CN1104764C - 激光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光聚光特性稳定，切割和计量精度出色的稳定的激光装置。包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜2，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜3，设置在输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质11，确定输出镜与全反射镜之间所生成激光的光束模式、变化本身孔径的开孔装置4，使输出镜出射的激光会聚、按加工路径使之与输出镜的距离变动的聚光装置6；使全反射镜曲率变化的同时，使开孔装置的开孔孔径变化。

Description

激光装置
本发明提供一种能稳定进行加工和计量的激光装置。
图29是示意现有光扫描型激光加工装置的构成图。
图中，1为激光振荡器，2为激光振荡器1上配置的输出镜，3为激光振荡器1上配置的全反射镜，4为配置在输出镜2与全反射镜3之间、设定为规定孔径的开孔装置，5和5a为引导激光振荡器1得到的激光束的反射镜，6和6a为使反射镜5引导的激光聚光的聚光装置，7为平台，8为待加工物，9为激光束，10为加工路径，11为激光介质，12为对激光振荡器1的驱动、平台7的移动、光路中反射镜5和聚光装置6的位置进行控制的中央处理装置。
接下来说明动作。二氧化碳气体激光振荡器中激光介质11是包含CO2的混合气体，固体激光则用YAG等晶体。这里，说明二氧化碳气体激光的情形。激光介质11在例如因放电和光等激发CO2分子时便发出光。与激光介质相对配置输出镜2和全反射镜3的话，光在输出镜2和全反射镜3之间往返反射，这种光靠在激光介质中通过而有受激辐射发生。通过这种受激辐射和光在输出镜2与全反射镜3间往返，使激光放大辐射。输出镜2具有使一部分光反射、余下的透过这种性质，因而透射光取出至外部作为激光9，反射光又用于被进一步放大。开孔装置4具有确定输出镜2与全反射镜3之间所生成光束模式的形状(模式阶次(聚光特性))的功能。
利用反射镜5将激光加工装置取出的激光9导向聚光装置6。聚光装置6具有使激光9缩小或放大成一定大小的作用。通过向平台7上配置的待加工物8照射聚光装置6会聚的激光9，可实施切割和计量等。在光扫描型装置的场合，平台7固定，光移动。就移动方法而言，反射镜5和聚光装置6通过向反射镜5a和聚光装置6a移动，可切割为加工路径10这种形状。
这一系列动作由中央处理装置12控制实施。
从激光振荡器得到的激光一般不是平行光，而是按照惠更斯原理渐渐发散(或是从会聚渐渐趋向发散)。象现有例那样使光移动的方式，由于输出镜2至聚光装置6的距离变化，因而有入射至聚光装置6的激光束束径和发散角不同，有时如图30所示聚光光斑直径ω0和聚光位置10变化为ω0′和10′，或因切割路径10造成加工不稳定这种问题。
本发明正是为了解决上述问题，因而其目的在于获得一种使激光聚光特性稳定，且切割和计量精度极高的稳定的激光装置。
本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在所述输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质，确定所述输出镜与全反射镜之间所生成激光的光束模式、变化本身孔径的开孔装置，使所述输出镜出射的激光会聚、按加工路径变动与所述输出镜的距离的聚光装置；使所述全反射镜曲率变化的同时，使所述开孔装置的孔径也变化。
本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过、具有吸收率检测装置的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在所述输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质，确定所述输出镜与全反射镜之间所生成激光的光束模式、变化本身孔径的开孔装置，使所述输出镜出射的激光会聚的聚光装置；根据所述输出镜吸收率的变化使所述全反射镜曲率变化的同时，使所述开孔装置的孔径也变化。
本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在所述输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质，确定所述输出镜与全反射镜之间所生成激光的光束模式、变化本身孔径的开孔装置，使所述输出镜出射的激光会聚、具有吸收率检测装置的聚光装置；根据所述聚光装置吸收率的变化使所述全反射镜曲率变化的同时，使所述开孔装置的孔径也变化。
