專利名稱：波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器以及激光束機械加工設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過使用非線性光學晶體的激光束到波長的轉(zhuǎn)換，具體來說，涉及通過向工件發(fā)出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束來對工件進行機械加工的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在JP-A-5-142607(pp.3到4，以及圖1)公開的波長轉(zhuǎn)換激光器中，當兩個非線性光學晶體彼此串聯(lián)在一起時，非線性光學晶體在激光束通過晶體的方向上的長度相同。其中一個非線性光學晶體在晶體方向軸方面與入射激光束對齊，以便進行相位匹配。在穿過第一個非線性光學晶體之后，入射激光束進入第二個非線性光學晶體。這里，第二個非線性光學晶體位于這樣的位置其中，用于相位匹配的第二個晶體的晶體方向軸偏離第一個晶體的晶體方向軸，偏離的角度小于相位匹配角度的半高寬(full width half maximum)。非線性光學晶體的晶體軸(晶體方向軸)的偏離角小至幾個微弧度到數(shù)十個微弧度(參見JP-A-5-142607)。具體來說，兩個非線性光學晶體(它們在相對于激光束穿過晶體的方向的長度相同)是這樣設置的，以便非線性光學晶體的晶體方向軸在從激光束的光軸的方向觀察時朝向基本上相同的方向。
在JP-A-6-110098(pp.3到4，以及圖2)的波長轉(zhuǎn)換激光器中，作為非線性光學晶體的KN晶體的每一個厚度為0.5mm。當兩個KN晶體這樣擺放使得各晶體的交角彼此不同時，晶體的結(jié)晶軸(晶體方向軸)的方向設置成補償偏離角度(walking angle)(參見JP-A-6-110098)。具體來說，兩個非線性光學晶體(它們在相對于激光束穿過晶體的方向上的長度相同)是這樣擺放的，以便相應的非線性光學晶體的晶體方向軸在從光軸的方向觀察時基本上圍繞激光束的光軸旋轉(zhuǎn)180度。
JP-A-4-330425公開的波長轉(zhuǎn)換激光器(pg.3，以及圖1)使用了兩個由非線性光學晶體材料制成的相同的晶體。當各晶體的長度彼此相同時，各晶體這樣擺放，以便晶體的相互等效的光軸彼此偏離90度(參見JP-A-4-330425)。
在JP-A-5-142607和JP-A-6-110098公開的波長轉(zhuǎn)換激光束中，兩個非線性光學晶體(它們在相對于激光束穿過晶體的方向上的長度相同)是這樣擺放的，以便相應的非線性光學晶體的晶體方向軸在從激光束的光軸的方向觀察時朝向基本上相同的方向?；蛘撸@兩個非線性光學晶體這樣擺放，以便相應的非線性光學晶體的晶體方向軸圍繞光軸旋轉(zhuǎn)大約180度。因此，從兩個非線性光學晶體發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向在相同的方向?qū)R；即，激光束作為線性偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束輸出。因此，從兩個非線性光學晶體發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束導致干涉?，F(xiàn)在，在兩個非線性光學晶體之間存在的氣體(如空氣)的折射率，或者在兩個非線性光學晶體的末端提供的抗反射涂層(AR涂層)的折射率對波長色散敏感。在從非線性光學晶體發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束之間發(fā)生干涉的條件隨著兩個非線性光學晶體之間的距離的不同而變化。如果兩個非線性光學晶體相互之間不能間隔一定的距離，則產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束是不可能的。由于兩個非線性光學晶體之間存在的空氣的折射率或者抗反射涂層的折射率隨著溫度而變化，因此，發(fā)生干涉的條件隨著隨著溫度而變化，因此，會產(chǎn)生生成的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束變得非常不穩(wěn)定的問題。
根據(jù)JP-A-4-330425的波長轉(zhuǎn)換激光器具有在用于產(chǎn)生基本激光束的共振器內(nèi)執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換的配置。激光束在共振器內(nèi)來回傳播時進入非線性光學晶體。為了消除每次激光束穿過非線性光學晶體時發(fā)出的基本激光束之間的偏移，需要使兩個非線性光學晶體在相對于激光束通過的方向上的長度嚴格相同。因此，當更換非線性光學晶體時，需要準備和更換在長度上與原始的非線性光學晶體嚴格相同的非線性光學晶體，或者準備和更換在長度上嚴格相同的兩個非線性光學晶體。這就使得維護成本增大，更換和調(diào)整非線性光學晶體所花的時間延長。
在現(xiàn)有的激光束機械加工方法中，例如，一種通過向激光束暴露非晶態(tài)硅來提高薄膜的質(zhì)量的方法，在非晶態(tài)硅上輻射雙波形Q-開關(guān)YAG激光(參見JP-A-63-314862，pg.2，圖1、3)。
在另一個現(xiàn)有的激光束機械加工方法中，例如，一種通過向激光束暴露非晶態(tài)硅來結(jié)晶非晶態(tài)硅的方法，當修改YAG激光的基波、二次諧波、三次諧波或四次諧波時輻射激光束，以便暴露表面的外形在曝光過程中變?yōu)榫€性(參見，JP-A-2001-144027，pp.4到5，圖2)。
根據(jù)相關(guān)技術(shù)的激光機械加工方法，當使用從配備有波長轉(zhuǎn)換器的波長轉(zhuǎn)換激光器發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束進行暴光時，從波長轉(zhuǎn)換激光器(即，波長轉(zhuǎn)換器)發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光通常是線性偏振的，這就產(chǎn)生了這樣的問題取決于機械加工方向和偏振方向機械加工結(jié)果會產(chǎn)生偏差。具體來說，在通過于非晶態(tài)硅上輻射激光束并對如此暴光的硅進行退火處理以獲得多晶硅的機械加工中，當諸如薄膜晶體管之類的器件通過使用襯底(該襯底已經(jīng)通過常規(guī)的激光束機械加工方法被轉(zhuǎn)換成多晶硅)來制造時，就會產(chǎn)生這樣的問題取決于激光束的掃描方向和偏振方向之間的關(guān)系在特征方面產(chǎn)生偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決相關(guān)技術(shù)的波長轉(zhuǎn)換激光器的缺點而產(chǎn)生的，目的在于提供一種波長轉(zhuǎn)換方法和波長轉(zhuǎn)換激光器，通過輕易地防止在由兩個非線性光學晶體進行波長轉(zhuǎn)換的激光束之間發(fā)生干涉(interference)，它們能夠高效穩(wěn)定地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，而不必嚴格地控制兩個非線性光學晶體在激光束穿過光學晶體的方向上的長度。
本發(fā)明就是為了解決相關(guān)技術(shù)的設備的缺點而產(chǎn)生的，目的在于提供一種波長轉(zhuǎn)換方法和波長轉(zhuǎn)換設備，它們能夠高效穩(wěn)定地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，并且輕易地防止在由兩個非線性光學晶體進行波長轉(zhuǎn)換的激光束之間發(fā)生干涉，而不必嚴格地控制兩個非線性光學晶體在激光束穿過光學晶體的方向上的長度。
本發(fā)明目的在于提供一種激光束機械加工設備，該設備能夠在長時間內(nèi)精確地執(zhí)行均勻的機械加工。
本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換方法是這樣的一種方法通過使基本激光束沿一個方向傳播，使用用于進行波長轉(zhuǎn)換的非線性光學晶體對基本激光束進行波長轉(zhuǎn)換，該方法包括使隨機偏振的基本激光束按順序穿過串聯(lián)的用于進行波長轉(zhuǎn)換的兩個非線性光學晶體，從而產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差45度到90度。
根據(jù)本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換激光器是這樣的一種器件，其通過使基本激光束沿一個方向傳播，使用用于進行波長轉(zhuǎn)換的非線性光學晶體對基本激光束進行波長轉(zhuǎn)換，該激光器包括用于產(chǎn)生隨機偏振的基本激光束的基本激光源；以及兩個非線性光學晶體，它們彼此串聯(lián)，以便當相對于激光束的光軸的方向觀察時，晶體的晶體方向軸相差45度到90度，其中，使隨機偏振的基本激光束按順序穿過該兩個非線性光學晶體，從而產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差45度到90度。
根據(jù)本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換激光器是這樣的一種器件，其通過使基本激光束沿一個方向傳播，使用用于進行波長轉(zhuǎn)換的非線性光學晶體對基本激光束進行波長轉(zhuǎn)換，該激光器包括用于產(chǎn)生隨機偏振的基本激光束的基本激光源；兩個非線性光學晶體，它們彼此串聯(lián)，以便當相對于激光束的光軸的方向觀察時，晶體的晶體方向軸沿相同方向或在大約180度的相反方向?qū)R；以及位于兩個非線性光學晶體之間的偏振方向旋轉(zhuǎn)裝置，該裝置將波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)45度到90度，其中，使隨機偏振的基本激光束按順序穿過兩個非線性光學晶體，從而產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差45度到90度。
本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換設備用于在用來產(chǎn)生基本激光束的共振器外面執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換，該設備包括兩個非線性光學晶體，它們彼此串聯(lián)，以便當相對于激光束的光軸的方向觀察時，晶體的晶體方向軸相差45度到90度，其中，使隨機偏振的基本激光束按順序穿過兩個非線性光學晶體，從而產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差45度到90度。
波長轉(zhuǎn)換設備，該設備用于在用于產(chǎn)生基本激光束的共振器外面執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換，該設備包括兩個非線性光學晶體，它們彼此串聯(lián)，以便當相對于激光束的光軸的方向觀察時，兩個非線性光學晶體的晶體方向軸沿單個方向或大約180度的相反方向?qū)R；還包括偏振方向旋轉(zhuǎn)裝置，該裝置位于兩個非線性光學晶體之間并將波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)45度到90度，其中，使隨機偏振的基本激光束按順序穿過兩個非線性光學晶體，從而產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差45度到90度。
根據(jù)本發(fā)明的激光束機械加工設備用于將工件暴露于已經(jīng)被上文描述的波長轉(zhuǎn)換激光器進行波長轉(zhuǎn)換的激光束。
根據(jù)本發(fā)明，提供了這樣一種方法通過使基本激光束沿一個方向傳播，使用用于進行波長轉(zhuǎn)換的非線性光學晶體對基本激光束進行波長轉(zhuǎn)換，該方法包括使隨機偏振的基本激光束按順序穿過串聯(lián)的用于進行波長轉(zhuǎn)換的兩個非線性光學晶體，從而產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差45度到90度。因此，可以輕易地防止在已由非線性光學晶體進行波長轉(zhuǎn)換的激光束之間產(chǎn)生的干涉的發(fā)生，而不必嚴格地調(diào)整兩個非線性光學晶體相對于激光束穿過的方向的長度。這產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠高效而穩(wěn)定地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。
此外，本發(fā)明提供了這樣一種器件，其通過使基本激光束沿一個方向傳播，使用用于進行波長轉(zhuǎn)換的非線性光學晶體對基本激光束進行波長轉(zhuǎn)換，該激光器包括用于產(chǎn)生隨機偏振的基本激光束的基本激光源；以及兩個非線性光學晶體，它們彼此串聯(lián)，以便當相對于激光束的光軸的方向觀察時，晶體的晶體方向軸相差45度到90度，其中，使隨機偏振的基本激光束按順序穿過兩個非線性光學晶體，從而產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差45度到90度。因此，可以輕易地防止在已由非線性光學晶體進行波長轉(zhuǎn)換的激光束之間產(chǎn)生的干涉的發(fā)生，而不必嚴格地調(diào)整兩個非線性光學晶體相對于激光束穿過的方向的長度。這產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠高效而穩(wěn)定地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。
本發(fā)明還提供了這樣的一種器件，其通過使基本激光束沿一個方向傳播，使用用于進行波長轉(zhuǎn)換的非線性光學晶體對基本激光束進行波長轉(zhuǎn)換，該激光器包括用于產(chǎn)生隨機偏振的基本激光束的基本激光源；兩個非線性光學晶體，它們彼此串聯(lián)，以便當相對于激光束的光軸的方向觀察時，晶體的晶體方向軸沿相同方向或沿大約180度的相反方向?qū)R；以及位于兩個非線性光學晶體之間的偏振方向旋轉(zhuǎn)裝置，該裝置將波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)45度到90度，其中，使隨機偏振的基本激光束按順序穿過兩個非線性光學晶體，從而產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差45度到90度。因此，可以輕易地防止在已由非線性光學晶體進行波長轉(zhuǎn)換的激光束之間產(chǎn)生的干涉的發(fā)生，而不必嚴格地調(diào)整兩個非線性光學晶體相對于激光束穿過的方向的長度。這產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠高效而穩(wěn)定地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。
本發(fā)明還能使工件暴露于已經(jīng)被上文描述的波長轉(zhuǎn)換激光器進行波長轉(zhuǎn)換的激光束。這產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠穩(wěn)定、準確、高效地執(zhí)行同質(zhì)而均勻的機械加工。


圖1是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖；圖2A是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的俯視圖；圖2B是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的側(cè)視圖；圖2C是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的透視圖；圖3是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖；圖4是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第二個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖；圖5是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第二個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖；圖6是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第三個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖；圖7是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第四個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖；圖8是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第五個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖；圖9是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第六個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖；圖10A是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第六個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的俯視圖；圖10B是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第六個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的側(cè)視圖；圖10C是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第六個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的透視圖；圖11是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第七個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖；圖12是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第七個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖；
圖13是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第八個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖；圖14是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第八個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖；圖15是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第九個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖；以及圖16是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第十個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖；具體實施方式
第一個實施例圖1到圖3是描述根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖。圖1是顯示激光束機械加工設備的側(cè)視圖。圖2A是激光束機械加工設備的放大的俯視圖；圖2B是激光束機械加工設備的放大的側(cè)視圖，而圖2C是激光束機械加工設備的放大的透視圖。圖3是顯示用于進行波長轉(zhuǎn)換的非線性光學晶體的透視圖，它們是用于進行比較測試的激光束機械加工設備的主截面。
在圖1中，激光束機械加工設備包括波長轉(zhuǎn)換器和激光輻射器件。波長轉(zhuǎn)換器包括基本激光源(下文簡稱為“激光源”)2，用于產(chǎn)生隨機偏振的基本激光束3；以及串聯(lián)的用于進行波長轉(zhuǎn)換的兩個非線性光學晶體(下文簡稱為“波長轉(zhuǎn)換晶體”)1A和1B?；炯す馐?以這樣的方式接受波長轉(zhuǎn)換穿過兩個非線性光學晶體1A和1B，以便偏振方向彼此相差90度。激光輻射器件將已經(jīng)由波長轉(zhuǎn)換器進行波長轉(zhuǎn)換的激光束3C輻射到工件17上。
波長轉(zhuǎn)換器配備有波長轉(zhuǎn)換晶體1A和1B，以及分離鏡(separation mirror)6，該分離鏡反射基本激光束3，并允許透射波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C。波長轉(zhuǎn)換器1A、1B設置在相應的溫度調(diào)節(jié)器4A、4B上，以便相對于激光源2的光軸而串聯(lián)。分離鏡6位于鏡架7上。
激光源2和波長轉(zhuǎn)換器構(gòu)成了波長轉(zhuǎn)換激光器，激光源2、溫度調(diào)節(jié)器4A、4B，以及鏡架7位于一個共用基座5上。
激光輻射器件具有一個反射鏡12、聚光光學系統(tǒng)14以及工作臺18。由反射鏡夾持工具13夾持的反射鏡12和由光學系統(tǒng)夾持工具15夾持的聚光光學系統(tǒng)14由一個固定夾具16夾持，而固定夾具16固定于工作臺18上。諸如硅、金屬板、陶瓷、印刷電路板以及印刷電路基板之類的工件17固定于工作臺18上。
激光源2將Nd(釹):YAG作為工作介質(zhì)，并產(chǎn)生波長為1064nm的隨機偏振的基本激光束3。這里使用的術(shù)語“隨機偏振的”表示這樣的偏振狀態(tài)偏振方向不是單一的，和線性偏振光的情況相反，并包括含有許多偏振方向分量的偏振狀態(tài)或非偏振狀態(tài)。
波長轉(zhuǎn)換晶體1A以及1B由非線性光學晶體(例如，硼酸鋰(化學分子式LiB3O5，簡化為LBO)構(gòu)成。
首先將參考圖1描述波長轉(zhuǎn)換激光器(即，波長轉(zhuǎn)換器)的操作。從激光源2發(fā)出的并充當用于進行波形轉(zhuǎn)換的基本波形的基本激光束3進入位于前級的波長轉(zhuǎn)換晶體1A，激光束3的一部分通過波長轉(zhuǎn)換被轉(zhuǎn)換為諧波，如此產(chǎn)生一個基波/諧波混合的激光束3A。該基波/諧波混合的激光束3A再次進入位于后級的波長轉(zhuǎn)換晶體1B，激光束3A的基本波形分量的一部分通過波長轉(zhuǎn)換被轉(zhuǎn)換為諧波，如此產(chǎn)生一個基波/諧波混合的激光束3B。該基波/諧波混合的激光束3B進入分離鏡6，激光束3B的基本波形分量被反射以進入未顯示的阻尼器或類似的元件。只有激光束3B的諧波分量通過分離鏡6，如此通過的諧波分量在波長轉(zhuǎn)換激光器(波長轉(zhuǎn)換器)的外面被提取作為波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C。
如上所述，本實施例的波長轉(zhuǎn)換激光器使基本激光束沿一個方向傳播，其中，激光束被用于進行波長轉(zhuǎn)換的非線性光學晶體(即，波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B)進行了波長轉(zhuǎn)換。
下面將參考圖2A到2C，詳細描述設置波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的方法。這里，描述了這樣一種情況使用Nd(釹):YAG激光器作為激光源2，該激光器以隨機偏振狀態(tài)發(fā)出波長為1064nm的基本激光束3；使用硼酸鋰(化學分子式LiB3O5，簡化為LBO)晶體作為波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B，這種晶體通過第二類型的相位匹配將基本激光束3的一部分轉(zhuǎn)換為532nm的二次諧波。
在此情況下，使基本激光束3沿相對于平面9A和9B內(nèi)的晶體方向軸“c”大約20.5度的方向傳播，兩個平面垂直于硼酸鋰晶體的晶體方向軸“a”，并由晶體方向軸“b”和“c”構(gòu)成；從而滿足第二類型的相位匹配的條件；即，基波和二次諧波。結(jié)果，隨機偏振的基本激光束3的一部分接受波長轉(zhuǎn)換，從而沿晶體方向軸“a”的方向產(chǎn)生線性偏振的二次諧波。
在本實施例中，波長轉(zhuǎn)換晶體1A(它位于前級，基本波形激光束首先穿過它)和波長轉(zhuǎn)換晶體1B(它位于后級，基本波形激光束隨后穿過它)沿相對于激光束穿過波長轉(zhuǎn)換晶體的方向的長度不同；即，位于后級的波長轉(zhuǎn)換晶體1B比位于前級的波長轉(zhuǎn)換晶體1A長。
此外，波長轉(zhuǎn)換晶體1A位置是這樣的其晶體方向軸“a”朝向水平方向(即，垂直于圖1的頁面的方向)，波長轉(zhuǎn)換晶體1B的位置是這樣的其晶體方向軸“a”朝向垂直方向(即，平行于圖1的頁面的方向)。如上所述，當兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B彼此串聯(lián)在一起時，波長轉(zhuǎn)換晶體1B的晶體方向軸相對于另一個波長轉(zhuǎn)換晶體1A圍繞激光束3的光軸旋轉(zhuǎn)90度(具體來說，當沿激光束的光軸方向觀察時，各晶體方向軸彼此相差90度)。結(jié)果，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的二次諧波的偏振方向與由波長轉(zhuǎn)換晶體1B產(chǎn)生的二次諧波的偏振方向相差90度。因此，產(chǎn)生了一個波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C，其偏振方向相差大約90度。
接下來，將描述激光束機械加工操作。從波長轉(zhuǎn)換激光器(即，波長轉(zhuǎn)換器)發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C被反射鏡12反射，并由聚光光學系統(tǒng)15聚集和輻射在工件17上，如此通過退火、表面重整、鉆孔、剪切、焊接、修剪等等對工件17進行機械加工。
如上所述，在第一個實施例中，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的二次諧波(波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束)的偏振方向和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的二次諧波(即，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束)的偏振方向彼此相差90度。不管在兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B之間是否存在抗反射涂層或間隔，在二次諧波之間都不會產(chǎn)生干涉。
因此，產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠高效而穩(wěn)定地并且通過簡便手段產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。
