[发明专利]激光处理装置和包括此装置的工作站

说明书

技术领域

本发明涉及用于工业、医学、艺术或其它应用的使用功率激光辐射的处理装备、方法和设施的领域。

更具体来说，本发明涉及激光处理装置、包括此装置的工作站和使用此装置的处理方法。

背景技术

用以对部分、项目或材料执行处理的激光束的使用是所属领域的技术人员所熟知的，且在此技术背景下已经提议了许多装置和系统。

然而，在需要约1μm的工作精确度和在脉冲模式下约1012W/m²的递送到工作区域的平均功率密度(峰值功率密度约1016W/m²)的应用的背景下，存在对于在将光束输送到工作区域上方面简单、节约成本且自适应的解决方案的未满足的需求。

用以将激光束传输到工作区域的所属领域的技术人员已知的一个构件为光纤，其可与用于聚焦投影激光束的构件一起提供在其自由端处。

因此，例如文档EP2,056,144教示光纤和由与所述光纤的纤芯的材料相同的材料制成且希望聚焦光束的呈附接端片形式的元件。尽管如此，端片的安装必须极其精确，此使得其生产起来复杂且精密。此外，此导致所述光纤的所述端的硬化，从而限制其用于定向所发射光束的可能性。并未确保维持低于很大激光流量的能力。

由文档Petru Ghenuche等人的《Photonic nanojet focusing for hollow-core photonic crystal fiber probes》，Applied Optics，第51卷，第36期，2012年12月20日，美国光学协会和Heykel Aouani等人的《Optical-fiber-microsphere for remote fluorescence correlation spectroscopy》，OPTICS EXPRESS，第17卷，第21期，2009年10月12日，OSA已知，其也是空心或部分空心光纤的实施方案，在光纤自由端上附接有希望聚焦发射光流量的微球体。然而，像之前一样，此组合件为精密的且在光纤的纤芯与微球体之间产生发射接口，其性质无法始终精确确定且其必定产生损耗。此外，这两个文档中所使用的光纤的类型并不允许应用大功率。

最后，文档JP 63-98977公开光通信领域中包含通过对这些光纤的所述端的材料的简单熔融而获得的半球形端的光纤的实施方案。光纤的所述端的此特定构造的目标仅仅是限制反射光的返回，且并未提及光束的任何聚焦或功率应用。

发明内容

本发明的主要目标由提供具有激光头的功能性激光处理装置组成，所述激光头具有易于制造的简单结构、耐受大功率且能够提供微测工作光束，所述装置进一步必须能够最佳地使用此激光头且有利地允许聚焦超出绕射界限的发射光束。

为此，本发明涉及激光处理装置，一方面包括基本上由能够且希望由激光源和光纤供电的注入模块组成的激光头，所述光纤由被至少一个护套环绕的纤芯形成、连接到所述注入模块且以光束聚焦端片结束；且另一方面包括用于包含待由所述激光头处理的至少一个区域或工作区域的部分、项目或材料的支撑系统，所述聚焦端片和所述部分、所述项目或所述材料能够以受控方式相对于彼此定位和移动，

所述装置的特征在于所述聚焦端片与属于实心纤芯类型的所述光纤以单个片件形式形成为所述光纤的自由端部分的成形部分，与其连接到所述注入模块的端相对，其特征在于所述聚焦端片具有旋转的轴向对称性，及在沿着含有所述光纤的所述自由端部分的中间轴或对称轴的平面的区段中可见外部由大体上半椭圆形凸曲线定界的形状，所述大体上半椭圆形凸曲线具有：垂直于所述中间轴延伸的第一半轴a，其使得a＝D_c/2；和与所述中间轴对准的第二半轴b，其使得D_C/4≤b≤2D_C/3，其中1,000λ≥D_C≥40λ，其中D_C为所述光纤的所述纤芯的直径且λ为所注入激光辐射的波长，且其特征在于所述聚焦端片的所述顶端与所述工作区域之间的所述距离d使得5D_C≥d≥50λ，所述端片的所述几何形状和所述定位使得所述激光头产生呈光子喷流形式的经聚焦且略微发散的激光束，其中在所述工作区域处的直径约为波长λ的大小。

本发明还涉及工作站和在此装置中实施的处理方法。

附图说明

将由于涉及作为非限制性实例提供的优选实施例的以下描述而更好地理解本发明且参考随附示意图解释本发明，其中：

图1为安装在根据本发明的工作站中的根据本发明的激光处理装置的符号说明；