一種激光器設(shè)備以及一種用于標(biāo)記物體的方法
【專利摘要】一種激光器設(shè)備，包括至少兩個(gè)氣體激光器單元(10)，堆疊成多層，每一個(gè)激光器單元包括多個(gè)諧振管(12)，這些諧振管互相流體連通并且形成共同的管狀空間；連接元件(20,21)，用于連接相鄰的諧振管從而形成一個(gè)回路；反射鏡(22)，被設(shè)置在連接元件中，用于反射諧振管之間的激光；背光鏡(44)；以及部分反射輸出耦合器(42)，用于耦合出激光束。在每一個(gè)激光器單元中，集成輸出法蘭(40)包括背光鏡、部分反射輸出耦合器和輸出鏡(46)，該輸出鏡(46)將傳輸通過(guò)輸出耦合器的激光束偏轉(zhuǎn)至位于被諧振管包圍的中央空間(8)的掃描設(shè)備(80)內(nèi)。本發(fā)明還涉及一種標(biāo)記物體的方法。
【專利說(shuō)明】一種激光器設(shè)備以及一種用于標(biāo)記物體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1所述的激光器設(shè)備以及一種如權(quán)利要求10所述的標(biāo)記物體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]如圖1所示，在現(xiàn)有技術(shù)中，存在已知的激光器設(shè)備，其具有多個(gè)常常形狀為管狀并且被稱為諧振管或者管道的被折疊的氣體排放導(dǎo)管。折疊設(shè)計(jì)提供了由管道形成的長(zhǎng)管狀空間。由于激光器設(shè)備的輸出功率是通過(guò)管狀空間的長(zhǎng)度，尤其是背光鏡與輸出耦合器之間的距離決定的，這種激光器設(shè)計(jì)能提供可觀的輸出功率。舉例來(lái)說(shuō)，這種激光器能被用于使用由該激光器設(shè)備耦合出的激光束來(lái)標(biāo)記物體。
[0003]美國(guó)專利US5115446公開(kāi)了一種用于法蘭以及兩條激光束光路的其他元件的承載結(jié)構(gòu)。該承載結(jié)構(gòu)具有位于兩條激光束光路的幾何中心平面區(qū)之間并且與之平行的一幾何中心平面區(qū)，從而該承載結(jié)構(gòu)包含第一激光束光路的法蘭和第二激光束光路的法蘭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種激光器設(shè)備，尤其用于標(biāo)記物體，其是緊湊的并且提供良好的標(biāo)記質(zhì)量。進(jìn)一步的目的是提供一種用于標(biāo)記物體的經(jīng)濟(jì)的方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的一種激光器設(shè)備以及具有權(quán)利要求10的特征的一種方法以解決本發(fā)明的目的。優(yōu)選實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中給出。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，該激光器設(shè)備包括至少兩個(gè)激光器單元，其堆疊成多層，每一個(gè)激光器單元被配置為發(fā)出激光束，并且每一個(gè)激光器單元包括:多個(gè)用于待激發(fā)氣體的諧振管，這些諧振管互相機(jī)械連接并且形成共同的管狀空間；連接元件，用于連接相鄰的諧振管；用于諧振管的激發(fā)裝置，用于激發(fā)諧振管中的氣體來(lái)產(chǎn)生激光；反射鏡，被設(shè)置在連接元件中，用于在諧振管之間反射激光；全反射背光鏡；以及部分反射輸出耦合器，用于耦合出激光束。
[0007]通過(guò)使用如上所述的激光器設(shè)備，標(biāo)記物體的方法得以實(shí)現(xiàn)。激光器單元的激光束被定向至被諧振管包圍的自由中央空間。在自由中央空間中，可以設(shè)置一個(gè)或者多個(gè)偏轉(zhuǎn)裝置來(lái)偏轉(zhuǎn)激光束至將待標(biāo)記的物體的范圍。
[0008]本發(fā)明的激光器設(shè)備可以是一種氣體激光器并且尤其可以是一種二氧化碳(CO2)激光器設(shè)備，其中在諧振器或者諧振管中的氣體包含二氧化碳(CO2)。這種激光器設(shè)備的原理是本領(lǐng)域中公知的，從而在此將省略其詳細(xì)描述。
[0009]該激光器設(shè)備尤其可以是一種打標(biāo)頭，并且被優(yōu)選地使用于利用激光束標(biāo)記或者雕刻物體。激光器單元的管道每一個(gè)都形成共同的管狀空間，也可被稱為激光器單元的諧振器。換句話說(shuō)，激光器單元在各種情況下都包括了包含有多個(gè)可流體連通的管道的諧振器，也就是說(shuō)諧振器間互相流體連接。
[0010]在諧振器中容納有激發(fā)氣體。該氣體通過(guò)激發(fā)裝置被激發(fā)，為了在諧振器和諧振管內(nèi)分別產(chǎn)生激光。
[0011]背光鏡，尤其是全反射鏡，被設(shè)置在激光器單元的共同的管狀空間的第一端。輸出耦合器，尤其是部分反射鏡，被設(shè)置在激光器單元的共同的管狀空間的相對(duì)的第二端。因此，該諧振器被背光鏡和輸出I禹合器確定于相對(duì)的軸向端。管狀空間內(nèi)的部分激光通過(guò)輸出率禹合器作為激光束被I禹合出。