上文描述的波長轉(zhuǎn)換使用了激光源來發(fā)出隨機偏振的基本激光束。因此，甚至在基本激光束的相位被位于前級的波長轉(zhuǎn)換晶體1A移位的情況下，由位于后級的波長轉(zhuǎn)換晶體1B執(zhí)行的波長轉(zhuǎn)換也不會受到影響。波長轉(zhuǎn)換是在用于產(chǎn)生基本激光束的共振器的外面執(zhí)行的，因此，由兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B所引起的基本激光束的相位偏移不會影響基波激光束的振動。從而以簡單的方式防止已經(jīng)由波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B進行了波長轉(zhuǎn)換的激光束之間的干涉，而不必對兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B(即，非線性光學晶體)沿激光束穿過晶體的方向的長度進行嚴格的調(diào)整，從而能夠高效而穩(wěn)定地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。由于不必對兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B沿激光束穿過晶體的方向的長度進行嚴格的調(diào)整，因此沒有必要在替換波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B時準備長度與原始晶體嚴格相同的晶體，從而產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠降低維護成本。此外，由于不必準備長度相同的兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B，因此，可以降低維護成本，并能夠縮短替換或調(diào)整晶體所需要的時間。
進入波長轉(zhuǎn)換晶體1B的基波/諧波混合的激光束3A的基波分量的功率小于進入波長轉(zhuǎn)換晶體1A的基波激光束3的功率。然而，在第一個實施例中，在相對于激光束穿過晶體的方向上，位于后級的波長轉(zhuǎn)換晶體1B比位于前級的波長轉(zhuǎn)換晶體1A長。因此，可以使從位于前級的波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的二次諧波的功率接近于從位于后級的波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的二次諧波的功率。因此，如下文進一步詳細描述的，當使用從第一個實施例的波長轉(zhuǎn)換激光器發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C作為機械加工光源時，具有這樣的優(yōu)點能夠消除機械加工對偏振方向的依賴性。
即，在第一個實施例中，激光束機械加工設備按照前面所述的方法進行配置。從波長轉(zhuǎn)換激光器(即，波長轉(zhuǎn)換器)發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換激光束3C包括水平方向(即，垂直于圖1的頁面的方向)的偏振分量和垂直方向(即，平行于圖1的頁面的方向)的偏振分量。該波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振狀態(tài)接近于隨機偏振光的狀態(tài)。因此，產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠穩(wěn)定地執(zhí)行均勻的[即，不管偏振方向或機械加工點(位置)如何都相同]機械加工，而不依賴于偏振方向。此外，波長轉(zhuǎn)換激光器(波長轉(zhuǎn)換器)可以高效而穩(wěn)定地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C，因此，產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠在長時間內(nèi)穩(wěn)定地執(zhí)行準確而均勻的機械加工(即，對于每一次操作是相同的)。
下面將通過提供特定的測試示例(即，示例1和比較示例1)描述本實施例的優(yōu)點。
示例1使用Nd(釹):YAG激光器作為激光源2，該激光器執(zhí)行Q-開關(guān)脈沖振動，并產(chǎn)生波長為1064nm的基本激光束。激光束3的技術(shù)指標包括平均功率529W，脈沖周期頻率4kHz、脈沖寬度40.4ns，射束質(zhì)量M2.10。
使用硼酸鋰(化學分子式LiB3O5)作為波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B，其中，硼酸鋰通過第二類型的相位匹配產(chǎn)生二次諧波，其中，晶體沿相對于激光束穿過各晶體的方向的長度為15mm和18mm。各晶體位于基本激光束3的1/e2半徑處；即，在0.54mm和0.52mm處。
當波長轉(zhuǎn)換晶體1A的晶體方向軸“a”水平地擺放而波長轉(zhuǎn)換晶體1B的晶體方向軸“a”垂直地擺放時，如圖2所示，二次諧波波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C產(chǎn)生186W的輸出。二次諧波波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束接受偏振分離，并測量每一個所產(chǎn)生的偏振分量的功率。來自波長轉(zhuǎn)換晶體1A的偏振分量的功率是95W，來自波長轉(zhuǎn)換晶體2A的偏振分量的功率是91W。如此，兩個偏振分量基本上具有相同的功率。波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C處于接近于各向同性的偏振狀態(tài)。二次諧波波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的平均輸出的波動大約為1％，且非常穩(wěn)定。該波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C輻射在非晶態(tài)硅上，如此將非晶態(tài)硅轉(zhuǎn)換為多晶硅。器件的特性不取決于偏振方向。
比較實例1比較示例與示例1的區(qū)別只在于波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的方向不同；即，如圖3所示，波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B這樣擺放，以便各晶體方向軸“a”水平地擺放。在此情況下，二次諧波波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的平均輸出是138W，大約比前一示例中獲得的值低23％。此外，二次諧波波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的平均輸出的波動大約為10％，非常不穩(wěn)定。此外，由于兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的晶體方向軸的方向?qū)R，因此，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C是線性偏振的。該波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C輻射在非晶態(tài)硅上，如此將非晶態(tài)硅轉(zhuǎn)換成為多晶硅。各器件的特性之間存在偏差，并且取決于掃描方向和偏振方向。
測試結(jié)果顯示，當產(chǎn)生功率為100W或更高的高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C時，由于使用了波長轉(zhuǎn)換激光器和波長轉(zhuǎn)換方法兩者都在第一個實施例中顯示出來，可以高效穩(wěn)定地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。
在該示例中，使用長度為15mm的非線性光學晶體作為波長轉(zhuǎn)換晶體1A，使用長度為18mm的非線性光學晶體作為波長轉(zhuǎn)換晶體1B。然而，晶體的長度不僅限于這些長度。例如，可以使用長度非常類似的非線性光學晶體，如長度為18.00mm的非線性光學晶體和長度為18.01mm的非線性光學晶體，在這樣的情況下，會產(chǎn)生類似的優(yōu)點。
第一個示例描述了這樣的情況波長轉(zhuǎn)換晶體1A的晶體方向軸“a”水平地擺放，波長轉(zhuǎn)換晶體1B的晶體方向軸“a”垂直地擺放。相反，波長轉(zhuǎn)換晶體1A的晶體方向軸“a”可以垂直地擺放，而波長轉(zhuǎn)換晶體1B的晶體方向軸“a”可以水平地擺放。簡而言之，唯一的要求是這樣擺放晶體，以便從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向彼此相差90度。只要滿足此要求，就會產(chǎn)生類似于結(jié)合第一個實施例所描述的優(yōu)點。
在第一個實施例中，兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B這樣擺放，以便當在激光束的光軸的方向觀察時，晶體方向軸彼此相差90度?？梢圆捎萌魏谓嵌龋灰獜奈挥谇凹壍牟ㄩL轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束和從位于后級的波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束之間的干涉的影響變小即可。因此，偏振方向不需要正好彼此相差90度。唯一的要求是，兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的晶體方向軸和波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3A的偏振方向彼此之間的差位于45到90度范圍。理想的情況是，差值大約為90度。[例如，在85度到90范圍內(nèi)(由于干涉的影響導致的輸出下降變?yōu)?0％或更小)，優(yōu)選情況下，位于88到90的范圍內(nèi)(由于干涉的影響導致的輸出的下降變?yōu)?％或更小)]。
在本發(fā)明中，當在兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的晶體方向軸之間定義的角度中的較小的角度為45度時，兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的晶體方向軸彼此相差45度。當已經(jīng)被兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B進行了波長轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向之間定義的角度中的較小的角度是45度時，偏振方向彼此相差45度。
第二個實施例圖4和5是描述根據(jù)第二個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖。具體來說，圖4是激光束機械加工設備的側(cè)視圖，圖5是放大顯示波長轉(zhuǎn)換晶體和波長盤(兩者都在圖4中顯示)的透視圖。
在該實施例中，兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B彼此串聯(lián)在一起，以便當在激光束的光軸的方向觀察時，各晶體的晶體方向軸“a”在單個方向?qū)R。波長盤10位于兩個非線性光學晶體1A和1B之間，作為偏振方向旋轉(zhuǎn)裝置，用于將波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度。在其它方面，本實施例和第一個實施例一樣，因此，下列說明主要論述第一和第二個實施例之間的區(qū)別。
在圖4所示的波長轉(zhuǎn)換激光器中，用于將基波/諧波混合的激光束3A的諧波分量的偏振方向圍繞光軸旋轉(zhuǎn)90度的波長盤(wavelength plate)10，由支持架11夾持。在插入在波長轉(zhuǎn)換晶體1A和1B之間的底座5上提供了支持架11。波長盤10例如由半波長盤構(gòu)成，波長盤10的晶體方向軸相對于波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的晶體方向軸“a”圍繞激光束3的光軸旋轉(zhuǎn)45度。
圖5顯示了這樣的情況使用Nd(釹):YAG激光器作為激光源2，該激光器通過隨機偏振產(chǎn)生波長為1064nm的基本激光束3；使用硼酸鋰(化學分子式LiB3O5，簡化為LBO)作為波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B，這種晶體通過第二類型的相位匹配將基本激光束3的一部分轉(zhuǎn)換為波長為532nm的二次諧波。波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B這樣擺放，以便各晶體方向軸“a”水平地擺放(即，方向垂直于圖4的頁面)。
在具有前述結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換激光器中，基波/諧波混合的激光束3A進入波長轉(zhuǎn)換晶體1B，而激光束3A的諧波分量的偏振方向由半波長盤10圍繞光軸旋轉(zhuǎn)90度。因此，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的并進入波長轉(zhuǎn)換晶體1B的二次諧波的偏振方向和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的二次諧波的偏振方向彼此相差90度。具體來說，作為波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C產(chǎn)生激光束，其偏振方向彼此相差大約90度。
因此，第二個實施例也會產(chǎn)生與第一個實施例產(chǎn)生的優(yōu)點相同的優(yōu)點。
與第一個實施例的情況相同，本實施例的波長轉(zhuǎn)換激光器還使基本激光束沿一個方向傳播，并使激光束由用于進行波長轉(zhuǎn)換的非線性光學晶體(即，波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B)進行波長轉(zhuǎn)換。
第二個實施例顯示了這樣的波長轉(zhuǎn)換激光器的配置這種激光器采用半波長盤10作為偏振方向旋轉(zhuǎn)裝置，該裝置將波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束旋轉(zhuǎn)大約90。然而，可以使用光學旋轉(zhuǎn)盤或電光元件代替半波長盤10，在這樣的情況下，可以產(chǎn)生類似的優(yōu)點。
第二個實施例顯示了這樣的配置當從激光束的光軸的方向觀察時，兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的晶體方向軸沿單個方向?qū)R。然而，兩個波長轉(zhuǎn)換晶體可以按相反的方向擺放；即，相差180度，在這樣的情況下，也會產(chǎn)生類似于由第二個實施例產(chǎn)生的優(yōu)點的優(yōu)點。
在波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的晶體方向軸之間形成的角度可以為任意大小，只要在從位于前級的波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束和從位于后級的波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束之間的干涉的影響在該角度下變得較小即可。各波長轉(zhuǎn)換晶體的晶體方向軸不必沿一個方向準確地對齊或精確地成180度的相反方向。各晶體方向軸可以基本上沿一個方向?qū)R或基本上成大約180度的相反方向。例如，與單個方向或與180度的相反方向存在5度或更小的偏移，理想的情況下，存在2度或更小的偏移都是允許的。
相同的道理也適用于偏振方向旋轉(zhuǎn)裝置。偏振方向旋轉(zhuǎn)裝置不必準確地旋轉(zhuǎn)90度，旋轉(zhuǎn)裝置在45度到90范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)都是理想的。理想情況下，大約90度的差值(例如，差值在85度到90度的范圍內(nèi)，優(yōu)選情況下，在88度到90度的范圍內(nèi))就足夠了。
簡而言之，與第一個實施例的情況相同，唯一的要求是，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的并進入波長轉(zhuǎn)換晶體1B的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向與從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向的差值應該在45度到90度的范圍內(nèi)。理想情況下，大約90度的差值(例如，差值在85度到90度的范圍內(nèi)，優(yōu)選情況下，在88度到90度的范圍內(nèi))就足夠了。
第三個實施例圖6是描述根據(jù)本發(fā)明的第三個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖。具體來說，圖6是激光束機械加工設備的側(cè)視圖。
在本實施例中，該設備具有一個四分之一波長盤19充當圓偏振裝置，用于將波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C轉(zhuǎn)換為圓偏振光。在其它方面，本實施例的配置和第一個實施例一樣，因此，下面給出的說明主要論述本實施例和第一個實施例之間的區(qū)別。
四分之一波長盤19固定于支持架20上，該支持架位于底座5A之上，底座5A進一步固定在底座5上。在圖6中，底座5A被配置為與底座5分離，但它們也可以配置為集成在一起。
在具有前述的配置的激光束機械加工設備中，已經(jīng)穿過分離鏡6的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C被四分之一波長盤19轉(zhuǎn)換為圓偏振光，如此產(chǎn)生圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D。具體來說，例如，在來自從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量被四分之一波長盤19作為順時針方向圓偏振光的情況下，從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量被四分之一波長盤19變?yōu)槟鏁r針方向圓偏振光。如此，產(chǎn)生了一個波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D，其中包括一個混合物，該混合物包括逆時針方向圓偏振光和順時針方向圓偏振光。該圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D從反射鏡12反射，如此反射的光被聚光光學系統(tǒng)14聚集和輻射在工件17上，從而使工件接受退火、表面重整、鉆孔、剪切、焊接、修剪等等處理。
如上所述，在第三個實施例中，激光束機械加工設備具有四分之一波長盤19充當圓偏振裝置，用于將波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C轉(zhuǎn)換為圓偏振光。因此，除第一個實施例的優(yōu)點之外，圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D被聚集和輻射在工件17上，因此，產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠穩(wěn)定地執(zhí)行比較同質(zhì)的機械加工，而不取決于偏振方向。
圖6顯示了四分之一波長盤19被插入到第一個實施例的波長轉(zhuǎn)換激光器(波長轉(zhuǎn)換器)的情況。然而，四分之一波長盤19可以插入到第二個實施例的波長轉(zhuǎn)換激光器(波長轉(zhuǎn)換器)中。
用于將波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束轉(zhuǎn)換為圓偏振光的圓偏振裝置不僅限于四分之一波長盤19，而且也可以是電光元件。
第四個實施例圖7是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第四個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖；具體來說，圖7是激光束機械加工設備的俯視圖。
除具有結(jié)合第一個實施例所描述的波長轉(zhuǎn)換激光器(即，激光束機械加工設備)的各元件之外，本實施例的激光束機械加工設備主要具有下列元件首先，該激光束機械加工設備配備有反射鏡21、21A充當反射器件，用于允許波長轉(zhuǎn)換激光束3D的一部分通過。
此外，該激光束機械加工設備配備有功率監(jiān)視器22，用于監(jiān)視功率，射束剖面儀(beam profile)23，用于監(jiān)視射束剖面。這里，功率監(jiān)視器22充當射束監(jiān)視器，該監(jiān)視器用于監(jiān)視已經(jīng)穿過反射鏡21、21A的波長轉(zhuǎn)換激光束3E、3F的射束參數(shù)[功率、射束剖面(射束大小)、射束質(zhì)量、以及發(fā)散角]。
該激光束機械加工設備還配備有四分之一波長盤19充當偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置。該偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置位于反射器件(反射鏡21、21A)之前的一級，并轉(zhuǎn)換波長轉(zhuǎn)換激光束3C的偏振狀態(tài)，以便相對于反射器件的反射面，從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等。具體來說，偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置執(zhí)行轉(zhuǎn)換操作，以便從非線性光學晶體1A(基本激光束首先通過該非線性光學晶體1A)發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束中的“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率(相對于反射器件的反射面)，基本上等于從非線性光學晶體1B(基本激光束隨后通過該非線性光學晶體1B)發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束中的“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率(相對于反射器件的反射面)。四分之一波長盤19也可以充當圓偏振裝置，用于將結(jié)合第三個實施例描述的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C轉(zhuǎn)換為圓偏振光。
在其它方面，該激光束機械加工設備在配置方面與第一個實施例的激光束機械加工設備相同，因此，現(xiàn)在主要講述第一個和第四個實施例之間的區(qū)別。
四分之一波長盤19由支持架20支撐，支持架20位于底座5上。反射鏡21、21A由鏡架7A、7B夾持，鏡架7A、7B位于底座5上的四分之一波長盤19后面。功率監(jiān)視器22由支持架20A夾持，支持架20A位于底座5上反射鏡21的背后。射束剖面儀23由支持架20B夾持，支持架20B位于底座5上反射鏡21A的背后。
激光輻射器件具有反射鏡12、聚光光學系統(tǒng)14以及工作臺18A。由鏡架13A夾持的反射鏡12、由光學系統(tǒng)支持架15A夾持的聚光光學系統(tǒng)14，以及工作臺18A固定于底座5B上。工作臺18A夾持工件17，如硅、金屬板、陶瓷、印刷電路板或印刷電路基板。
在具有前述的配置的激光束機械加工設備中，已經(jīng)穿過分離鏡6的激光束3C被四分之一波長盤19轉(zhuǎn)換為圓偏振光(即，圓偏振的)，從而激光束3C的偏振狀態(tài)被轉(zhuǎn)換，如此產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D。激光束3D在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間相對于反射器件(即，反射鏡21、21A)的反射面的比率方面基本上和從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束一樣。具體來說，例如，當從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量被四分之一波長盤19轉(zhuǎn)換為順時針方向圓偏振光，從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量被四分之一波長盤19轉(zhuǎn)換為逆時針方向圓偏振光，因此，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D混合地包括順時針方向圓偏振光和逆時針方向圓偏振光。
圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D被反射鏡21、21A和12反射，并被聚光光學系統(tǒng)14聚集和輻射在工件17上，從而通過退火、表面重整、鉆孔、剪切、焊接、修剪等等工藝對工件17進行機械加工。
圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的一部分通過反射鏡21。已經(jīng)通過反射鏡21的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3E進入功率監(jiān)視器22，在此，測量激光束3E的功率。此外，圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的一部分通過反射鏡21A。已經(jīng)通過反射鏡21A的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3F進入射束剖面儀23，在此，測量射束的剖面。
如前所述，在本實施例中，本實施例的激光束機械加工設備具有四分之一波長盤19作為同時充當圓偏振裝置和偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置的裝置，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C被轉(zhuǎn)換為圓偏振光。因此，與第三個實施例的情況相同，圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D被聚集和輻射在工件17上，因此，產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠穩(wěn)定地執(zhí)行比較均勻的機械加工，而不取決于偏振方向。
