CN117120205A - 用于使具有未限定的偏振状态的激光束偏振的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于使具有未限定的偏振状态的输入激光束(51)偏振的设备(1)，包括：分束装置(10)，用于将输入激光束(51)分成具有第一限定的偏振状态的第一部分射束(52a)和具有第二限定的偏振状态的第二部分射束(52b)；偏振改变元件(20)，用于改变偏振的部分射束(52a，52b)之一的偏振状态，使得两个部分射束(52a，52b)具有相同的限定的偏振状态；聚焦元件(30)；以及导光元件(40)，聚焦元件(30)构造用于将两个部分射束(52a，52b)输入耦合到导光元件(40)中，以便将部分射束(52a，52b)组合成输出激光束(53)并维持限定的偏振状态。还提供一种包括根据本发明的设备(1)的激光加工设施(100)、和一种用于使非偏振激光束偏振的方法。

Description

用于使具有未限定的偏振状态的激光束偏振的设备和方法
技术领域
本发明涉及激光加工领域。本发明尤其涉及一种用于使激光束偏振的设备和方法、以及一种包括该设备的激光加工设施。
背景技术
当利用激光束加工材料时，所述激光束的偏振起到重要作用。通过激光束的限定的偏振状态，能够以有针对性的方式利用激光束与工件之间的某些相互作用，例如以便通过经匹配的(例如，增加的)激光辐射吸收来优化输入到工件中的能量。
目前在通过固态激光器进行在材料加工时，大多利用非偏振辐射。这尤其是因为以下事实：将原始激光束从激光源引导到加工光学单元并且典型地具有至少20m的长度的传输光纤不能够传输限定的偏振状态。
尽管激光加工设施的加工光学单元中的激光束的偏振可以是非偏振的或随机偏振的，但这通常伴随着显著的能量损失。例如，没有限定的偏振状态的激光束可以通过分束器分成两个偏振的部分射束。由于不能够容易地将两个部分射束组合成偏振的加工射束(或输出激光束)，因此仅使用部分射束之一作为工作射束。因此，输入激光束的能量的大约50％损失掉。
CN 1484065 A描述了一种设备，其中入射的非偏振光束被分成两个不同偏振的部分射束，这两个部分射束通过光学元件重新组合。入射的光束通过双折射元件分束。部分射束之一的偏振状态被波片(Wellenplatte，也写作)旋转，使得两个部分射束具有相同的偏振状态。然后，这两个部分射束经由透镜和K形棱镜重新组合。
该设备的主要缺点在于所得的输出射束不具有限定的、均匀的射束剖面。本质上，这两个部分射束继续以空间相邻或部分重叠的方式存在，而不“混合”以形成共同的输出射束。
本发明的任务是改进现有技术。尤其应当能够以不损失功率的方式修改不具有限定的偏振状态的输入激光束，使得所述输入激光束具有限定的偏振状态。
发明内容
为了解决本发明所基于的问题，根据一个方面，提供了一种用于使输入激光束偏振的设备，其中输入激光束具有未限定的偏振状态。该设备包括分束器装置，该分束器装置构造用于将输入激光束分成具有第一限定的偏振状态的第一部分射束和具有第二限定的偏振状态的第二部分射束。进一步地，该设备包括偏振改变元件，该偏振改变元件用于改变这些偏振的部分射束之一的偏振状态，使得这两个部分射束具有相同的限定的偏振状态。该设备包括聚焦元件和导光元件(Lichtleitelement)。聚焦元件构造用于将这两个部分射束输入耦合到导光元件中，以便将这些部分射束(通过导光元件)组合成输出激光束，同时维持(部分射束的)限定的偏振状态。
名称“输入激光束”、“第一部分射束”、“第二部分射束”和“输出激光束”可以优选地涉及相同的激光束在激光束的射束路径中的不同位置处的不同状态。在这方面的不同名称仅用于区分激光束在通过根据本发明的设备之前或之后的各种状态或特性。