[0012]本發(fā)明的一個(gè)基本理念是要提供一種具有多個(gè)獨(dú)立的激光器單元的激光器設(shè)備，每一個(gè)激光器單元具有激光束的激光束輸出。因此，這些激光器單元構(gòu)成了多束激光器的基本構(gòu)建塊。這些激光器單元被堆疊在彼此的頂部，從而提供了一個(gè)激光器單元的陣列。該激光器單元的陣列允許在將待標(biāo)記的物體上創(chuàng)建點(diǎn)陣標(biāo)記。依靠堆疊的激光器單元的數(shù)量，任何數(shù)量的點(diǎn)或者任何行數(shù)的代碼都能被生成。這些堆疊的激光器單元可提供單片線性陣列。
[0013]每一個(gè)激光器單元具有獨(dú)立的激光束輸出。獨(dú)立的激光器單元的激光輸出被優(yōu)選設(shè)置為一個(gè)線性陣列或者一條線。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，激光器單元基本上是二維結(jié)構(gòu)或者平面單元，其中氣體排放導(dǎo)管被設(shè)置在一個(gè)單獨(dú)的平面上。作為該激光器設(shè)備的核心構(gòu)建塊，激光器單元的二維幾何形態(tài)允許了塊的堆疊，并因此創(chuàng)建陣列。
[0015]于是，優(yōu)選地，激光器單元的獨(dú)立的管道被設(shè)置在一個(gè)平面上。即，第一激光器單元的管道被設(shè)置在第一平面上，第二激光器單元的管道被設(shè)置在第二平面上，以此類推。換句話說(shuō)，每一個(gè)激光器單元的管道可被設(shè)置在一個(gè)獨(dú)立的、分開(kāi)的平面或者層面上。這提供了每個(gè)激光器單元的一種扁平設(shè)計(jì)，從而激光器單元能被輕易堆疊，由此形成一種帶有多個(gè)堆疊的激光器單元的非常緊湊的激光器設(shè)備?；谠摷す馄鲉卧谋馄皆O(shè)計(jì)，獨(dú)立的激光束之間的距離可被最小化。
[0016]尤其優(yōu)選地是，設(shè)置有至少一個(gè)激光器單元的諧振管的層面，是平板。該平板的二維結(jié)構(gòu)在一個(gè)平面上延伸，允許了激光器單元的以簡(jiǎn)單方式的堆疊。
[0017]本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，激光器單元的部分反射輸出耦合器，尤其是部分反射鏡，被配置為發(fā)出平行激光束。激光器單元的被耦合出的平行激光束可以通過(guò)偏轉(zhuǎn)裝置被進(jìn)一步偏轉(zhuǎn)，為了提供被應(yīng)用于物體上的標(biāo)記所需的形狀和/或分辨率。
[0018]激光器設(shè)備的功率根本上是由管狀空間或者諧振器的長(zhǎng)度決定的，管狀空間或者諧振器形成激光器設(shè)備的空腔，在空腔中激光在處于一端的背光鏡和處于相對(duì)端的部分反射輸出耦合器之間被反射。為了提供一種緊湊并且大功率的激光器設(shè)備，優(yōu)選地，含有每個(gè)激光器單元的氣體排放的諧振管被設(shè)置成被在諧振管之間的自由中央空間包圍的開(kāi)環(huán)或者閉環(huán)形狀?；谥C振管的環(huán)形圖形，該自由空間至少被管道部分包圍。尤其地，該自由空間被管道定義在至少兩側(cè)面，并且是通過(guò)至少一個(gè)或者兩個(gè)端面進(jìn)入的。
[0019]相比于線形諧振器，通過(guò)折疊自由中央空間周圍的諧振器，在不增加該激光器設(shè)備總長(zhǎng)度的同時(shí)，諧振器的長(zhǎng)度可被增加。此外，環(huán)形圖形在該激光器設(shè)備內(nèi)提供了自由空間，在該自由空間內(nèi)可放置該激光器設(shè)備的附加部件。舉例來(lái)說(shuō)，這樣的附加部件可以是諸如激發(fā)裝置的驅(qū)動(dòng)器的電子部件、透鏡、或者用于激光束的偏轉(zhuǎn)的附加鏡。這樣的部件可被穩(wěn)定地容納于該激光器設(shè)備中心的自由空腔內(nèi)。環(huán)形設(shè)置還允許了管道的有效的冷卻。
[0020]為了在該激光器設(shè)備的中心區(qū)域內(nèi)提供自由空間，這些管道被設(shè)置成確定了該自由空間的回路或者環(huán)。這些管道尤其可以是直形管，即它們具有沿著直線延伸的縱軸，并在相鄰的管道之間形成了拐角區(qū)域。因此，一個(gè)激光器單元的諧振器的形態(tài)還可以被描述為傾斜環(huán)，它可以是以環(huán)路為形態(tài)的閉環(huán)或者在諧振器的兩根管道之間具有間隙的開(kāi)環(huán)。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，舉例來(lái)說(shuō)，如圖1所示，在激光器單元的每?jī)蓚€(gè)相鄰的激光管之間形成的角度優(yōu)選地大于激光管的典型的折疊設(shè)計(jì)中的角度。該角度尤其優(yōu)選地大于60°，更優(yōu)選地為至少90°。根據(jù)本發(fā)明還優(yōu)選地是，兩根相鄰的管道之間形成的角度均相等。