此外，該激光束機械加工設備配備有功率監(jiān)視器22，該監(jiān)視器充當用于監(jiān)視波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的功率的裝置，如此監(jiān)視對應于圓偏振的、波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D(即，激光束3D通過轉(zhuǎn)換波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的偏振狀態(tài)而形成，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于反射鏡21、21A的反射面))一部分的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3E的功率。由于已經(jīng)預先掌握波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3E的功率和波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的功率之間的關(guān)系，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率的總和可以實質(zhì)上準確地測量。具體來說，從波長轉(zhuǎn)換激光器輸出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的功率可以實質(zhì)上準確地測量。因此，可以確定是否可以在長時間內(nèi)穩(wěn)定而高效地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。此外，要輻射在工件17上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的功率可以實質(zhì)上準確地測量。因此，產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠確定是否可以在長時間內(nèi)執(zhí)行均勻、高精度的機械加工(即，相對于時間而言是恒定的)。
該激光束機械加工設備進一步配備有射束剖面儀23，該剖面儀充當用于監(jiān)視波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的剖面的裝置，如此監(jiān)視波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3F(激光束3F是圓偏振的、波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的一部分)的剖面(即，激光束3D通過轉(zhuǎn)換波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的偏振狀態(tài)而形成，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于反射鏡21、21A的反射面))。因此，可以實質(zhì)上準確地測量從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的射束剖面和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的射束剖面的總和。具體來說，從波長轉(zhuǎn)換激光器輸出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的射束剖面可以實質(zhì)上準確地測量。因此，可以確定是否可以在長時間內(nèi)穩(wěn)定而高效地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。此外，要輻射在工件17上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的射束剖面可以實質(zhì)上準確地測量。因此，產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠確定是否可以在長時間內(nèi)執(zhí)行均勻、高精度的機械加工(即，相對于時間是恒定的)。
通過監(jiān)視波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D(該激光束是由于波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的偏振狀態(tài)被轉(zhuǎn)換(圓偏振)而形成的，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于反射鏡21、21A的反射面))的一部分的功率和射束剖面而獲得的優(yōu)點是唯一地通過混合地包括許多線性偏振光分量的本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換激光器而獲得的。此優(yōu)點無法通過普通的線性偏振激光器或隨機偏振激光器獲得。下面將進一步對這一點進行詳細描述。
一般而言，當使激光束以不是垂直的角度進入反射鏡時，反射鏡的反射率會產(chǎn)生偏差，具體情況取決于入射束的偏振方向，“s”偏振光的反射率高于“p”偏振光的反射率。具體來說，“s”偏振光的透射率低于“p”偏振光的透射率。
現(xiàn)在將描述充當比較示例的波長轉(zhuǎn)換激光器。具體來說，該激光器沒有四分之一波長盤19，并使沒有被圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C進入反射鏡21，21A，并監(jiān)視通過反射鏡21、21A的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3E、3F的功率和射束剖面。例如，當波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束(其偏振方向彼此相差90度)，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量作為“s”偏振光進入反射鏡21、21A，從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量作為“p”偏振光進入反射鏡21、21A?！皊”偏振光的透射率低于“p”偏振光的透射率。因此，與從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率和射束剖面相比，可以更密切地監(jiān)視從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率和射束剖面。
具體來說，例如，當使波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C以大約45度的角度進入反射鏡21、21A時，“s”偏振光通過反射鏡21、21A的透射率例如大約為0.1％，“p”偏振光通過反射鏡21、21A的透射率例如為0.9％。從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的大約0.1％的分量與從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的大約0.9％的分量之和進入功率監(jiān)視器22和射束剖面儀23，在那里測量該總和的功率和射束剖面。
因此，如果只在從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率或射束剖面中產(chǎn)生變化，則在功率監(jiān)視器22的讀數(shù)以及射束剖面儀23的讀數(shù)中的變化是小的。因此，會產(chǎn)生這樣的問題不能準確地監(jiān)視輻射在工件17上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的功率或射束剖面的變化。
在本實施例中，使已經(jīng)被四分之一波長盤19圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D(即，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的偏振狀態(tài)被轉(zhuǎn)換(圓偏振)，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于反射鏡21、21A的反射面))進入反射鏡21、21A。因此，進入功率監(jiān)視器22和射束剖面儀23并從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量以及進入功率監(jiān)視器22和射束剖面儀23并從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量包括相對比例基本上相同的“s”偏振分量和“p”偏振分量。基本上按該相同的相對比例監(jiān)視從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量的功率和射束剖面以及從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量的功率和射束剖面。
具體來說，例如，“s”偏振光通過反射鏡21、21A的透射率大約為0.1％，“p”偏振光通過反射鏡21、21A的透射率大約為0.9％?！皊”偏振光分量和“p”偏振光分量兩者各占從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的圓偏振波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量的約50％。大約0.1％的“s”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.05％的分量)和大約0.9％的“p”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.45％的分量)之總和，即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.5％的分量通過反射鏡21、21A。同樣，“s”偏振分量和“p”偏振分量兩者各占從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的圓偏振波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量的約50％。因此，從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.5％的分量通過反射鏡21、21A。因此，在波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D中，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的分量以相同的比例進入功率監(jiān)視器22和射束剖面儀23，在那里測量各分量的功率和射束剖面。
因此，產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠?qū)嵸|(zhì)上準確地測量從波長轉(zhuǎn)換激光器輸出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的功率和射束剖面，并確定是否可以在長時間內(nèi)穩(wěn)定而高效地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。因此，產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠?qū)嵸|(zhì)上準確地測量輻射在工件17上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的功率和射束剖面，并能夠確定是否可以在長時間內(nèi)執(zhí)行均勻的機械加工(即，相對于時間是均勻的)。
此外，甚至只在從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率或射束剖面中產(chǎn)生變化時，也可產(chǎn)生這樣的優(yōu)點能夠?qū)嵸|(zhì)上準確地監(jiān)視輻射在工件17上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的功率和射束剖面的變化，并能夠確定由于只在從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量的功率或射束剖面中產(chǎn)生變化而導致的機械加工的變化。
在普通的線性偏振激光器中，進入反射鏡21、21A的激光束的偏振方向只有“s”偏振或“p”偏振。因此，透射率保持不變，不管在進入反射鏡21、21A之前激光束是否被圓偏振。因此，不產(chǎn)生由于監(jiān)視圓偏振波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的功率和射束剖面而導致的新優(yōu)點。
此外，在普通的隨機偏振激光器中，進入反射鏡21、21A的激光束的偏振方向包括相同比例的“s”偏振光和“p”偏振光。因此，透射率保持不變，不管在進入反射鏡21、21A之前激光束是否被圓偏振。因此，不產(chǎn)生由于監(jiān)視圓偏振波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的功率和射束剖面而導致的新優(yōu)點。
通過參考特定的數(shù)值已描述了這樣的情況波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B發(fā)出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，這些激光束偏振方向彼此相差大約90度。
相同的原理也可以適用于偏振方向彼此相差45到90度的情況以及偏振方向彼此相差90度的情況。例如，使波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C通過四分之一波長盤19(也充當偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置)，并將其轉(zhuǎn)換為橢圓偏振的波長轉(zhuǎn)換激光束3D，其中，激光束3D以基本上相同的比例包括從非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的“s”偏振光分量和“p”偏振光分量，其方式如下來自波長轉(zhuǎn)換晶體1A的分量包括大約60％的“s”偏振光分量和大約40％的“p”偏振光分量，以便來自波長轉(zhuǎn)換晶體1B的分量包括大約60％的“s”偏振光分量和大約40％的“p”偏振光分量。在波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D中，來自波長轉(zhuǎn)換晶體1A的分量以及來自波長轉(zhuǎn)換晶體1B的分量以該相同的比例進入功率監(jiān)視器22和射束剖面儀23，在那里測量各分量的功率和射束剖面。
圖7顯示了這樣的配置從反射鏡21、21A反射的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束用于機械加工，其中，監(jiān)視已通過反射鏡21、21A的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的射束參數(shù)。也可以采用這樣的配置已通過反射鏡21、21A的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束用于機械加工，其中，監(jiān)視接受反射鏡21、21A上的反射的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的射束參數(shù)。
圖7顯示了第一個實施例的波長轉(zhuǎn)換激光器具有四分之一波長盤19、反射鏡21、21A，功率監(jiān)視器22以及射束剖面儀23的情況。然而，甚至在第二個實施例的激光束機械加工設備配備有四分之一波長盤19、反射鏡21、21A、功率監(jiān)視器22，以及射束剖面儀23的情況下，也可以產(chǎn)生相同的優(yōu)點。
除具有圖7所示的配置之外，波長轉(zhuǎn)換激光器配備有用于根據(jù)功率監(jiān)視器22的讀數(shù)控制激光源2的輸出的裝置，或根據(jù)功率監(jiān)視器22的讀數(shù)控制溫度調(diào)節(jié)器4A、4B的溫度的裝置，從而執(zhí)行反饋控制。結(jié)果，產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠在長時間內(nèi)穩(wěn)定地維持波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的功率。
可以根據(jù)由射束剖面儀23測量的射束剖面確定射束大小。因此，除具有圖7所示的配置之外，該波長轉(zhuǎn)換激光器配備有射束大小調(diào)整機構(gòu)，其包括許多透鏡的組合，從而產(chǎn)生這樣的優(yōu)點能夠?qū)⒉ㄩL已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的射束大小調(diào)整到一個任意值并進行輸出。
此外，反饋控制是通過提供用于根據(jù)由射束剖面儀23測量的射束大小來控制射束大小調(diào)整機構(gòu)的裝置來執(zhí)行的，從而產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠在長時間內(nèi)穩(wěn)定地維持波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的射束大小。
第四個實施例描述了這樣的情況波長轉(zhuǎn)換激光器配備有用于監(jiān)視射束參數(shù)[即，功率、射束剖面(射束大小)、射束質(zhì)量，以及發(fā)散角]中的功率和射束剖面的裝置。該波長轉(zhuǎn)換激光器可以配備有用于監(jiān)視射束質(zhì)量(諸如表明激光束或射束產(chǎn)品的聚光特征的M2值之類的指數(shù))的裝置。這產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠?qū)嵸|(zhì)上準確地測量從波長轉(zhuǎn)換激光器輸出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的質(zhì)量，并能夠確定是否可以在長時間內(nèi)穩(wěn)定地產(chǎn)生高質(zhì)量的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。因此，產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠?qū)嵸|(zhì)上準確地測量輻射在工件17上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的質(zhì)量，能夠確定是否可以在長時間內(nèi)穩(wěn)定地執(zhí)行高精度的均勻的機械加工(即，相對于時間是均勻的)。
該波長轉(zhuǎn)換激光器可以配備有用于監(jiān)視發(fā)散角的裝置；例如，許多射束剖面儀。這產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠?qū)嵸|(zhì)上準確地測量從波長轉(zhuǎn)換激光器輸出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的發(fā)散角，并能夠確定是否可以在長時間內(nèi)穩(wěn)定地產(chǎn)生高質(zhì)量的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。因此，產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠?qū)嵸|(zhì)上準確地測量輻射在工件17上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的發(fā)散角，并能夠確定是否可以在長時間內(nèi)穩(wěn)定地執(zhí)行高精度的均勻的機械加工(即，相對于時間是均勻的)。
第五個實施例圖8是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第五個實施例的波長轉(zhuǎn)換方法、波長轉(zhuǎn)換激光器，以及激光束機械加工設備的視圖；具體來說，圖8是該激光束機械加工設備的俯視圖。
除具有結(jié)合第一個實施例所描述的波長轉(zhuǎn)換激光器(即，激光束機械加工設備)的各元件之外，本實施例的激光束機械加工設備主要具有下列元件首先，該激光束機械加工設備配備有可變衰減器24，該可變衰減器具有可變透射率的反射鏡25A、25B，充當用于調(diào)整波長轉(zhuǎn)換激光束3D的功率的裝置，并且其透射率是可變的。
此外，該激光束機械加工設備還配備有四分之一波長盤19，充當偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置。該偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置位于可變衰減器24之前的一級，并轉(zhuǎn)換波長轉(zhuǎn)換激光束3C的偏振狀態(tài)，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于反射器件的反射面)。這里，四分之一波長盤19也可以充當圓偏振裝置，用于將結(jié)合第三個實施例描述的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C轉(zhuǎn)換為圓偏振光。
在其它方面，第五個實施例和第一個實施例的配置一樣，因此，下列說明主要論述第一和第五個實施例之間的區(qū)別。
四分之一波長盤19由支持架20支撐，支持架20位于底座5上?？勺兯p器24由支持架20C支撐，支持架20C位于底座5上。在可變衰減器24中提供了可變透射率的反射鏡25A、25B，其透射率隨著波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的入射角而變化，還提供了一個未顯示的機構(gòu)，其用于旋轉(zhuǎn)可變透射率的反射鏡25A、25B，由此改變波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C進入的角度。
該激光輻射器件在配置方面與結(jié)合第四個實施例所描述的激光輻射器件相同。
在具有前述的配置的激光束機械加工設備中，已經(jīng)通過分離鏡6的激光束3C被四分之一波長盤19轉(zhuǎn)換為圓偏振光(即，圓偏振的)，從而激光束3C的偏振狀態(tài)被轉(zhuǎn)換，如此產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D。激光束3D在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間相對于可變透射率反射鏡25A、25B的鏡面的比率方面基本上與從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束一樣。
圓偏振波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D被轉(zhuǎn)換為波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G，其功率由可變衰減器24進行調(diào)整。然后，該波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束被反射鏡12反射，并被聚光光學系統(tǒng)14聚集和輻射在工件17上，從而通過退火、表面重整、鉆孔、剪切、焊接、修剪等等工藝對工件17進行機械加工。
如前所述，在本實施例中，本實施例的激光束機械加工設備具有四分之一波長盤19作為同時充當圓偏振裝置和偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置的裝置，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C被轉(zhuǎn)換為圓偏振光。因此，與第三個實施例的情況相同，圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D被聚集和輻射在工件17上，因此，產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠穩(wěn)定地執(zhí)行比較均勻的機械加工，而不取決于偏振方向。
此外，該激光束機械加工設備配備有可變衰減器24，該可變衰減器充當用于調(diào)整波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的功率的裝置，并使圓偏振的、波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D(即，激光束3D通過轉(zhuǎn)換波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的偏振狀態(tài)而形成，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于可變透射率反射鏡25A、25B的鏡面))進入可變衰減器24。因此，可以按相同的比例調(diào)整從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率。由此，產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠在基本上不改變從波長轉(zhuǎn)換激光器輸出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的射束剖面的情況下調(diào)整功率。由此，產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠在基本上不改變輻射在工件17上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G的射束剖面的情況下調(diào)整功率，以及這樣的優(yōu)點能夠通過只改變作為機械加工參數(shù)的功率來執(zhí)行機械加工操作。
還產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點通過降低可變衰減器24的透射率，將射束剖面擺放在工作臺18A的一個機械加工點上，以及測量機械加工點處的射束剖面，能夠測量和在機械加工過程中獲得的射束剖面基本上一樣的射束剖面。
通過使波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D進入可變衰減器24，以及通過改變波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D進入可變透射率的反射鏡25A、25B的角度來調(diào)整波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G的功率而獲得的優(yōu)點是由混合地包括許多線性偏振光分量的本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換激光器唯一地獲得的，其中，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D通過轉(zhuǎn)換波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的偏振狀態(tài)而形成(圓偏振)，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于可變透射率反射鏡25A、25B的鏡面)。此優(yōu)點無法通過普通的線性偏振激光器或隨機偏振激光器獲得。下面將進一步對這一點進行詳細描述。
現(xiàn)在作為一個比較示例描述這樣的情況激光器沒有配備四分之一波長盤19，并使沒有被圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C進入可變衰減器24。例如，當波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束(其偏振方使彼此相差90度)，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量作為“s”偏振光進入可變透射率的反射鏡25A、25B，從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量作為“p”偏振光進入可變透射率的反射鏡25A、25B。“s”偏振光的透射率低于“p”偏振光的透射率。結(jié)果，波長轉(zhuǎn)換激光器輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量，該分量大于從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量，如此發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束輻射在工件17上。
