CN102149508A - 利用通过衍射光学部件修改激光束品质因子的装置的激光切割方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用激光束(10)切割待切割的工件(30)的方法，其中产生入射激光束(10)，所述入射激光束具有由激光源(1)、优选为掺镱或掺铒光纤激光源所给定的初始光束参数乘积(BPP)，所述激光源耦接到用于传输光束的至少一个光纤。将所述入射激光束(10)引到包括至少一个光学聚焦装置(14)的聚焦头(3、4)。用所述光学聚焦装置(14)对入射激光束(10)聚焦以便得到聚焦激光束，并用该聚焦激光束切割工件(30)。按照本发明，通过光学装置(16)调节或修改入射激光束(10)的品质因子，该光学装置(16)设计成能修改或改变激光束的BPP，以便得到具有与所述入射激光束的BPP不同的修改的BPP的修改的聚焦激光束(10b)。本发明还涉及用于实施所述方法的相关设备。

Description

利用通过衍射光学部件修改激光束品质因子的装置的激光切割方法和设备
技术领域
本发明涉及一种激光切割方法，该激光切割方法的效率通过使用一种光学装置得以提高，所述光学装置用于修改激光束、尤其是从掺镱光纤激光装置发出的激光束的品质。
背景技术
CO2激光器在工业中广泛地应用于切割金属和非金属材料。
固态激光器例如掺镱光纤激光器也已经得益于近年来的重要发展，并且将多个KW的功率水平与极好的光束品质相结合，这与体固态激光器、即Nd:YAG(掺钕钇铝石榴石)激光器不同。
除了使光纤激光器作为用于金属材料的工业切割的非常合适的激光源的特性(在此情况下所述特性是：更好地被金属吸收并能通过光纤传输的比CO2激光器的波长更短的波长、更小的尺寸和更高的可靠性)之外，预期上述固态激光器的高亮度将显著地提高切割性能。
一般可以认为，以小光束直径和低发散角将大功率激光束聚焦到待切割的工件上可以导致速度和切割品质(即没有毛刺的直切割面)的增加。
此外，通过使光束的瑞利长度(Rayleigh length)最大化，可以使上述方法对于在材料的厚度中定位焦点这方面更为宽松。
当上述切割方法使用具有良好的光束品质或BPP(光束参数乘积)的激光源时，这些条件得到满足。激光束的品质通过它的BPP进行量度，所述BPP表达为激光束的束腰半径ω与它的发散半角θ的乘积，如图5a和5b中所示。
因此，应该理解为何经常优选地选择低BPP的激光束以保证良好的切割性能。尤其当切割小厚度即小于4mm的金属材料时更证实了这一点，其中，较低的BPP通常意味着由于方法的效率更好而使切割速度增加。
然而，还可以预期的是，尤其在较大厚度、通常是4mm及以上的情况下，较高的BPP促进除去在光束通过之后仍保持附着在切割面的底部处的毛刺。特别地，在低碳钢和不锈钢的切割试验中，对于8-10mm厚的低碳钢板和4mm厚的不锈钢板使用具有较高BPP的激光束达到了更好的毛刺去除效果。已经发现，较大直径的激光束对待切割工件的冲击使工件能打开更宽的切缝，从而增加了切割气体的穿透力和效率。
除了这种现象之外，改变聚焦光束的BPP的事实使得能够修改光束能量在整个切割深度上的空间分布。因此，当激光束用于切割应用时，根据待切割的厚度范围改变光束的BPP的可能性具有很大的好处，尤其是对于要求很高的应用例如切割小的轮廓，其中去除残留毛刺是个重要问题。
然而，BPP是由发射激光束的光纤的特性以及激光源的特性所导致的参数。因此，该参数对于使用光纤激光器的切割方法的性能尤其是切割速度和切割品质有影响。
优化方法性能的一种解决方案是使用一批具有不同直径的光纤以便具有若干BPP值。然而，该方案在不推荐密集处理光纤的工业环境中是不可设想的。另外还提出使用光纤耦合器，该光纤耦合器是价格昂贵的元件，且其性能随着时间推移而变差。