令人惊讶的是，已经确定，当穿过导光元件时，部分射束混合而在部分射束的偏振状态方面基本上没有损失地形成共同的激光束(输出激光束)，该导光元件优选地被设计为光纤段。因此，具有未限定的偏振状态的激光束可以通过上文披露的设备被偏振而基本上没有功率损失。
具有未限定的偏振状态的激光束的示例包括非偏振激光束或偏振状态未知的随机偏振激光束。
应当理解，设备的部件优选地以所描述的顺序沿输入激光束的传播方向相继布置。
还应当理解，输入激光束或部分射束必须适合于通过光波导(比如导光元件)进行射束传输。特别地，输入激光束可以是固态激光束。激光束(即，作为输入激光束、作为部分射束、以及作为输出激光束)可以具有例如在200nm和1300nm之间、例如515nm或1030nm的波长。
输入激光束可以优选地以准直状态被引导至分束装置处。替代地，输入激光束也可以稍微发散或稍微会聚地延伸。出于提供准直的输入激光束的目的，可以提供准直装置(例如，透镜或反射镜(Spiegel)的形式)，该准直装置在输入激光束进入根据本发明的设备之前对输入激光束进行准直。
在输出激光束中维持部分射束的偏振状态应当理解为是指，输出激光束的大部分(即，至少50％)具有部分射束的限定的偏振状态、或者稍微偏离前述限定的偏振状态的限定的(例如，稍微旋转的)偏振状态。根据优选的变体，输出激光束中限定的偏振状态的比例可以是至少90％，优选至少95％，更优选至少98％。例如，如果输出激光束仍然是98％的s偏振，则应当认为输出激光束中的(完全)s偏振的部分射束的偏振状态得以维持。
出于本发明的目的，输出激光束的偏振状态与部分射束的限定的偏振状态的对应关系可以特别地基于输出激光束的偏振度来确定。这里，可以假设部分射束的偏振度(P)为P＝1。偏振度可以基于斯托克斯参数(Stokes parameter)来确定，例如Edward Collett(2005)的Field Guide to Polarization,SPIE Press,p.39ff[偏振场指南，SPIE出版社，第39页及以后]中所描述的。
导光元件优选地具有以下长度，该长度足够大，以将两个部分射束组合，从而在导光元件内形成输出激光束，和/或该长度足够小，以在输出激光束中维持两个部分射束的限定的偏振状态。
部分激光束组合成输出激光束可以被理解为部分激光束在穿过导光元件时混合，使得输出激光束优选地沿着其外周具有均匀的强度分布。根据导光元件的几何形状，输出激光束可以具有不同的截面形状。例如，当使用具有圆形截面的光纤时，输出激光束可以具有径向对称的射束剖面。如果使用多边形(例如矩形)或椭圆形的光纤段，则输出激光束还可以具有多边形(例如矩形)或椭圆形的射束剖面。例如，具有限定的偏振状态的输出激光束可以容易地被波片旋转，使得偏振方向可以匹配于材料加工期间的进给方向。
优选地，分束装置可以还构造用于使第一部分射束和/或第二部分射束如此偏转，使得这两个部分射束基本上彼此平行地延伸。在这种情况下，术语“基本上平行”应当被理解为包括与精确平行位置具有偏差，只要这两个部分射束能够通过聚焦元件输入耦合到导光元件中即可。例如，该术语可以包括高达2°的偏差。
根据一个变体，导光元件的长度可以不大于500mm，优选地不大于100mm，更优选地不大于50mm。
在一些应用领域中，导光元件具有一米或几米的长度可能是进一步有利的。在此情形中需要考虑的是，输出激光束中部分射束的限定的偏振状态随着导光元件的长度的增加而逐渐损失。导光元件越短，部分射束的限定的偏振状态在输出激光束中维持得就越好。例如，当导光元件具有50mm的长度时，输出激光束的偏振状态仍可以对应于部分射束的限定的偏振状态的大约98％。当导光元件长度为1m时，该值仍可能高于90％。因此，应当理解，本发明的有利效果(尽管以减弱的形式)在使用具有几米长度(例如，长达10m)的导光元件时仍然明显地发挥作用。
