本發(fā)明涉及一種用于將相干的激光束組合成至少一個(gè)組合的激光束的設(shè)備和方法。本發(fā)明還涉及一種激光系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、從de?10?2020?201?161?a1已知一種用于組合多個(gè)相干的激光束的設(shè)備，該設(shè)備包括用于將輸入激光束分離成多個(gè)相干的激光束的分離裝置、用于調(diào)整相干的激光束之一的相應(yīng)相位的多個(gè)相位調(diào)整裝置、以及用于將從光柵組件的多個(gè)光柵位置發(fā)出的相干的激光束組合成至少一個(gè)組合的激光束的射束組合裝置，其中射束組合裝置具有微透鏡組件，該微透鏡組件具有恰好一個(gè)微透鏡陣列，用以形成該至少一個(gè)組合的激光束。

2、從us?9,134,538?b1已知一種用于相干組合多個(gè)光學(xué)射束的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：諧振腔；布置在諧振腔內(nèi)的多個(gè)放大元件；與放大元件處于光學(xué)通信的射束組合元件，以將光學(xué)射束相干地組合成相干輸出射束；傳感器，該傳感器與射束組合元件處于光學(xué)通信，以檢測相干輸出射束的至少一部分并且提供反饋信號，該反饋信號代表相干輸出射束的至少一部分；以及與傳感器耦合的相位控制裝置，以便基于反饋信號調(diào)整光學(xué)射束中的至少一個(gè)光學(xué)射束的相位。

3、從wo?2017/125345?a1已知一種相位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該相位調(diào)節(jié)系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)激光系統(tǒng)的要相干組合的兩個(gè)激光束的相對相位，該激光系統(tǒng)被設(shè)置成用于提供經(jīng)相位調(diào)節(jié)的總激光束。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明基于的目的在于，提供一種開篇提及的設(shè)備和一種開篇提及的方法，借助于該設(shè)備和該方法可以在高時(shí)間和/或空間動(dòng)態(tài)下可靠性高地實(shí)現(xiàn)相干的激光束的組合。

2、根據(jù)本發(fā)明，該目的在開篇提及的設(shè)備中以如下方式實(shí)現(xiàn)：該設(shè)備包括：相位調(diào)整裝置，該相位調(diào)整裝置用于調(diào)整相干的激光束之間的相應(yīng)相位差；放大裝置，該放大裝置用于放大相干的激光束，其中經(jīng)放大的相干的激光束從放大裝置中耦合輸出；控制裝置，該控制裝置基于預(yù)定的配屬規(guī)則操控相位調(diào)整裝置，以將經(jīng)放大的相干的激光束之間的相應(yīng)相位差調(diào)整到預(yù)定的目標(biāo)相位差值；測量裝置，該測量裝置用于求取經(jīng)放大的相干的激光束之間的相應(yīng)相位差，其中借助于測量裝置求取經(jīng)放大的相干的激光束之間的實(shí)際相位差值；以及被配屬給控制裝置的優(yōu)化單元，該優(yōu)化單元基于借助于測量裝置求取的實(shí)際相位差值優(yōu)化配屬規(guī)則。

3、在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，可能出現(xiàn)基于配屬規(guī)則調(diào)整的目標(biāo)相位差值與現(xiàn)實(shí)存在的實(shí)際相位差值之間的偏差。其原因例如可以在于設(shè)備的部件(例如相位調(diào)整裝置和/或放大裝置)的升溫。這種升溫可能影響經(jīng)放大的相干的激光束之間的實(shí)際相位差。

4、因此在根據(jù)本發(fā)明的解決方案中，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，基于借助于測量裝置求取的實(shí)際相位差值優(yōu)化配屬規(guī)則。由此可以使要調(diào)整的目標(biāo)相位差值與現(xiàn)實(shí)存在的實(shí)際相位差值之間的偏差最小化。由此可以確保設(shè)備的可靠運(yùn)行。