在这方面，希望能够用简单的方式提高光纤激光器切割方法的效率，尤其是切割速度和/或切割品质，而不必使用若干光纤以提供不同的BPP值，且也不必尤其是根据待切割的材料的厚度和/或所述待切割的材料的组成来设定激光束的BPP，以便优化切割方法的速度和品质性能。
发明内容
因此，上述问题的一种解决方案是一种使用激光束切割工件的方法，其中：
a)通过耦接到至少一个用于传输光束的光纤的激光源产生具有给定的初始光束品质(BPP)的入射激光束；
b)将所述入射激光束引到具有至少一个聚焦光学器件的聚焦头；
c)利用聚焦光学器件将入射激光束聚焦以便得到聚焦激光束；和
d)利用也称为切割激光束的聚焦激光束来切割工件，
其特征在于，利用光学装置调节或修改入射激光束的BPP，该光学装置适合于和设计成修改或作用于所述激光束的BPP，以便得到具有修改的BPP的修改的聚焦激光束，所述修改的BPP与所述入射激光束的BPP、即没有修改BPP的光学装置时的BPP不同，所述光学装置包括至少一个衍射光学部件并能产生修改的聚焦激光束，所述修改的聚焦激光束的BPP与入射激光束的初始BPP的差别是等于或大于1.2但小于或等于5的倍增因数。
根据具体情况，本发明的方法可以包括一个或多个以下特征：
-适当地设计成用于修改激光束的BPP的光学装置放置在激光束的路径中，优选地放置在光束传输光纤和聚焦光学器件之间；
-入射激光束在通过修改BPP的光学装置之前的BPP是在0.33～25mm.mrad之间，特别在传输光纤的直径为200μm或更小的情况下，优选地小于或等于10mm.mrad；
-修改BPP的光学装置能够将激光束的BPP放大的倍数是等于或大于1.5倍和/或小于或等于3倍；
-修改BPP的光学装置是至少一个透射式或反射式衍射光学元件；
-聚焦头包括至少一个聚焦光学器件，所述光学装置适合于和设计成修改入射激光束的BPP，优选地聚焦头还包括至少一个光束准直(collimation)光学器件；
-透射式光学装置由熔融石英、石英、特种玻璃、硫化锌(ZnS)或硒化锌(ZnSe)制成，且优选地包括抗反射涂层；
-所述光学装置的厚度在0.5～10mm之间，优选地在3～7mm之间，且有利地是直径优选地在25～75mm之间的圆形；
-所述光学装置为反射类型，以5～50°的入射角(α)工作，由熔融石英、石英、特种玻璃、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)或金属材料制成，且优选地包括反射涂层；
-所述光学装置设计成修改BPP，以及将优选为高斯(Gaussian)或准高斯类型的初始光束的强度分布修改成另一种强度分布，例如环类型分布，即空心环形或圈饼形分布；
-所述光学装置将衍射功能与其它功能尤其是激光束聚焦功能相结合；
-激光束的波长是在1.06～1.10μm之间；
-激光束的功率是在0.1～25kw之间；以及
-激光束由掺镱或掺铒光纤激光源产生，优选地由掺镱光纤产生。
本发明还涉及一种激光切割单元，该激光切割单元包括激光源，尤其是包含至少一个掺镱或掺铒光纤、优选为掺镱光纤的激光源，所述激光源耦接到光束传输光纤以便产生传播到聚焦头的具有给定的初始BPP的入射激光束，所述聚焦头包括聚焦光学器件，其特征在于，至少一个适合于和设计成修改或调节聚焦激光束的BPP的光学装置设置在光束的路径中，优选地设置在光束传输光纤和聚焦光学器件之间，所述光学装置包括至少一个衍射光学部件，并适合于和设计成产生修改的聚焦激光束，所述修改的聚焦激光束的BPP与入射激光束的初始BPP的差别为等于或大于1.2但小于或等于5的倍增因数。
附图说明
从下面参照附图给出的说明将更好地理解本发明，其中：