“s”偏振光的透射率和“p”偏振光的透射率之間的比率隨著可變衰減器24(即，可變透射率的反射鏡25A、25B)的透射率而變化。因此，只有波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的功率無法由可變衰減器24進行調(diào)整。例如，當通過縮小可變衰減器24的透射率而將射束剖面儀擺放在機械加工點時，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量(兩個分量都是從波長轉(zhuǎn)換激光器輸出的)之間的比率，從機械加工的時間到測量射束剖面的時間之間這段時間內(nèi)是變化的。因此，可以測量將要在機械加工點獲得的并且不同于在機械加工過程中所需要的射束剖面。
具體來說，例如，當在可變衰減器24的平均透射率降低到大約50％時執(zhí)行機械加工的情況下，“s”偏振光通過可變透射率反射鏡25A、25B的透射率大約為35％，“p”偏振光通過可變透射率反射鏡25A、25B的透射率大約為65％。波長轉(zhuǎn)換激光器輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的大約35％的分量，以吸從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的大約65％的分量；即，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量，其比例為1∶1.9。機械加工是通過使用波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束執(zhí)行的，該激光束包括來自波長轉(zhuǎn)換晶體1A的分量和來自波長轉(zhuǎn)換晶體1B的分量，這些分量的比例是不同的。
當測量將要在機械加工點獲得的射束剖面時，例如通過將可變衰減器24的透射率縮小大約1％，并將射束剖面儀放在工作臺18A上的機械加工點，“s”偏振光通過可變透射率的反射鏡25A、25B的透射率的值大約為0.1％，“p”偏振光通過可變透射率的反射鏡25A、25B的透射率的值大約為0.9％。波長轉(zhuǎn)換激光器發(fā)出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，該激光束完全不同于在機械加工過程中發(fā)出的激光束；即，該波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的大約0.1％的分量，以及從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的大約0.9％的分量；具體來說，該波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量，其比例為1∶9。結(jié)果，可以測量波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的射束剖面，該射束剖面在來自波長轉(zhuǎn)換晶體1A的分量與來自波長轉(zhuǎn)換晶體1B的分量的比例方面不同于當以前述的可變衰減器24的大約50％的平均透射率執(zhí)行機械加工時獲得的射束剖面。因此，射束剖面從機械加工的時間到測量射束剖面的時間之間這段時間是變化的，在機械加工過程中獲得的射束剖面無法準確地確定，從而會產(chǎn)生這樣的問題不能準確地確定射束剖面對機械加工的影響。
然而，在本實施例中，使已經(jīng)被四分之一波長盤19圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D進入可變衰減器24(其中，激光束3D通過轉(zhuǎn)換波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的偏振狀態(tài)而形成，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于可變透射率的反射鏡25A、25B的鏡面)。從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的“s”偏振光分量和波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的“p”偏振光分量在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量(兩者都進入可變透射率的反射鏡25A、25B)之間的比率方面是相同的。工件17可以暴露于波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，該激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，它們的比例基本上相同。
甚至在可變衰減器24的透射率已經(jīng)變化的情況下，來自波長轉(zhuǎn)換晶體1A的分量和來自波長轉(zhuǎn)換晶體1B的分量的比例基本上相同，因此，在不改變射束剖面的情況下，僅通過可變衰減器24調(diào)整波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的功率。因此，例如，通過縮小可變衰減器24的透射率將射束剖面儀擺放在機械加工點，并測量將要在機械加工點獲得的射束剖面，從而能使射束剖面的測量基本上和期間機械加工過程中將獲得的射束剖面一樣。
具體來說，當在可變衰減器24的平均透射率降低到大約50％時執(zhí)行機械加工的情況下，“s”偏振光通過可變透射率反射鏡25A、25B的透射率的值大約為35％，“p”偏振光通過可變透射率反射鏡25A、25B的透射率的值大約為65％?！皊”偏振光分量的值大約為從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換激光束3D的分量的50％，“p”偏振分量的值大約也為50％。大約35％的“s”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約17.5％的分量)和大約65％的“p”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約32.5％的分量)之總和，即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約50％的分量穿過可變衰減器24。同樣，相對于從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，“s”偏振光分量的值大約為50％，“p”偏振光分量的值大約為50％。因此，從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約50％的分量通過可變衰減器24。
因此，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量以相同的比例通過可變衰減器24。波長轉(zhuǎn)換激光器發(fā)出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G，該激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，它們的比例大約為1∶1。因此，機械加工是通過使用波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G執(zhí)行的，該激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，它們的比例大約為1∶1。
例如，當通過將可變衰減器24的平均透射率降低到大約1％而將射束剖面儀放置于機械加工點時，以及當測量將要在機械加工點獲得的射束剖面時，“s”偏振光通過可變透射率的反射鏡25A、25B的透射率的值大約為0.1％，“p”偏振光通過可變透射率的反射鏡25A、25B的透射率的值大約為0.9％?！皊”偏振光分量的值大約為從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長轉(zhuǎn)換激光束3D的50％的分量，“p”偏振分量的值大約也為50％。大約0.1％的“s”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.05％的分量)和大約0.9％的“p”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.45％的分量)之總和；即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.5％的分量通過可變衰減器24。同樣，相對于從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，“s”偏振光分量的值大約為50％，“p”偏振光分量的值大約為50％。因此，從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.5％的分量通過可變衰減器24。
因此，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量以相同的比例通過可變衰減器24。波長轉(zhuǎn)換激光器發(fā)出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G，該激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，它們的比例大約為1∶1。因此，可以通過使用波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G測量要在機械加工點處獲得的射束剖面，該激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，它們的比例大約為1∶1。
在測量射束剖面時和在機械加工時存在基本上恒定的比例；具體來說，在從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量之間的比例基本上是恒定的。要在機械加工過程中獲得的射束剖面實質(zhì)上可以準確地確定，也可以實質(zhì)上準確地確定射束剖面對機械加工的影響。此外，機械加工條件可以通過觀察在機械加工點測量的射束剖面來改變。
在普通的線性偏振激光器中，進入可變透射率的反射鏡25A、25B的激光束的偏振方向只有“s”偏振或“p”偏振。因此，透射率保持不變，不管在進入可變透射率的反射鏡25A、25B之前激光束是否被圓偏振。因此，不會產(chǎn)生由于使圓偏振波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束進入可變透射率的反射鏡25A、25B中而導致的新優(yōu)點。
此外，在普通的隨機偏振激光器中，進入可變透射率的反射鏡25A、25B的激光束的偏振方向包括相同比例的“s”偏振光和“p”偏振光。因此，透射率保持不變，不管在進入可變透射率的反射鏡25A、25B之前激光束是否被圓偏振。因此，不會產(chǎn)生由于使圓偏振波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束進入可變透射率的反射鏡25A、25B中而導致的新優(yōu)點。
通過參考特定的數(shù)值描述了這樣的情況波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B發(fā)出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，這些激光束在偏振方向方面彼此相差大約90度。相同的原理也可以適用于偏振方向彼此相差45到90度的情況，以及偏振方向彼此相差90度的情況。例如，使波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C通過四分之一波長盤19(也充當偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置)，并將其轉(zhuǎn)換為橢圓偏振的波長轉(zhuǎn)換激光束3D，其中，激光束3D以基本上相同的比例包括從非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的“s”偏振光分量和“p”偏振光分量，其方式如下來自波長轉(zhuǎn)換晶體1A的分量包括大約60％的“s”偏振光分量和大約40％的“p”偏振光分量，以便來自波長轉(zhuǎn)換晶體1B的分量包括大約60％的“s”偏振光分量和大約40％的“p”偏振光分量。在波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D中，來自波長轉(zhuǎn)換晶體1A的分量以及來自波長轉(zhuǎn)換晶體1B的分量以相同的比例進入可變衰減器24中。如上所述，在測量射束剖面時和在機械加工時存在基本上恒定的比例；具體來說，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量之間的比例基本上是恒定的。要在機械加工過程中獲得的射束剖面實質(zhì)上可以準確地確定，也可以實質(zhì)上準確地確定射束剖面對機械加工的影響。此外，機械加工條件可以通過觀察在機械加工點測量的射束剖面來改變。
圖8顯示了波長轉(zhuǎn)換激光器配備有四分之一波長盤19和可變衰減器24的情況。然而，與第四個實施例的情況相同，四分之一波長盤19、反射鏡21、21A，以及用于監(jiān)視射束參數(shù)的裝置，如功率監(jiān)視器22和射束剖面儀23，可以在可變衰減器24之后的階段提供。在這樣的情況下，產(chǎn)生了和在第四個實施例中產(chǎn)生的優(yōu)點一樣的優(yōu)點，還產(chǎn)生了產(chǎn)生的優(yōu)點能夠?qū)嵸|(zhì)上準確地監(jiān)視其功率已經(jīng)調(diào)整的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G的功率和射束剖面。
圖8顯示了第一個實施例的波長轉(zhuǎn)換激光器具有四分之一波長盤19和可變衰減器24的情況。然而，甚至在第二個實施例的激光束機械加工設備配備有四分之一波長盤19和可變衰減器24的情況下也可以產(chǎn)生相同優(yōu)點。
雖然圖8顯示了波長轉(zhuǎn)換激光器配備有可變衰減器24(其透射率是可變的)的情況，但是，波長轉(zhuǎn)換激光器也可以配備有具有恒定透射率的衰減器。甚至在此情況下，也可以按基本上相同的比例調(diào)整從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率。因此，產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠在不涉及從波長轉(zhuǎn)換激光器輸出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G的射束剖面的任何實質(zhì)性的改變的情況下通過具有恒定的透射率的衰減器來調(diào)整功率。因此，能夠在不涉及輻射在工件17上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G的射束剖面的實質(zhì)性改變的情況下根據(jù)衰減器的透射率來調(diào)整功率，從而產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠通過只改變作為機械加工參數(shù)的激光束的功率來執(zhí)行機械加工操作。
在第四和第五個實施例中，諸如四分之一波長盤19之類的偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置，理想情況是轉(zhuǎn)換波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振狀態(tài)以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面精確地相等(相對于反射器件的反射面，例如，可變透射率反射鏡的鏡面)。然而，產(chǎn)生相同優(yōu)點的基本要求是，在從非線性光學晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束中的“s”偏振光分量與“p”偏振光分量的比率值以及從非線性光學晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束中的“s”偏振光分量與“p”偏振光分量比率值之間存在大約1∶4至4∶1的比例。
具體來說，在這樣的情況下從非線性光學晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束中的“s”偏振光分量大約為20％，而其“p”偏振光分量大約為80％，從非線性光學晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束中的“s”偏振光分量大約為50％，而其“p”偏振光分量大約為50％，在從非線性光學晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束中的“s”偏振光分量與“p”偏振光分量的比率值以及從非線性光學晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束中的“s”偏振光分量與“p”偏振光分量比率值之間存在1∶4的比例。在此情況下，當在可變衰減器24的平均透射率降低到大約50％時執(zhí)行機械加工時，“s”偏振光通過可變透射率反射鏡25A、25B的透射率的值大約為35％，“p”偏振光通過可變透射率反射鏡25A、25B的透射率的值大約為65％?！皊”偏振光分量的值大約為從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長轉(zhuǎn)換激光束3D的分量的20％，“p”偏振分量的值大約為80％。因此，大約35％的“s”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約7％的分量)和大約65％的“p”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約52％的分量)之總和；即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約59％的分量通過可變衰減器24。同樣，相對于從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，“s”偏振光分量的值大約為50％，“p”偏振光分量的值大約為50％。如前所述，從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約50％的分量通過可變衰減器24。
因此，波長轉(zhuǎn)換激光器發(fā)出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G，該激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，它們的比例大約為1.18∶1。因此，機械加工是通過使用波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G執(zhí)行的，該激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，它們的比例大約為1.18∶1。
例如，當通過將可變衰減器24的平均透射率降低到大約1％而將射束剖面儀放置于機械加工點時，以及當測量將要在機械加工點獲得的射束剖面時，“s”偏振光通過可變透射率的反射鏡25A、25B的透射率的值大約為0.1％，“p”偏振光通過可變透射率的反射鏡25A、25B的透射率的值大約為0.9％?！皊”偏振光分量的值為從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換激光束3D的大約20％的分量，“p”偏振分量的值大約為80％。大約0.1％的“s”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.02％的分量)和大約0.9％的“p”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.72％的分量)之總和；即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.8％的分量通過可變衰減器24。同樣，相對于從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，“s”偏振光分量的值大約為50％，“p”偏振光分量的值大約為50％。因此，從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.5％的分量通過可變衰減器24。
因此，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量以相同的比例通過可變衰減器24。波長轉(zhuǎn)換激光器發(fā)出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G，該激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，它們的比例大約為1.6∶1。因此，可以通過使用波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G測量要在機械加工點處獲得的射束剖面，該激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，它們的比例大約為1.6∶1。
相應地，在測量射束剖面時以及在機械加工過程中，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量的值與從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量的值相差大約36％。因此，要在機械加工過程中獲得的射束剖面實質(zhì)上可以準確地確定，也可以實質(zhì)上準確地確定射束剖面對機械加工的影響。此外，機械加工條件可以通過觀察在機械加工點測量的射束剖面來改變。
第四和第五個實施例描述了這樣的情況四分之一波長盤19被用作偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置，其用于轉(zhuǎn)換波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振狀態(tài)，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面精確地相等(相對于反射器件(即，反射鏡21、21A)的表面或可變透射率反射鏡25A、25B的鏡面)。例如，可以使用一個用于將波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束轉(zhuǎn)換為圓偏振光的電光元件作為偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置。此外，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的偏振方向可以通過使用半波長盤、偏振旋轉(zhuǎn)器或充當偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置的電光元件來進行旋轉(zhuǎn)，以便從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C中的“s”偏振光分量與“p”偏振光分量相對于每一個反射鏡的反射面(即，鏡面)的比率基本上等于從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C中的“s”偏振光分量與“p”偏振光分量相對于每一個反射鏡的反射面(即，鏡面)的比率。如此，產(chǎn)生了與第四和第五個實施例中產(chǎn)生的優(yōu)點的相同優(yōu)點。
在第四和第五個實施例中，采用了這樣的配置例如，波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束(其偏振方向彼此相差90度)；使從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量作為“s”偏振光進入反射鏡21、21A(或可變透射率反射鏡25A、25B)，使從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量作為“p”偏振光進入反射鏡21、21A(或可變透射率反射鏡25A、25B)。在此情況下，當非線性光學晶體1A、1B和分離鏡6在圍繞激光束3的光軸旋轉(zhuǎn)大約45度時，從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于反射鏡21、21A的反射面)。因此，偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置可以省去。甚至在此情況下，由于波長轉(zhuǎn)換激光器配備有諸如四分之一波長盤19之類的圓偏振裝置，圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束以與第三個實施例描述的同樣的方式被聚集和輻射在工件17上，因此，產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠穩(wěn)定地執(zhí)行均勻的機械加工，而不取決于偏振方向。
相應的實施例描述了使用Nd(釹):YAG激光器作為激光源2的情況，該激光器用于產(chǎn)生1064nm的隨機偏振基本激光束3。然而，激光源2的類型不僅限于Nd(釹):YAG。例如，可以使用諸如氬激光器或準分子激光器之類的氣體激光器，或諸如染料激光器之類的液體激光器，以及諸如Nd:YLF激光器、Nd:YVO4激光器或Ti:Al2O3(鈦藍寶石)激光器之類的固態(tài)激光器。然而，可能常常會產(chǎn)生這樣的情況與Nd:YVO4激光器的情況相同，激光器會影響線性偏振振動，但不會導致任何隨機偏振的振動。然而，只要固態(tài)激光器介質(zhì)的切削方向在一個不同于通常剪切介質(zhì)的方向的方向中對齊，可以導致隨機偏振振動。
相應的實施例顯示了這樣的情況按第二類型的相位匹配產(chǎn)生二次諧波的非線性光學晶體用作為波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B。然而，由于使用隨機偏振基本激光束3，相位匹配的類型可以是類型1，在這樣的情況下，產(chǎn)生了與相應的實施例中產(chǎn)生的優(yōu)點的相同優(yōu)點。
相應的實施例顯示了這樣的情況通過第二類型的相位匹配產(chǎn)生二次諧波的硼酸鋰晶體(化學分子式LiB3O5)用作為波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B。然而，要產(chǎn)生的波長轉(zhuǎn)換激光束不僅限于二次諧波。例如，也可以使用三次諧波、四次諧波、五次諧波、和頻率或差頻率，在每一種情況下，都產(chǎn)生了與相應的實施例中產(chǎn)生的優(yōu)點的相同優(yōu)點。
此外，用于波長轉(zhuǎn)換用途的非線性光學晶體(波長轉(zhuǎn)換晶體)1A、1B不僅限于硼酸鋰晶體(化學分子式LiB3O5)。例如，還可以使用硼酸鋰銫(化學分子式CsLiB6O10，簡化名稱CLBO)晶體；硼酸銫(化學分子式CsB3O5，簡化名稱CBO)晶體；β-硼酸鋇(beta-barium-borate)(化學分子式-BaB2O4，簡化名稱BBO)晶體；羥基硼酸鈣釔釓(gadolinium-yttrium-calcium-oxyborate)(化學分子式GdxY1-xCa4(BO3)3，簡化名稱GdYCOB)晶體，或磷酸鈦鉀(化學分子式KTiOPO4，簡化名稱KTP)，等等，在每一種情況下，都產(chǎn)生了與相應的實施例中產(chǎn)生的優(yōu)點的相同優(yōu)點。