5、尤其可以提出，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，借助于該至少一個(gè)組合的激光束在工件上執(zhí)行激光加工過程。尤其在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，配屬規(guī)則在工件的激光加工過程期間被優(yōu)化或在工件的激光加工過程期間是可優(yōu)化的。

6、尤其可以提出，借助于優(yōu)化單元以時(shí)間間隔更新配屬規(guī)則。尤其以規(guī)律的時(shí)間間隔更新配屬規(guī)則。然而原則上還可以實(shí)現(xiàn)的是，以不規(guī)律或隨機(jī)的時(shí)間間隔進(jìn)行更新。

7、以時(shí)間間隔更新配屬規(guī)則應(yīng)被理解為，配屬規(guī)則在這些時(shí)間間隔內(nèi)通過優(yōu)化單元在原則上可以改變或是可改變的。這并不意味著在每次更新時(shí)配屬規(guī)則的內(nèi)容實(shí)際上發(fā)生變化。原則上可以實(shí)現(xiàn)的是，配屬規(guī)則的內(nèi)容在一次或多次更新時(shí)保持不變。

8、通過配屬規(guī)則的上述更新，可以確保在設(shè)備運(yùn)行期間目標(biāo)相位差值與實(shí)際相位差值之間的偏差最小化。

9、尤其可以提出，借助于優(yōu)化單元改變和/或調(diào)整配屬規(guī)則，使得借助于控制裝置根據(jù)配屬規(guī)則調(diào)整的目標(biāo)相位差值與借助于測量裝置測量到的實(shí)際相位差值之間的偏差最小化。配屬規(guī)則在此不一定完全改變，而是例如還可以部分和/或局部地改變。

10、可以有利的是，借助于控制裝置以相位調(diào)整頻率操控相位調(diào)整裝置，并且以優(yōu)化頻率更新配屬規(guī)則。尤其可以提出，相位調(diào)整頻率大于優(yōu)化頻率。

11、相位調(diào)整頻率尤其應(yīng)被理解為在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，控制裝置操控或可以操控相位調(diào)整裝置的頻率或由該頻率得出的時(shí)間間隔。

12、優(yōu)化頻率尤其應(yīng)被理解為在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，更新或可以更新配屬規(guī)則的頻率或由該頻率得出的時(shí)間間隔。

13、相位調(diào)整頻率和/或優(yōu)化頻率在設(shè)備運(yùn)行時(shí)不一定是恒定的，而是可以在運(yùn)行時(shí)變化。相位調(diào)整頻率或優(yōu)化頻率尤其應(yīng)被理解為在設(shè)備運(yùn)行時(shí)的瞬時(shí)相位調(diào)整頻率或優(yōu)化頻率。

14、相位調(diào)整頻率或瞬時(shí)相位調(diào)整頻率在設(shè)備運(yùn)行時(shí)尤其為至少1mhz和/或最高1ghz，并且優(yōu)選地為至少10mhz和/或最高50mhz。由此，相干的激光束可以以高時(shí)間和/或空間分辨率組合成不同的組合的激光束。這例如可以實(shí)現(xiàn)快速改變射束分布和/或脈沖參數(shù)，這例如進(jìn)而可以以提高的速度以及提高的時(shí)間和/或空間分辨率實(shí)現(xiàn)工件的加工。

15、優(yōu)化頻率或瞬時(shí)優(yōu)化頻率在設(shè)備運(yùn)行時(shí)尤其為至少0.5khz和/或最高5khz，并且優(yōu)選地為至少2khz和/或最高5khz。

16、由于相對于相位調(diào)整頻率降低的優(yōu)化頻率，因此可以比更新配屬規(guī)則明顯更快地調(diào)整經(jīng)放大的相干的激光束之間的相位差。由此，用于優(yōu)化配屬規(guī)則所需的數(shù)據(jù)傳輸速率和/或計(jì)算能力降低，同時(shí)可以非常快速地調(diào)整相位差。

17、出于同樣的原因可以有利的是，借助于測量裝置以測量間隔頻率求取經(jīng)放大的相干的激光束之間的實(shí)際相位差值，其中相位調(diào)整頻率大于測量間隔頻率。