[0022]連接元件或者拐角法蘭被設(shè)置在每一個(gè)激光器單元的諧振管之間的拐角處，并且在每一個(gè)情況下都與兩根相鄰的管道連接。在管道之間用于耦合激光的反射鏡被容納于連接元件內(nèi)。這些還可被稱為中間拐角法蘭的連接元件或者拐角法蘭優(yōu)選地包含陶瓷材料。另外，在每一個(gè)激光器單元中可以有端部法蘭，在共同的管狀空間的相對(duì)的軸向端處與管道連接。這些端部法蘭分別含有輸出耦合器和背光鏡。
[0023]通過(guò)激光器單元被配置為發(fā)出它們的激光束至被諧振管包圍的自由中央空間內(nèi)，獲得一種非常緊湊的激光器設(shè)備，尤其是用于標(biāo)記物體的激光器設(shè)備。為此，可在每一個(gè)激光器單兀提供偏轉(zhuǎn)鏡，將傳輸通過(guò)輸出I禹合器的激光束偏轉(zhuǎn)至自由中央空間的方向。還可被稱為輸出鏡的偏轉(zhuǎn)鏡被優(yōu)選地設(shè)置在各個(gè)激光器單元的諧振器外部。還可提供用于多個(gè)激光器單元的共同的輸出鏡，而不是提供多個(gè)獨(dú)立的輸出鏡。
[0024]偏轉(zhuǎn)激光束至被諧振管包圍的空間的一個(gè)根本優(yōu)勢(shì)是，該激光器設(shè)備的附加部件，諸如透鏡或者用于偏轉(zhuǎn)和/或重新設(shè)置激光束的附加反射鏡，可被放置于該激光器設(shè)備內(nèi)，從而提供一種非常緊湊的設(shè)計(jì)。
[0025]本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，每一個(gè)激光器單元的諧振管被設(shè)置成三角形、矩形、正方形或者U形圖形。在三角形圖形中，每一個(gè)激光器單元的諧振器包含三根激光管，然而在矩形或者正方形圖形中，諧振器由四根諧振管組成。在其他優(yōu)選實(shí)施例中，五根或者更多的管道可被提供并且被設(shè)置成多邊形形態(tài)。本發(fā)明的帶有管道的環(huán)狀設(shè)置的激光器單元的設(shè)計(jì)允許諧振器的幾何形狀被優(yōu)化，舉例來(lái)說(shuō)被優(yōu)化至所需求的功率和特定應(yīng)用中的體積限制。U形圖形作為開(kāi)環(huán)或者回路的一種實(shí)施例，可具有較低的高度，并因此能適配到那些高度是集成約束的應(yīng)用中。
[0026]在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，獨(dú)立的激光器單元具有相等的形態(tài)。為了形成一種多束激光器設(shè)備，激光器單元的相同的形態(tài)或者形狀允許了激光器單元的簡(jiǎn)易堆疊。優(yōu)選地，相鄰的激光器單元的鄰近的諧振管具有相同的長(zhǎng)度。這些激光器單元尤其可以是同樣的結(jié)構(gòu)。
[0027]在又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，多個(gè)映射鏡被設(shè)置在自由中央空間中，用于縮小獨(dú)立激光器單元的激光束之間的間隔和/或重新設(shè)置激光束。尤其優(yōu)選的是，對(duì)應(yīng)每一激光器單元提供至少一塊映射鏡。
[0028]在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，提供了掃描設(shè)備，包含至少一塊可移動(dòng)的反射鏡，用于將通過(guò)輸出耦合器耦合出的激光束偏轉(zhuǎn)至預(yù)定方向。該掃描設(shè)備可包含一塊或者更多反射鏡用于設(shè)在一起的激光器單元的所有激光束。
[0029]在一個(gè)尤其優(yōu)選的實(shí)施例中，掃描設(shè)備被設(shè)置在被諧振管包圍的自由中央空間中。這提供了一種緊湊的激光器設(shè)備，其中掃描設(shè)備被穩(wěn)定地容納于被諧振管包圍的自由中央空間中。該掃描設(shè)備通過(guò)一個(gè)開(kāi)口將激光束從該激光器設(shè)備的內(nèi)部重定向至該激光器設(shè)備的外部，尤其是用于標(biāo)記位于激光器設(shè)備外部的物體。
[0030]為了提供每一個(gè)激光器單元的共同的管狀空間，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，激光器單元的連接元件每一個(gè)都包括內(nèi)腔，該內(nèi)腔可與各個(gè)與連接元件連接的激光器單元的至少兩根相鄰的諧振管流體連通。該內(nèi)腔可具有在空腔的第一軸向端有第一軸向開(kāi)口以及在空腔的第二軸向端有第二軸向開(kāi)口的管狀或者管道狀形態(tài)?？涨坏牡谝惠S向端可與第一諧振管連接，并且空腔的第二軸向端可與第二諧振管連接。此外，該形成于連接法蘭中的內(nèi)腔可在拐角部分具有第三開(kāi)口，反射鏡可被附連到第三開(kāi)口上，用于反射諧振管之間的激光。