本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在所述输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射、具有温度检测装置的激光介质，确定所述输出镜与全反射镜之间所生成激光的光束模式、变化本身孔径的开孔装置，使所述输出镜出射的激光会聚的聚光装置；根据所述激光介质的温度变化使所述全反射镜曲率变化的同时，使所述开孔装置的孔径也变化。
此外，将全反射镜曲率和开孔装置的孔径设定为与入射至聚光装置的束径相等。
还将全反射镜曲率和开孔装置的孔径设定为与光束模式的聚光特性相等。
本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在所述输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质，确定所述输出镜与全反射镜之间所生成激光的光束模式、变化本身孔径的开孔装置，使所述输出镜出射的激光会聚、按加工路径使之与所述输出镜的距离变动的聚光装置，设置在该聚光装置与所述输出镜之间的聚光特性检测装置；根据该聚光特性检测装置的输出使所述全反射镜曲率变化的同时，使所述开孔装置的孔径也变化。
此外，由流量经压力传感器控制的流体压，使全反射镜曲率变化。
本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射的全反射镜，设置在所述输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质；使激光束从所述输出镜出射，其中，配置透射镜让所述激光从输出镜出射后即通过，还包括使所述透射镜曲率变化的装置。
本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射的全反射镜，设置在所述输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质；使激光束从所述输出镜出射，其中，配置透射镜让所述激光从输出镜出射后即通过，还包括使所述输出镜曲率变化的装置。
本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射的全反射镜，设置在所述输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质；使激光束从所述输出镜出射，其中，配置透射镜让所述激光从输出镜出射后即通过，还包括使所述输出镜曲率变化的装置。
本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在所述输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质，使所述输出镜出射的激光会聚、按加工路径使之与所述输出镜的距离变动的聚光装置；其中，配置透射镜让所述激光从输出镜出射后即通过，还包括使所述透射镜曲率变化的装置。
本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在所述输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质，使所述输出镜出射的激光会聚到待加工物上的聚光装置，使该聚光装置与所述待加工物的距离变化的装置。
此外，还包括输出镜或聚光装置上设置的吸收率检测装置，通过该吸收率检测装置的输出使所述聚光装置与待加工物的距离变化。
还包括输出镜或聚光装置之间设置的聚光特性检测装置，通过该聚光特性检测装置的输出使所述聚光装置与待加工物的距离变化。
还包括反射激光的反射镜和使所述反射激光会聚的聚光装置，并使所述反射镜曲率变化。
附图简要说明：
图1是示意本发明实施例1激光装置的构成图。
图2是使全反射镜发生曲率变化的结构图。
图3是使图1激光装置的开孔装置孔径变化的结构图。
图4是示意图1激光装置光束传输的模式图。
图5是示意φ/ω与聚光特性之间关系的说明图。
图6是示意全反射镜曲率变化与开孔装置处光束半径之间关系的说明图。
图7是示意图1激光装置一例Z型谐振器的构成图。
图8是示意加工条件随光路长的变化而变化的概念图。
图9是示意本发明实施例2激光装置的构成图。
图10是示意图9激光装置光束特性控制方法的概念图。
图11是示意本发明实施例3激光装置的构成图。
图12是示意图11激光装置光束特性控制方法的概念图。
图13是示意本发明实施例4激光装置的构成图。
图14是示意图13激光装置光束特性控制方法的概念图。
图15是示意本发明实施例5激光装置的构成图。
图16是示意图15激光装置聚光特性检测装置的构成图。
图17是示意本发明实施例1至5激光装置全反射镜的结构图。
图18是示意本发明实施例7激光装置全反射镜的结构图。
图19是示意本发明实施例7激光装置的构成图。
图20是说明本发明实施例8激光装置透射镜曲率变化的结构图。
图21是说明本发明实施例9激光装置输出镜曲率变化的结构图。
图22是说明本发明实施例10激光装置输出镜曲率变化的结构图。
图23是示意本发明实施例11激光装置的构成图。
图24是示意本发明实施例12激光装置的构成图。
图25是示意本发明实施例13激光装置光束传输的模式图。
