

在不同的应用中，希望有在垂直于线状焦点区域的纵向延伸的方向上的强度分布，其对应于所谓的“平顶分布(Top Hat Profile)”。在其它应用中，具有尖锐强度最大值的强度分布可能是有利的。

由这些考虑出发，本发明的任务是进一步开发一种如开始所述类型的设备，使得能够对垂直于线状焦点区域的纵向延伸的方向上的强度分布施加影响。

根据本发明，这通过具有权利要求1所述区别特征的开始所述类型的设备来实现。从属权利要求涉及本发明的优选实施例。