[发明专利]用于光束扫描的测量探针

说明书

本发明涉及一种用于扫描光束(10)或激光束的测量探针。该测量探针适合用于直接扫描具有非常高的功率的激光束以及适合用于确定具有高空间分辨率和高信噪比的光束(10)的几何参数，因为测量探针对测量探针内部的多次反射不敏感。为此，提出一种装置，该装置包括具有光束入射面(22)、光束出射面(23)、样品光出射面(25)以及探针区域(30)的扫描体(20)。该装置还包括检测器(40)和用于提供扫描体(20)与光束(10)之间的相对运动的装置。扫描体(20)是杆状的，并且由透明的导光材料组成。扫描体(20)具有用于在扫描体(20)上形成表面部分(27)的凹槽(21)，该表面部分(27)包括光束入射面(22)或光束出射面(23)。光束入射面(22)的法线方向(28)相对于光束出射面(23)的法线方向(29)以5°至20°范围的角度α倾斜。探针区域(30)布置在扫描体(20)的横截面平面(26')中，该横截面平面(26')位于凹槽(21)的区域中。横截面平面(26')中的扫描体(20)的横截面尺寸(D')是凹槽(21)外部的横截面平面(26)中的扫描体(20)的横截面尺寸(D)的至少50％。探针区域(30)具有光偏转结构。检测器(40)被布置用于检测至少一部分由探针区域(30)从光束(10)偏转的光束分量(15)。

技术领域

本发明涉及一种用于扫描光束或激光束的装置。本发明适合用于确定几何参数，例如光束或激光束的横截面中的强度分布、光束轮廓或光束直径。本发明能够实现直接扫描具有最大亮度且功率在千瓦级和数千瓦级的激光束，而无需事先衰减激光束。该装置可以用于在不同平面中扫描多个光束横截面，并且因此也可以用于确定光束参数乘积、光束传播因子或激光束的聚焦位置。由于降低了对测量探针内的干扰性光反射的敏感性，本发明能够实现以高信噪比和高精度来进行测量。

背景技术

为了描述光束或激光束，一方面使用积分参量，例如能量或功率。另外，还需要几何参数，以便描述光束的传播和可聚焦性。这样的几何参数例如是光束直径、光束轮廓、聚焦位置或光束参数乘积。光束参数乘积描述了光束腰部的半径(即例如可能存在于光束的聚焦平面中的最小光束半径)与光束的孔径角的乘积，因此是光束或激光束的可聚焦性的指标。同一事物的其他指标或名称是光束质量、光束质量指数、光束传播因子、模式因子或衍射指标。在使用光束工作的许多生产过程中，必须定期测量光束参数以进行质量控制。

为了确定光束参数，例如根据标准ISO 11146，光束的强度分布或相对功率密度必须在光束的几个横截面平面中通过具有空间分辨率的方式进行确定。

为了扫描光束的横截面平面中的强度分布，从现有技术中已知许多方法。测量的主要可能性是将光束引导到有空间分辨力的传感器上，例如引导到CCD相机上，并以此方式确定光束横截面中的强度分布。用有空间分辨力的传感器进行的这种直接测量不适合于较高功率的光束，因为功率较高时，直接置入光束中的传感器有可能将被破坏。然后必须先衰减光束。反过来，在光束衰减的情况下，必须付出非常大的努力以确保例如由于感应的热光学效应而不会被衰减装置改变光束特性。

因此，期望在聚焦区域中直接测量光束，以便精确地测量和检验例如在激光材料加工时影响过程的特性。

用于直接测量光束的常用方法是在光栅运动中扫描强度分布，例如通过一种装置逐行扫描，该装置从光束的一小部分中取样，并且将样品辐射引导到检测器上。

例如，DE 199 09 595 A1公开了这种类型的装置。其中，以针孔或小针孔扫描光束，其特点在于，在针孔后面布置了散射体，由此获得的测量信号较少依赖于待测量的辐射的入射方向。WO 2009/000500 A1中示出了这种类型的另一种装置。在这里，部分光束通过孔或空心针状扫描头从光束中耦合出来，该扫描头扫描光束横截面。借助透镜将部分光束引导至位置分辨的检测器，以便生成波前特定的测量数据。

测量装置的扫描头并非总是必须与移动装置耦合在一起。如果要测量由扫描仪光学器件产生的光束，则可以使用扫描仪光学器件的光束偏转装置，在光栅运动中引导光束通过扫描头上方。DE 10 2005 038 587 A1和DE 10 2011 006 553 A1例如公开了这样的装置和方法。