图26是示意本发明实施例14激光装置的构成图。
图27是示意本发明实施例15激光装置的构成图。
图28是示意图15激光装置光束传输的模式图。
图29是示意现有激光装置的构成图。
图30是示意现有激光装置光束传输的模式图。
参照附图说明本发明实施例。
(实施例1)
图1是示意本发明实施例1激光装置的构成图。
图中，与现有激光装置相同标号和现有例相同，故省略说明。13是中央处理装置，对激光振荡器1的动作控制、光路***的移动和平台的驱动控制进行控制，并向全反射镜3和开孔装置4发送控制信号，使全反射镜3的曲率和开孔装置4的孔径变化。
图2示出的是特开平2-302083号公报揭示的典型全反射镜曲率变化结构。图中，14是镜架，15是凸面镜片，16是根据PZT(摄像机)和测微计等外部来的信号伸长和产生驱动力的部件。
例如图3是特开平2-174283号公报揭示的使开孔装置孔径变化的机构。17是圆筒，18是翼片。上述公报揭示了具体的开孔变化方法。
以下说明动作。用激光振荡器1出射的激光9在待加工物8上切割加工路径10那种形状，必须将反射镜5移动至例如反射镜5a。这种时候，由于输出镜2与聚光装置6的距离关系不同，因而入射至聚光装置6的光束特性如图30所示有所变化。因此，根据该距离使PZT16伸缩中央处理装置13所运算量或所存储数值，通过压迫凸面镜15，使全反射镜3曲率变化。通过全反射镜3的曲率变化，便可以设法使光束传输特性如图4所示变化，在聚光装置6位置获得相同光束特性(入射束径和模式阶次(聚光特性)等)。
而且，全反射镜3曲率变化时，激光振荡器1内部产生的光束特性也同时变化，开孔装置4位置的开孔孔径φ与单模发生时光束半径ω的关系也变化。
因此，连同全反射镜3的曲率变化量一起考虑，通过中央处理装置13使φ/ω值始终不变，送信号给开孔装置4，通过使圆筒17旋转，翼片18动作，使开孔孔径变化。通过这些控制，如图4所示，在最远端(远点)使全反射镜变为5a(虚线)那样的曲率，开孔为4a那样的孔径，激光9a便按虚线那样传输。在最近端(近点)，则反射镜为5(实线)，开孔为4(实线)，激光9按实线传输。通过这种变动，不论反射镜是5a还是5，通过聚光装置6的激光9和9a总是显示相同的传输特性，会聚点位置10和会聚束径ω0均不变。因此，对于全部切割路径10都可以获得不变的模式阶次和束径，能够实行稳定的切割。
这里说明使全反射镜3曲率和开孔装置4开孔孔径变化将有何种效应。若确定输出镜2曲率半径R1和全反射镜3曲率半径R2，则谐振器内部(输出镜与全反射镜间的长度L)发生的单模(高斯状光束模式)传输形状如图4所示唯一确定。令谐振器内部发生的光束腰部(束径最小)位置为Z1，光束腰部的单模的1/e2半径为ω1，则任意位置(距Z1的距离：Z)处1/e2半径ω(Z)可表示如下。
ω(Z)＝ω1(1+(λZ/πω12))1/2
Z1 2＝L(-R1-L)(R2-L)(R2-R1-L)/(R2-R1-2L)2
ω1＝(λZ1/π)1/2
在Z位置设置开孔装置4，从而由开孔装置4的孔径φ确定激光振荡器1得到的光束模式形状。
实验中可由φ(Z)/ω(Z)确认图5所示的聚光特性M2、光束模式形状的变化。SPIE Vol.1414“Laser Beam Diagnostics(激光束诊断)”(1991)中揭示了聚光特性M2具有何种含义。
聚光特性M2变化，激光束径ω′相对单模束径ω按ω′＝M2·ω关系变化，因而聚光特性变化就是使传输特性也变化。
本发明，必须是可以将稳定的光束特性提供用于加工和计量的，因而需要将φ/ω控制为一定。φ/ω控制为一定的话，光束特性当中，聚光特性(光束模式形状)可以保持一定。随后可以让曲率变化，使得聚光装置位置的束径一定。
以图6为例说明ω如何随开孔装置的设定位置而变化。这里的计算是对开孔装置4配置于4种位置的场合进行比较的。计算时输出镜2的曲率半径为20m，谐振器长约为4.7m，开孔装置4a配置于距全反射镜3-4.6m的位置，开孔装置4b配置于距离3.1m位置，开孔装置4c配置于距离1.6m位置，开孔装置4d配置于距离0.2m位置。显然，单模半径ω随全反射镜3曲率变化产生的变化并非单调变化，曲率大并非ω值大，而且很清楚，值变化的方式也因开孔装置的配置部位而有所不同。所控制的开孔装置的孔径也不是可简单算出的，有时需要可作数值计算的装置或存储有与曲率变化相对应孔径的数据的存储装置。是否需要可作数值计算的装置和存储装置取决于曲率变化区域内是否能作直线近似。
例如，特开昭61-78183号公报揭示过使反射镜曲率变化的方案，但按上述公报所述变动反射镜曲率的话，一般模式阶次也变化。因此，即便束径能够保持一致，待加工物上照射到的激光光斑大小还是不同，无法做到稳定加工。按本发明，通过与全反射镜曲率变动相配合使开孔的孔径变化，是可以做到只改变传输特性，而保持模式阶次不变的。
