用于產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的兩個(gè)激光射束的激光振蕩器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的兩個(gè)激光射束的激光振蕩器，所述激光振蕩器具有一激光諧振腔，所述激光諧振腔具有:一激光活性固體，其用于產(chǎn)生一基礎(chǔ)激光射線；一非線性固體，其用于從所述基礎(chǔ)激光射線中產(chǎn)生一變頻激光射線；至少一個(gè)耦出反射鏡，其用于同時(shí)使所述基礎(chǔ)激光射線和所述變頻激光射線從所述激光諧振腔中耦出。
【背景技術(shù)】
[0002]例如由文獻(xiàn)US 5，083，007公開(kāi)了這類激光振蕩器和這類方法。
[0003]為了進(jìn)行材料加工需要具有穩(wěn)定參數(shù)的強(qiáng)激光射線，這些參數(shù)例如是激光能量、激光功率和射束品質(zhì)。理論上，非常多的激光模落到激光諧振腔內(nèi)部的活性固體介質(zhì)的增益帶寬中。然而，諧振腔優(yōu)選在增益帶寬內(nèi)經(jīng)歷最高增益的那個(gè)激光模上發(fā)射激光。如果諧振腔準(zhǔn)確地作用在該激光模上，則其處于一穩(wěn)定的狀態(tài)中。在內(nèi)部變頻的情況下，變換效率取決于待變換的射線的溫度、相位、入射角、激光模和結(jié)晶特性。對(duì)于激光諧振腔，變頻應(yīng)被視為激光射線的損失，并且激光諧振腔嘗試著在增益帶寬之內(nèi)的、具有較有利的增益率/損失率的另外的激光模上工作。因此，在諧振腔內(nèi)部變頻的情況下，在產(chǎn)生經(jīng)過(guò)變頻的激光光線時(shí)，會(huì)出現(xiàn)由于模階躍的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性問(wèn)題，其中，該問(wèn)題尤其能夠在高功率激光的情況下看出來(lái)。在諧振腔中返回反射時(shí)，純紅外諧振腔的光纖耦合有時(shí)造成非常不希望出現(xiàn)的張弛振蕩。此外，在諧振腔內(nèi)部進(jìn)行變頻時(shí)需要復(fù)雜的頻率選擇元件以固定波長(zhǎng)(即用于產(chǎn)生對(duì)于不進(jìn)行變頻的波長(zhǎng)而言的損失)。
[0004]對(duì)于由文獻(xiàn)US 5，083，007公開(kāi)的激光振蕩器，基本激光射束和變頻激光射束通過(guò)相同的耦出反射鏡以一預(yù)先給定的固定功率比率進(jìn)行耦出。所述兩個(gè)激光射束的所希望的功率比率在諧振腔外部通過(guò)分束器的被選出的反射覆層如所希望的那樣，但是然后固定地進(jìn)行調(diào)整。
[0005]由文獻(xiàn)GB 2 175 737 A公開(kāi)了通過(guò)使用較短波長(zhǎng)的第二激光射束來(lái)對(duì)一高能激光射束耦入到一工件中進(jìn)行改進(jìn)，該第二激光射束與第一激光射束同時(shí)并且在與第一激光射束相同的加工點(diǎn)中投射到所述工件上。利用CO2激光器形成較長(zhǎng)波長(zhǎng)的激光射束并且利用YAG激光器形成較短波長(zhǎng)的激光射束。
[0006]此外，由文獻(xiàn)US 2008/0296272 Al公開(kāi)了一種激光振蕩器，其中，不同波長(zhǎng)的兩個(gè)激光射束以可調(diào)整的調(diào)制頻率從所述激光諧振腔中交替地耦出并且分別指向到相同的加工點(diǎn)上。所述激光諧振腔包括用于產(chǎn)生第一激光射束的第一光學(xué)諧振腔路徑和用于僅僅耦出所述第一激光射束的第一耦出反射鏡、用于產(chǎn)生第二激光射束的第二光學(xué)諧振腔路徑和用于僅僅耦出所述第二激光射束的第二耦出反射鏡，以及包括一電子光學(xué)的調(diào)制器，所述調(diào)制器要么連接所述一個(gè)光學(xué)諧振腔路徑要么連接所述另一個(gè)光學(xué)諧振腔路徑。通過(guò)施加在所述電子光學(xué)調(diào)制器上的電壓脈沖序列來(lái)確定所述兩個(gè)激光射束的調(diào)制頻率。在所示出的實(shí)施方式變體中，在兩個(gè)光學(xué)諧振腔路徑中，激光活性固體的基礎(chǔ)激光射線和第二諧波激光射線分別利用調(diào)制頻率交替地產(chǎn)生并且通過(guò)對(duì)應(yīng)的耦出反射鏡從所述激光諧振腔中耦出，其中，在諧振腔外部還發(fā)生耦出的激光射束到第三和第四諧波激光射束上的頻率變換。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]與此相對(duì)的，本實(shí)用新型的任務(wù)在于在開(kāi)頭提到的類型的激光振蕩器的情況下能夠簡(jiǎn)便且快速地改變兩個(gè)耦出的激光射束的功率比率。
[0008]對(duì)于開(kāi)頭提到的激光振蕩器，根據(jù)本實(shí)用新型地通過(guò)如下方式來(lái)解決該任務(wù)，即，所述激光諧振腔具有一用于調(diào)制基礎(chǔ)激光射線和變頻激光射線的耦出比率的調(diào)制裝置。