进一步地，导光元件的长度可以是至少15mm，优选地是至少20mm。根据所使用的导光元件，需要导光元件的可指定的最小长度以确保输出激光束的均匀射束剖面，特别是沿着输出激光束的外周具有均匀的强度分布。
因此，总体上可以有利的是，导光元件的长度尽可能短以便最大可能地在输出激光束中维持两个部分射束的限定的偏振状态，并且根据需要足够长以确保输出激光束的足够均匀性。
聚焦元件和导光元件可以对称地布置在部分射束的射束路径中，使得部分射束以相同的角度输入耦合到导光元件中。
换言之，聚焦元件和光纤二者可以布置在射束路径中的中心轴线上，该中心轴线在部分射束之间居中且平行于部分射束延伸。如果这两个部分射束以相同的角度输入耦合到导光元件中，则在输出激光束的远场中出现环形射束剖面。
根据替代变体，聚焦元件和导光元件可以不对称地布置在部分射束的射束路径中，使得部分射束以不同角度输入耦合到导光元件中。
在该变体中，聚焦元件和导光元件可以相对于中心轴线具有轴向偏移。在最大偏移的情况下，聚焦元件和导光元件可以位于部分射束中的一个部分射束的射束轴线上，使得该部分射束以直角输入耦合到导光元件中。相应地，另一部分射束以相对尖锐的角输入耦合到导光元件中。这两个部分射束输入耦合到导光元件的这种最大不对称性在聚焦的输出激光束的远场中产生具有中心光斑和外环的射束剖面。应当理解，聚焦元件和导光元件的其他不对称布置可以在对称布置和最大不对称布置之间，并且引起相应的射束剖面。
应当进一步理解的是，部分射束进入导光元件的入射角还可以通过部分射束之间的间距以及聚焦元件与光纤之间的距离来调节。
因此，为了调节输出激光束的射束剖面，可以提出，聚焦元件和导光元件沿着和/或横向于部分射束的射束传播方向可移位地布置。
根据变体，分束装置可以包括薄膜偏振器和反射镜。薄膜偏振器可以成角度地布置在输入激光束的射束路径中，使得输入激光束的具有第一限定的偏振状态的第一部分作为第一部分射束透射通过薄膜偏振器，并且输入激光束的具有第二限定的偏振状态的第二部分作为第二部分射束在薄膜偏振器的表面上被反射。反射镜可以成角度地布置在部分射束中的一个部分射束的射束路径中，以便反射入射的部分射束，使得入射的部分射束基本上平行于另一部分射束取向。
薄膜偏振器(Dünnfilmpolarisator)(也称为薄层偏振器，Dünnschichtpolarisator)的使用特别适合于高激光功率。
应当理解，单独的反射镜还可以布置在这些部分射束中的每个部分射束中，相应的反射镜将相应的部分射束反射或偏转，使得部分射束基本上彼此平行地延伸。
针对分束装置使用薄膜偏振器和反射镜具有的优点是，可以根据需要设置部分射束之间的空间距离，而与输入激光束的激光功率无关。
根据替代变体，分束装置可以是双折射光学元件，该双折射光学元件对于第一限定的偏振状态和第二限定的偏振状态具有不同的折射率，使得输入激光束在入射到双折射元件中时被分成第一部分射束和第二部分射束，其中部分射束在从双折射元件出射时通过折射效应而彼此(基本上)平行地取向。
该变体的结构特别简单。然而同样，部分射束的空间偏移直接取决于双折射元件的厚度并且不能够容易地根据需要而进行设置。
偏振改变元件可以是波片(Wellenplatte或)，特别是λ/2板(λ/2-Platte或/>)。以这种方式，入射部分射束的偏振状态可以旋转90°。
改变部分射束中的至少一个部分射束的偏振的目的在于使部分射束的(限定的)偏振状态一致。应当理解，在此过程中出现了关于部分射束的偏振状态如何可以彼此一致的多种可能的组合。简单的示例在于，输入激光束被分成两个线性偏振的部分射束，其中第一部分射束具有p偏振并且第二部分射束具有s偏振。然后，部分射束中的一个部分射束的偏振方向可以例如通过λ/2板旋转，使得其偏振状态与另一部分射束的偏振状态匹配。例如，第二部分射束的偏振状态可以从s偏振的部分射束旋转到p偏振的部分射束。然而，应当理解，部分射束还可以具有不同限定的偏振状态。例如，部分射束可以是或变成椭圆偏振，更具体地是圆偏振。