上述实施例示出的是可以无级变动开孔装置孔径和全反射镜曲率的装置，但也可以如例如特公昭63-17234号公报图3所示的开孔装置那样分段变动。这时，全反射镜3的曲率也分段调节为好。对于一般可加工孔径来说，具有某种宽度，通常混合型加工机与光扫描型加工机相比输出镜2与聚光装置6的距离变化较少，即便由激光振荡器1得到的光束不变，在远点与近点可稳定加工范围也如图8所示重叠。加工条件能够充分重叠的构成的加工机不用本发明构成也行。但对于重叠的条件较窄或没有这种加工机，本发明起着特别有效的作用。
在扫描型平台的场合，有时远点与近点的加工条件不重叠。在这种场合下有时设计成分段控制以便重叠区域足够大，也会有效。由于此重叠范围因加工对象而不同，需要尽可能用无级控制来处理，但由于机械构成和成本方面的原因，有时也趋向于分段控制。又，开孔装置4的位置在图中记载为靠输出镜2，但只要是在输出镜2与反镜镜3之间，任何位置均可获得相同效果。
图8所示稳定加工区域之所以变化，可以认为是以下原因。入射至聚光装置6的束径若有变化，通过聚光装置后的最小光斑尺寸也变化。照射至待加工物上的光斑大小不同，当然会呈现不同的加工现象。因此，为了在等加工物位置实现相同的光斑大小，使焦点位置处于散焦状态。处于散焦时，加工气压力也变化，以便喷头与待加工物的距离变化。由于以上原因，有如图8所示远点、近点的加工条件不同这种现象发生。
激光振荡器至聚光装置的距离可以配备距离检测装置检测，也可以根据NC(数控)数据的机械座标读取。
使曲率变化的全反射镜3无论是例如图7所示的Z型谐振器的反射镜3a还是3b都行，只要是构成谐振器的反射镜，不论哪种都行。
实施例2
图9是示意本发明实施例2激光装置的构成图。
图中，19是装配在输出镜2上的温度检测器。图中相同标号的部分由于与实施例1或现有例相同，故省略说明。
输出镜2长期使用，会有灰尘或油雾附着，从而输出镜吸收率提高。
若已知输出镜直径D、厚度t、比重ρ，就可以通过测定输出镜端面的温度来求得吸收率α。
α＝(C(πD2·t/4)ρ/P)·dT/dt
P：入射输出
C：热容量
dT/dt：单位时间的温度变化
吸收率上升，输出镜内部便有温度分布发生，进而有折射率分布发生，产生就象紧接在输出镜后面***透镜那样的作用(光具有向折射率高的方向传播这种性质)。此现象称为热透镜。
吸收率α与热透镜的焦距f可表示如下：
1/f＝α·P·X/(2πω2·λ·t)
   ＝(1/8)(X·C·ρ·D2/ω2)dT/dt
X：光学失真参数
λ：热传导率
发生热透镜，则输出镜2出射的激光从热镜发生之前的传输特性图10a变为图10b，正好与在输出镜2的光轴背后***焦距f的透镜具有相同表现。因此，温度检测器19的信号送至中央处理装置，检测出输出镜的吸收率(热透镜焦距)，据此，中央处理装置13送出信号，使全反射镜3的曲率变化，从而使传输特性变化。同时，也向开孔装置4发出信号，通过使φ/ω值恒定，控制使得光束模式阶次不变，如图10c所示。通过以上操作，入射至聚光装置6的光束特性不变，如图10c所示。通过以上操作，入射至聚光装置6的光束特性不变，能够实现稳定的加工。
实施例3
图11是示意本发明实施例3激光装置的构成图。
图中，20是装配在聚光装置6上的温度检测器。图中相同标号部分由于与实施例1或现有例相同，故省略说明。聚光装置6长期使用，有时会有灰尘、油雾或加工产生的溅射物附着，从而聚光装置的吸收率上升。聚光装置吸收率上升的话，在聚光装置内部有折射率分布发生，产生就象紧接着聚光装置后面***透镜那样的作用。此现象称为热透镜。
热透镜发生时，通过聚光装置6的激光9从热透镜发生之前的传输特性图12a变为图12b。因此，温度检测器20输出的信号送至中央处理装置13b，检测出聚光装置的吸收率(热透镜焦距)，据此，中央处理装置13b送出信号，使全反射镜3的曲率变化，从而使传输特性变化。同时，也向开孔装置4发送信号，通过使φ/ω值恒定，控制光束模式阶次不变，如图12c所示。通过以上操作，入射至聚光装置的光束特性不变，可实现稳定的加工。
实施例4
图13是示意本发明实施例4激光装置的构成图。
图中，21为装配在激光介质11上的温度检测器。图中相同标号部分由于与实施例1或现有例相同，故省略说明。激光介质11例如为固体激光的场合，长期使用时，有时会有灰尘、油雾附着在激光介质11上，从而激光介质吸收率上升。激光介质吸收率上升时，激光介质内部有折射率分布发生，产生与激光介质内部***透镜时相同的作用。此现象称为热透镜。发生热透镜时，通过激光介质内部的激光9受到透镜的作用，从热透镜发生之前的传输特性图14a变为图14b。这里，来自温度检测器21的信号送至中央处理装置13c，通过检测出激光介质的吸收率(热透镜量)，据此，中央处理装置13c发出信号，使全反射镜3的曲率的曲率变化，从而使传输特性变化。同时，也向开孔装置4发出信号，通过使φ/ω值恒定，控制光束模式阶次不变，如图14c所示。通过以上操作，入射至聚光装置的光束的特性不变，能够实现稳定的加工。
又，考虑光束特性当中入射至聚光装置6的光束束径，入射至聚光装置的发散角较小时(mrad量级)，聚光光斑大小d可由下式表达。
d＝1.27·M2·λ·f/D                        (1)
D：聚光装置输入光束束径
λ：波长
f：聚光装置的焦距