-图1示出没有实施本发明的激光切割单元的示例；
-图2-4示出实施本发明的示例；
-图5a和5b示出在激光束的路径中不存在及存在本发明的衍射光学元件的情况下，具有主要参数(即激光束的束腰半径和发散度)的聚焦激光束，并示意性示出这种元件可以对聚焦激光束的参数有何影响的示例；
-图6示出在插入本发明的衍射光学元件之前和之后，沿着传播轴线的聚焦激光束的半径变化的实验性测量；
-图7和8示出对低碳钢和不锈钢进行的切割试验的结果，从而能够比较用具有两种不同BPP值的聚焦激光束所得到的性能；和
-图9是本发明的激光切割单元的一个实施例的框图。
具体实施方式
如图1-4和9所示，为了用激光束10进行切割，通常使用包括激光源1的激光切割单元，该激光源1也称为激光发生器或激光装置，其耦接到传输光纤2以便产生入射激光束10，所述入射激光束10传播到包括激光管嘴4的聚焦头3，该激光管嘴4面向待切割的工件30设置。
有利地，激光源1是由掺镱光纤组成的源，也就是说，包括若干含有镱(Yb)或掺镱的光纤，所述激光源1用来产生激光辐射。这类镱光纤激光源可以广泛地商购获得。
可选择地，激光源1也可以是掺铒光纤源。
经由设在聚焦头3的壁中的气体入口5向所述聚焦头3供应辅助气体，并且，来自气体源例如一个或多个气瓶、储罐或者一个或多个气体管线例如气体分配网络的加压的气体或气体混合物经由该气体入口5被引到管嘴4的上游，并经由该管嘴4排向待用激光束切割的工件30。
所述辅助气体用于将熔融的金属从利用激光束10熔化金属所得到的切缝12中排出，所述激光束10相对于待切割的工件30的表面聚焦在位置11处。
根据待切割的材料的特性，尤其是它的组成、等级及厚度进行气体的选择。
例如，空气、氧、氮/氧混合物或氦/氮混合物可以用来切割钢，而氮、氮/氢混合物或氩/氮混合物可以用来切割铝或不锈钢。
实际上，待激光切割的工件30可以用各种金属材料例如钢、不锈钢、低碳钢或者轻质合金例如铝及其合金、甚至钛及其合金制成，并可以具有通常在0.1mm～30mm之间的厚度。
在切割过程中，激光束10可以在工件30中(在位置11处)聚焦或靠近工件30聚焦，即，在外部聚焦，也就是说在工件30的上表面30a的上方或下表面30b的下方几个毫米处聚焦；在内部聚焦，也就是说在工件30的厚度中聚焦；或者在待切割的工件30的上表面30a或下表面30b上聚焦。优选地，焦斑的位置11位于工件30的上表面30a上方5mm和下表面30b下方5mm之间。
在本发明的切割方法中所用的激光束10优选地由固态激光器、优选为光纤激光器产生，激光束10的波长优选地在1.06～1.10μm之间。激光束10的功率通常在0.1～25kw之间，优选地在1～8kw之间。
激光发生器1可以用连续方式、准连续方式或脉冲方式工作。激光发生效应、也就是说用来产生激光辐射的光放大现象通过放大介质得到，所述放大介质优选地由激光二极管泵浦并包括一个或者通常一个以上的掺杂光纤，优选为掺镱石英光纤。激光束然后被发射并经由一个或多个光学传输光纤传输，该光学传输光纤优选地用熔融石英制成，其直径通常在50～200μm之间，并且传输光纤不合镱。
根据激光源1的特性和光束传输光纤2的直径，入射光束10的BPP值和初始聚焦光束的BPP值是在0.33～25mm.mrad之间，在传输光纤的直径为200μm或更小的情况下，优选地等于或小于10mm.mrad。
可以看到，然后利用光学装置13、14、15将激光束10引导和聚焦到待切割的工件30上，并且按照本发明，利用一个或多个光学装置16来修改或调节入射激光束的BPP，以便得到具有修改的BPP的修改的聚焦光束10b(图2-4和9)，所述修改的BPP与初始聚焦光束、即如同现有技术(图1)的具有未修改的BPP的光束10a的初始BPP不同。
