光纖激光合成器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖激光合成器。更具體地，它涉及用于使幾個激光器的輸出合成為單一輸出光纖的合成器以及用于控制從該光纖射出的空間光束分布的控制設(shè)備和控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]許多激光加工方案依靠通過光纖的光束傳輸。該光纖通常是徑向?qū)ΨQ的(具有圓形橫截面)，并且具有一致的折射率分布圖(以別的方式成為階躍型折射率)。從這樣的光纖射出的光束因而也是圓形對稱的并且在通過光束傳輸光纖接收激光光束的工件上產(chǎn)生基本一致的光分布。
[0003]對于許多應(yīng)用而言，需要在工件上產(chǎn)生定制的不一致的光分布，例如環(huán)形分布或者具有中心峰值的分布。能獲取到用于產(chǎn)生這種分布的方案，但是其通常是復(fù)雜的并且涉及自由空間光學(xué)器件的使用。特別對于高功率光纖-激光器系統(tǒng)而言這些的使用是不需要的。
[0004]產(chǎn)生高功率光纖激光器系統(tǒng)的一種方法是通過拼接成輸出光纖的錐形光纖束使多個激光器的輸出合成。每個激光器通過單獨的輸入光纖傳送束，在單獨的輸入光纖中的激光光束然后被合成，并且所有的它們的輸入通過同一單一輸出光纖輸出。這些是通常已知的輸出合成器。這種合成方案的一個方面在于，雖然各個輸入光纖定位成彼此緊密接近，但是當(dāng)它們保持為錐形束時的輸入是不同的。標(biāo)準(zhǔn)輸出光纖收集所有的輸入并且產(chǎn)生一致的輸出，因為所有輸入由同一圓形對稱單一折射率區(qū)重疊。
[0005]W02011/048398公開了一種具有錐形輸入光纖束的系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明試圖提供一種能夠在工件上產(chǎn)生不均勻或者定制的光分布的合成配置。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種光合成器，包括拼接成輸出光纖的輸入光纖束，所述輸出光纖包括具有折射率n0和等于或者大于所述輸入光纖束直徑的直徑的第一區(qū)域和在所述第一區(qū)域內(nèi)的一個或者多個第二區(qū)域，每個所述第二區(qū)域具有不同于n0的折射率，每個所述第二區(qū)域不疊置所有的所述輸入光纖。
[0008]第二區(qū)域由此被配置成使得它們提供僅從輸入光纖的輔助組耦接。
[0009]如果輸入光纖的端面被封裝或者部分地被封裝在第二區(qū)域的端面中，那么第二區(qū)域疊置輸入光纖。
[0010]第一區(qū)域的直徑優(yōu)選地等于或者基本等于輸入光纖束在拼接點處的直徑。
[0011]輸出光纖可以是雙覆層輸出光纖。
[0012]第一區(qū)域可以是覆層。
[0013]第二區(qū)域可以包括中心芯。
[0014]第二區(qū)域可以可選地或者另外地包括一個或者多個環(huán)形區(qū)域。
[0015]在所述第二區(qū)域包括至少一個環(huán)形區(qū)域的情況下，所述輸入光纖束包括至少一個徑向外部輸入光纖組，并且，所述環(huán)形區(qū)域疊置所述徑向外部輸入光纖。
[0016]輸出光纖可具有由第一區(qū)域包圍的第二區(qū)域，并且輸入光纖束可具有中心芯和徑向圍繞它的多個光纖，使得輸出光纖的第二區(qū)域的直徑等于或者小于中心輸入光纖的直徑。優(yōu)選的是，它定位成使得它的進入面位于由所述中心輸入光纖的輸出面限定的區(qū)域內(nèi)。它可以與其共軸。在該實施例或者其它實施例中的第二區(qū)域可例如為圓形或者橢圓形，或者具有其它形狀。
[0017]可以使用輸出光纖的其它構(gòu)造。在輸出光纖具有中心第二區(qū)域和周圍第一區(qū)域，例如具有中心芯和周圍覆層的實施例中，可以看到中心芯用于獲取來自中心輸入光纖的大部分光，因而趨于在輸出光束分布的中心提供顯著的峰。此外，來自外部輸入“端口”(即，輸入光纖)的光的一部分也能被輸出光纖的中心芯獲取。這能導(dǎo)致具有中心峰的分布，這對于一定范圍的激光加工操作是有利的。