聚焦元件可以优选地是光学透镜。根据一个基本变体，可以提供透镜作为聚焦元件，该聚焦元件将第一部分射束和第二部分射束聚焦在导光元件的端部处。然而，应当理解，根据替代变体，部分射束中的每个部分射束还可以通过用于输入耦合目的的单独透镜被聚焦到导光元件中。在这种情况下，两个部分射束不必彼此平行地延伸。为了输入耦合到导光元件中，部分射束还可以各自最初聚焦到(短)连接光纤中，其中，连接光纤可以通过拼接(splicing)而焊接到导光元件(例如，同样是光纤)。在这种情况下，部分射束到达导光元件，部分射束在那里经由连接光纤混合而形成输出激光束。
导光元件可以优选地具有圆形截面。替代地，导光元件还可以具有多边形(例如矩形)或椭圆形截面。例如，导光元件可以是光纤，特别是阶跃折射率光纤(Stufenindexfaser)。然而，也可使用其他光纤类型，例如渐变光纤(Gradientenindexfaser)或空芯光纤。光纤的数值孔径(NA)和芯直径对于本发明产生的效果的有效性仅起次要作用。例如，根据本发明的导光元件可以是阶跃折射率光纤，其中芯直径为至/>例如/>并且数值孔径为NA＝0.065至NA＝0.22(例如NA＝0.11)。根据替代变体，导光元件也可以是圆柱形或圆锥形的玻璃棒。光纤的数值孔径越大，部分射束传播通过光纤时相对于光纤纵向轴线的角度就越大。
进一步地，导光元件可以具有渐缩的(verjüngenden)截面。例如，导光元件可以构造为圆锥形光纤，具体是所谓的渐缩光纤。也就是说，光纤芯的截面在光纤的长度上从进入端到射出端减小(圆锥形光纤)。与具有不变截面的光纤(圆柱形光纤)相比，使用这种光纤可以提高输出激光束的射束品质。然而值得注意的是，在相同的光纤长度的情况下，偏振状态的保持可能随着光纤直径的减小而减少，因为在直径减小的情况下，入射激光束在光纤内相应地更频繁地被反射。
为了解决本发明所基于的问题，根据另一方面，提供了一种用于使具有未限定的偏振状态的输入激光束偏振的方法。该方法包括，在第一步骤中，将输入激光束分成具有第一限定的偏振状态的第一部分射束和具有第二限定的偏振状态的第二部分射束。该方法包括，在第二步骤中，改变偏振的部分射束之一的偏振状态，使得这两个部分射束具有相同的限定的偏振状态。该方法包括，在第三步骤中，将这两个部分射束输入耦合到导光元件中，以便将部分射束组合成输出激光束，同时维持(部分射束的)限定的偏振状态。应理解，这些方法步骤按所描述的顺序执行。
例如，该方法能够通过根据上述变体之一的根据本发明的设备来执行。特别地，该方法可以具有上述设备的一个或多个特征和/或优点。
为了解决本发明所基于的问题，根据另一方面，提供了一种激光加工设施。激光加工设施包括：激光射束源，该激光射束源用于产生输入激光束；传输光纤，该传输光纤具有数米、特别是超过10m的长度，并且在其端部中的第一端处与激光射束源连接；以及加工光学单元，该加工光学单元与传输光纤的第二端连接。加工光学单元包括：准直装置，该准直装置用于将从传输光纤入射到加工光学单元中的输入激光束准直；根据上述变体中任一项所述的用于使输入激光束偏振的设备；以及聚焦装置，该聚焦装置用于将经偏振的输出激光束聚焦在待加工对象上。
例如，激光加工设施可以是用于切割优选金属工件的激光切割设施。
加工光学单元可以进一步包括波片，特别是λ/2板，该波片可旋转地布置在输出激光束的射束路径中，确切地说，优选地布置在根据本发明的偏振设备与聚焦设备之间。通过波片的适当旋转，输出激光束的偏振方向可以匹配于激光的切割方向或进给方向。
总之，上述设备基于至少两个激光束的偏振维持组合的原理，通过聚焦装置，该至少两个激光束输入耦合到导光元件中，该导光元件优选地具有以下长度：该长度足够长，使得该至少两个激光束在导光元件内组合或混合从而形成输出激光束，和/或该长度足够短，以在输出激光束中维持该至少两个激光束的偏振状态。