M2：聚光特性(＝模式阶次+1)
由该式，只要由中央处理装置13按反射镜5的位置控制全反射镜3的曲率和开孔装置4的孔径，使得聚光光学路径入射光束径D不变，便可以获得不变的聚光光斑大小，加工得以稳定。
又，考虑光束特性当中入射至聚光装置6的光束的聚光特性。入射至聚光装置的发散角较小时(mrad量级)，聚光光斑大小d可由(1)式表达。由(1)式，只要由中央处理装置13按反射镜5的位置控制全反射镜3的曲率和开孔装置4的孔径，使得入射至聚光装置的束径D的变化量等于聚光光学路径入射束径聚光特性M2的变化量，便可以获得不变的聚光光斑大小，加工得以稳定。
实施例5
图15是示意本发明实施例5激光装置的构成图。
图16是示意图15激光装置的聚光特性检测装置的构成图。
22是透镜，23是开孔装置，24是检测器，25是使激光小部分透过、大部分反射的反射镜，26是使透镜22、开孔装置23、检测器24和反射镜25一体构成的聚光特性检测装置。图中，相同标号部分由于与实施例1或现有例相同，故省略说明。输出镜2与聚光装置6的距离变化时，聚光装置6前面正对着的反射镜25的位置变化为25a。透过反射镜25的部分激光27经透镜22聚光。距透镜22一定距离设有开孔装置23，经过开孔装置的激光通过检测器24。由激光振荡器1的全反射镜3使激光9的传输特性变化，以使检测器24的输出值恒定，并使开孔装置4的孔径变化，以便成为相同模式形状的话，便可在反射镜25和25a的位置上获得相同光束特性。进而入射至聚光装置6的光束特性也可以得到相同的控制。因此，即便光路长变化，在全部区域仍可获得不变的光束特性，故而可以实现稳定的加工。
实施例6
本实施例示出的是前述实施例1～5中使全反射镜3曲率变动的装置。
图17是全反射镜3的放大图。
图中，28是供给压缩空气的压气机，29是保持全反射镜3的反射镜座架，30是O型圈，31是检测密闭的空腔部32压力的压力传感器，33是可根据中央处理装置13得到的信号控制开闭的阀门，34是激光振荡器1的箱体。由压气机28将压缩空气送至空腔部32时空腔部压力上升。反射镜3靠空腔部与箱体34(图面右侧)的压力差而凸起。凸起程度随空腔部的压力而变化，全反射镜3曲率也变化。控制全反射镜3的曲率时，根据压力传感器31的信号，使阀门23的开闭或开孔的大小变化，实现中央处理装置13所判定的压力。中央处理装置有的保存预先与压力相对应的曲率数据表，有的通过计算求出压力。通过这种控制，可以选定所要达到的曲率，可以使得加工稳定。
实施例7
实施例6所用的压力媒体为不吸收激光的气体时，如图18、19所示，配置光路管道35与阀门33，并用于光路内部放气。对光路内部放气的话，便产生与光路外部的压力差，不让吸收激光的气体从外部进入，可以使光束特性稳定地传输至聚光装置6。通过将使全反射镜3曲率变化用的媒体用于光路放气，可以提供一种便宜且运行费用低的激光装置。
实施例8
图20是说明本发明实施例8激光装置透射镜的曲率变化的结构图。
图20中，36是由厚度比输出镜2较薄或杨氏模量较小的材料构成的透射镜，37是空腔。图中，相同标号部分是实施例1、实施例6和现有例中说明过的，故省略其说明。由压气机28将压力媒体送入空腔37内时，从图面右侧向输出镜2施加压力，从图面左侧向透射镜36施加压力。
透射镜36由厚度比输出镜2薄或扬氏模量较小的材料构成，因而加相同压力时透射镜这一边曲率变化更加显著。这时，光路一侧的折射率(例如空气)和压力媒体的折射率完全相同时，通过透射镜的激光9不变化，但压力媒体折射率不同时激光9的传输特性便变化。也就是说，这种压力媒体起到透镜一般的作用。输出镜比透射镜刚性强，因而几乎无曲率变化，由输出镜得到的激光光束特性无变化，但通过透射镜的曲率变化，压力媒体逐步使光束特性变化。因此，可以提供一种能够在任意位置实现不同光束特性的激光装置。
实施例9
图21是说明本发明实施例9激光装置的输出镜曲率变化的结构图。
图21与实施例8几乎相同，但输出镜2也可以是与透过镜36厚度和材质完全相同的。如实施例8所述加压力时，这里输出镜也曲率变化。因而，可以使激光振荡器1得到的光束特性(模拟式阶次(聚光特性)和传输特性)也变化。因此，可以提供一种由一个激光装置可获得不同光束特性的激光装置。
实施例9可获得不同的光束特性，但这当中有时想要仅改变传输特性，而使模式阶次不变。这时，与输出镜2的曲率变化相配合使开孔装置4的孔径变化。与输出镜曲率相配合，设定适当的开孔孔径的话，便可获得相同的模式阶次，对于输出镜对聚光装置的距离变化的激光装置，可固定入射至聚光装置的光束特性，因而可实现稳定的加工。这时，透射镜曲率也变化，但压力媒体的折射率与光路折射率相同的话，对于输出镜出射的激光束就不起作用。
实施例10
图22是说明本发明实施例10激光装置的输出镜曲率变化的结构图。
相对于图20、21、22的特点在于配置有压力传感器31。由此，中央处理装置13的控制成为可能。为了监测透射镜36或输出镜2的曲率变化，通过拥有压力传感器31的信号并对阀门33进行开闭或使孔径变化，控制空腔37的压力，从而控制曲率。压力值可以另外参照存储装置存储的数值，也可以通过计算求出，全部由中央处理装置统管。由此可以获得能够进行各种控制的激光装置。