18、測量間隔頻率尤其是至少0.5khz和/或最高5khz。

19、例如，測量間隔頻率至少近似地與優(yōu)化頻率相對應(yīng)。

20、可以有利的是，借助于測量裝置以測量精度頻率求取經(jīng)放大的相干的激光束之間的實(shí)際相位差值，該測量精度頻率大于或等于相位調(diào)整頻率。由此可以確保各個(gè)相位差的測量足夠精確。

21、原則上還可以實(shí)現(xiàn)的是，測量精度頻率比相位調(diào)整頻率小最多5倍。

22、測量精度頻率在設(shè)備運(yùn)行時(shí)不一定是恒定的，而是可以在運(yùn)行時(shí)變化。測量精度頻率尤其應(yīng)被理解為在設(shè)備運(yùn)行時(shí)的瞬時(shí)測量精度頻率。

23、測量精度頻率尤其是至少1mhz和/或最高50mhz。

24、尤其可以提出，配屬規(guī)則具有操控值與各個(gè)經(jīng)放大的相干的激光束的目標(biāo)相位差值的配屬關(guān)系，控制裝置利用這些操控值操控相位調(diào)整裝置，和/或配屬規(guī)則是或包括配屬表。

25、原則上還可以實(shí)現(xiàn)的是，配屬規(guī)則是或包括數(shù)學(xué)函數(shù)。

26、尤其給控制裝置配屬有存儲(chǔ)裝置，配屬規(guī)則存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)裝置中。控制裝置例如包括存儲(chǔ)裝置。

27、在實(shí)施方式中，設(shè)備包括至少一個(gè)附加測量裝置，該至少一個(gè)附加測量裝置用于求取經(jīng)放大的相干的激光束之間的相應(yīng)相位差，其中借助于該至少一個(gè)附加測量裝置，求取經(jīng)放大的相干的激光束之間的實(shí)際相位差值。該至少一個(gè)附加測量裝置尤其布置在測量裝置之后。借助于該至少一個(gè)附加測量裝置，尤其可以檢測實(shí)際相位差值的附加測量值，由此可以以提高的準(zhǔn)確性求取相應(yīng)的相位差。例如可以借助于附加測量裝置至少部分地補(bǔ)償可能由借助于測量裝置的測量導(dǎo)致的目標(biāo)相位差值的偏差。由此，尤其改善配屬規(guī)則的優(yōu)化和/或降低目標(biāo)相位差值與實(shí)際相位差值之間的偏差。

28、借助于該至少一個(gè)附加測量裝置，尤其可以在射束路徑中的與測量裝置的測量位置不同的測量位置處執(zhí)行附加測量。附加測量裝置的測量位置例如可以位于工件的區(qū)域中，借助于該至少一個(gè)組合的激光束加工該工件。由此，可以有針對性地在與設(shè)備的應(yīng)用特別相關(guān)的位置處調(diào)整或測量目標(biāo)相位差值或?qū)嶋H相位差值。

29、還可以提出，借助于該至少一個(gè)附加測量裝置執(zhí)行校準(zhǔn)測量，以定義配屬規(guī)則的起始版本。

30、在此，設(shè)備的第一裝置和/或第一元件相對于主傳播方向布置在設(shè)備的第二裝置和/或第二元件之后應(yīng)被理解為，相干的激光束或經(jīng)放大的相干的激光束在時(shí)間上首先入射到第二裝置和/或第二元件上，并且隨后入射到第一裝置和/或第一元件上。于是，第二裝置和/或第二元件布置在第一裝置和/或第一元件之前。