附图说明
以下对优选实施例的描述用于结合附图更详细地解释本发明，在附图中：
图1a至图1d示出了根据本发明的用于使输入激光束偏振的设备的变体；
图2a至图2b示出了根据本发明的导光元件的变体；
图3示出了与图1a至图1d所描绘的分束装置相比的分束装置的替代性变体；
图4a示意性地示出了根据本发明的聚焦元件和导光元件的对称布置；
图4b示意性地示出了根据本发明的聚焦元件和导光元件的不对称布置；
图5a至图5d分别示出了输出激光束在远场中的取决于导光元件的长度的射束剖面，该射束剖面基于根据图4a的布置；
图6a至图6d分别示出了输出激光束在远场中的取决于导光元件的长度的射束剖面，该射束剖面基于根据图4b的布置；以及
图7示出了根据本发明的激光切割设施。
具体实施方式
下面结合图1a至图1d、图2a至图2b、图3和图4a至图4b详细描述根据本发明的用于使输入激光束偏振的设备的变体。
图1a示出了根据一个变体的根据本发明的用于使输入激光束51偏振的设备1。输入激光束51具有未限定的偏振状态并且以准直状态提供。为了提供准直的输入激光束，可以使用透镜形式的准直装置132，输入激光束在进入设备1之前穿过该准直装置。
根据图1a的设备1包括具有薄膜偏振器12和反射镜14的分束器装置10。在输入激光束51入射到薄膜偏振器14上时，输入激光束51被分成两个不同偏振的部分射束52a和52b。为此，薄膜偏振器14成角度地布置在输入激光束51的射束路径中。第一部分射束52a通过薄膜偏振器14透射，并且第二部分射束52b在入射到薄膜偏振器14的表面上时被反射。透射通过薄膜偏振器14的第一部分射束52a具有第一限定的偏振状态(例如，p偏振)。被薄膜偏振器14反射的第二部分射束52b具有第二限定的偏振状态(例如，s偏振)。根据图1a中的图示，分束装置10还包括反射镜14，该反射镜使被薄膜偏振器12偏转的第二部分射束52b平行于第一部分射束52a取向。
波片20(Wellenplatte，也写作)(例如λ/2板)也布置在第二部分射束52b的射束路径中，并且变换第二部分射束52b的第二偏振状态(例如，s偏振)，使得该第二偏振状态对应于第一部分射束52a的第一偏振状态(例如，p偏振)。也就是说，在第二部分射束52b已经穿过波片20之后，两个部分射束52a、52b就彼此平行并且具有相同的限定的偏振状态(具体为第一偏振状态，例如p偏振)。
设备1进一步包括透镜30，该透镜布置在两个部分射束52a、52b的射束路径中，以便将这两个部分射束聚焦并将它们输入耦合到导光元件40中。导光元件40具有长度L(参见图2a和图2b)，该长度足够大，以将两个部分射束52a、52b组合，从而在导光元件40内形成输出激光束53，并且该长度足够小，以在输出激光束53中维持两个部分射束52a、52b的偏振状态(例如，p偏振)。例如，导光元件40可以是长度在20mm和50mm之间的阶跃折射率光纤。
图1b中描绘了根据图1a的设备1的变体。根据图1b的设备与图1a中描绘的设备1的不同之处在于聚焦元件30和导光元件40的不对称布置，其中，部分射束以不同角度输入耦合到导光元件中。下文在图4a和图4b的情形下提供对聚焦元件30和导光元件40的对称布置和不对称布置的更详细的描述。
图1c示出了根据另一变体的根据本发明的设备1，该变体与根据图1a和图1b的变体的不同之处在于反射镜14和波片20的布置。因此，用于使两个部分射束52a、52b相同取向(Gleichrichtung)的反射镜14、以及波片20二者被布置在根据图1c的第一部分射束52a中。
以类似于图1b的方式，图1d描绘了根据图1c的设备1的变体，其中，聚焦元件30和导光元件40在部分射束的射束路径中不对称地布置，使得部分射束以不同的角度输入耦合到导光元件中。