相應的實施例顯示了同一種類型的晶體用作波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的情況。然而，也可以使用不同類型的晶體組合；例如，使用硼酸鋰晶體(化學分子式LiB3O5)作為波長轉(zhuǎn)換晶體1A，使用硼酸鋰銫(化學分子式CsLiB6O10，簡化名稱CLBO)晶體作為波長轉(zhuǎn)換晶體1B。在此情況下，唯一的要求是這樣擺放波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B，以便從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的并進入波長轉(zhuǎn)換晶體1B的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向與從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向相差45度到90度(理想情況下大約為90度)。具體來說，唯一的要求是這樣擺放波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B，以便從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的并進入波長轉(zhuǎn)換晶體1B的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向與從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向相差45度到90度(理想情況下大約90度)；換句話說，要產(chǎn)生其偏振方向相差45度到90度(理想情況下大約90度)的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C。在每一種情況下，產(chǎn)生了與相應的實施例中產(chǎn)生的優(yōu)點的相同優(yōu)點。
此外，還可以使用在波長轉(zhuǎn)換效率方面優(yōu)于波長轉(zhuǎn)換晶體1A的晶體作為波長轉(zhuǎn)換晶體1B。結(jié)果，甚至在非線性光學晶體1A、1B沿相對于激光束通過各晶體的方向具有相同長度的情況下，可以使從位于前級的波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的功率和從位于后級的波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的功率彼此接近，從而產(chǎn)生這樣的優(yōu)點能夠使波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C處于接近于各向同性的偏振狀態(tài)。
相應的實施例顯示了不使用聚光透鏡的波長轉(zhuǎn)換激光器的配置。然而，聚光透鏡可以插入在激光源2和波長轉(zhuǎn)換晶體1A之間或插入在波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B之間。除了產(chǎn)生相應的實施例的優(yōu)點之外，還可以調(diào)整進入波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的基本激光束的直徑。因此，可以使從位于前級的波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的功率和從位于后級的波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的功率彼此更接近，從而產(chǎn)生這樣的優(yōu)點能夠使波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C處于接近于各向同性的偏振狀態(tài)。
相應的實施例描述了這樣的激光輻射器件的情況聚光光學系統(tǒng)14插入在反射鏡12和工作臺18(即，工件17)之間。然而，聚光光學系統(tǒng)14可以插入在分離鏡6和反射鏡12之間。此外，波長轉(zhuǎn)換激光器還可以進一步配備有例如用于使射束均勻的元件，如目鏡(fly eye lens)，或用于只允許激光束的中心通過的屏蔽。除了產(chǎn)生與相應的實施例中產(chǎn)生的優(yōu)點的相同優(yōu)點外，還產(chǎn)生了能夠穩(wěn)定地執(zhí)行更均勻的機械加工的優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明，提供了在用于產(chǎn)生基本激光束的共振器外面執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換的波長轉(zhuǎn)換方法，其中，使隨機偏振的基本激光束按順序通過串聯(lián)的用于進行波長轉(zhuǎn)換的兩個非線性光學晶體，從而產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差45度到90度。因此，可以輕易地防止在由各非線性光學晶體進行波長轉(zhuǎn)換的激光束之間產(chǎn)生的干涉的發(fā)生，而不必嚴格地調(diào)整兩個非線性光學晶體相對于激光束通過的方向的長度。這產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠高效而穩(wěn)定地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。
此外，提供了根據(jù)本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換設備，用于在用來產(chǎn)生基本激光束的共振器外面執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換，該設備包括兩個非線性光學晶體，它們彼此串聯(lián)，以便當相對于激光束的光軸的方向觀察時，各晶體的晶體方向軸相差45度到90度，其中，使隨機偏振的基本激光束按順序通過該兩個非線性光學晶體，從而產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差45度到90度。因此，可以輕易地防止在由各非線性光學晶體進行波長轉(zhuǎn)換的激光束之間產(chǎn)生的干涉的發(fā)生，而不必嚴格地調(diào)整兩個非線性光學晶體相對于激光束通過的方向的長度。這產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠高效而穩(wěn)定地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。
還提供了一種波長轉(zhuǎn)換設備，該設備用于在用來產(chǎn)生基本激光束的共振器外面執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換，該設備包括兩個非線性光學晶體，它們彼此串聯(lián)，以便當相對于激光束的光軸的方向觀察時，這兩個非線性光學晶體的晶體方向軸在單個方向或大約180度的相反方向?qū)R；還包括偏振方向旋轉(zhuǎn)裝置，該裝置位于兩個非線性光學晶體之間并將波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)45度到90度，其中，使隨機偏振的基本激光束按順序通過兩個非線性光學晶體，從而產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差45度到90度。因此，可以輕易地防止在由各非線性光學晶體進行波長轉(zhuǎn)換的激光束之間產(chǎn)生的干涉的發(fā)生，而不必嚴格地調(diào)整兩個非線性光學晶體相對于激光束通過的方向的長度。這產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠高效而穩(wěn)定地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。
本發(fā)明還能使工件暴露于已經(jīng)被上文描述的波長轉(zhuǎn)換激光器進行了波長轉(zhuǎn)換的激光束。這產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠穩(wěn)定、準確、高效地執(zhí)行同質(zhì)而均勻的機械加工。
第六個實施例圖9和10是描述根據(jù)本發(fā)明的第六個實施例的激光束機械加工方法和激光束機械加工設備的視圖。具體來說，圖9是顯示激光束機械加工設備的側(cè)視圖。圖10A是一個俯視圖；圖10B是一個側(cè)視圖，圖10C是一個透視圖，它們都以放大的方式顯示了圖9所示的用于進行波長轉(zhuǎn)換的非線性光學晶體。
在圖9中，激光束機械加工設備包括波長轉(zhuǎn)換器和激光輻射器件。波長轉(zhuǎn)換器包括激光源2，用于產(chǎn)生基本激光束3；以及串聯(lián)的、用于進行波長轉(zhuǎn)換的兩個非線性光學晶體(下文常常稱為“波長轉(zhuǎn)換晶體”)1A和1B?；炯す馐?以這樣的方式接受波長轉(zhuǎn)換通過兩個非線性光學晶體1A和1B，以便偏振方向彼此相差90度。激光輻射器件將已經(jīng)由波長轉(zhuǎn)換器進行了波長轉(zhuǎn)換的激光束3C輻射到工件17上。
波長轉(zhuǎn)換器配備有波長轉(zhuǎn)換晶體1A和1B，以及分離鏡6，該分離鏡反射基本激光束3，并允許透射波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C。波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B設置在相應的溫度調(diào)節(jié)器4A、4B上，以便相對于激光源2的光軸而串聯(lián)。分離鏡6位于鏡架7上。
激光源2和波長轉(zhuǎn)換器構(gòu)成了波長轉(zhuǎn)換激光器，激光源2、溫度調(diào)節(jié)器4A、4B，以及鏡架7位于一個共用基座5上。
激光輻射器件具有一個反射鏡12、聚光光學系統(tǒng)14以及工作臺18。由反射鏡夾持工具13夾持的反射鏡12和由光學系統(tǒng)夾持工具15夾持的聚光光學系統(tǒng)14由一個固定夾具16夾持，而固定夾具16固定于工作臺18上。諸如硅、金屬板、陶瓷、印刷電路板或印刷電路基板之類的工件17固定于工作臺18上。
激光源2將Nd(釹):YAG作為工作介質(zhì)(active medium)，并產(chǎn)生波長為1064nm的隨機偏振的基本激光束3。這里使用的術(shù)語“隨機偏振的”表示這樣的偏振狀態(tài)偏振方向不是單一的，與線性偏振光的情況相反，并包含一個含有許多偏振方向分量的偏振狀態(tài)或非偏振狀態(tài)。
波長轉(zhuǎn)換晶體1A以及1B由非線性光學晶體(例如；硼酸鋰(化學分子式LiB3O5；簡化為LBO)構(gòu)成。
首先將參考圖9描述波長轉(zhuǎn)換激光器(即，波長轉(zhuǎn)換器)的操作。從激光源2發(fā)出的并充當用于進行波形轉(zhuǎn)換的基本波形的基本激光束3進入位于前級的波長轉(zhuǎn)換晶體1A，激光束3的一部分通過波長轉(zhuǎn)換被轉(zhuǎn)換為諧波，如此產(chǎn)生一個基波/諧波混合的激光束3A。該基波/諧波混合的激光束3A進入位于后級的波長轉(zhuǎn)換晶體1B，激光束3A的基本波形分量的一部分通過波長轉(zhuǎn)換被轉(zhuǎn)換為諧波，如此產(chǎn)生一個基波/諧波混合的激光束3B。該基波/諧波混合的激光束3B進入分離鏡6，激光束3B的基本波形分量被反射以進入未顯示的阻尼器或類似的元件。只有激光束3B的諧波分量通過分離鏡6，如此通過的諧波分量在波長轉(zhuǎn)換激光器(波長轉(zhuǎn)換器)的外面被提取作為波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C。
如上所述，本實施例的波長轉(zhuǎn)換激光器(波長轉(zhuǎn)換器)使基本激光束沿一個方向傳播，其中，該激光束被用于進行波長轉(zhuǎn)換的非線性光學晶體(即，波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B)進行了波長轉(zhuǎn)換。
下面將參考圖10A到10C，詳細描述擺放波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的方法。這里，描述了這樣一種情況使用Nd(釹):YAG激光器作為激光源2；該激光器以隨機偏振狀態(tài)發(fā)出波長為1064nm的基本激光束3；使用硼酸鋰(化學分子式LiB3O5，簡化為LBO)晶體作為波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B，這種晶體通過第二類型的相位匹配將基本激光束3的一部分轉(zhuǎn)換為532nm的二次諧波。
在此情況下，使基本激光束3沿相對于平面9A和9B內(nèi)的晶體方向軸“c”大約20.5度的方向傳播，兩個平面都垂直于硼酸鋰晶體的晶體方向軸“a”，并由晶體方向軸“b”和“c”構(gòu)成；從而滿足第二類型的相位匹配的條件；即，基波和二次諧波。結(jié)果，隨機偏振的基本激光束3的一部分接受波長轉(zhuǎn)換，從而沿晶體方向軸“a”的方向產(chǎn)生線性偏振的二次諧波。
在本實施例中，波長轉(zhuǎn)換晶體1A(它位于前級，基本波形激光束首先通過它)，波長轉(zhuǎn)換晶體1B(它位于后級，基本波形激光束隨后通過它)在相對于激光束通過各波長轉(zhuǎn)換晶體的方向上的長度不同；即，位于后級的波長轉(zhuǎn)換晶體1B比位于前級的波長轉(zhuǎn)換晶體1A長。
此外，波長轉(zhuǎn)換晶體1A位置是這樣的以便晶體方向軸“a”朝向水平方向(即，垂直于圖9的頁面的方向)，波長轉(zhuǎn)換晶體1B的位置是這樣的以便晶體方向軸“a”朝向垂直方向(即，平行于圖9的頁面的方向)。如上所述，當兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B彼此串聯(lián)在一起時，波長轉(zhuǎn)換晶體1B的晶體方向軸相對于另一個波長轉(zhuǎn)換晶體1A圍繞激光束3的光軸旋轉(zhuǎn)90度(具體來說，當沿激光束的光軸方向觀察時，各晶體方向軸彼此相差90度)。結(jié)果，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的二次諧波的偏振方向與由波長轉(zhuǎn)換晶體1B產(chǎn)生的二次諧波的偏振方向相差90度。因此，產(chǎn)生了一個波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C，其偏振方向相差大約90度。
接下來，將描述激光束機械加工操作。從波長轉(zhuǎn)換激光器(即，波長轉(zhuǎn)換器)發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C被反射鏡12反射，并由聚光光學系統(tǒng)15聚集和輻射在工件17上，如此通過退火、表面重整、鉆孔、剪切、焊接、修剪等等對工件17進行機械加工。
如上所述，在第六個實施例中，從波長轉(zhuǎn)換激光器(波長轉(zhuǎn)換器)發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的偏振方向彼此相差90度。具體來說，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C包括水平偏振分量(即，朝向垂直于圖9的頁面的方向的分量)和垂直偏振分量(即，朝向平行于圖9的頁面的方向的分量)并進入接近于隨機偏振光的偏振狀態(tài)。因此，產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠穩(wěn)定地執(zhí)行均勻的[即，不管偏振方向和機械加工點(位置)如何都是恒定的]機械加工，而不依賴于偏振方向。
在第六個實施例中，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的二次諧波(波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束)的偏振方向和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的二次諧波(即，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束)的偏振方向彼此相差90度。因此，在各二次諧波之間不會產(chǎn)生干涉，且波長轉(zhuǎn)換激光器(波長轉(zhuǎn)換器)可以高效而穩(wěn)定地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C。如上所述，由于穩(wěn)定而高效地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C，可產(chǎn)生這樣的優(yōu)點在長時間內(nèi)以高精度執(zhí)行均勻的機械加工(相對于時間是均勻的)。
此外，進入波長轉(zhuǎn)換晶體1B的基波/諧波混合的激光束3A的基波分量的功率小于進入波長轉(zhuǎn)換晶體1A的基波激光束3的功率。然而，在第六個實施例中，在相對于激光束通過各晶體的方向上，位于后級的波長轉(zhuǎn)換晶體1B比位于前級的波長轉(zhuǎn)換晶體1A長。因此，可以使從位于前級的波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的二次諧波的功率接近于從位于后級的波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的二次諧波的功率。如上所述，因為可以使從位于前級的波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的二次諧波的功率接近于從位于后級的波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的二次諧波的功率，從而能夠使波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C處于接近于隨機偏振的偏振狀態(tài)。這產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠穩(wěn)定地執(zhí)行均勻的機械加工，而不取決于偏振方向。
下面將通過提供特定的測試示例(即，第六個實施例1和比較示例1)描述本實施例的優(yōu)點。
第六個實施例使用Nd(釹):YAG激光器作為激光源2，該激光器執(zhí)行Q-開關(guān)脈沖振動，并產(chǎn)生波長為1064nm的基本激光束。激光束3的技術(shù)指標包括平均功率529W，脈沖周期頻率4kHz、脈沖寬度40.4ns，射束質(zhì)量M2.10。
使用硼酸鋰(化學分子式LiB3O5)作為波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B，其中，硼酸鋰通過第二類型的相位匹配產(chǎn)生二次諧波，其中，各晶體在相對于激光束通過各晶體的方向上的長度為15mm和18mm。各晶體位于基本激光束3的1/e2半徑處；即，在0.54mm和0.52mm處。
當波長轉(zhuǎn)換晶體1A的晶體方向軸“a”水平地擺放而波長轉(zhuǎn)換晶體1B的晶體方向軸“a”垂直地擺放時，如圖10A到10C所示，二次諧波波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C產(chǎn)生186W的輸出。二次諧波波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束接受偏振分離，并測量每一個所產(chǎn)生的偏振分量的功率。來自波長轉(zhuǎn)換晶體1A的偏振分量的功率是95W，來自波長轉(zhuǎn)換晶體2A的偏振分量的功率是91W。如此，兩個偏振分量基本上具有相同的功率。波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C處于接近于隨機偏振的偏振狀態(tài)。二次諧波波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的平均輸出的波動大約為1％，且非常穩(wěn)定。波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C輻射在非晶態(tài)硅上，如此將非晶態(tài)硅轉(zhuǎn)換為多晶硅。器件的特性不取決于偏振方向。
比較實例1比較示例與示例1的區(qū)別只是在于波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的方向不同；波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B這樣擺放，以便各晶體方向軸“a”水平地擺放。在此情況下，二次諧波波長轉(zhuǎn)換的激光束3C的平均輸出是138W，大約比前一示例中獲得的值低23％。此外，二次諧波波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的平均輸出的波動大約為10％，且非常不穩(wěn)定。此外，由于兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的晶體方向軸的方向?qū)R，因此，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C是線性偏振的。波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C輻射在非晶態(tài)硅上，如此將非晶態(tài)硅轉(zhuǎn)換成為多晶硅。在各器件的特性之間存在區(qū)別，并且取決于掃描方向和偏振方向。
測試結(jié)果顯示，通過將工件不暴露于線性偏振光而是暴露于其偏振方向彼此相差90度的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，可以穩(wěn)定地執(zhí)行不取決于偏振方向的均勻的機械加工。
第六個實施例描述了這樣的情況波長轉(zhuǎn)換晶體1A的晶體方向軸“a”水平地擺放，波長轉(zhuǎn)換晶體1B的晶體方向軸“a”垂直地擺放。相反，波長轉(zhuǎn)換晶體1A的晶體方向軸“a”可以垂直地擺放，而波長轉(zhuǎn)換晶體1B的晶體方向軸“a”可以水平地擺放。簡而言之，唯一的要求是這樣擺放各晶體，以便從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向彼此相差90度。只要滿足此要求，就會產(chǎn)生類似于結(jié)合第六個實施例所描述的優(yōu)點的優(yōu)點。
第六個實施例描述了這樣的情況其偏振方向彼此相差90度的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束輻射到工件17上。然而，偏振方向需要包括相互交叉的偏振分量，并且必須進入接近于隨機偏振的偏振狀態(tài)。因此，唯一的要求是，各偏振方向彼此相差到這樣的程度，以便從位于前級的波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束和從位于后級的波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束之間的干涉的影響變小。相應地，各偏振方向不需要正好彼此相差90度。唯一的要求是，各偏振方向彼此相差45度到90度。理想的情況是，差值大約為90度。[例如，在85度到90范圍內(nèi)(由于干涉的影響導致的輸出下降變?yōu)?0％或更小)，優(yōu)選情況下，位于88到90的范圍內(nèi)(由于干涉的影響導致的輸出的下降變?yōu)?％或更小)]。
兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B這樣擺放，以便當在激光束的光軸的方向觀察時，各晶體方向軸彼此相差90度。然而，如在前面描述的情況中那樣，各晶體方向軸不需要正好彼此相差90度。唯一的要求是，兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的晶體方向軸彼此相差45度到90。理想情況下，差值大約為90度。(例如，在85度到90范圍內(nèi)，優(yōu)選情況下，位于88到90的范圍內(nèi))。
在本發(fā)明中，當在兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的晶體方向軸之間定義的角度中的較小的角度為45度，該兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的晶體方向軸彼此相差45度。當已經(jīng)被兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B進行了波長轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向之間定義的角度中的較小的角度是45度時，各偏振方向彼此相差45度。
第七個實施例圖11和12是描述根據(jù)第七個實施例的激光束機械加工方法和激光束機械加工設備的視圖。具體來說，圖11是激光束機械加工設備的側(cè)視圖，圖12是放大顯示波長轉(zhuǎn)換晶體和波長盤(兩者都在圖11中顯示)的透視圖。
在第七個實施例中，兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B彼此串聯(lián)在一起，以便當沿激光束的光軸的方向觀察時，各晶體的晶體方向軸“a”沿單個方向?qū)R。波長盤10位于兩個非線性光學晶體1A和1B之間，作為偏振方向旋轉(zhuǎn)裝置，用于將波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度。在其它方面，本實施例和第六個實施例一樣，因此，下列說明主要論述第六和第七個實施例之間的區(qū)別。
在圖11所示的波長轉(zhuǎn)換激光器中，用于將基波/諧波混合的激光束3A的諧波分量的偏振方向圍繞光軸旋轉(zhuǎn)90度的波長盤10由支持架11夾持。在插入波長轉(zhuǎn)換晶體1A和1B之間的底座5上提供了支持架11。波長盤10例如由半波長盤構(gòu)成，且波長盤10的晶體方向軸相對于波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的晶體方向軸“a”圍繞激光束3的光軸旋轉(zhuǎn)45度。
圖12顯示了這樣的情況使用Nd(釹):YAG激光器作為激光源2，該激光器通過隨機偏振產(chǎn)生波長為1064nm的基本激光束3；使用硼酸鋰(化學分子式LiB3O5，簡化為LBO)作為波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B，這種晶體通過第二類型的相位匹配使基本激光束3的一部分經(jīng)波長轉(zhuǎn)換成為波長為532nm的二次諧波。波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B這樣擺放，以便各晶體方向軸“a”水平地擺放(即，垂直于圖11的頁面的方向)。
在具有前述的結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換激光器中，基波/諧波混合的激光束3A進入波長轉(zhuǎn)換晶體1B，而激光束3A的諧波分量的偏振方向由半波長盤10圍繞光軸旋轉(zhuǎn)90度。因此，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的并進入波長轉(zhuǎn)換晶體1B的二次諧波的偏振方向和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的二次諧波的偏振方向彼此相差90度。具體來說，產(chǎn)生其偏振方向彼此相差大約90度的激光束作為波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C。