实施例11
图23是示意本发明实施例11激光装置的构成图，在应用实施例8方面，总体构成基本相同。激光装置得到的照射待加工物的光束特性受到输出镜热吸收率、聚光装置热吸收率、或输出镜与聚光装置间的光路长的影响。
因此，控制透射镜曲率，使得上述值即便变化照射至待加工物上的光束特性也基本一致。通过这种控制，可以提供能够进行稳定激光加工的激光装置。
激光装置得到的照射至待加工物上的光束特性受到输出镜热吸收率、聚光装置热吸收率、或输出镜与聚光装置之间光路长的影响。因此，前述值即便变化，控制输出镜的曲率、开孔装置的孔径，使得上述即便变化，照射至待加工物上的光束特性也基本一致。通过这种控制，可以提供能够进行稳定激光加工的激光装置。
实施例12
图24是示意本发明实施例12激光装置的构成图。
图24中与实施例7和现有例相同标号部分为相同结构，故省略说明。用于输出镜2曲率变化的压力媒体为不吸收激光的气体时，配置光路管道35与阀门33，用于光路内部放气。对光路内部放气时，产生与光路外部的压力差，不让吸收激光的气体从外部进入，可使光束特性稳定地传输到达聚光装置6。通过将使输出镜2曲率变化用的媒质用于光路放气，可以提供便宜且运行费用低的激光整置。
实施例13
图25是示意本发明实施例13激光装置光束传输的模式图。
现有激光加工机中是将聚光装置至待加工物的距离控制成不变的。因此，如图30所示，待加工物照射的光束束径变化，成为诱发加工不良的原因。可是，如图25所示，使聚光装置与等加工物的距离随光路长变化。例如在反射镜5的位置，待加工物表面对聚光装置6的距离10变化为在反射镜5a位置时的距离10”，使得照射至待加工物表面的激光光斑大小符合ω0。控制使得照射至待加工物的光斑大小不变的话，可提供光路长即便变化也加工稳定的激光装置。
输出镜、聚光装置变差致使吸收率上升时，如图10b、图12b所示，待加工物照射的光束束径变化，成为诱发加工不良的原因。但若按图25所示，使聚光装置与待加工物的距离随输出镜、聚光装置设置的温度检测器的信号变化，并控制使得照射至待加工物的光斑大小恒定，便可以提供一种即便因光学***变差致使传输特性变化，加工也稳定的激光装置。
实施例14
图26是示意本发明实施例14激光装置的构成图。
图26中，38是可以使构成聚光装置的至少一个透镜时而远离、时而接近待加工物8的驱动控制部。聚光特性检测器26可以是与图16所示构成相同的构成。现有激光加工机是将聚光装置至待加工物的距离控制为恒定的。因此，由于外因(例如输出镜的热失真、光路内部气体吸收激光等)光束特性变化时，与图10、图12所示相同，待加工物上照射的光束束径变化，成为诱发不良加工的原因。但如图26所示，在输出镜与聚光光学装置之间设置聚光特性检测器26，按其输出使聚光装置6与待加工物8间的距离变化，并控制照射至待加工物上的光斑大小恒定的话，即便光路长变化、输出镜的热透镜等外因变化，加工仍然稳定。
实施例15
图27是示意本发明实施例15激光装置的构成图。
图27中，39是配置于光路中可以使反射镜5曲率变化的座架。图14′、15′、16′可以是与图2相同的构成。其他具体细节由于与实施例1相同，因而省略说明。图28示出的是例如随光路长(远点、近点)使全反射镜3曲率和开孔装置4孔径和反射镜5曲率变化的方式。
图中，在近点构成为全反射镜3接***面，开孔设定得略大，使激光9以D0的直径在反射镜5上反射，按发散角θ入射至聚光装置。而在远点，全反射镜3具有曲率，减小开孔装置4的孔径，按与近点相同的模式阶次和相同的束径D0在反射镜5a上反射。远点激光9a与9相比，发散角较小，因而反射镜5a变凸，以与近点相同的发散角θ入射到聚光装置6a上。在此之前的实施例都是对照射至待加工物上的光束光斑位置为焦面的情况实施的，但实施例对加工和测量不用焦面的场合特别有效。激光束在焦面上波面为无限大，光束到待加工物的发散角接近为0。但若离开焦面使用时，便如图28所示，相对待加工物8按某发散角θ0照射。
为了在光路长变化或是有外因变化时维持这种状态，不仅需要使光束特性的光束束径和模式阶次(聚光特性)不变，还需要使入射至聚光装置的光束的发散角也保持相同。为了实现这一条件，光学***当中至少需要由两处光学***来实施。一处在激光振荡器1中实施，故而由光路内的反射镜5实施的话，便可以使束径、发散角、模式阶次均相同的激光入射至聚光装置6。因此，加工测定法利用会聚点以外的点也可以进行稳定的加工和测定。
上述实施例特别就全反射镜3的曲率变化的方式作说明，但即便是改变输出镜2和透射镜36的曲率的方式也同样奏效。而且，图26中有90°反射光路，凸面镜片不是球形凸面，而是做成抛物形凸面的话，像差较小，更加有效。
综上所述，按照本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质，确定输出镜与全反射镜之间所生成激光的光束模式、变化本身孔径的开孔装置，使输出镜出射的激光会聚、按加工路径使之与输出镜的距离变动的聚光装置；使全反射镜曲率变化的同时，使开孔装置的孔径也变化，因而具有光路长变化的全部切割路径可获得不变的模式阶次和光束束径，能够实施稳定加工的效果。