更确切地说，一个或多个准直光学器件13，改向光学器件15和聚焦光学器件14使激光束10能够通过传输光纤2传播和输送到工件30。这些光学部件或元件可以透射或反射方式工作。因此，光学准直和/或聚焦系统可以包括透镜或反射镜、球面或非球面类型的反射镜例如抛物面或椭圆反射镜。
这些光学部件13-15可以从市售的各种类型的反射镜和透镜中选择。它们可以用下列类型的材料制成：熔融石英、石英、特种玻璃、ZnS、ZnSe或金属材料例如铜、或能够在用于激光束10的聚焦头3中使用的任何其它材料。
按照本发明，为了提高使用由光纤激光源1和传输光纤2输送的激光束10的切割方法的效率，将一个或多个光学装置或部件16放置在光束10的路径中，优选地在激光切割头3中，从而能够在不使切割单元复杂化的情况下得到修改的聚焦激光束，所述修改的聚焦激光束具有与激光束10的给定的初始BPP不同的BPP。
更确切地说，形成本发明的主题的光学装置16设计成用于修改聚焦激光束的BPP，以便经修改的BPP与光纤发射的光束的给定的初始BPP的差别是在1.2～5之间的倍增因数，因此使BPP增加至优选地至少1.5倍。
如图5a和5b中所示，光学装置16通过修改聚焦激光束10a的主要参数(即束腰半径ωa和发散度θa)来改变初始聚焦光束的BPP值。因此光学装置16使得能够得到聚集光束10b，该聚集光束10b的BPP与没有所述光学装置16时得到的聚焦光束10a的BPP不同。
聚焦光束10b具有与未经修改的光束10a的优选为高斯或准高斯类型的强度分布类似的强度分布，或者具有不同的强度分布，例如环类型即空心环形或圈饼形分布。
图2-4示出本发明的不同实施例，即透射实施例和反射实施例。
在第一实施例中，本发明的光学装置16以透射方式工作(图2和3)。在透射方式中，用来制造光学装置16的材料可以是熔融石英、石英、特种玻璃、ZnS或ZnSe类型的材料、或在工作波长下透射的任何其它材料。该部件的两个表面优选地通过沉积抗反射涂层或类似物进行处理。然而，光学部件16也可以在没有抗反射涂层的情况下工作。
在这种情况下，结合在切割头3中的用于使光束准直、改向和聚焦的光学器件以透射方式工作(图1和2)，或者它们包括至少一个以5～50°的入射角α工作的反射部件，例如平面反射镜(图3)或者球面或非球面形反射镜。
可选择地，用于修改BPP的装置包括至少一个构造成以5～50°的入射角α通过反射方式工作的光学元件(图4)。在反射(方式)中，光学部件16的至少一个面覆盖反射涂层。用来制造光学装置16的材料可以是熔融石英、石英、特种玻璃、ZnS或ZnSe类型的材料、或者金属材料例如铜。
此外，用于修改聚焦光束10a的BPP的装置可以应用用于使光束聚焦、校正或均匀化的其它类型的光学功能。优选地，本发明的光学装置结合了聚焦功能和修改聚焦激光束的BPP的功能。
部件16的厚度通常是在0.5～10mm之间，优选地在3～7mm之间。如果要求装置承受高压或高温，也就是说可能达到25bar的压力和100℃以上的温度，则这些厚度值是优选的。通常，部件16是圆形的且其直径在约25～75mm之间，优选地等于切割头3的准直和聚焦光学元件的直径。
从下面的说明将更好地理解体现本发明的光学装置的性质。
用于修改激光束的BPP的光学装置16由光相位部件(optical phasecomponent)、或者更优选地由衍射光学元件形成。该部件用于对入射光束10的波前相位进行空间调制。通过使用合适的相位调制装置，可以改变、调节或修改入射光束10的波前，以便得到具有需要的BPP值的聚焦光束10b，所述需要的BPP值与入射光束10的BPP值不同。
光学装置16结合到激光切割头(3、4)中并设置在激光束10的光路中，如图9中所示。优选地，适合于和设计成用于修改激光束的BPP的光学装置16定位在经过准直的激光束10的路径中的一个或多个聚焦光学器件14的前面。