[0031]每一個(gè)激光器單元的連接元件或者彎角件可被堆疊在彼此的頂部，并且通過(guò)連接裝置連接。然而，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，激光器單元的多個(gè)連接元件被集成到在該激光器設(shè)備的拐角區(qū)域或者邊緣形成的普通的支撐結(jié)構(gòu)中，它們形成了彎角件或者拐角元件。優(yōu)選地，普通的支撐結(jié)構(gòu)的一個(gè)單獨(dú)的基體延伸橫穿幾個(gè)激光器單元。該集成拐角結(jié)構(gòu)減少了成本以及制造時(shí)間。
[0032]本發(fā)明的一個(gè)尤其優(yōu)選的實(shí)施例中，每一個(gè)激光器單元的諧振管被設(shè)置成環(huán)路，并且每一個(gè)激光器單元包含連接在兩根諧振管之間的集成輸出法蘭，該集成輸出法蘭包括各個(gè)激光器單元的輸出耦合器和背光鏡。激光器單元的封閉環(huán)路或者閉環(huán)增強(qiáng)了穩(wěn)定性并且提供了一種尤其緊湊的設(shè)計(jì)。集成輸出法蘭被設(shè)置在每一個(gè)激光器單元的兩根諧振管之間的拐角處。這些諧振管可被稱為激光器單元的共同的管狀空間的端諧振管。集成輸出法蘭，還可被稱為連接元件，包括至少兩塊反射鏡，即背光鏡和輸出耦合器。該集成輸出法蘭可在或者可不在與之連接的管道之間提供流體連接。
[0033]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，每一個(gè)激光器單元的背光鏡被提供于集成輸出法蘭的第一面，且輸出耦合器被提供于集成輸出法蘭的第二面。該第二面優(yōu)選地相對(duì)于第一面傾斜。該第一面尤其可被設(shè)置為垂直于與集成輸出法蘭連接的第一諧振管，并且該第二面可被設(shè)置為垂直于與集成輸出法蘭連接的第二諧振管。
[0034]優(yōu)選地,每一個(gè)激光器單兀的集成輸出法蘭包括提供于第三面的輸出鏡，用于將傳輸通過(guò)輸出耦合器的激光束偏轉(zhuǎn)至預(yù)定方向?？梢栽O(shè)置輸出鏡，該輸出鏡尤其可以是每一個(gè)激光器單元的集成輸出法蘭的第三反射鏡，使得通過(guò)部分反射輸出耦合器耦合出的激光束被偏轉(zhuǎn)至被諧振管包圍的自由中央空間中。
[0035]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，每一個(gè)激光器單元的集成輸出法蘭包括與諧振器的端諧振管連接的第一基體。該集成輸出法蘭進(jìn)一步包括與第一基體連接的第二基體。在第一和第二基體之間形成了間隔或者間隙，于其中容納有背光鏡和輸出稱合器至少其中一塊。背光鏡和/或輸出耦合器優(yōu)選地以氣密方式與第一基體連接，并且定義了共同的管狀空間的軸向端。
[0036]第一和/或第二基體包含空腔，用于通過(guò)部分反射輸出耦合器耦合出的激光束。優(yōu)選地，在第二基體的拐角部分，輸出鏡與第二基體連接，并且將激光束偏轉(zhuǎn)至中央自由空間。
[0037]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，激光器單元的管狀空間或者諧振腔在每一種情況下都是封閉的氣體系統(tǒng)。這尤其意味著每一個(gè)激光器單元的諧振器都是完全封閉的空腔，并且沒(méi)有恒定的氣流通過(guò)諧振器。諧振器中的氣體，也就是在共同的管狀空間中的氣體，僅當(dāng)該激光器設(shè)備停止工作時(shí)，在一定的時(shí)間間隔內(nèi)被替換。因此，并沒(méi)有為通過(guò)管狀空間的恒定氣流提供氣體進(jìn)口和氣體出口，也不需要泵送通過(guò)系統(tǒng)的氣體的器材的空間。
[0038]用于至少一個(gè)諧振管的激發(fā)裝置優(yōu)選包含至少一個(gè)電極，尤其是射頻電極。該電極尤其可以沿著諧振管的軸向長(zhǎng)度延伸。出于對(duì)效率方面的考慮以及對(duì)諧振管中的氣體的均勻激發(fā)，射頻(RF)電感器可與電極連接。舉例來(lái)說(shuō)，該電極可具有螺旋線圈設(shè)計(jì)。這種方案的一個(gè)公知的問(wèn)題是，射頻電感器的螺旋線圈設(shè)計(jì)會(huì)大幅度增加該激光器設(shè)備的尺寸，代價(jià)聞昂。
[0039]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)至少一個(gè)電極和/或射頻(RF)電感器具有平面線圈設(shè)計(jì)，可獲得一種尤其緊湊且扁平的激光器設(shè)備的設(shè)計(jì)。在該平面線圈設(shè)計(jì)中，線圈與電極尤其可被設(shè)置在一個(gè)單獨(dú)的平坦的平面。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，線圈可被設(shè)置成盤(pán)旋形態(tài)。
[0040]尤其優(yōu)選地，用于至少一個(gè)諧振管的激發(fā)裝置包含至少兩個(gè)沿著各個(gè)諧振管的縱軸延伸的電極。這兩個(gè)電極尤其可被設(shè)置在諧振管的相對(duì)側(cè)，舉例來(lái)說(shuō)，可以有上部電極和下部電極，它們都沿著諧振管的長(zhǎng)度延伸。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0041]本發(fā)明將參考附圖進(jìn)一步地描述，其中:
[0042]圖1所示的是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的激光器設(shè)備的一種諧振管的設(shè)置；
[0043]圖2所示的是根據(jù)本發(fā)明所述的帶有堆疊的獨(dú)立的拐角元件的激光器設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例；
[0044]圖3所示的是根據(jù)本發(fā)明所述的帶有集成拐角結(jié)構(gòu)的激光器設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例；
[0045]圖4所示的是根據(jù)本發(fā)明所述的包含映射鏡和掃描設(shè)備的激光器設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例；
[0046]圖5所示的是根據(jù)本發(fā)明所述的包含望遠(yuǎn)鏡(telescope)和掃描設(shè)備的激光器設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例；
[0047]圖6所示的是根據(jù)本發(fā)明所述的包含附連在該激光器設(shè)備中用于冷卻諧振管的冷卻板的激光器設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例；
[0048]圖7所示的是根據(jù)本發(fā)明所述的包含空氣盾的激光器設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例；
[0049]圖8所示的是包含殼體的如圖7所示的激光器設(shè)備；
[0050]圖9所示的是根據(jù)本發(fā)明所述的帶有U形激光器單元和空氣盾的激光器設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例；
[0051]圖10所示的是包含殼體的如圖4或圖5所示的激光器設(shè)備；以及
[0052]圖11所示的是根據(jù)本發(fā)明所述的電極的一個(gè)實(shí)施例。
[0053]在所有附圖中，相同的或相應(yīng)的組件由相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)。
【具體實(shí)施方式】
[0054]圖1所示的是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的激光器設(shè)備I’的諧振管12’的折疊設(shè)計(jì)。該激光器設(shè)備I’包含一個(gè)單獨(dú)的激光器單元，該激光器單元發(fā)出一束單獨(dú)的激光束。諧振管12’互相靠近設(shè)置，并且基本平行，以便提供一個(gè)小的橫截面。
[0055]圖2所示的是根據(jù)本發(fā)明的激光器設(shè)備I的第一個(gè)實(shí)施例。該激光器設(shè)備I包括多個(gè)以平行的方式一個(gè)接一個(gè)設(shè)置的激光器單元10。在所示的實(shí)施例中，該激光器設(shè)備I包含九個(gè)激光器單元10，允許橫向于待標(biāo)記的物體的移動(dòng)方向的九個(gè)像素的分辨率。
[0056]該激光器設(shè)備I尤其可以是一種用于通過(guò)多束激光束標(biāo)記物體的激光器設(shè)備。該激光器設(shè)備I還可被叫做用于標(biāo)記物體的打標(biāo)頭。
[0057]獨(dú)立的激光器單元10每一個(gè)都具有多根諧振管12，尤其可以是氧化鋁管。激光器單元10的諧振管12形成了一部分可被稱為各個(gè)激光器單元10的諧振器的共同的管狀空間。管道12被以射頻電極71為形態(tài)用于激發(fā)管道12中含有的氣體的激發(fā)裝置70至少部分閉合。用于激發(fā)在管道12內(nèi)的氣體的電極71基本上沿著諧振管12的整個(gè)長(zhǎng)度延伸。內(nèi)部電極71可被設(shè)置在諧振管12面向自由中央空間8的內(nèi)側(cè)，外部電極71可被設(shè)置在諧振管12外面。
[0058]該激光器設(shè)備I具有一種具有四個(gè)側(cè)面和兩個(gè)端面的立方體的形態(tài)。在該激光器設(shè)備I的內(nèi)部區(qū)域形成了自由中央空間8。該空間8在該立方體激光器設(shè)備I的側(cè)面上被激光器單元10的諧振管12包圍。
[0059]在所示的實(shí)施例中，每一個(gè)激光器單元10包括被設(shè)置成正方形的四根諧振管12。然而，若不是正方形諧振器，該諧振器還可以呈矩形、U形或者三角形的形狀。若不是由四條邊組成的諧振器，它還可以由僅僅三條邊或者四條以上邊構(gòu)成。該設(shè)計(jì)能被優(yōu)化至所需求的功率和特定應(yīng)用中的三維空間限制。
[0060]每一個(gè)激光器單元10的諧振管12被設(shè)置在獨(dú)立的、分開(kāi)的扁平層面上。每一根管道12具有縱軸。一個(gè)激光器單元10的管道12的縱軸在一個(gè)共同的平面上延伸。激光器單元10基本上是同樣的并且以平行的方式被堆疊在彼此的頂部。激光器單元10通過(guò)合適的連接設(shè)備，諸如螺栓、螺絲及類似設(shè)備，互相連接。