因此，第七個實施例也會產(chǎn)生與第六個實施例產(chǎn)生的優(yōu)點相同的優(yōu)點。
第七個實施例顯示了波長轉(zhuǎn)換激光器這樣的配置這種激光器采用半波長盤10作為偏振方向旋轉(zhuǎn)裝置，該裝置將波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)大約90。然而，可以使用光學旋轉(zhuǎn)盤或電光元件代替半波長盤10，在這樣的情況下，可以產(chǎn)生類似的優(yōu)點。
第七個實施例顯示了這樣的配置當沿激光束的光軸的方向觀察時，兩個波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的晶體方向軸在單個方向?qū)R。然而，兩個波長轉(zhuǎn)換晶體可以以相反的方向擺放，即，相差180度，在這樣的情況下，也會產(chǎn)生類似于由第七個實施例產(chǎn)生的優(yōu)點的優(yōu)點。
在波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的晶體方向軸之間形成的角度可以為任意大小，只要在從位于前級的波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束和從位于后級的波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束之間的干涉的影響在該角度下變得較小即可。各波長轉(zhuǎn)換晶體的晶體方向軸不必沿一個方向準確地對齊或精確地成180度的相反方向。各晶體方向軸可以基本上沿一個方向?qū)R或基本上成大約180度的相反方向。例如，與單個方向或與180度的相反方向存在5度或更小的偏移，理想的情況下，存在2度或更小的偏移，這都是允許的。
相同的原理也適用于偏振方向旋轉(zhuǎn)裝置。偏振方向旋轉(zhuǎn)裝置不必準確地旋轉(zhuǎn)90度，旋轉(zhuǎn)裝置在45度到90范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)都是理想的。理想情況下，差值大約為90度(例如，差值在85度到90度的范圍內(nèi)，優(yōu)選情況下，在88度到90度的范圍內(nèi))就足夠了。
簡而言之，與第六個實施例的情況相同，唯一的要求是，要輻射本工件上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的偏振方向(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的并進入波長轉(zhuǎn)換晶體1B的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的方向與從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向)彼此相差45度到90度，理想情況下，為90度(例如，在85度到90度的范圍內(nèi)，優(yōu)選情況下，在88度到90度范圍內(nèi))。
第八個實施例圖13和14是描述根據(jù)第八個實施例的激光束機械加工方法和激光束機械加工設備的視圖。具體來說，圖13和14是激光束機械加工設備的側(cè)視圖。
在第八個實施例中，該設備具有一個四分之一波長盤19充當圓偏振裝置，用于將波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C轉(zhuǎn)換為圓偏振光。在其它方面，本實施例的配置和第六個實施例一樣，因此，下面給出的說明主要論述第八個實施例和第六個實施例之間的區(qū)別。
四分之一波長盤19固定于支持架20上，該支持架位于底座5A之上，底座5A進一步固定在底座5上。在圖13中，底座5A被配置為與底座5分離，但它們也可以配置為集成在一起。
在具有前述的配置的激光束機械加工設備中，從波長轉(zhuǎn)換器(即，波長轉(zhuǎn)換激光器)發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C被四分之一波長盤19轉(zhuǎn)換為圓偏振光，如此產(chǎn)生圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D。具體來說，例如，在來自從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量被作為由四分之一波長盤19進行按順時針方向圓偏振的光的情況下，來自從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量被變?yōu)橛伤姆种徊ㄩL盤19進行按逆時針方向圓偏振的光。如此，產(chǎn)生了波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D，其包括一個混合物，該混合物包括逆時針方向圓偏振光和順時針方向圓偏振光。該圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D從反射鏡12反射，如此反射的光被聚光光學系統(tǒng)14聚集和輻射在工件17上，從而工件接受退火、表面重整、鉆孔、剪切、焊接、修剪等等處理。
如上所述，除第六個實施例的優(yōu)點之外，在第八個實施例中，圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D被聚集和輻射在工件17上，因此，產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠穩(wěn)定地執(zhí)行更同質(zhì)的機械加工，而不取決于偏振方向。
圖13顯示了四分之一波長盤19被插入到第六個實施例的波長轉(zhuǎn)換激光器(波長轉(zhuǎn)換器)的情況。然而，如圖14所示，四分之一波長盤19可以插入到第七個實施例的波長轉(zhuǎn)換激光器(波長轉(zhuǎn)換器)中。
用于將波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束轉(zhuǎn)換為圓偏振光的圓偏振裝置不僅限于四分之一波長盤19，而且例如也可以是電光元件。
第九個實施例圖15是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第九個實施例的激光束機械加工方法和激光束機械加工設備的視圖；具體來說，圖15是激光束機械加工設備的俯視圖。
除具有結(jié)合第六個實施例所描述的波長轉(zhuǎn)換激光器的各元件之外，本實施例的激光束機械加工設備主要具有下列元件首先，該激光束機械加工設備配備有反射鏡21、21A充當反射器件，用于允許波長轉(zhuǎn)換激光束3D的一部分通過。
此外，該激光束機械加工設備配備有功率監(jiān)視器22，用于監(jiān)視功率，射束剖面儀23，用于監(jiān)視射束剖面。這里，功率監(jiān)視器22充當射束監(jiān)視器，該監(jiān)視器用于監(jiān)視已經(jīng)通過反射鏡21、21A的波長轉(zhuǎn)換激光束3E、3F射束參數(shù)[功率、射束剖面(射束大小)、射束質(zhì)量、以及發(fā)散角]。
該激光束機械加工設備還配備有四分之一波長盤19充當偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置。該偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置位于反射器件(反射鏡21、21A)之前的一級，并轉(zhuǎn)換波長轉(zhuǎn)換激光束3C的偏振狀態(tài)，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于反射器件的反射面)。具體來說，偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置執(zhí)行轉(zhuǎn)換操作，以便從非線性光學晶體1A(基本激光束首先通過該非線性光學晶體1A)發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束中的“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率(相對于反射器件的反射面)，基本上等于從非線性光學晶體1B(基本激光束隨后通過該非線性光學晶體1B)發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束中的“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率(相對于反射器件的反射面)。四分之一波長盤19也可以充當圓偏振裝置，用于將結(jié)合第八個實施例描述的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C轉(zhuǎn)換為圓偏振光。
在其它方面，該激光束機械加工設備在配置方面與第六個實施例的激光束機械加工設備相同，因此，現(xiàn)在主要講述第六個和第九個實施例之間的區(qū)別。
四分之一波長盤19由支持架20支撐，支持架20位于底座5上。反射鏡21、21A由鏡架7A、7B夾持，鏡架7A、7B位于底座5上四分之一波長盤19后面。功率監(jiān)視器22由支持架20A夾持，支持架20A位于底座5上反射鏡21的背后。射束剖面儀25由支持架20B夾持，支持架20B位于底座5上反射鏡21A的背后。
激光輻射器件具有反射鏡12、聚光光學系統(tǒng)14以及工作臺18A。由鏡架13A夾持的反射鏡12、由光學系統(tǒng)支持架15A夾持的聚光光學系統(tǒng)14，以及工作臺18A固定于底座5B上。工作臺18A夾持工件17，如硅、金屬板、陶瓷、印刷電路板或印刷電路基板。
在具有前述的配置的激光束機械加工設備中，已經(jīng)通過分離鏡6的激光束3C被四分之一波長盤19轉(zhuǎn)換為圓偏振光(即，圓偏振的)，從而激光束3C的偏振狀態(tài)被轉(zhuǎn)換，如此產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D。該激光束3D在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間相對于反射器件(即，反射鏡21、21A)的反射面的比率方面基本上和從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束一樣。具體來說，例如，當從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量被四分之一波長盤19轉(zhuǎn)換為順時針方向圓偏振光，以及從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量被四分之一波長盤19轉(zhuǎn)換為逆時針方向圓偏振光時，因此，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D混合地包括順時針方向圓偏振光和逆時針方向圓偏振光。
該圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D被反射鏡21、21A和12反射，并被聚光光學系統(tǒng)14聚集和輻射在工件17上，從而通過退火、表面重整、鉆孔、剪切、焊接、修剪等等工藝對工件17進行機械加工。
該圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的一部分通過反射鏡21。已經(jīng)通過反射鏡21的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3E進入功率監(jiān)視器22，在此，測量激光束3E的功率。此外，圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的一部分通過反射鏡21A。已經(jīng)通過反射鏡21A的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3F進入射束剖面儀23，在此，測量射束的剖面。
如前所述，在本實施例中，本實施例的激光束機械加工設備具有四分之一波長盤19作為同時充當圓偏振裝置和偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置的裝置，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C被轉(zhuǎn)換為圓偏振光。因此，與第八個實施例的情況相同，圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D被聚集和輻射在工件17上，因此，產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠穩(wěn)定地執(zhí)行更均勻的機械加工，而不取決于偏振方向。
此外，該激光束機械加工設備配備有功率監(jiān)視器22，該監(jiān)視器充當用于監(jiān)視波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的功率的裝置，如此監(jiān)視對應于圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D(即，激光束3D通過轉(zhuǎn)換波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的偏振狀態(tài)而形成，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于反射鏡21、21A的反射面))一部分的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3E的功率。由于已經(jīng)預先掌握波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3E的功率和波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的功率之間的關(guān)系，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率的總和可以實質(zhì)上準確地測量。具體來說，從波長轉(zhuǎn)換激光器輸出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的功率可以實質(zhì)上準確地測量。因此，可以確定是否能在長時間內(nèi)穩(wěn)定而高效地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。因此，要輻射在工件17上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的功率可以實質(zhì)上準確地測量。因此，產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠確定是否可以在長時間內(nèi)執(zhí)行均勻、高精度的機械加工(即，相對于時間是恒定的)。
該激光束機械加工設備進一步配備有射束剖面儀23，該剖面儀充當用于監(jiān)視波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的剖面的裝置，如此監(jiān)視波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3F(激光束3F是圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的一部分)的剖面(即，激光束3D通過轉(zhuǎn)換波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的偏振狀態(tài)而形成，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于反射鏡21、21A的反射面))。因此，可以實質(zhì)上準確地測量從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的射束剖面和從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的射束剖面的總和。因此，能夠?qū)嵸|(zhì)上準確地測量從波長轉(zhuǎn)換激光器輸出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的射束剖面，并可以確定是否能在長時間內(nèi)穩(wěn)定而高效地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。此外，要輻射在工件17上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的射束剖面可以實質(zhì)上準確地測量。因此，產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠確定是否可以在長時間內(nèi)執(zhí)行均勻、高精度的機械加工(即，相對于時間是恒定的)。
通過監(jiān)視波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D(該激光束是由于波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的偏振狀態(tài)被轉(zhuǎn)換(圓偏振)而形成，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于反射鏡21、21A的反射面))的一部分的功率和射束剖面而獲得的優(yōu)點是唯一地通過混合地包括許多線性偏振光分量的波長轉(zhuǎn)換激光器(如結(jié)合本發(fā)明所描述的)所獲得的。此優(yōu)點無法通過普通的線性偏振激光器或隨機偏振激光器獲得。下面將進一步對這一點進行詳細的描述。
一般而言，當使激光束按不是垂直的角度進入反射鏡時，反射鏡的反射率會產(chǎn)生區(qū)別，具體情況取決于入射束的偏振方向，“s”偏振光的反射率高于“p”偏振光的反射率。具體來說，“s”偏振光的透射率低于“p”偏振光的透射率。
現(xiàn)在將描述充當比較示例的波長轉(zhuǎn)換激光器。具體來說，該激光器沒有四分之一波長盤19，并使沒有經(jīng)過圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C進入反射鏡21，21A，并監(jiān)視通過反射鏡21、21A的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3E、3F的功率和射束剖面。例如，當波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束(其偏振方向彼此相差90度)，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量作為“s”偏振光進入反射鏡21、21A，從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量作為“p”偏振光進入反射鏡21、21A?！皊”偏振光的透射率低于“p”偏振光的透射率。因此，與從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率和射束剖面相比，可以更密切地監(jiān)視從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率和射束剖面。
具體來說，例如，當使波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C以大約45度的角度進入反射鏡21、21A時，“s”偏振光通過反射鏡21、21A的透射率例如大約為0.1％，“p”偏振光通過反射鏡21、21A的透射率例如大約為0.9％。從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的大約0.1％的分量與從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的大約0.9％的分量之和進入功率監(jiān)視器22和射束剖面儀23，在那里測量該總和的功率和射束剖面。
因此，例如，如果只在從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率或射束剖面中產(chǎn)生變化，則在功率監(jiān)視器22的讀數(shù)以及射束剖面儀23的讀數(shù)中的變化是小的。因此，會產(chǎn)生這樣的問題不能準確地監(jiān)視輻射在工件17上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的功率或射束剖面的變化。
在本實施例中，使已經(jīng)被四分之一波長盤19圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D(即，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的偏振狀態(tài)被轉(zhuǎn)換(圓偏振)，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于反射鏡21、21A的反射面))進入反射鏡21、21A。因此，進入功率監(jiān)視器22和射束剖面儀23并從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量以及進入功率監(jiān)視器22和射束剖面儀23并從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量包括相對比例基本上相同的“s”偏振分量和“p”偏振分量。以該基本上相同的相對比例監(jiān)視從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量的功率和射束剖面以及從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量的功率和射束剖面。
具體來說，例如，“s”偏振光通過反射鏡21、21A的透射率大約為0.1％，“p”偏振光通過反射鏡21、21A的透射率大約為0.9％?！皊”偏振光分量和“p”偏振光分量兩者各占從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的圓偏振波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的約50％的分量。大約0.1％的“s”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.05％的分量)和大約0.9％的“p”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.45％的分量)之總和，即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.5％的分量通過反射鏡21、21A。同樣，“s”偏振分量和“p”偏振分量兩者各占從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的圓偏振波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的約50％的分量。因此，從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.5％的分量通過反射鏡21、21A。因此，在波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D中，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的分量以相同的比例進入功率監(jiān)視器22和射束剖面儀23，在那里測量各分量的功率和射束剖面。
因此，能夠?qū)嵸|(zhì)上準確地測量從波長轉(zhuǎn)換激光器輸出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的功率和射束剖面，并確定是否可以在長時間內(nèi)穩(wěn)定而高效地產(chǎn)生高輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。因此，產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠?qū)嵸|(zhì)上準確地測量輻射在工件17上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的功率和射束剖面，并能夠確定是否可以在長時間內(nèi)穩(wěn)定、高精度地執(zhí)行均勻的機械加工(即，相對于時間是均勻的)。
此外，甚至只在從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率或射束剖面中已產(chǎn)生變化時，也產(chǎn)生這樣的優(yōu)點能夠?qū)嵸|(zhì)上準確地監(jiān)視輻射在工件17上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的功率和射束剖面中的變化，并能夠確定由于只在從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量的功率或射束剖面中產(chǎn)生變化而導致的機械加工的變化。
在普通的線性偏振激光器中，進入反射鏡21、21A的激光束的偏振方向只有“s”偏振或“p”偏振。因此，透射率保持不變，不管在進入反射鏡21、21A之前激光束是否被圓偏振。因此，不會產(chǎn)生由于監(jiān)視圓偏振波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的功率和射束剖面而導致的新優(yōu)點。
此外，在普通的隨機偏振激光器中，進入反射鏡21、21A的激光束的偏振方向包括相同比例的“s”偏振光和“p”偏振光。因此，透射率保持不變，不管在進入反射鏡21、21A之前激光束是否被圓偏振。因此，不會產(chǎn)生由于監(jiān)視圓偏振波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的功率和射束剖面而導致的新優(yōu)點。
通過參考特定的數(shù)值描述了這樣的情況波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B發(fā)出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，這些激光束在偏振方向方面彼此相差大約90度。相同的原理也可以適用于偏振方向彼此相差45到90度的情況，以及偏振方向彼此相差90度的情況。例如，使波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C通過四分之一波長盤19(也充當偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置)，并將其轉(zhuǎn)換為橢圓偏振的波長轉(zhuǎn)換激光束3D，其中，激光束3D以基本上相同的比例包括從非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的“s”偏振光分量和“p”偏振光分量，其方式如下來自波長轉(zhuǎn)換晶體1A的分量包括大約60％的“s”偏振光分量和大約40％的“p”偏振光分量，以便來自波長轉(zhuǎn)換晶體1B的分量包括大約60％的“s”偏振光分量和大約40％的“p”偏振光分量。在波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D中，來自波長轉(zhuǎn)換晶體1A的分量以及來自波長轉(zhuǎn)換晶體1B的分量以相同的比例進入功率監(jiān)視器22和射束剖面儀23，在那里測量各分量的功率和射束剖面。