根据本发明的实施例，使用衍射光学元件16来修改聚焦光束10a的BPP，如图1中所示。衍射光学器件16的表面具有在部件16的衬底中蚀刻到工作波长数量级的可变深度的微结构。这些微型凹凸部形成2D相图，所述2D相图导致入射波发生局部可变衍射和相移。通常，衍射光学元件16具有在两个或更多层面的蚀刻深度。因此光学元件16的相位调制图包括两个或更多相移值。所采用的元件16的相位分布设计成用于修改激光束的BPP，以便得到聚焦光束10b，该聚焦光束10b的BPP与没有衍射光学元件16的情况下得到的聚焦光束10a的BPP不同。
能够在光束成形光学部件16上实施的空间相位调制图的例子和用于制造这些部件的技术的例子在下列文献中给出，读者可以参阅这些文献以获得关于这方面的其它细节：
-“Diffractive Optics：Design，Fabrication and Test”，D.C.O’shea et al.，SPIE Press，Bellingham，Washington(2003)；
-“Creation of Diffractive Optical Elements by One Step E-beamLithography for Optoelectronics andX-ray Lithography”，A.A.Aristov et al.，Baltic Electronics Conference，October 7-11，1996，P.483-486，Tallinn，Estonia；以及
-“Development of Diffractive Beam Homogenizer”，T.Hirai et al.，SEITechnical Review，No.60，June 2005，P.17-23。
此外，衍射光学器件16可以执行与常规折射部件相同的光学功能。因此，也可以将这样的光学装置16结合在切割头3中，即，该光学装置16结合了衍射功能16和其它功能，例如用于聚焦激光束10的聚焦装置14。
为了测试本发明的光学元件16的使用效率，使用图3的(激光切割)单元进行试验，该单元调节/修改由掺Yb光纤激光发生器1和传输光纤2所产生的2KW功率的激光束10的BPP。
图5a和5b分别示意性示出在不具有光学元件16和具有光学元件16的情况下所测试的构型，以及加入这种元件对聚焦光束的主要参数可能具有的影响。
激光束的BPP通过使用衍射光学元件16而被修改，如图5b中所示。元件16安装在切割头3内并位于聚焦系统14上游的经过准直的光束10的光路中。
为了比较，使用相同(激光切割)单元，但是在准直元件13的下游未结合衍射光学元件16，如图5a中所示。
所用的光学元件16是熔融石英制成的衍射元件。利用这种光学元件16，所得到的效果是聚焦激光束的束腰半径增加以及聚焦激光束的发散度增加，如图5b中的虚线(......)所示，该虚线示意性示出与得到的BPP未修改的聚焦激光束10a形成比较的修改的激光束10b。光束10b与没有光学元件16时的聚焦光束10a具有不同的束腰半径ωb和发散度θb。
用光束分析器测得的聚焦光束焦散线(caustics)证实，与没有这种光学元件16的情况相比，在将光学元件16引入经过准直的激光束10的路径之后聚焦光束的BPP增加。
图6示出在插入衍射光学元件16之前和之后，聚焦光束沿着光学传播轴线的半径变化的实验测量结果。
这些焦散曲线是通过在位于聚焦光束的束腰的每一侧上10mm范围内的连续传播平面中测量光束的半径得到，其中在该半径的圆盘(disk)内包含激光功率的86％。