[0009]利用根據(jù)本實(shí)用新型的激光振蕩器，在高的總效率和在高的功率下(大于10ffatt cw)，所述基礎(chǔ)激光射線和所述變頻激光射線能夠以可近乎隨意調(diào)整的功率比率同時(shí)被耦出并且可供用于加工過(guò)程?？勺兊鸟畛霰嚷誓軌?qū)崿F(xiàn)工件借助于兩個(gè)激光射束的優(yōu)化加工。因此在加工開(kāi)始時(shí)(插入過(guò)程)，所述工件材料還是冷的并且需要很多能量，從而使得利用近乎100 %的變頻激光射線來(lái)進(jìn)行工作。在進(jìn)一步的加工進(jìn)程中，尤其總功率起作用，從而使得所述變頻激光射線的份額可以回落。
[0010]在本實(shí)用新型第一優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述耦出比率調(diào)制裝置通過(guò)一用于使所述基礎(chǔ)激光射線與偏振相關(guān)地耦出的、與偏振相關(guān)的耦出反射鏡和一用于調(diào)整投射到所述耦出反射鏡上的所述基礎(chǔ)激光射線的偏振方向的偏振調(diào)制器來(lái)構(gòu)成。該偏振調(diào)制能夠機(jī)械式在ms范圍中，例如利用可馬達(dá)式轉(zhuǎn)動(dòng)的減速板進(jìn)行，或者電子光學(xué)地(或者還有電彈性或光磁地)在ns范圍至μ s范圍中利用一可電操控的偏振調(diào)制器(例如普克爾斯盒)進(jìn)行。
[0011]在本實(shí)用新型的第二種實(shí)施方式中，通過(guò)一用于調(diào)節(jié)所述非線性固體的溫度的加熱和/或冷卻裝置構(gòu)成所述耦出比率調(diào)制裝置。所述非線性固體的變頻與溫度相關(guān)并且因而可以通過(guò)所述非線性固體的溫度有針對(duì)性地進(jìn)行調(diào)整。
[0012]在本實(shí)用新型的第三種實(shí)施方式中，通過(guò)一用于使所述非線性固體相對(duì)于入射的基礎(chǔ)激光射線轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置來(lái)構(gòu)成所述耦出比率調(diào)制裝置。所述非線性固體的變頻效率依賴于所述基礎(chǔ)激光射線的入射角并且因而可以通過(guò)所述非線性固體的轉(zhuǎn)動(dòng)角度有針對(duì)性地進(jìn)行調(diào)整。
[0013]激光活性介質(zhì)例如可以具有一主晶體，所述主晶體由包括YAG、YV04、Υ03、Sc203、Lu203、KGdW04、KYff04, YAP、YALO、GGG、GSGG、GSAG、LBS、GCOB、FAP、SFAP、YLF 等的組中選出。這些主晶體可以分別摻入作為活性材料的Yb3+或者Nd3+、Ho、Tm3等。所述激光活性固體例如可以是Yb: YAG或者Nd: YAG，其中，Yb: YAG基于其較高的效率為優(yōu)選的，但是基于其相較于Nd = YAG較寬的增益波譜需要選擇波長(zhǎng)的元件。
[0014]本實(shí)用新型也涉及一種用于產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的兩個(gè)激光射束的方法，所述方法尤其是用于借助于所述兩個(gè)激光射束對(duì)一工件進(jìn)行激光加工，其中，所述兩個(gè)激光射束在一激光諧振腔中形成作為一激光活性固體的基礎(chǔ)激光射線和變頻激光射線并且通過(guò)至少一個(gè)耦出反射鏡從所述激光諧振腔中同時(shí)耦出，并且其中，在諧振腔內(nèi)通過(guò)調(diào)制基礎(chǔ)激光射線和變頻激光射線的所述耦出比率來(lái)調(diào)整兩個(gè)耦出的激光射束的功率比率。
[0015]優(yōu)選在一加工過(guò)程進(jìn)行中改變基礎(chǔ)激光射線和變頻激光射線的所述耦出比率。因此例如在該加工過(guò)程開(kāi)始時(shí)，耦出的變頻激光射線的功率份額可以是至少25%、優(yōu)選至少50%、特別優(yōu)選至少90%并且隨后在進(jìn)一步的加工過(guò)程中被降低到小于50%、優(yōu)選降低到0.1%和20%之間。該可變的耦出比率能夠?qū)崿F(xiàn)借助所述兩個(gè)激光射束對(duì)所述工件進(jìn)行優(yōu)化地加工。因此在加工開(kāi)始(插入過(guò)程)時(shí)，所述工件材料還是冷的并且還具有對(duì)紅外射線較小的吸收，從而使得需要較高份額的變頻激光射線。對(duì)于銅材料，該效果尤其突出。在進(jìn)一步的加工進(jìn)程中，尤其總效率起作用，從而使得所述變頻激光射線的份額能夠回落。
[0016]從權(quán)利要求書(shū)、說(shuō)明書(shū)和附圖中得出本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)。同樣能夠?qū)ι衔奶岬降暮瓦€要進(jìn)一步實(shí)施的特征各本身地或者多個(gè)地以任意組合的方式進(jìn)行應(yīng)用。所示出的和所描述的實(shí)施例不應(yīng)理解成排他性的列舉，而是確切地說(shuō)具有為了對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行描述的示例性性質(zhì)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]其示出了，
[0018]圖1