[0018]在輸出光纖具有環(huán)形第二區(qū)域，例如與輸入束的外部光纖疊置的圓形高折射率環(huán)的實施例中，輸入光的大部分直接耦接到由高折射率環(huán)形成的環(huán)形基架。這導(dǎo)致輸出光的強度分布與具有環(huán)形峰的直徑的相反。產(chǎn)生環(huán)形光束的這種方法與其它體光方案相比是穩(wěn)固且簡單的方法。另外，亮度通常根據(jù)從總光纖面積與環(huán)形基架面積的比率增加。這種分布對于廣泛范圍的激光加工應(yīng)用也是有利的。
[0019]在另一方面，本發(fā)明提供了一種從多個激光器提供單一輸出的方法，包括:提供具有從多個激光器中的每個接收激光器輸出的多個輸入光纖的輸入光纖束，和使所述束在拼接點拼接成單一輸出光纖；所述輸出光纖包括具有折射率n0和等于或者大于輸入光纖束直徑的直徑的第一區(qū)域，并且也包括在所述第一區(qū)域內(nèi)部的一個或者多個第二區(qū)域，每個所述第二區(qū)域具有不同于n0的折射率，每個所述第二區(qū)域不疊置所有的輸入光纖。
[0020]第二區(qū)域可以是環(huán)形區(qū)域或者多個環(huán)形區(qū)域，中心芯和一個或者多個環(huán)形區(qū)域的組合，或者設(shè)置有多于一個的高折射率區(qū)域(該區(qū)域可具有不同的折射率)的其它構(gòu)造。
[0021]在另一方面，本發(fā)明提供包括所述的輸出合成器的激光器系統(tǒng)。
[0022]在另一方面，本發(fā)明提供使用所述的方法或者設(shè)備的材料加工方法或者在材料加工期間定制光束分布的方法。
【附圖說明】
[0023]現(xiàn)在將參照所附的示意性附圖僅通過示例的方式說明本發(fā)明的實施例，在附圖中:
[0024]圖1不出了輸入光纖束的端視圖；
[0025]圖2示出了沒有第二區(qū)域的匹配的輸出光纖；
[0026]圖3示出了輸出強度的曲線；
[0027]圖4示出了光纖束的端視圖；
[0028]圖5示出了具有第二區(qū)域的匹配的輸出光纖；
[0029]圖6示出了采用邊緣輸入的輸出強度的曲線；
[0030]圖7示出了采用中心輸入的輸出強度的曲線；
[0031]圖8示出了輸入線束的端視圖；
[0032]圖9示出了具有第二區(qū)域的匹配的輸出光纖；
[0033]圖10示出了輸出強度的曲線；
[0034]圖11示出了類似于圖5的輸出光纖；
[0035]圖12示出了與錐形輸入光纖束疊置的輸出光纖；
[0036]圖13示出了類似于圖9的環(huán)形高折射率區(qū)域輸出光纖；
[0037]圖14示出了與錐形輸入光纖束疊置的圖13的輸出光纖；和
[0038]圖15示出了用于材料加工的系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0039]圖1至3示出了在先提出的系統(tǒng)。輸入光纖束包括七個光纖的束，所述束包括第一中心光纖I和六個外部光纖2a至2f。每個光纖具有覆層4(直徑為d)和芯3。光纖束以已知的方式成錐形。它在近端處從七個單獨的光纖激光器接收輸入，并且遠端示出在附圖中，各個激光器的輸出通過單獨的光纖從遠端射出。這被拼接成通常具有覆層直徑3d的匹配輸出光纖5。在輸出光纖中，已經(jīng)被應(yīng)用通過在圖1中示出的光纖束的各個光纖的來自單獨的激光器的各輸出被合成為最終光束，并且在輸出光纖4的輸出端被輸出。圖3近似示出了越過光纖的輸出階段的直徑的輸出的相對強度，并且可看到跨越整個直徑相對強度通常是一致的。當(dāng)然，視圖被簡化，實際上可能存在稍微的變化。
[0040]圖4示出了類似于圖1的輸入光纖束。注意到，輸入光纖束本身是已知的，并包括中心芯3和外部覆層區(qū)域。這被拼接成圖5中所示的輸出光纖6，其與圖2的區(qū)別在于具有中心芯7和周圍覆層8。因此，覆層區(qū)域8是折射率n0的第一區(qū)域，并且芯7是不同于n0的折射率nl的第二區(qū)域。覆層直徑約等于錐形輸入光纖束的外徑，因此直徑約為3d。中心芯具有比覆層高的折射率。在一個實施例中折射率如下:
[0041]芯=1.459
[0042]覆層=1.455
[0043]NA = O-1l
[0044]圖11也示出了圖5的輸出，圖12示出了在錐形輸入光纖的橫截面圖上的這種疊置，不出各個輸入光纖Ila至llg，和具有芯13的輸出光纖12，芯13與中心光纖Ilg基本同心(共軸)或者至少位于其內(nèi)部(或者與其共同延伸)?？捎^察到，內(nèi)芯(7，13)用于從中心輸入光纖Ilf獲取大部分光，因而在圖6中所不的輸出光束分布中具有顯