图2示意性地示出了可用于根据本发明的设备1中的导光元件40的变体，其中导光元件40构造为光纤40。光纤40在其长度L上可以具有恒定的截面，例如圆形、椭圆形或多边形截面(参见图2a)。替代地，作为所谓的“渐缩光纤”，光纤40可以具有在长度L上渐缩的截面，例如圆形、椭圆形或多边形截面(参见图1b)。
图3示意性地展示了分束装置10的变体，该分束装置不同于根据图1a至图1d的布置。因此，根据图3的分束装置10由双折射元件16构成，该双折射元件对于不同的偏振状态具有不同的折射率。当入射的输入激光束51入射到双折射元件16的表面上时，第一部分射束52a被偏转，而第二部分射束52b无偏转地进入双折射元件16。在从双折射元件射出时，部分射束52a、52b由于折射效应而相同取向。因此，双折射元件16实现了薄膜偏振器12的功能和反射镜14的功能(参见图1a至图1d)。同样，应注意，如果双折射元件16被用在根据本发明的设备1中，则两个部分射束52a、52b的空间分离取决于双折射元件16的厚度并且受到这方面的限制。随着输入激光束直径的增加和激光功率的增加，通过双折射元件16使部分射束的空间分离变得更加困难。
图4a描绘了透镜30形式的聚焦元件、以及导光元件40在部分射束52a、52b的射束路径中的对称布置。通过将透镜30定位于在第一部分射束52a与第二部分射束52b之间居中延伸的中心轴线56上，两个部分射束52a、52b以相同的角度α1＝α2输入耦合到导光元件40中。在该配置中，在输出激光束53的远场中出现环形射束剖面(参见图5a至图5d)。
作为对称布置(参见图4a)的替代，透镜30和导光元件40也可以不对称地布置在部分射束52a、52b的射束路径中。图4b中描绘了这种设置。透镜30和导光元件40布置成相对于中心轴线56偏移。具体地，透镜30及导光元件40布置在第一部分射束52a的射束轴线58a上。以这种方式，第一部分射束52a以最佳角度(α1＝90°)以直角输入耦合到导光元件40中。相反，与对称布置(参见图4a)相比，第二部分射束以更锐的角度α2输入耦合到导光元件40中。角度α2的大小取决于部分射束52a、52b彼此之间的间距、以及透镜30距导光元件40的距离。由于部分射束52a、52b以不同的角度输入耦合到导光元件40中，所以在输出激光束53的远场中出现根据图6a至图6d的射束剖面。
根据图4b的图示示出了最大程度不对称的布置。应当理解，透镜30可以在极限位置之间任意地定位在两个部分射束52a、52b的射束轴线58a、58b上，以便获得图5a至图5d和图6a至图6d中描绘的射束剖面之间的中间状态。
图5a至图5d和图6a至图6d描绘了输出激光束53的对称性与导光元件40的长度的相关关系。图5a至图5d示出了在根据图4a的布置的情况下，输出激光束53在远场中的射束剖面，其中输出激光束53已经通过根据本发明的具有不同长度L的导光元件40的设备产生。对于该试验，使用芯直径为以及数值孔径为NA＝0.11的阶跃折射率光纤40作为导光元件40。图5a对应于使用长度L＝5mm的光纤40。图5b、图5c和图5d依次对应于所使用的光纤40的长度分别为L＝10mm、L＝20mm和L＝50mm。很明显，在长度L＝5mm或L＝10mm的情况下，尚未形成径向对称的射束剖面。相反，在长度L＝20mm或L＝50mm的情况下，输出激光束53具有径向对称的射束剖面。