[0061]每一個(gè)激光器單元10的四個(gè)角中的三個(gè)角內(nèi)，連接元件20、21，優(yōu)選地以陶瓷三角形為形態(tài)，被設(shè)置用于連接相鄰的諧振管12。每一個(gè)連接元件20、21具有一塊反射鏡22，用于將激光從一根管道12反射至相鄰的管道12，由此耦合管道12之間的激光能量。連接元件20、21每一個(gè)都具有基體24，管道12與之連接。反射鏡22被附連到基體24上。
[0062]每一個(gè)激光器單元10在一根管道12的軸向端處包括背光鏡44。此外，每一個(gè)激光器單兀具有被設(shè)置在另一根管道12的軸向端處的輸出I禹合器42。背光鏡44和輸出f禹合器42形成了共同的管狀空間的軸向端，也就是激光器單元10的諧振器的軸向端。輸出耦合器42是部分反射鏡，將管狀空間內(nèi)的部分激光反射并且耦合出激光束。
[0063]每一個(gè)激光器單元10的激光束在各個(gè)激光器單元10的拐角區(qū)域被耦合出，以便激光束的線性陣列在該立方體激光器設(shè)備I的拐角處或者邊緣處被耦合出。換句話說(shuō)，激光器單元的輸出被設(shè)置成沿著該立方體一條邊緣的線，形成了該激光器設(shè)備I的多束輸出2。
[0064]在圖2的圖示實(shí)施例中，每一個(gè)激光器單元10的兩根諧振管12，可被叫做端諧振管，通過(guò)集成輸出法蘭40互相連接。也就是說(shuō)，構(gòu)造第四個(gè)拐角，使得一個(gè)面56含有背光鏡44,且另一個(gè)面58含有部分反射輸出稱合器42。
[0065]激光器單兀的集成輸出法蘭40包括第一內(nèi)部基體50以及第二外部基體52。在第一和第二基體50、52之間形成了內(nèi)腔或者間隔62。背光鏡44和輸出f禹合器42被設(shè)置在間隔62內(nèi)。第一基體50進(jìn)一步包含兩個(gè)用于容納兩根相鄰的管道12的通孔。
[0066]在集成輸出法蘭40的拐角區(qū)域，提供了輸出鏡46，用于將通過(guò)輸出耦合器42耦合出的激光束反射至預(yù)定方向。設(shè)置輸出鏡46，使得激光束被反射至該激光器設(shè)備I的自由中央空間8中。輸出鏡46與集成輸出法蘭40的第二基體52連接。尤其地，輸出鏡46被安裝在相對(duì)于第一和第二面56、58傾斜的第三面60上。第三面60是第二基體52的拐角面。安裝法蘭或者連接法蘭54被提供用于連接相鄰的激光器單元10。
[0067]在集成輸出法蘭40的第一基體50中形成了輸出孔48,通過(guò)該孔,被輸出鏡46偏轉(zhuǎn)的激光束可傳輸至自由中央空間8。激光器單元10的輸出孔48形成了激光器單元10的獨(dú)立的激光輸出。
[0068]連接元件20、21，連接元件21，它們之二具有額外的用于連接氣藏管14的入口部。該氣藏管14沒(méi)有激發(fā)裝置，并且向激光器單元10的諧振管12供給了額外的氣鎮(zhèn)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，每一個(gè)的激光器單元10包括至少一個(gè)氣藏管14。
[0069]激光器單元10的氣藏管14被設(shè)置成平行于一根諧振管12。氣藏管可具有不同的尺寸，尤其是具有比諧振管12更大的直徑。
[0070]圖3所示的是本發(fā)明的激光器設(shè)備I的第二個(gè)實(shí)施例。這個(gè)激光器設(shè)備I不具有額外的氣鎮(zhèn)管道，并且激光器單元10的激光束被定向至外部，而不是被諧振管12包圍的自由中央空間8。此外，獨(dú)立的激光器單元10的拐角元件20和集成輸出法蘭40被集成到延伸橫穿幾個(gè)或者所有激光器單元10的整體拐角元件34、64中。一般可以理解的是，在本申請(qǐng)的不同的圖中顯示的特征還能被結(jié)合。
[0071]如圖3所示的激光器設(shè)備I具有設(shè)置在立方體激光器設(shè)備I的邊緣處的三個(gè)拐角元件34，每一個(gè)激光器單元10的兩根諧振管12與它們連接。拐角元件34具有整體基體24，包括諧振管12可連接到的多個(gè)孔。用于連接管道12的孔被設(shè)置成兩個(gè)線性陣列。普通的反射鏡元件22與基體24連接，用于在諧振管12之間耦合激光器單元10的激光。
[0072]在該立方體激光器設(shè)備I的第四個(gè)拐角中，包括了多個(gè)集成輸出法蘭40的拐角元件64被設(shè)置。拐角元件64具有沿著幾個(gè)或者所有激光器單元10延伸的整體基體66。拐角兀件64包括多個(gè)輸出I禹合器42和多個(gè)背光鏡44。該基體66是由沿著該立方體激光器設(shè)備I的邊緣延伸的單件形成的。