已经发现，在引入光学元件16之后，由于聚焦光束的束腰半径增加和聚焦光束的发散度增加而导致BPP增加。在所试验的激光切割单元中，在没有光学元件16的情况下的初始聚焦光束10a的BPP为3mm.mrad(图6中的连续线)，而在具有光学元件16的情况下修改的聚焦光束10b的BPP为8.6mm.mrad(图6中的虚线)。
因此，这表明通过在激光束聚焦装置例如切割头中结合衍射光学器件，可以使聚焦光束的BPP达到仅通过使用常规光学装置如透镜、反射镜不能得到的数值，这是因为这些元件不能显著地修改激光束的BPP。
在所有情况下，通过将能够修改入射激光束的BPP的光学装置16结合到激光切割头(3、4)中，可以根据所切割的厚度的范围调节聚焦光束10a的BPP，以便优化(切割)方法在切割速度和品质方面的性能。
最后，聚焦激光束的初始BPP增加的因数为1.2～5，也可以修改光束的初始强度分布，即准高斯、环形或其它分布。
为了证明本发明的方法的优点，使用发射1.07μm波长和2KW功率的辐射的光纤激光器，并使用具有不同BPP值的光束，对低碳钢和不锈钢进行了切割试验。更确切地说，比较了使用具有两种不同BPP值、即2.4mm.mrad和4.3mm.mrad的聚焦光束得到的关于切割速度和品质方面的性能。
所用的切割头包括焦距为55mm的准直器，根据所切割的材料，该准直器与焦距等于127mm和190.5mm的聚焦透镜相组合。
对每种材料，比较了用两种不同BPP值和相同光学组合所得到的性能。
在低碳钢的情况下，在0.5～1.6bar范围内的氧压力下对2～10mm范围内的厚度进行试验，而在不锈钢的情况下，在15～19bar范围内的氮压力下对1.5～8mm范围内的厚度进行了试验。
在所有情况下，辅助气体都通过直径为1～3mm的管嘴传输。
图7示出所获得的根据待处理的低碳钢的厚度和切割期间所用的聚焦光束的BPP而变化的切割速度。
实线(-)连接在BPP为2.4mm.mrad的聚焦光束的情况下所得到的点，而虚线(---)连接在BPP为4.3mm.mrad的聚焦光束的情况下所得到的点。
实心符号对应于良好的切割品质(无毛刺、可接受的粗糙度)，而空心符号表示存在毛刺以及品质不是工业上可接受的水平。
低碳钢所得到的结果表明，具有较低BPP的聚焦光束使较小的厚度(2mm)能被更快地切割，而具有较高BPP的聚焦光束对于8～10mm的厚度提高了切割品质。
因此，立即可以理解的工业上的优点是，能够在考虑待切割的材料的特性和规格尤其是其组成和厚度的情况下，根据本发明使用例如适配的相位部件，简单地修改聚焦激光束的BPP，这里可以从2.4mm.mrad的BPP修改为4.3mm.mrad的BPP。
按照同一原理，图8示出对不锈钢所得到的结果，可以看到，用BPP为2.4mm.mrad的聚焦光束对2mm的板材在较高速度下切割，而用BPP为4.3mm.mrad的聚焦光束对4mm厚的板材的切割提高了切割品质。BPP值如前面的试验中那样得到。
这些结果证实了本发明的方法和装置的优点，因为它们证明尤其是根据所处理材料的厚度对聚焦激光束的BPP的明智选择使得能够在切割速度和品质方面优化激光切割方法的性能。
用于切割具有给定的特性(尤其是在冶金学组成或等级和/或厚度方面)的板材的最合适的BPP的选择和/或用于得到所述需要的BPP的相位或类似部件的选择可以这样根据经验进行：即，使用具有不同BPP值的聚焦激光束或使用产生不同倍增因数的不同相位部件对待切割的板材试样进行切割试验，并且对这样得到的结果进行比较。
因此，本发明的方法是基于使用掺镱光纤激光器和使用至少一个用于改变聚焦激光束即切割光束的品质或BPP的光学元件，以便考虑尤其是待切割材料的特性，从而修改了聚焦激光束沿着切缝的传播特性和能量分布。

Claims (15)