31、該至少一個(gè)附加測量裝置的測量精度頻率和/或測量間隔頻率可以在原則上至少近似地與測量裝置的測量精度頻率或測量間隔頻率相對應(yīng)。

32、尤其可以提出，該至少一個(gè)附加測量裝置的測量精度頻率和/或測量間隔頻率低于測量裝置的測量精度頻率或測量間隔頻率。

33、例如，該至少一個(gè)附加測量裝置的測量精度頻率為至少0.5khz和/或最高500khz。

34、在實(shí)施方式中，設(shè)備包括至少一個(gè)傳感器元件，該至少一個(gè)傳感器元件用于測量影響經(jīng)放大的相干的激光束之間的相應(yīng)相位差的參數(shù)，其中借助于該至少一個(gè)傳感器元件求取的測量值被傳輸至控制裝置和/或優(yōu)化單元。

35、尤其可以提出，將借助于該至少一個(gè)傳感器元件求取的測量值用于優(yōu)化配屬規(guī)則。由此，尤其改善配屬規(guī)則的優(yōu)化和/或降低目標(biāo)相位差值與實(shí)際相位差值之間的偏差。

36、尤其借助于測量裝置或該至少一個(gè)附加測量裝置，求取所有存在的經(jīng)放大的相干的激光束之間的實(shí)際相位差值和/或所有存在的經(jīng)放大的相干的激光束之間的成對實(shí)際相位差值。尤其借助于測量裝置求取存在的經(jīng)放大的相干的激光束的所有可能組合的實(shí)際相位差值。

37、尤其提出的是，借助于測量裝置或該至少一個(gè)附加測量裝置，在經(jīng)放大的相干的激光束組合成至少一個(gè)組合的激光束之前測量經(jīng)放大的相干的激光束之間的相應(yīng)相位差。

38、測量裝置例如包括多個(gè)測量單元，其中相應(yīng)一個(gè)經(jīng)放大的相干的激光束和另一經(jīng)放大的相干的激光束耦合輸入到測量單元中。

39、測量裝置的測量單元包括至少一個(gè)測量元件，該至少一個(gè)測量元件用于測量這兩個(gè)經(jīng)放大的相干的激光束的空間疊加的強(qiáng)度。測量元件例如被設(shè)計(jì)為光電探測器，或包括光電探測器。光電探測器例如可以是快速光電探測器和/或時(shí)鐘光電探測器和/或光電二極管。

40、相干的激光束可以是脈沖激光束或連續(xù)波激光束。相干的激光束尤其是超短脈沖激光束。

41、設(shè)備尤其設(shè)置成將經(jīng)放大的相干的激光束組合成至少一個(gè)相干的激光束。相干的激光束和/或經(jīng)放大的相干的激光束尤其分別是以被組合成至少一個(gè)組合的激光束為目的的激光束。

42、放大裝置例如可以包括光纖放大器、平板放大器、棒式放大器或盤式放大器。

43、可以提出，放大裝置具有頻率轉(zhuǎn)換級或放大裝置配屬有設(shè)備的頻率轉(zhuǎn)換級。

44、尤其借助于相位調(diào)整裝置可以調(diào)整相干的激光束之間和/或經(jīng)放大的相干的激光束之間的相應(yīng)相位差。

45、借助于相位調(diào)整裝置執(zhí)行的相干的激光束之間的相位差的變化尤其引起對應(yīng)的經(jīng)放大的相干的激光束之間的相位差的變化。

46、在實(shí)施方式中，設(shè)備包括組合裝置，該組合裝置用于將經(jīng)放大的相干的激光束組合成至少一個(gè)組合的激光束。組合裝置例如包括至少一個(gè)微透鏡陣列和/或至少一個(gè)衍射光學(xué)元件和/或至少一個(gè)干涉儀光學(xué)系統(tǒng)和/或至少一個(gè)影響偏振的元件。

47、組合裝置例如包括至少一個(gè)衍射光學(xué)元件，其中該至少一個(gè)衍射光學(xué)元件例如包括具有周期性圖案的光柵結(jié)構(gòu)。由此，例如可以根據(jù)“填充孔徑(filled-aperture)”原理實(shí)現(xiàn)相干的激光束的組合。