[0073]如圖4所示的是根據(jù)本發(fā)明的激光器設(shè)備I的另一個(gè)實(shí)施例。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的激光器設(shè)備基本上對(duì)應(yīng)于如圖2所示的激光器設(shè)備。另外，該激光器設(shè)備I包括像素映射器90，包括多塊映射鏡92。映射鏡92被用作將激光束的線性設(shè)置映射成另一種設(shè)置，和/或用作縮小獨(dú)立的激光器單元10的光束之間的間隔。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中,對(duì)應(yīng)每一激光器單元10有至少一塊映射鏡92。獨(dú)立輸出的陣列的光束被輸入至被設(shè)置在該立方體的內(nèi)部的像素映射器90。
[0074]此外，掃描設(shè)備80被設(shè)置在該激光器設(shè)備I的自由中央空間8中。該掃描設(shè)備80包含兩塊可移動(dòng)的反射鏡82,每一塊都安裝在振鏡84上。激光器單兀10的激光束被定向至可移動(dòng)的反射鏡82上。根據(jù)本應(yīng)用的需求，振鏡掃描器被用來(lái)在輸出光學(xué)儀器的視場(chǎng)內(nèi)移動(dòng)光束。另外，多個(gè)透鏡96可被設(shè)置，尤其是在激光束的輸出48和映射鏡92之間。此夕卜，可提供一個(gè)或多個(gè)附加偏轉(zhuǎn)鏡94，用于偏轉(zhuǎn)激光束的陣列。
[0075]圖5所示的是本發(fā)明的激光器設(shè)備I的另一個(gè)實(shí)施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如前，該激光器設(shè)備I或者打印頭具有一種立方體輪廓，在該立方體兩個(gè)面之間的一個(gè)拐角中有著激光束輸出。該激光器陣列是由矩形二維激光器構(gòu)建塊或者單元10的堆疊構(gòu)成的。用于驅(qū)動(dòng)諧振管12的激發(fā)裝置70，射頻驅(qū)動(dòng)6被設(shè)置在中央空間8中。多個(gè)望遠(yuǎn)鏡98被設(shè)置在輸出孔48和掃描設(shè)備80之間的激光束的光路上。冷卻塊76被附連到那些設(shè)置有諧振管12的立方體激光器設(shè)備I的外部。冷卻塊76具有多個(gè)通道，通過(guò)該通道，冷卻液可循環(huán)。
[0076]圖6所示的是連同有激發(fā)裝置70和被附連到諧振管12上的冷卻塊76的圖3的激光器設(shè)備。該立方體激光器設(shè)備I的每一邊有一個(gè)冷卻塊76,冷卻不同的激光器設(shè)備10的多根諧振管12。激發(fā)裝置70，尤其是電極71，可被集成到冷卻塊76中。
[0077]圖7和圖8所示的是本發(fā)明的激光器設(shè)備I的另一個(gè)實(shí)施例。呈正方形幾何形狀的二維激光器單元10的堆疊與在多光束輸出2上的保護(hù)罩一同被示出。這個(gè)保護(hù)罩可由風(fēng)刀或者空氣盾4組成，利用正氣壓來(lái)阻止微粒和水分接觸激光器的輸出光學(xué)儀器。該模塊的背面所示的是用于附連連接纜(umbilical) 7的連接輸入。圖8所示的是帶有罩子或者殼體5的完整的模塊以及連接纜7。在圖7中，罩子5已經(jīng)從邊上移除，為了示出在立方體形狀的打印頭模塊的中央部分，用于激發(fā)裝置70的驅(qū)動(dòng)6的設(shè)置。
[0078]圖9所示的是另一個(gè)實(shí)施例，借此，陣列由一堆替代正方形模塊的U形模塊或者單元10構(gòu)成。U形模塊可具有較低的高度，并因此能適配到高度是集成約束的應(yīng)用中。支撐裝置18被設(shè)置在端部法蘭之間，即包括輸出耦合器42的輸出法蘭41和包括背光鏡44的背部法蘭43之間，來(lái)提供激光頭更好的穩(wěn)定性。
[0079]圖10所示的是在其內(nèi)部帶有掃描設(shè)備的打標(biāo)頭的外觀。激光器單元的激光束被定向至該激光器設(shè)備I的內(nèi)部空間并且通過(guò)在端面3的開(kāi)口被掃描設(shè)備重定向。該開(kāi)口形成了該激光器設(shè)備I的多束輸出2。
[0080]圖11所示的是根據(jù)本發(fā)明的激發(fā)裝置70。激發(fā)裝置70或者電極71包括被以盤(pán)旋的方式設(shè)置在一個(gè)單獨(dú)平面上的一組或者多組線圈72。線圈72被設(shè)置在安裝板74上。
【權(quán)利要求】
1.一種激光器設(shè)備，包括至少兩個(gè)激光器單元(10)，堆疊成多層，每一個(gè)激光器單元(10)被配置為發(fā)出激光束，并且每一個(gè)激光器單元(10)包括: -多個(gè)用于待激發(fā)氣體的諧振管(12)，所述諧振管(12)被設(shè)置成環(huán)路并且互相機(jī)械連接并且形成共同的管狀空間； -連接元件(20)，用于連接相鄰的諧振管(12)； -用于諧振管(12)的激發(fā)裝置(70)，用于激發(fā)所述諧振管(12)中的氣體來(lái)產(chǎn)生激光； -反射鏡(22)，被設(shè)置在所述連接元件(20)中，用于在所述諧振管(12)之間反射激光; -部分反射輸出I禹合器(42),用于I禹合出激光束； -背光鏡(44)；以及 -連接在兩根諧振管(12)之間的集成輸出法蘭(40)，所述集成輸出法蘭(40)包括所述輸出耦合器(42)和所述 背光鏡(44)，其中所述背光鏡(44)被提供于所述集成輸出法蘭(40)的第一面(56)，并且所述輸出耦合器(42)被提供于所述集成輸出法蘭(40)的第二面(58)； 其特征在于: 每一個(gè)激光器單元(10)的所述集成輸出法蘭(40)包括提供于第三面(60)的輸出鏡(46)，用于將傳輸通過(guò)所述輸出耦合器(42)的所述激光束偏轉(zhuǎn)至被所述諧振管(12)包圍的中央空間⑶中；以及 在被所述諧振管(12)包圍的所述中央空間(8)中設(shè)置掃描設(shè)備(80)，所述掃描設(shè)備(80)包含至少一塊可移動(dòng)的反射鏡(82)，用于將通過(guò)所述激光器單元(10)的所述輸出耦合器(42)耦合出的所述激光束偏轉(zhuǎn)至預(yù)定方向。