圖15顯示了這樣的配置從反射鏡21、21A反射的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束用于機械加工，其中，監(jiān)視已通過反射鏡21、21A的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的射束參數(shù)。也可以采用這樣的配置已通過反射鏡21、21A的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束用于機械加工，其中，監(jiān)視已接受反射鏡21、21A的反射的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的射束參數(shù)。
圖15顯示了第六個實施例的波長轉(zhuǎn)換激光器具有四分之一波長盤19、反射鏡21、21A，功率監(jiān)視器22以及射束剖面儀23的情況。然而，甚至在第七個實施例的激光束機械加工設備配備有四分之一波長盤19、反射鏡21、21A、功率監(jiān)視器22，以及射束剖面儀23的情況下，也可以產(chǎn)生相同的優(yōu)點。
除具有圖15所示的配置之外，該波長轉(zhuǎn)換激光器配備有用于根據(jù)功率監(jiān)視器22的讀數(shù)控制激光源2的輸出的裝置，或根據(jù)功率監(jiān)視器22的讀數(shù)控制溫度調(diào)節(jié)器4A、4B的溫度的裝置，從而執(zhí)行反饋控制。結(jié)果，產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠在長時間內(nèi)穩(wěn)定地維持波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的功率。
可以根據(jù)由射束剖面儀23測量的射束剖面確定射束大小。因此，除具有圖15所示的配置之外，該波長轉(zhuǎn)換激光器配備有射束大小調(diào)整機構(gòu)，其包括例如許多透鏡的組合，從而產(chǎn)生這樣的優(yōu)點能夠?qū)⒉ㄩL已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的射束大小調(diào)整到一個任意值，并進行輸出。
此外，反饋控制是通過提供用于根據(jù)由射束剖面儀23測量的射束大小來控制射束大小調(diào)整機構(gòu)的裝置來執(zhí)行的，從而產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠在長時間內(nèi)穩(wěn)定地維持波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的射束大小。
第九個實施例描述了這樣的情況該波長轉(zhuǎn)換激光器配備有用于監(jiān)視射束參數(shù)[即，功率、射束剖面(射束大小)、射束質(zhì)量，以及發(fā)散角]中的功率和射束剖面的裝置。該波長轉(zhuǎn)換激光器可以配備有用于監(jiān)視射束質(zhì)量(諸如表明激光束或射束產(chǎn)品的聚光特性的M2值之類的指數(shù))的裝置。能夠?qū)嵸|(zhì)上準確地測量從波長轉(zhuǎn)換激光器輸出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的質(zhì)量，并能夠確定是否可以在長時間內(nèi)穩(wěn)定地產(chǎn)生高質(zhì)量的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。因此，產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠?qū)嵸|(zhì)上準確地測量輻射在工件17上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的質(zhì)量，并能夠確定是否可以在長時間內(nèi)穩(wěn)定地執(zhí)行高精度的均勻的機械加工(即，相對于時間是均勻的)。
該波長轉(zhuǎn)換激光器可以配備有用于監(jiān)視發(fā)散角的裝置；例如，許多射束剖面儀。能夠?qū)嵸|(zhì)上準確地測量從波長轉(zhuǎn)換激光器輸出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的發(fā)散角，并能夠確定是否可以在長時間內(nèi)穩(wěn)定地產(chǎn)生高質(zhì)量的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束。因此，產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠?qū)嵸|(zhì)上準確地測量輻射在工件17上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的發(fā)散角，并能夠確定是否可以在長時間內(nèi)穩(wěn)定地執(zhí)行高精度的均勻的機械加工(即，相對于時間是均勻的)。
第十個實施例圖16是一個描述根據(jù)本發(fā)明的第十個實施例的激光束機械加工方法和激光束機械加工設備的視圖；具體來說，圖16是激光束機械加工設備的俯視圖。
除具有結(jié)合第六個實施例所描述的激光束機械加工設備的各元件之外，本實施例的激光束機械加工設備主要具有下列元件首先，該激光束機械加工設備配備有可變衰減器24，該可變衰減器具有可變透射率的反射鏡25A、25B，充當用于調(diào)整波長轉(zhuǎn)換激光束3D的功率的裝置，并且其透射率是可變的。
此外，激光束機械加工設備還配備有四分之一波長盤19，充當偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置。該偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置位于可變衰減器24之前的一級，并轉(zhuǎn)換波長轉(zhuǎn)換激光束3C的偏振狀態(tài)，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于反射器件的反射面)。這里，四分之一波長盤19也可以充當圓偏振裝置，用于將結(jié)合第八個實施例描述的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C轉(zhuǎn)換為圓偏振光。
在其它方面，第十個實施例和第六實施例的配置一樣，因此，下列說明主要論述第六和第十個實施例之間的區(qū)別。
四分之一波長盤19由支持架20支撐，支持架20位于底座5上?？勺兯p器24由支持架20C支撐，支持架20C位于底座5上。在可變衰減器24中提供了可變透射率的反射鏡25A、25B，其透射率隨著波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的入射角而變化，還提供了一個未顯示的機構(gòu)，其用于旋轉(zhuǎn)可變透射率的反射鏡25A、25B，由此改變波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C進入的角度。
該激光輻射器件在配置方面與結(jié)合第九個實施例所描述的激光輻射器件相同。
在具有前述的配置的激光束機械加工設備中，已經(jīng)通過分離鏡6的激光束3C被四分之一波長盤19轉(zhuǎn)換為圓偏振光(即，圓偏振的)，從而激光束3C的偏振狀態(tài)被轉(zhuǎn)換，由此產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D。激光束3D在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間相對于可變透射率反射鏡25A、25B的鏡面的比率方面基本上和從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束一樣。
圓偏振波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D被轉(zhuǎn)換為波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G，其功率由可變衰減器24進行調(diào)整。然后，該波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束被反射鏡12反射，并被聚光光學系統(tǒng)14聚集和輻射在工件17上，從而通過退火、表面重整、鉆孔、剪切、焊接、修剪等等工藝對工件17進行機械加工。
如前所述，在本實施例中，本實施例的激光束機械加工設備具有四分之一波長盤19作為同時充當圓偏振裝置和偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置的裝置，且波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C被轉(zhuǎn)換為圓偏振光。因此，與第八個實施例的情況相同，圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D被聚集和輻射在工件17上，因此，產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠穩(wěn)定地執(zhí)行比較均勻的機械加工，而不取決于偏振方向。
此外，激光束機械加工設備配備有可變衰減器24，該可變衰減器充當用于調(diào)整波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的功率的裝置，使圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D(即，激光束3D通過轉(zhuǎn)換波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的偏振狀態(tài)而形成，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于可變透射率反射鏡25A、25B的鏡面))進入可變衰減器24。因此，可以按相同的比例調(diào)整從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率。因此，能夠在基本上不改變從波長轉(zhuǎn)換激光器輸出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的射束剖面的情況下調(diào)整功率。因此，產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠在基本上不改變輻射在工件17上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G的射束剖面的情況下調(diào)整功率，以及能夠通過只改變作為機械加工參數(shù)的功率來執(zhí)行機械加工操作。
還產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點通過降低可變衰減器24的透射率、將射束剖面擺放在工作臺18A的一個機械加工點上、以及測量機械加工點處的射束剖面，能夠測量和在機械加工過程中獲得的射束剖面實質(zhì)上一樣的射束剖面。
通過使波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D進入可變衰減器24以及通過改變波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D進入可變透射率的反射鏡25A、25B的角度來調(diào)整波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G的功率而獲得的優(yōu)點是由混合地包括許多線性偏振光分量(如結(jié)合本發(fā)明所描述的)的波長轉(zhuǎn)換激光器唯一地獲得的，其中，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D通過轉(zhuǎn)換波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的偏振狀態(tài)而形成(圓偏振)，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于可變透射率反射鏡25A、25B的鏡面)。此優(yōu)點無法通過普通的線性偏振激光器或隨機偏振激光器獲得。下面將進一步對這一點進行詳細的描述。
現(xiàn)在作為一個比較示例描述這樣的情況激光器沒有配備四分之一波長盤19，并使沒有被圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C進入可變衰減器24。例如，當波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束(其偏振方使彼此相差90度)，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量作為“s”偏振光進入可變透射率的反射鏡25A、 25B，從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量作為“p”偏振光進入可變透射率的反射鏡25A、25B。“s”偏振光的透射率低于“p”偏振光的透射率。結(jié)果，波長轉(zhuǎn)換激光器輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量，該分量大于從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量，如此發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束輻射在工件17上。
“s”偏振光的透射率和“p”偏振光的透射率之間的比率隨著可變衰減器24(即，可變透射率的反射鏡25A、25B)的透射率而變化。因此，只有波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的功率無法由可變衰減器24進行調(diào)整。例如，當通過減小可變衰減器24的透射率而使射束剖面儀擺放在機械加工點時，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量(兩個分量都是從波長轉(zhuǎn)換激光器輸出的)之間的比率，從機械加工的時間到測量射束剖面的時間之間這段時間內(nèi)是變化的。因此，可以測量將要在機械加工點獲得的并且不同于在機械加工過程中所需要的射束剖面。
具體來說，例如，當在可變衰減器24的平均透射率降低到大約50％時執(zhí)行機械加工的情況下，“s”偏振光通過可變透射率反射鏡25A、25B的透射率大約為35％，“p”偏振光通過可變透射率反射鏡25A、25B的透射率大約為65％。波長轉(zhuǎn)換激光器輸出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的大約35％的分量，以及從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的大約65％的分量；即，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量，其比例為1∶1.9。機械加工是通過使用波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束執(zhí)行的，該激光束包括來自波長轉(zhuǎn)換晶體1A的分量和來自波長轉(zhuǎn)換晶體1B的分量，這些分量的比例是不同的。
當測量將要在機械加工點獲得的射束剖面時，例如，通過將可變衰減器24的透射率縮小大約1％，并將射束剖面儀放在工作臺18A上的機械加工點，“s”偏振光通過可變透射率的反射鏡25A、25B的透射率的值大約為0.1％，“p”偏振光通過可變透射率的反射鏡25A、25B的透射率的值大約為0.9％。波長轉(zhuǎn)換激光器發(fā)出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，該激光束完全不同于在機械加工過程中發(fā)出的激光束；即，該波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的大約0.1％的分量，以及從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的大約0.9％的分量；具體來說，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量，其比例為1∶9。結(jié)果，可以測量波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的射束剖面，該射束剖面在來自波長轉(zhuǎn)換晶體1A的分量與來自波長轉(zhuǎn)換晶體1B的分量的比例方面不同于當以前述的可變衰減器24的大約50％的平均透射率執(zhí)行機械加工時獲得的射束剖面。因此，射束剖面從機械加工的時間到測量射束剖面的時間之間這段時間內(nèi)是變化的，并且將在機械加工過程中獲得的射束剖面無法準確地確定，從而會產(chǎn)生這樣的問題不能準確地確定射束剖面對機械加工的影響。
然而，在本實施例中，使已經(jīng)被四分之一波長盤19圓偏振的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D進入可變衰減器24(其中，激光束3D通過轉(zhuǎn)換波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的偏振狀態(tài)而形成，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于可變透射率的反射鏡25A、25B的鏡面))。從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的“s”偏振光分量和波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的“p”偏振光分量在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量(兩者都進入可變透射率的反射鏡25A、25B)之間的比率方面是相同的。工件17可以暴露于波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，該激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，它們的比例基本上相同。
甚至在可變衰減器24的透射率已經(jīng)變化的情況下，來自波長轉(zhuǎn)換晶體1A的分量和來自波長轉(zhuǎn)換晶體1B的分量的比例基本上相同，因此，在不改變射束剖面的情況下，通過可變衰減器24只能調(diào)整波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的功率。因此，例如，通過縮小可變衰減器24的透射率將射束剖面儀擺放在機械加工點，并測量將要在機械加工點獲得的射束剖面，從而能使射束剖面的測量基本上和機械加工過程中將獲得的射束剖面一樣。
具體來說，當在可變衰減器24的平均透射率降低到大約50％時執(zhí)行機械加工的情況下，“s”偏振光通過可變透射率反射鏡25A、25B的透射率的值大約為35％，“p”偏振光通過可變透射率反射鏡25A、25B的透射率的值大約為65％。“s”偏振光分量的值為從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長轉(zhuǎn)換激光束3D的大約50％的分量，“p”偏振分量的值大約也為50％。大約35％的“s”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約17.5％的分量)和大約65％的“p”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約32.5％的分量)之總和，即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約50％的分量通過可變衰減器24。同樣，相對于從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，“s”偏振光分量的值大約為50％，“p”偏振光分量的值大約為50％。因此，從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約50％的分量通過可變衰減器24。
因此，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量以相同的比例通過可變衰減器24。波長轉(zhuǎn)換激光器發(fā)出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G，該激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，它們的比例大約為1∶1。因此，機械加工是通過使用波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G執(zhí)行的，該激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，它們的比例大約為1∶1。
例如，當通過將可變衰減器24的平均透射率降低到大約1％而使射束剖面儀放置于機械加工點時，以及當測量將要在機械加工點獲得的射束剖面時，“s”偏振光通過可變透射率的反射鏡25A、25B的透射率的值大約為0.1％，“p”偏振光通過可變透射率的反射鏡25A、25B的透射率的值大約為0.9％?！皊”偏振光分量的值為從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長轉(zhuǎn)換激光束3D的大約50％的分量，“p”偏振分量的值大約也為50％。大約0.1％的“s”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.05％的分量)和大約0.9％的“p”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.45％的分量)之總和，即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.5％的分量通過可變衰減器24。同樣，相對于從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，“s”偏振光分量的值大約為50％，“p”偏振光分量的值大約為50％。因此，從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.5％的分量通過可變衰減器24。
因此，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量以相同的比例通過可變衰減器24。波長轉(zhuǎn)換激光器發(fā)出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G，該激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，它們的比例大約為1∶1。因此，可以通過使用波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G測量要在機械加工點處獲得的射束剖面，該激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，它們的比例大約為1∶1。
在測量射束剖面時和在機械加工時存在基本上恒定的比例；具體來說，在從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量之間的比例基本上是恒定的。要在機械加工過程中獲得的射束剖面實質(zhì)上可以準確地確定，也可以實質(zhì)上準確地確定射束剖面對機械加工的影響。此外，機械加工條件可以通過觀察在機械加工點測量的射束剖面來改變。
在普通的線性偏振激光器中，進入可變透射率的反射鏡25A、25B的激光束的偏振方向只有“s”偏振或“p”偏振。因此，透射率保持不變，不管在進入可變透射率的反射鏡25A、25B之前激光束是否被圓偏振。因此，不會產(chǎn)生由于使圓偏振波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束進入可變透射率的反射鏡25A、25B中而導致的新優(yōu)點。
此外，在普通的隨機偏振激光器中，進入可變透射率的反射鏡25A、25B的激光束的偏振方向包括相同比例的“s”偏振光和“p”偏振光。因此，透射率保持不變，不管在進入可變透射率的反射鏡25A、25B之前激光束是否被圓偏振。因此，不會產(chǎn)生由于使圓偏振波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束進入可變透射率的反射鏡25A、25B中而導致的新優(yōu)點。
通過參考特定的數(shù)值描述了這樣的情況波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B發(fā)出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，這些激光束在偏振方向方面彼此相差大約90度。相同的原理也可以適用于偏振方向彼此相差45到90度的情況以及偏振方向彼此相差90度的情況。例如，使波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C通過四分之一波長盤19(也充當偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置)，并將其轉(zhuǎn)換為橢圓偏振的波長轉(zhuǎn)換激光束3D，其中，激光束3D以基本上相同的比例包括從非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的“s”偏振光分量和“p”偏振光分量，其方式如下來自波長轉(zhuǎn)換晶體1A的分量包括大約60％的“s”偏振光分量和大約40％的“p”偏振光分量，以便來自波長轉(zhuǎn)換晶體1B的分量包括大約60％的“s”偏振光分量和大約40％的“p”偏振光分量。在波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D中，來自波長轉(zhuǎn)換晶體1A的分量以及來自波長轉(zhuǎn)換晶體1B的分量以相同的比例進入可變衰減器24中。如上所述，在測量射束剖面時和在機械加工時存在基本上恒定的比例；具體來說，在從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量之間的比例基本上是恒定的。要在機械加工過程中獲得的射束剖面實質(zhì)上可以準確地確定，也可以實質(zhì)上準確地確定射束剖面對機械加工的影響。此外，機械加工條件可以通過觀察在機械加工點測量的射束剖面來改變。
圖16顯示了波長轉(zhuǎn)換激光器配備有四分之一波長盤19和可變衰減器24的情況。然而，與第九個實施例的情況相同，四分之一波長盤19、反射鏡21、21A，以及用于監(jiān)視射束參數(shù)的裝置，如功率監(jiān)視器22和射束剖面儀23，可以在可變衰減器24之后的階段提供。在這樣的情況下，產(chǎn)生了和在第九個實施例中產(chǎn)生的優(yōu)點一樣的優(yōu)點，還產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠?qū)嵸|(zhì)上準確地監(jiān)視其功率已經(jīng)調(diào)整的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G的功率和射束剖面。
圖16顯示了第六個實施例的波長轉(zhuǎn)換激光器具有四分之一波長盤19和可變衰減器24的情況。然而，甚至在第七個實施例的激光束機械加工設備配備有四分之一波長盤19和可變衰減器24的情況下也可以產(chǎn)生相同優(yōu)點。
