[发明专利]用于形成用于激光加工的辐射的方法和设备

说明书

本发明涉及一种用于材料加工的方法和激光器装置，其中在激光器装置中将激光光束聚焦到加工/成像平面上并且所述激光光束能够借助至少一个光束形成器在其强度分布方面被适配。在此规定，为了避免在所述加工/成像平面中的均匀性误差，所述激光光束借助至少一个分束器被划分成至少两个子光束或单光束并且所述子光束或单光束不同地受影响或每个子光束或单光束由具有不同波长的激光源形成，所述子光束或单光束在其聚集并聚焦到所述加工/成像平面上之后形成具有强度轮廓的输出光束，其中所述强度轮廓的相邻的强度最大值在其光特性方面不同。因此可以防止干扰性的干涉形成，使得干扰性的散斑图案尽可能被去除，由此尤其针对激光加工过程能够明显改善光束形状的质量。

技术领域

本发明涉及一种用于在激光加工过程中进行光束形成的方法，其中在激光器装置中可以将激光光束聚焦到加工/成像平面上并且可以借助至少一个光束形成器在激光光束的强度分布方面适配该激光光束。

此外，本发明涉及一种设备，尤其激光器装置，具有用于执行根据本发明的方法的计算机单元。

背景技术

在激光材料加工中（激光烧蚀、激光熔接、激光钎焊、激光清洁、激光钻孔、激光烧结、激光熔融等），在大多数情况下利用被聚焦的激光光束来工作，所述激光光束具有高斯形的强度分布。但是对这些过程中的许多过程有大的优点是，使加工平面中的强度分布与所述过程适配。加工平面中的光束形成在此为激光工艺开发提供巨大的优化潜力。

为了能够使激光光束以其强度分布形成，必须调制所述激光光束的相位、所述激光光束的幅度或一起调制这两者。相应地存在相位调制器、幅度调制器或相位和幅度调制器。幅度调制器（例如DMD微镜阵列）的大的缺点在于，在所述幅度调制器用于光束形成时原始光束的激光辐射的至少一部分大多被遮挡，由此总系统的能量效率下降。相位调制器的优点在于，这些相位调制器并不影响原始光束的幅度并且因此可以将（几乎）全部的能量用于激光加工过程。相位调制器又基于两种不同的原理-折射（Refraktion）原理和衍射原理（Diffraktion）。相应地，存在折射和衍射光束形成器。前者在其光束形成的可能性方面相当受限制。主要只能产生简单的和通常也轴对称的辐射形成、如所谓的平顶（Top Hat）光束、贝塞尔光束、艾里光束、圆环等等。复杂的几何形状、尤其不具有旋转或矩形对称性的这种几何形状要求使用自由形状面。相应的设计和制造方法已经被开发，但还不是工业标准。而衍射光束形成器提供用于光束形成和光束分离的更多可能性，因为相应的微光学结构例如可以利用光刻方法、压铸或压印来制造并且借助所建立的相位恢复算法来计算。此外，在市场上例如基于液晶技术或微镜阵列的可切换的光束形成器越来越多地可用。

衍射光束形成器大多是1D或2D阵列结构，其将离散化的相位延迟（相位分布）外加到入射的（未形成的）激光光束上。通过改变入射的激光光束的相位分布同样改变/调制其在傅里叶平面（焦平面）中的强度分布。已知的衍射光束形成器例如是所谓的衍射光学元件（DOE），所述衍射光学元件由玻璃或者塑料构建并且已加上固定的不可改变的衍射结构。灵活的/可编程的光束形成器、诸如空间光调制器（SLM）、优选地基于液晶的具有双折射液晶的相位调制器也是更广泛已知的。

在DOE中加上的或在SLM上被编程的衍射结构被称为相位掩模。为了设计这些相位掩模使用不同的算法，所述算法根据对光束形成的要求来选择。广泛流行的是基于迭代傅里叶变换算法（IFTA）的所谓的衍射漫射器算法。该算法的任务在于，通过外加相位掩模由入射的未形成的光束产生大量衍射级，所述衍射级在加工平面中得出所期望的光束轮廓或所期望的强度分布。在此，衍射漫射器算法（此外IFTA）可以被用于光束分离和光束形成。当各个所产生的衍射级彼此有足够的间距并且在一定程度上不重叠时，谈及光束分离。当各个衍射级靠近地在一起并且通过其局部叠加得出作为平面的强度分布外加的所期望的光束轮廓时，谈及光束形成。

借助IFTA产生的相位掩模相对于其他算法提供多个优点并且因此优选地被使用在激光材料加工中。衍射漫射器算法IFTA：

- 提供激光辐射的能量利用的非常高的效率（少量散射辐射）