以类似于图5a至图5d的方式，图6a至图6d描绘了对于根据图4b的布置而言，在导光元件40的不同长度L的每种情况下，输出激光束53在远场中的射束剖面。与根据图5a至图5d的图示的差异在于具有被圆包围的中心光斑的射束剖面，这是由于聚焦元件30和导光元件40的不对称布置(参见图4b)而产生的。根据图6a至图6d的射束剖面的设计可以基于图4b中描绘的示例来解释。中心光斑由第一部分射束52a产生，该第一部分射束以直角输入耦合到导光元件40中。相反，射束剖面的圆形部分基于第二部分射束52b，该第二部分射束以相对尖锐的角度输入耦合到导光元件40中。从导光元件40的长度L＝10mm起，与对称布置(参见图5b)相比，外环已经具有良好的旋转对称性。这是因为由于与对称布置(参见图4a)相比更锐的入射角，第二部分射束52b在导光元件40的相同长度L上在导光元件40内更频繁地被反射。
图7示意性地展示了根据本发明的激光加工设施100。设施100包括激光射束源110。激光射束源110中产生的激光束由传输光纤120引导至加工光学单元130。根据本发明的设备1(图7中未描绘)布置在加工光学单元130中并且用于使从传输光纤120入射的非偏振或随机偏振的输入激光束偏振。经偏振的输出激光束通过聚焦装置134被引导至待加工对象200(例如平面金属工件)，以便对对象进行加工。
附图标记列表
1用于使具有未限定的偏振状态的输入激光束偏振的设备
10 分束装置
12 薄膜偏振器
14 反射镜
16 双折射光学元件
20 偏振改变元件
30 聚焦元件
40 导光元件
51 输入激光束
52a 第一部分射束
52b 第二部分射束
53 输出激光束
56部分射束的射束路径中的中心轴线
58a第一部分射束的射束轴线
58b第二部分射束的射束轴线
100 激光切割设施
110 激光射束源
120 传输光纤
122 传输光纤的第一端
124 传输光纤的第二端
130 加工光学单元
132 准直装置
134 聚焦装置
200 待加工对象
L导光元件的长度
α1第一部分射束进入导光元件的输入耦合角度
α2第二部分射束进入导光元件的输入耦合角度

Claims (15)

1.一种用于使输入激光束(51)偏振的设备(1)，所述输入激光束具有未限定的偏振状态，所述设备(1)包括：
分束装置(10)，所述分束装置用于将所述输入激光束(51)分成具有第一限定的偏振状态的第一部分射束(52a)和具有第二限定的偏振状态的第二部分射束(52b)；
偏振改变元件(20)，所述偏振改变元件用于改变经偏振的部分射束(52a，52b)中的一个部分射束的偏振状态，使得两个部分射束(52a，52b)具有相同的限定的偏振状态；
聚焦元件(30)；以及
导光元件(40)，
其中，所述聚焦元件(30)构造用于将所述两个部分射束(52a，52b)输入耦合到所述导光元件(40)中，以便将所述部分射束(52a，52b)组合成输出激光束(53)，同时维持所述限定的偏振状态。
2.如权利要求1所述的设备(1)，其中，所述分束装置(10)还构造用于，使所述第一部分射束(52a)和/或所述第二部分射束(52b)偏转，使得两个部分射束(52a，52b)基本上彼此平行地延伸。
3.如权利要求1或2所述的设备(1)，其中，所述导光元件(40)的长度(L)为最高500mm，优选地最高100mm，更优选地最高50mm。
4.如前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述导光元件(40)的长度(L)为至少15mm，优选地是至少20mm。
5.如前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述聚焦元件(30)和所述导光元件(40)对称地如此布置在所述部分射束(52a，52b)的射束路径中，使得所述部分射束(52a，52b)以相同的角度(α1＝α2)输入耦合到所述导光元件(40)中。
6.如权利要求1至4中任一项所述的设备(1)，其中，所述聚焦元件(30)和所述导光元件(40)不对称地如此布置在所述部分射束(52a，52b)的射束路径中，使得所述部分射束(52a，52b)以不同的角度(α1≠α2)输入耦合到所述导光元件(40)中。