1.一种使用激光束(10)切割工件(30)的方法，其中：
(a)利用耦接到用于传输光束的至少一个光纤的激光源(1)产生入射激光束(10)，所述入射激光束(10)具有给定的初始光束品质(BPP)；
(b)将所述入射激光束(10)引到具有至少一个聚焦光学器件(14)的聚焦头(3、4)；
(c)用聚焦光学器件(14)对入射激光束(10)聚焦以便得到聚焦激光束；和
(d)用聚焦激光束切割工件(30)，
其特征在于，利用光学装置(16)调节或修改入射激光束(10)的BPP，该光学装置(16)适合于和设计成修改或作用于激光束的BPP，以便得到具有与所述入射激光束的BPP不同的修改的BPP的聚焦激光束(10b)，所述光学装置(16)包括至少一个衍射光学部件并能产生修改的聚焦激光束，所述修改的聚焦激光束的BPP与入射激光束(10)的初始BPP的差别为等于或大于1.2但小于或等于5的倍增因数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，能够修改激光束的BPP的光学装置(16)放置在入射激光束(10)的路径中。
3.如上述权利要求其中之一所述的方法，其特征在于，入射光束的BPP为0.33～25mm.mrad，在传输光纤的直径为200μm或更小的情况下，入射光束的BPP优选地小于或等于10mm.mrad。
4.如上述权利要求其中之一所述的方法，其特征在于，光学装置(16)能产生修改的聚焦激光束，所述修改的聚焦激光束的BPP与入射激光束(10)的初始BPP的差别为等于或大于1.5和/或小于或等于3的倍增因数。
5.如上述权利要求其中之一所述的方法，其特征在于，光学装置(16)通过修改聚焦激光束(10a)的束腰半径(ωa)和发散度(θa)而使初始聚焦光束的BPP值产生变化。
6.如上述权利要求其中之一所述的方法，其特征在于，光学装置(16)是至少一个透射式或反射式衍射光学元件。
7.如上述权利要求其中之一所述的方法，其特征在于，聚焦头(3、4)包括至少一个聚焦光学器件(14)，且光学装置(16)适合于和设计成修改或作用于入射激光束的初始BPP。
8.如上述权利要求其中之一所述的方法，其特征在于，光学装置(16)由熔融石英，石英、特种玻璃、ZnS、ZnSe或金属材料制成。
9.如上述权利要求其中之一所述的方法，其特征在于，光学装置(16)的厚度为0.5～10mm，并且是直径为25～75mm的圆形。
10.如上述权利要求其中之一所述的方法，其特征在于，光学装置(16)为反射类型，且以5～50°的入射角(α)工作。
11.如上述权利要求其中之一所述的方法，其特征在于，激光束的波长为1.06～1.10μm。
12.如上述权利要求其中之一所述的方法，其特征在于，激光束(10)的功率为0.1～25KW。
13.如上述权利要求其中之一所述的方法，其特征在于，激光束(10)通过掺镱光纤激光源产生。
14.一种激光切割单元，包括激光源(1)和光束传输光纤(2)以便产生激光束(10)，该激光束(10)具有给定的初始BPP，并传播到包括聚焦光学器件(14)的聚焦头(3、4)，其特征在于，至少一个适合于和设计成修改或调节入射激光束的初始BPP的光学装置(16)放置在光束(10)的路径中，所述光学装置(16)包括至少一个衍射光学部件，并适合于和设计成产生修改的聚焦激光束，所述修改的聚焦激光束的BPP与入射激光束(10)的初始BPP的差别为等于或大于1.2但小于或等于5的倍增因数。
15.如权利要求14所述的单元，其特征在于，光学装置(16)放置在光束传输光纤(2)和聚焦光学器件(14)之间，和/或激光源(1)是掺镱光纤激光源。
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