雖然圖16顯示了波長轉(zhuǎn)換激光器配備有可變衰減器24(其透射率是可變的)的情況，但是，波長轉(zhuǎn)換激光器也可以配備有具有恒定透射率的衰減器。甚至在此情況下，也可以按相同的比例調(diào)整從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量的功率。因此，產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠在不涉及從波長轉(zhuǎn)換激光器輸出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G的射束剖面的任何實質(zhì)性的改變的情況下通過具有恒定的透射率的衰減器來調(diào)整功率。因此，能夠在不涉及輻射在工件17上的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G的射束剖面的任何實質(zhì)性改變的情況下根據(jù)衰減器的透射率來調(diào)整功率，從而產(chǎn)生了這樣的優(yōu)點能夠通過只改變作為機械加工參數(shù)的激光束的功率來執(zhí)行機械加工操作。
在第九和第十個實施例中，諸如四分之一波長盤19之類的偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置，理想情況下轉(zhuǎn)換波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振狀態(tài)，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面精確地相等(相對于反射器件的反射面，例如，可變透射率的反射鏡的鏡面)。然而，產(chǎn)生相同優(yōu)點的基本要求是，在從非線性光學晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束中的“s”偏振光分量與“p”偏振光分量的比率值以及從非線性光學晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束中的“s”偏振光分量與“p”偏振光分量的比率值之間存在大約1∶4至4∶1的比例。
具體來說，在這樣的情況下從非線性光學晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束中的“s”偏振光分量大約為20％，而其“p”偏振光分量大約為80％，從非線性光學晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束中的“s”偏振光分量大約為50％，而其“p”偏振光分量大約為50％，則在從非線性光學晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束中的“s”偏振光分量與“p”偏振光分量的比率值以及從非線性光學晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束中的“s”偏振光分量與“p”偏振光分量的比率值之間存在1∶4的比例。在此情況下，當在可變衰減器24的平均透射率降低到大約50％時執(zhí)行機械加工的情況下，“s”偏振光通過可變透射率反射鏡25A、25B的透射率的值大約為35％，“p”偏振光通過可變透射率反射鏡25A、25B的透射率的值大約為65％?！皊”偏振光分量的值大約為從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長轉(zhuǎn)換激光束3D的分量的20％，“p”偏振分量的值大約為80％。因此，大約35％的“s”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約7％的分量)和大約65％的“p”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約52％的分量)之總和；即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約59％的分量通過可變衰減器24。同樣，相對于從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，“s”偏振光分量的值大約為50％，“p”偏振光分量的值大約為50％。如前所述，從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約50％的分量通過可變衰減器24。
因此，波長轉(zhuǎn)換激光器發(fā)出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G，該激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，它們的比例大約為1.18∶1。因此，機械加工是通過使用波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G執(zhí)行的，該激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，它們的比例大約為1.18∶1。
例如，當通過將可變衰減器24的平均透射率降低到大約1％而使射束剖面儀放置于機械加工點時，以及當測量將要在機械加工點獲得的射束剖面時，“s”偏振光通過可變透射率的反射鏡25A、25B的透射率的值大約為0.1％，“p”偏振光通過可變透射率的反射鏡25A、25B的透射率的值大約為0.9％?！皊”偏振光分量的值為從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長轉(zhuǎn)換激光束3D的大約20％的分量，“p”偏振分量的值大約為80％。大約0.1％的“s”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.02％的分量)和大約0.9％的“p”偏振光分量(即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.72％的分量)之總和，即，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.8％的分量通過可變衰減器24。同樣，相對于從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，“s”偏振光分量的值大約為50％，“p”偏振光分量的值大約為50％。因此，從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的大約0.5％的分量通過可變衰減器24。
因此，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量以相同的比例通過可變衰減器24。波長轉(zhuǎn)換激光器發(fā)出波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G，該激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，它們的比例大約為1.6∶1。因此，可以通過使用波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3G測量要在機械加工點處獲得的射束剖面，該激光束包括從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量和從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量，它們的比例大約為1.6∶1。
相應地，在測量射束剖面時以及在機械加工過程中，從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量的值與從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3D的分量的值相差大約36％。因此，要在機械加工過程中獲得的射束剖面實質(zhì)上可以準確地確定，也可以實質(zhì)上準確地確定射束剖面對機械加工的影響。此外，機械加工條件可以通過觀察在機械加工點測量的射束剖面來改變。
第九和第十個實施例描述了這樣的情況四分之一波長盤19被用作偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置，用于轉(zhuǎn)換波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振狀態(tài)，以便從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面精確地相等(相對于反射器件(即，反射鏡21、21A)或可變透射率反射鏡25A、25B的鏡面)。例如，可以使用一個用于將波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束轉(zhuǎn)換為圓偏振光電光元件作為偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置。此外，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的偏振方向可以通過使用例如半波長盤、偏振旋轉(zhuǎn)器或充當偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置的電光元件來進行旋轉(zhuǎn)，以便從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C中的“s”偏振光分量與“p”偏振光分量相對于每一個反射鏡的反射面(即，鏡面)的比率基本上等于從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C中的“s”偏振光分量與“p”偏振光分量相對于每一個反射鏡的反射面(即，鏡面)的比率。如此，產(chǎn)生了與第四和第十個實施例中產(chǎn)生的優(yōu)點的相同優(yōu)點。
在第九和第十個實施例中，采用了這樣的配置例如，波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束(其偏振方向彼此相差90度)，其中，使從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量作為“s”偏振光進入反射鏡21、21A(或可變透射率反射鏡25A、25B)，以及使從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C的分量作為“p”偏振光進入反射鏡21、21A(或可變透射率反射鏡25A、25B)。在此情況下，當非線性光學晶體1A、1B和分離鏡6安排成在圍繞激光束3的光軸旋轉(zhuǎn)大約45度時，從相應的非線性光學晶體1A、1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面基本上相等(相對于反射鏡21、21A的反射面)。因此，偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置可以省去。甚至在此情況下，由于波長轉(zhuǎn)換激光器配備有諸如四分之一波長盤19之類的圓偏振裝置，圓偏振波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束以第八個實施例描述的同樣的方式被聚集和輻射在工件17上，因此，產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠穩(wěn)定地執(zhí)行均勻的機械加工，而不取決于偏振方向。
相應的實施例描述了使用Nd(釹):YAG激光器作為激光源2的情況，該激光器用于產(chǎn)生1064nm的隨機偏振基本激光束3。然而，激光源2的類型不僅限于Nd(釹):YAG。例如，可以使用諸如氬激光器或準分子激光器之類的氣體激光器，或諸如染料激光器之類的液體激光器，以及諸如Nd:YLF激光器、Nd:YVO4激光器或Ti:AL2O3(鈦藍寶石)激光器之類的固態(tài)激光器。然而，可能常常會產(chǎn)生這樣的情況與Nd:YVO4激光器的情況相同，激光器會影響線性偏振振動，但不會導致任何隨機偏振的振動。然而，只要固態(tài)激光器介質(zhì)的切削方向在一個不同于通常剪切介質(zhì)的方向的方向中對齊，可以導致隨機偏振振動。
相應的實施例顯示了這樣的情況按第二類型的相位匹配產(chǎn)生二次諧波的非線性光學晶體用作為波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B。然而，由于使用隨機偏振基本激光束3，相位匹配的類型可以是類型1，在這樣的情況下，產(chǎn)生了與相應的實施例中產(chǎn)生的優(yōu)點相同的優(yōu)點。
相應的實施例顯示了這樣的情況通過第二類型的相位匹配產(chǎn)生二次諧波的硼酸鋰晶體(化學分子式LiB3O5)作為波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B。然而，要產(chǎn)生的波長轉(zhuǎn)換激光束不僅限于二次諧波。例如，也可以使用三次諧波、四次諧波、五次諧波、和頻率或差頻率，在每一種情況下，產(chǎn)生了與相應的實施例中產(chǎn)生的優(yōu)點相同的優(yōu)點。
此外，用于波長轉(zhuǎn)換的非線性光學晶體(波長轉(zhuǎn)換晶體)1A、1B不僅限于硼酸鋰晶體(化學分子式LiB3O5)。例如，還可以使用硼酸鋰銫(化學分子式CsLiB6O10，簡化名稱CLBO)晶體；硼酸銫(化學分子式CsB3O5，簡化名稱CBO)晶體；β-硼酸鋇(化學分子式-BaB2O4，簡化名稱BBO)晶體；羥基硼酸鈣釔釓(化學分子式GdxY1-xCa4(BO3)3)，簡化名稱GdYCOB)晶體，或磷酸鈦鉀(化學分子式KTiOPO4，簡化名稱KTP)等等，在每一種情況下，都產(chǎn)生了與相應的實施例中產(chǎn)生的優(yōu)點相同的優(yōu)點。
相應的實施例顯示了同一種類型的晶體用作波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的情況。然而，也可以使用不同類型的晶體組合；例如，使用硼酸鋰晶體(化學分子式LiB3O5)作為波長轉(zhuǎn)換晶體1A，使用硼酸鋰銫(化學分子式CsLiB6O10，簡化為CLBO)晶體作為波長轉(zhuǎn)換晶體1B。在此情況下，唯一的要求是這樣擺放波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B，以便從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的并進入波長轉(zhuǎn)換晶體1B的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向與從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向相差45度到90度(理想情況下大約90度)。具體來說，唯一的要求是這樣擺放波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B，以便從波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的并進入波長轉(zhuǎn)換晶體1B的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向與從波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向相差45度到90度(理想情況下大約90度)[換句話說，要產(chǎn)生其偏振方向相差45度到90度(理想情況下大約90度)的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C]。在每一種情況下，產(chǎn)生了與相應的實施例中產(chǎn)生的優(yōu)點相同的優(yōu)點。
此外，還可以使用在波長轉(zhuǎn)換效率方面優(yōu)于波長轉(zhuǎn)換晶體1A的晶體作為波長轉(zhuǎn)換晶體1B。結(jié)果，甚至在非線性光學晶體1A、1B在相對于激光束通過各晶體的方向具有相同長度的情況下，可以使從位于前級的波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的功率和從位于后級的波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的功率彼此接近，從而產(chǎn)生這樣的優(yōu)點能夠使波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C處于接近于各向同性的偏振狀態(tài)。
相應的實施例顯示了不使用聚光透鏡的波長轉(zhuǎn)換激光器的配置。然而，聚光透鏡可以插入在激光源2和波長轉(zhuǎn)換晶體1A之間或插入在波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B之間。除了產(chǎn)生相應的實施例的優(yōu)點之外，還可以調(diào)整進入波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B的基本激光束的直徑。因此，可以使從位于前級的波長轉(zhuǎn)換晶體1A發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的功率和從位于后級的波長轉(zhuǎn)換晶體1B發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的功率彼此更接近，從而產(chǎn)生這樣的優(yōu)點能夠使波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束3C處于接近于各向同性的偏振狀態(tài)。
相應的實施例描述了這樣的激光輻射器件的情況聚光光學系統(tǒng)14插入在反射鏡12和工作臺18(即，工件17)之間。然而，聚光光學系統(tǒng)14可以插入在分離鏡6和反射鏡12之間。此外，波長轉(zhuǎn)換激光器還可以進一步配備有例如用于使射束均勻的元件，如目鏡，或用于只允許激光束的中心通過的屏蔽。除了產(chǎn)生與相應的實施例中產(chǎn)生的優(yōu)點相同的優(yōu)點外，還產(chǎn)生了能夠穩(wěn)定地執(zhí)行更均勻的機械加工的優(yōu)點。
相應的實施例描述了這樣的情況波長轉(zhuǎn)換器使基本激光束沿一個方向傳播，由此通過使用用于進行波長轉(zhuǎn)換的非線性光學晶體(即，波長轉(zhuǎn)換晶體1A、1B)將激光束進行波長轉(zhuǎn)換。具體來說，各實施例描述了激光束在用于產(chǎn)生基本激光束的共振器外面進行波長轉(zhuǎn)換的情況。然而，本發(fā)明不僅限于這些實施例?？梢圆捎萌魏闻渲玫牟ㄩL轉(zhuǎn)換設備，只要該配置具有串聯(lián)的、用于進行波長轉(zhuǎn)換的兩個非線性光學晶體，并使基本激光束通過該兩個非線性光學晶體，由此通過使用該非線性光學晶體將激光束進行波長轉(zhuǎn)換，以便偏振方向彼此相差45度到90度(理想情況下相差大約90度)。
如上所述，使基本激光束通過串聯(lián)的、用于進行波長轉(zhuǎn)換的兩個非線性光學晶體，從而由該兩個非線性光學晶體產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束(其偏振方向彼此相差45度到90度)。因此，產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠穩(wěn)定地執(zhí)行均勻的機械加工，而不取決于偏振方向。
激光束機械加工設備包括激光源，用于產(chǎn)生基本激光束；波長轉(zhuǎn)換器，該波長轉(zhuǎn)換器具有彼此串聯(lián)的兩個非線性光學晶體，并使基本激光束通過該兩個非線性光學晶體，在此基本激光束接受波長轉(zhuǎn)換，以便各晶體的晶體方向軸彼此相差45度到90度；以及激光輻射器件，用于將工件暴露于已經(jīng)由波長轉(zhuǎn)換器進行了波長轉(zhuǎn)換的激光束。因此，產(chǎn)生了一個優(yōu)點能夠穩(wěn)定地執(zhí)行均勻的機械加工操作，而不取決于偏振方向。
權(quán)利要求
1.一種通過使用非線性光學晶體使基本激光束沿一個方向傳播的波長轉(zhuǎn)換方法，包括下列步驟通過隨機偏振的基本激光束執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換，該基本激光束按順序通過串聯(lián)設置的、用于進行波長轉(zhuǎn)換的兩個非線性光學晶體，產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差45到90度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長轉(zhuǎn)換方法，其中，波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向彼此相差大約90度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長轉(zhuǎn)換方法，其中，使得所述兩個非線性光學晶體中的第二個非線性光學晶體的沿基本激光束通過的方向定義的長度比該兩個非線性光學晶體中的第一個非線性光學晶體的沿基本激光束通過的方向定義的長度要長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長轉(zhuǎn)換方法，其中，轉(zhuǎn)換所述波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振狀態(tài)，以便從相應的非線性光學晶體發(fā)出的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束在“s”偏振光分量和“p”偏振光分量之間的比率方面相對于激光束將要進入的表面基本上相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的波長轉(zhuǎn)換方法，其中，使其偏振狀態(tài)已經(jīng)被轉(zhuǎn)換的所述波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束進入反射器件，用于允許激光束的一部分通過，由此監(jiān)視已經(jīng)通過該反射器件的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的射束參數(shù)或已經(jīng)由該反射器件反射的波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的射束參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的波長轉(zhuǎn)換方法，其中，要監(jiān)視的射束參數(shù)是功率或射束剖面。
7.一種波長轉(zhuǎn)換激光器，其使用用于進行波長轉(zhuǎn)換的非線性光學晶體，通過使基本激光束沿一個方向傳播來對基本激光束進行波長轉(zhuǎn)換，其中使隨機偏振的基本激光束按順序通過串聯(lián)設置的、用于進行波長轉(zhuǎn)換的兩個非線性光學晶體，由此產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差45度到90度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的波長轉(zhuǎn)換激光器，還包括用于產(chǎn)生隨機偏振的基本激光束的基本激光源；以及兩個非線性光學晶體，它們彼此串聯(lián)設置，以便當相對于激光束的光軸的方向觀察時，各晶體的晶體方向軸相差45度到90度，其中，使該隨機偏振的基本激光束按順序通過該兩個非線性光學晶體，從而產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差45度到90度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的波長轉(zhuǎn)換激光器，其中，所述兩個非線性光學晶體這樣安排，以便當相對于激光束的光軸的方向觀察時，各晶體的晶體方向軸相差大約90度，并產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差大約90度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的波長轉(zhuǎn)換激光器，其中，在相對于激光束通過所述非線性光學晶體的方向，使基本激光束其后通過其的非線性光學晶體的長度比基本激光束首先通過其的非線性光學晶體的長度要長。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的波長轉(zhuǎn)換激光器，還包括圓偏振裝置，用于將所述波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束轉(zhuǎn)換為圓偏振光。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的波長轉(zhuǎn)換激光器，還包括用于產(chǎn)生隨機偏振的基本激光束的基本激光源；兩個非線性光學晶體，它們彼此串聯(lián)設置，以便當相對于激光束的光軸的方向觀察時，各晶體的晶體方向軸沿相同方向或沿大約180度的相反方向?qū)R；以及位于兩個非線性光學晶體之間的偏振方向旋轉(zhuǎn)裝置，該裝置將所述波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)45度到90度，其中，使隨機偏振的基本激光束按順序通過所述兩個非線性光學晶體，由此產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差45度到90度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的波長轉(zhuǎn)換激光器，其中，偏振方向旋轉(zhuǎn)裝置將波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)大約90度，并產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差大約90度。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的波長轉(zhuǎn)換激光器，其中，在相對于激光束通過的方向，使基本激光束其后通過其的非線性光學晶體的長度比基本激光束首先通過其的非線性光學晶體的長度要長。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的波長轉(zhuǎn)換激光器，還包括圓偏振裝置，用于將所述波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束轉(zhuǎn)換為圓偏振光。
16.一種激光束機械加工方法，其中，使隨機偏振的基本激光束按順序穿過串聯(lián)設置的、用于進行波長轉(zhuǎn)換的兩個非線性光學晶體，從而產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差45度到90度；并且其中，在所述波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束被轉(zhuǎn)換為圓偏振光之后將其輻射在工件上。
全文摘要
為了使用于進行波長轉(zhuǎn)換的非線性光學晶體、通過使基本激光束沿一個方向傳播來對基本激光束進行波長轉(zhuǎn)換，使隨機偏振的基本激光束按順序穿過串聯(lián)的、用于進行波長轉(zhuǎn)換的兩個非線性光學晶體，從而產(chǎn)生波長已經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光束，其偏振方向彼此相差45度到90度。提供了用于進行波長轉(zhuǎn)換的兩個非線性光學晶體，以便當相對于激光束的光軸的方向觀察時，各晶體的晶體方向軸相差45度到90度。
文檔編號G02F1/37GK1619404SQ20041004760
公開日2005年5月25日 申請日期2004年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月26日
發(fā)明者小島哲夫, 今野進, 西前順一, 由良信介, 森川和敏, 園淳弘, 佐藤行雄 申請人:三菱電機株式會社