按照本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过、具有吸收率检测装置的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质，确定输出镜与全反射镜之间所生成激光的光束模式、变化本身孔径的开孔装置，使输出镜出射的激光会聚的聚光装置；根据输出镜吸收率的变化使全反射镜曲率变化的同时，使开孔装置的孔径也变化，因而具有输出镜即使变差，也可获得不变的光束特性，能够实施稳定加工的效果。
按照本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质，确定输出镜与全反射镜之间所生成激光的光束模式、变化本身孔径的开孔装置，使输出镜出射的激光会聚、具有吸收率检测装置的聚光装置；根据聚光装置吸收率的变化使全反射镜曲率变化的同时，使开孔装置的孔径也变化，因而具有聚光装置即使变差，也可获得不变的光束特性，能够实施稳定加工的效果。
按照本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射、具有温度检测装置的激光介质，确定输出镜与全反射镜之间所生成激光的光束模式、变化本身孔径的开孔装置，使输出镜出射的激光会聚的聚光装置；根据激光介质的温度变化使全反射镜曲率变化的同时，使开孔装置的孔径也变化，因而具有激光介质即使变差，也可获得不变的光束特性，能够实施稳定加工的效果。
此外，将全反射镜曲率和开孔装置的孔径设定为与入射至聚光装置的束径相等，因而具有即便光路长变化和构成***的组成部分变差，也可获得不变的聚光光斑大小，能够实施稳定加工的效果。
还将全反射镜曲率和开孔装置的孔径设定为与光束模式的聚光特性相等，因而具有即便光路长变化和构成***的组成部分变差，也可获得不变的聚光光斑大小，能够实施稳定加工的效果。
按照本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质，确定输出镜与全反射镜之间所生成激光的光束模式、变化本身孔径的开孔装置，使输出镜出射的激光会聚、按加工路径使之与输出镜的距离变动的聚光装置，设置在该聚光装置与输出镜之间的聚光特性检测装置；根据该聚光特性检测装置的输出使全反射镜曲率变化的同时，使开孔装置的孔径也变化，因而对于光路长变化的全部切割路径检测聚光特性，控制激光振荡器一侧以便获得大致相同聚光特性，故具有能够实施稳定加工的效果。
此外，由流量经压力传感器控制的流体压，使全反射镜曲率变化，因而可以灵活变动全反射镜，以达到目标曲率，故具有能够实施稳定加工的效果。
按照本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射的全反射镜，设置在输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质；使激光束从输出镜出射，其中，配置透射镜让激光从输出镜出射后即通过，还包括使透射镜曲率变化的装置，因而具有可在任意位置实现不同的光束特性，可提供能够实现各种加工的激光装置。
此外，透射镜由厚度比输出镜薄或杨氏模量较小的材料构成，使透射镜曲率变化的装置在输出镜激光输出端和透射镜激光输入端加流体压，因而可使透射镜变动达到目标曲率，可灵活地使光束传输特性变化。
按照本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射的全反射镜，设置在输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质；使激光束从输出镜出射，其中，配置透射镜让激光从输出镜出射后即通过，还包括使输出镜曲率变化的装置，因而具有可在任意位置实现不同的光束特性，可提供能够实现各种加工的激光装置。
按照本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质，使输出镜出射的激光会聚、按加工路径使之与输出镜的距离变动的聚光装置；其中，配置透射镜让激光从输出镜出射后即通过，还包括使透射镜曲率变化的装置，因而具有即便构成***的组成部分(输出镜、聚光装置、激光介质等)变差或光路长变化，也可获得不变的光束特性，能够实施稳定加工的效果。
按照本发明激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质，使输出镜出射的激光会聚到待加工物上的聚光装置，使该聚光装置与待加工物的距离变化的装置，因而使得照射至待加工物上的激光的光束大小基本不变，故具有能够实施稳定加工的效果。
此外，还包括输出镜或聚光装置上设置的吸收率检测装置，通过该吸收率检测装置的输出使聚光装置与待加工物的距离变化，因而，可以提供即便因光学***变差造成传输特性变化，但只要将照射至待加工物上的光斑大小控制为不变，加工仍然稳定的激光装置。
