[发明专利]具有声光调制器的调QCO2激光材料加工系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于射束成形的具有声光调制器（AOM）的调Q（gütegeschaltet）CO₂激光材料加工系统。

背景技术

很多技术相关的材料加工任务可以非常高效地利用极大不同的具体结构方式的CO₂激光器来解决。然而，这些任务经常与脉冲辐射绑定（an…gebunden），例如具有高质量要求的钻孔。但是，刚好这里有已知的商业上可用的CO₂激光器的某种弱点：其可脉冲性（Pulsbarkeit）通过辐射在红外线中围绕大约10μm的波长范围主要通过以下方式来限制，即仅存在有限数量的光学透明材料，所述光学透明材料适用于在对于激光材料加工所需要的高平均功率的情况下调制、尤其调Q（Güteschaltung）。除了具有其已知缺点的机械开关外，实际上仅仅应用基于锗的声光调制器（AOM）和基于CdTe的电光调制器（EOM）用于现代CO₂激光器的调Q，然而关于在自长时间以来通常的谐振器设计（Resonatordesign）情况下可实现的平均功率具有相对窄的极限。在WO 2013/113306 A8中所描述的调Q CO₂激光系统示出一种摆脱这种冲突的出路，所述调Q CO₂激光系统原则上允许调Q CO₂激光系统直至kW范围中的平均功率。

本发明技术问题

本发明的目标是提供CO₂激光材料加工系统，所述CO₂激光材料加工系统一方面借助于声光调制器（AOM）被调Q，并且另一方面借助于另一AOM极端高效地与从工件反折的辐射退耦，其中所述另一AOM布置在外部、也即布置在激光谐振器之外。

发明内容

为了解决所述技术问题，本发明教导权利要求1的主题。在从属权利要求中说明优选的实施方式。

在本发明的范围中，仅仅考虑在尽可能功率强的、此外适用于激光材料加工的调Q CO₂激光系统中AOM的使用，其中外部的、也即在激光谐振器之外进行的射束成形、尤其激光与从工件反折的辐射的隔离也被包括在内。在此，一般情况下被忽略的因素、即在AOM处衍射的射束的频移是本发明的中心，所述频移所具有的原因在于在运行中的（laufende）光栅处的衍射，并且对应于以下频率，利用所述频率产生所述运行中的光栅。如果使用经衍射的射束（这出于下面阐述的原因经常是有意义的或者甚至是需要的），那么所述事实决定性地影响增强型活性介质就积极和消极方面来说对辐射的作用。

为了理解按照本发明的解决方案，必须进一步考虑在AOM的经衍射的射束中辐射频率的影响与活性介质的增益分布图（Gain-Profil）的频谱宽度之间的关联。这也根据仅仅示出实施例的图进一步予以阐述，所述图随后详细地被表示。

众所周知，在AOM中的运行中的光栅处的布拉格衍射的情况下，频率f_AOM根据光栅的运行方向以加法或减法的方式与射到AOM上的光波的频率f相加（aufprägen），使得对于经衍射的波的得出的频率f_B适用的是：

f_B=f±f_AOM，

其中通过换能器（Transducer）以所述频率f_AOM产生所述光栅。

所述经频移的波现在如何与活性介质交互作用、也即偏移（Verschiebung）如何作用于增益在CO₂激光器中，主要有确定增益分布图g(f-f₀)的两个谱线展宽机制，即多普勒展宽和压致展宽。

作为非均匀谱线展宽的多普勒展宽对于增益分布图g(f-f₀)按照具有谐振频率f₀和半值宽度Δf的函数

得到高斯分布图。图1图解：增益相对于在f=f₀时的最大值如何随着相比于谐振频率生长的频移而减小。如果f_AOM和Δf进入相同的数量级，那么该事实对于激光系统的功能获得决定性的重要性。

作为均匀谱线展宽的压致展宽对于增益分布图按照函数

得到洛伦兹分布图。