7.如前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述聚焦元件(30)和所述导光元件(40)沿着和/或横向于所述部分射束(52a，52b)的射束传播方向可移位地布置。
8.如前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述分束装置(10)包括：
薄膜偏振器(12)，所述薄膜偏振器成角度地布置在所述输入激光束(51)的射束路径中，使得所述输入激光束(51)的具有所述第一限定的偏振状态的第一部分作为第一部分射束(52a)透射通过所述薄膜偏振器(12)，并且所述输入激光束(51)的具有所述第二限定的偏振状态的第二部分作为第二部分射束(52b)在所述薄膜偏振器(12)的表面上被反射；以及
反射镜(14)，所述反射镜成角度地布置在所述部分射束(52a，52b)中的一个部分射束的射束路径中，以便如此反射一个入射的部分射束(52a，52b)，使得所述一个入射的部分射束基本上平行于另一部分射束(52a，52b)取向。
9.如权利要求1至7中任一项所述的设备(1)，其中，所述分束装置(10)是双折射光学元件(16)，所述双折射光学元件对于所述第一限定的偏振状态和所述第二限定的偏振状态具有不同的折射率，使得所述输入激光束(51)在入射到所述双折射元件(16)中时被分成所述第一部分射束(52a)和所述第二部分射束(52b)，其中，所述部分射束(52a，52b)在从所述双折射元件(16)射出时通过折射效应彼此平行地取向。
10.如前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述偏振改变元件(20)是波片，特别是λ/2板。
11.如前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述聚焦元件(30)是光学透镜。
12.如前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述导光元件(40)是阶跃折射率光纤。
13.如前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述导光元件具有渐缩的截面。
14.一种用于使输入激光束(51)偏振的方法，所述输入激光束具有未限定的偏振状态，所述方法包括以下步骤：
将所述输入激光束(51)分成具有第一限定的偏振状态的第一部分射束(52a)和具有第二限定的偏振状态的第二部分射束(52b)；
改变经偏振的部分射束(52a，52b)中的一个部分射束的偏振状态，使得两个部分射束(52a，52b)具有相同的限定的偏振状态；以及
将所述两个部分射束(52a，52b)输入耦合到导光元件(40)中，以便将所述部分射束(52a，52b)组合成输出激光束(53)，同时维持所述限定的偏振状态。
15.一种激光加工设施(100)，包括：
激光射束源(110)，所述激光射束源用于产生输入激光束(51)；
传输光纤(120)，所述传输光纤具有数米、特别是超过10m的长度，所述传输光纤在其端部中的第一端(122)处与所述激光射束源(110)连接；以及
加工光学单元(130)，所述加工光学单元与所述传输光纤(120)的第二端(124)连接并且包括以下部件：
准直装置(132)，所述准直装置用于将从所述传输光纤(120)入射到所述加工光学单元(130)中的输入激光束(51)准直；
如权利要求1至13中任一项所述的用于使输入激光束(51)偏振的设备(1)；以及
聚焦装置(134)，所述聚焦装置用于将经偏振的输出激光束(53)聚焦在待加工对象(200)上。
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