还包括输出镜或聚光装置之间设置的聚光特性检测装置，通过该聚光特性检测装置的输出使聚光装置与待加工物的距离变化，因而具有只要将照射至待加工物上的光斑大小控制为不变，即便光路长变化或输出镜的热透镜等外因变化，加工也稳定这种效果。
还包括反射激光的反射镜和使反射激光会聚的聚光装置，并使反射镜曲率变化，因而，使得入射至聚光装置的激光的全部参数基本相同，故具有可相应于一切变化实现稳定加工的效果。

Claims (12)

1.一种激光装置，其特征在于，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在所述输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质，确定所述输出镜与全反射镜之间所生成激光的光束模式、变化本身孔径的开孔装置，使所述输出镜出射的激光会聚、按加工路径使之与所述输出镜的距离变动的聚光装置；使所述全反射镜曲率变化的同时，使所述开孔装置的孔径也变化。
2.一种激光装置，其特征在于，包括：反射部分激光、使余下部分透过、具有吸收率检测装置的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在所述输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质，确定所述输出镜与全反射镜之间所生成激光的光束模式、变化本身孔径的开孔装置，使所述输出镜出射的激光会聚的聚光装置；根据所述输出镜吸收率的变化使所述全反射镜曲率变化的同时，使所述开孔装置的孔径也变化。
3.一种激光装置，其特征在于，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在所述输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质，确定所述输出镜与全反射镜之间所生成激光的光束模式、变化本身孔径的开孔装置，使所述输出镜出射的激光会聚、具有吸收率检测装置的聚光装置；根据所述聚光装置吸收率的变化使所述全反射镜曲率变化的同时，使所述开孔装置的孔径也变化。
4.一种激光装置，其特征在于，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在所述输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射、具有温度检测装置的激光介质，确定所述输出镜与全反射镜之间所生成激光的光束模式、变化本身孔径的开孔装置，使所述输出镜出射的激光会聚的聚光装置；根据所述激光介质的温度变化使所述全反射镜曲率变化的同时，使所述开孔装置的孔径也变化。
5.如权利要求1-4中任一项所述的激光装置，其特征在于，将全反射镜曲率和开孔装置的孔径设定为与入射至聚光装置的束径相等。
6.如权利要求1-4中任一项所述的激光装置，其特征在于，将全反射镜曲率和开孔装置的孔径设定为与光束模式的聚光特性相等。
7.一种激光装置，其特征在于，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在所述输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质，确定所述输出镜与全反射镜之间所生成激光的光束模式、变化本身孔径的开孔装置，使所述输出镜出射的激光会聚、按加工路径使之与所述输出镜的距离变动的聚光装置，设置在该聚光装置与所述输出镜之间的聚光特性检测装置；根据该聚光特性检测装置的输出使所述全反射镜曲率变化的同时，使所述开孔装置的孔径也变化。
8.如权利要求1，2，3，4和7中任一项所述的激光装置，其特征在于，由流量经压力传感器控制的流体压，使全反射镜曲率变化。
9.一种激光装置，包括：反射部分激光、使余下部分透过的输出镜，配置在该输出镜相对一侧、让激光全反射、并变化本身曲率的全反射镜，设置在所述输出镜与全反射镜之间以产生受激辐射的激光介质，使所述输出镜出射的激光会聚、按加工路径使之与所述输出镜的距离变动的聚光装置；其特征在于，还包括确定所述输出镜与全反射镜之间所生成激光的光束模式、变化本身孔径的开孔装置，并配置透射镜让所述激光从输出镜出射后即通过，还包括使所述透射镜曲率变化的装置。
10.如权利要求9所述的激光装置，其特征在于，还包括输出镜或聚光装置上设置的吸收率检测装置，通过该吸收率检测装置的输出使所述聚光装置与待加工物的距离变化。
11.如权利要求9所述的激光装置，其特征在于，还包括输出镜或聚光装置之间设置的聚光特性检测装置，通过该聚光特性检测装置的输出使所述聚光装置与待加工物的距离变化。
12.如权利要求1，2，3，4，7，9，10和11中任一项所述的激光装置，其特征在于，还包括反射激光的第二反射镜和使所述反射激光会聚的第二聚光装置，并使所述第二反射镜曲率变化。
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