[发明专利]激光束分析装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求当前未决的美国非临时专利申请No.12/756,476的优先权，该申请在2010年4月8日提交，题目为“Laser Beam AnalysisApparatus”，其通过引用在此并入。

技术领域

本发明一般地涉及分析激光束领域。具体地，涉及分析高功率激光束领域。

背景技术

常规的用于分析高功率激光束的装置包括旋转针，其起相似刀口的作用。旋转针将聚焦激光束的少量样本反射进检测器。当针旋转时，它沿着光轴移动并且测量聚焦激光束的束腰。

Primes GmbH销售一种能够测量达到10千瓦、CW功率的单元。该单元需要仔细对准并且花费许多分钟来进行测量。它很笨重并且不利于在生产过程中的实时测量。

诸如美国专利No.5,064,284、5,069,527、5,078,491、5,100,231、5,214,485、5,267,012和5,459,565的多个专利公开了一种使光束通过旋转刀口然后将焦点沿着光轴平移至检测器来分析多模激光束的方法。

该方法的缺点是装置笨重并且需要许多移动部件。因此不利于激光束的快速和实时地分析。

美国专利No.5,329,350公开了一种通过利用一对楔形物和第二衰减组件衰减光束来分析激光束的方法。光然后通过透镜和一系列的部分反射板，其中产生的光束数量是使用的部分反射性板数量的两倍，并且然后将该光束引导到检测器上以同时地查看多个斑点。

这个方法需要相当多的光学器件并且通常地仅限于利用长焦距透镜分析激光束。因为堆叠一系列板限制了可以测量的束腰并且很难制造允许分析具有远小于大约三百毫米（300mm）焦距的光束的薄板，因此存在这种限制。

在上述专利中公开的较早发明不能够使用常规材料处理系统的全部光学构件来分析光束。现有技术设备也需要离线测量该激光束。

美国专利No.6,313,910公开了一种孔径旋转，该孔径沿着待分析的束腰的光轴位移。该设备十分地紧凑并且允许更实时地测量，但是包括了减慢测量过程的移动部件，并且没有提供可接受的衰减装置来分析数十千瓦的功率激光。

因而需要用于分析高功率激光束的装置，该装置是小型的并且没有移动部件，具有少量的光学器件，使用常规材料处理系统的全部光学构件，并且以可接受的方式衰减光束使得可以在原处测量该光束。

然而，鉴于在做出本发明时被视为整体的现有技术，对于本领域的技术人员如何克服现有技术的局限性不是显而易见的。

发明内容

现在通过新的、有用的、并且非显而易见的发明满足了对在线实时分析激光束的、没有移动部件紧凑装置的长期存在而迄今无法满足的需求。

该新的装置能够实时测量和分析由高功率激光器产生的激光束的空间轮廓、圆度、形心、像散和M2值。本装置采用了在过程应用中使用的光学器件，包括聚焦透镜和覆盖玻璃。

新装置采用的最小数量的光学器件来衰减高功率激光束并且提供了多个聚焦激光斑点。每一个斑点表示感兴趣的聚焦束腰的一部分。每一个斑点撞击到单个CCD、CMOS或任何其他像素化检测器或相机上。因此本装置提供了关于激光光束特性的实时数据。

更具体地，本发明的使得能够分析高功率激光束的装置包括衰减模块，该衰减模块包括一对高反射镜板，该一对高反射镜板以相对于激光束的共同入射角、以彼此平行隔开的关系设置。

该一对高反射镜板包括第一镜，该第一镜在其面向该激光束的源的第一表面上具有抗反射涂层，并且在其背对该源的第二表面上具有高反射性涂层。

该一对高反射镜板进一步地包括第二镜，该第二镜在其背对该源的第二表面上具有抗反射涂层，并且在其面向该源的第一表面上具有高反射性涂层。

第一束流收集器（beam dump）在该激光束的传播路径之外并且以接收由该第一和第二镜反射的光的关系定位。

第一相机检测通过该第一和第二镜的光的斑点。该激光束被充分地衰减，使得该激光束可以被该第一相机分析。

聚焦透镜设置在该源和该衰减多斑点模块之间，并且道威棱镜(dove prism)设置在该源和该聚焦透镜之间。第二相机设置在该激光束的传播路径之外，并且该道威棱镜具有第一反射表面，该第一反射表面将至少一些来自该激光束的光反射进该第二相机。