48、可以提出，組合裝置包括用于組合相干的激光束的至少一個(gè)微透鏡陣列。由此，例如可以根據(jù)“混合孔徑(mixed-aperture)”原理實(shí)現(xiàn)相干的激光束的組合。

49、原則上還可以實(shí)現(xiàn)的是，在沒有組合裝置的情況下將經(jīng)放大的相干的激光束組合成至少一個(gè)組合的激光束。例如經(jīng)放大的相干的激光束通過在遠(yuǎn)場中的傳播而組合成該至少一個(gè)組合的激光束(“平鋪孔徑(tiled-aperture)”原理)。

50、至少一個(gè)透鏡元件例如可以被設(shè)置成用于將經(jīng)放大的相干的激光束成像成至少一個(gè)組合的激光束。由此，例如可以根據(jù)“平鋪孔徑”原理實(shí)現(xiàn)相干的激光束的組合。

51、可以提出，組合裝置具有頻率轉(zhuǎn)換級或組合裝置配屬有設(shè)備的頻率轉(zhuǎn)換級。頻率轉(zhuǎn)換級尤其連接在組合裝置上游。

52、尤其可以提出，設(shè)備包括用于提供相干的激光束的至少一個(gè)激光源。

53、根據(jù)本發(fā)明，開篇提及的激光系統(tǒng)包括用于提供相干的激光束的至少一個(gè)激光源和用于組合相干的激光束的上述設(shè)備。

54、尤其可以設(shè)置有唯一或多個(gè)激光源，以提供相干的激光束。在唯一激光源的情況下，通過分離借助于該激光源提供的輸入激光束產(chǎn)生多個(gè)相干的激光束。在多個(gè)激光源的情況下，例如借助于激光源之一分別提供至少一個(gè)相干的激光束。

55、根據(jù)本發(fā)明，在開篇提及的用于組合相干的激光束的方法中提出，借助于相位調(diào)整裝置調(diào)整相干的激光束之間的相應(yīng)相位差；借助于放大裝置放大相干的激光束，其中經(jīng)放大的相干的激光束從放大裝置中耦合輸出；借助于控制裝置基于預(yù)定的配屬規(guī)則操控相位調(diào)整裝置，以將經(jīng)放大的相干的激光束之間的相應(yīng)相位差調(diào)整到預(yù)定的目標(biāo)相位差值；借助于測量裝置求取經(jīng)放大的相干的激光束之間的相應(yīng)相位差，其中借助于測量裝置求取經(jīng)放大的相干的激光束之間的實(shí)際相位差值；以及借助于被配屬給控制裝置的優(yōu)化單元基于借助于測量裝置求取的實(shí)際相位差值優(yōu)化配屬規(guī)則。

56、根據(jù)本發(fā)明的方法尤其具有根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)另外的特征和/或優(yōu)點(diǎn)。已經(jīng)結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備闡述了根據(jù)本發(fā)明的方法的有利的實(shí)施方式。

57、尤其根據(jù)本發(fā)明的方法借助于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備實(shí)施，和/或根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備構(gòu)造成用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。

58、尤其可以提出，預(yù)先規(guī)定目標(biāo)相位差值，并且控制裝置利用操控值根據(jù)配屬規(guī)則操控相位調(diào)整裝置，以將經(jīng)放大的相干的激光束之間的相應(yīng)相位差調(diào)整到預(yù)定的目標(biāo)相位差值。

59、尤其可以提出，為了優(yōu)化配屬規(guī)則，將借助于控制裝置根據(jù)配屬規(guī)則調(diào)整的目標(biāo)相位差值與借助于測量裝置測量到的實(shí)際相位差值進(jìn)行比較。然后，尤其如此改變和/或調(diào)整配屬規(guī)則，使得目標(biāo)相位差值與實(shí)際相位差值之間的差最小化。

60、尤其，表述“至少近似”或“近似”通常意味著偏差至多10％。除非另有說明，否則表述“至少近似”或“近似”尤其應(yīng)被理解為實(shí)際的值和/或間距和/或角度與理想的值和/或間距和/或角度偏差至多10％。