2.如權(quán)利要求1所述的激光器設(shè)備，其特征在于:層是平坦的平面，至少一個(gè)所述激光器單元(10)的所述諧振管(12)被設(shè)置于其中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的激光器設(shè)備，其特征在于:所述激光器單元(10)的所述部分反射輸出耦合器(42)被配置為發(fā)出平行激光束。
4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的激光器設(shè)備，其特征在于:每一個(gè)激光器單元(10)的所述諧振管(12)被設(shè)置成包圍在它們之間的所述中央空間⑶的閉環(huán)的形狀。
5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的激光器設(shè)備，其特征在于:所述激光器單元(10)被配置為發(fā)出它們的激光束至被所述諧振管(12)包圍的所述中央空間(8)中。
6.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的激光器設(shè)備，其特征在于:每一個(gè)激光器單元(10)的所述諧振管(12)被設(shè)置成三角形、矩形、正方形或者U形圖形。
7.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的激光器設(shè)備，其特征在于:所述激光器單元(10)具有相等的形態(tài)。
8.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的激光器設(shè)備，其特征在于:所述激光器單元(10)的所述連接元件(20)每一個(gè)包括內(nèi)腔，所述內(nèi)腔與所述至少兩個(gè)與所述連接元件(20)連接的相鄰的諧振管(12)流體連通。
9.如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的激光器設(shè)備，其特征在于:所述激光器單元(10)的多個(gè)連接元件(20)被集成到在所述激光器設(shè)備(I)的拐角區(qū)域形成的普通的支撐結(jié)構(gòu)(34)中。
10.一種使用激光器設(shè)備，尤其是如權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的激光器設(shè)備，標(biāo)記物體的方法，包括至少兩個(gè)激光器單元(10)，堆疊成多層，每一個(gè)激光器單元(10)被配置為發(fā)出激光束，并且每一個(gè)激光器單元(10)包括: -多個(gè)用于待激發(fā)氣體的諧振管(12)，所述諧振管(12)被設(shè)置成環(huán)路并且互相機(jī)械連接并且形成共同的管狀空間(8)； -連接元件(20)，用于連接相鄰的諧振管(12)； -用于諧振管(12)的激發(fā)裝置(70)，用于激發(fā)所述諧振管(12)中的氣體從而產(chǎn)生激光; -反射鏡(22)，被設(shè)置在所述連接元件(20)中，用于在所述諧振管(12)之間反射激光; -部分反射輸出I禹合器(42),用于f禹合出激光束； -背光鏡(44)；以及 -連接在兩根諧振管(12)之間的集成輸出法蘭(40)，所述集成輸出法蘭(40)包括所述輸出耦合器(42)和所述背光鏡(44)，其中所述背光鏡(44)被提供于所述集成輸出法蘭(40)的第一面(56)，并且所述輸出耦合器(42)被提供于所述集成輸出法蘭(40)的第二面(58)； 其特征在于:` -所述激光器單元(10)的激光束通過(guò)被提供于所述集成輸出法蘭(40)的第三面(60)的輸出鏡(46)被定向至被所述諧振管(12)包圍的中央空間⑶中； -通過(guò)設(shè)置在所述中央空間(8)的掃描設(shè)備(80)，所述激光束被偏轉(zhuǎn)至預(yù)定方向；以及 -所述物體是使用通過(guò)所述掃描設(shè)備(80)被偏轉(zhuǎn)的所述激光束被標(biāo)記的。
【文檔編號(hào)】H01S3/07GK103765702SQ201280043017
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月5日
【發(fā)明者】凱文·L·安布魯斯特, 布拉德·D·吉爾馬丁, 彼得·J·屈克達(dá)爾, 伯納德·J·理查德, 丹尼爾·J·瑞安 申請(qǐng)人:奧迪克激光應(yīng)用技術(shù)股份有限公司