CN102089113B - 用于超声波的激光产生的空心波导 - Google Patents

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Abstract

一种用于在3μm到5μm的波长范围之间工作的超声工件检测系统的激光发射系统。该系统包括经由第一透镜组件(104)和第一空心波导耦接到光纤(108)的源(102)。该系统光学出口包括另一空心波导(110)，用于把光纤耦接到出口透镜组件(112)。

Description

用于超声波的激光产生的空心波导
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年5月15日提交的序列号为12/121,559的美国临时专利申请的提交日的优先权，其公开内容以引用方式并于本文。
技术领域
本公开涉及用于发射激光束的发射系统。
背景技术
现有技术中用于发射激光束的发射系统具有许多缺陷。
发明内容
本发明的第一方面克服现有技术中的缺陷，并且提供一种用于发射激光束的系统，包括：激光束源；第一透镜组件，可操作地耦接到所述激光束源；第一空心波导，可操作地耦接到所述第一透镜组件；光纤末端，耦接到所述第一空心波导；第二空心波导，耦接到光纤的另一末端；所述第二空心波导适于使得激光束在空心波导末端处的直径大于在光纤的另一末端处的直径；以及第二透镜组件，可操作地耦接到所述第二空心波导。
本发明的第二方面提供一种用于把来自激光束源的激光束发射到工件的方法，包括：使用第一透镜组件会聚激光束；随后将所述激光束发射到第一空心波导中并通过所述第一空心波导；随后将所述激光束发射到光纤末端并通过所述光纤末端；随后将所述激光束从光纤的另一末端射出；随后将所述激光发射到第二空心波导的第一末端中，通过所述第二空心波导，并且离开所述第二空心波导的第二末端，其中所述激光束在所述第二空心波导的第二末端处的直径大于在所述第二空心波导的第一末端处的直径；以及随后使用第二透镜组件会聚所述激光束。
本发明的第三方面提供一种激光超声系统，包括：激光束源；第一透镜组件，可操作地耦接到所述激光束源；第一空心波导，可操作地耦接到所述第一透镜组件；光纤末端，耦接到所述第一空心波导；第二空心波导，耦接到光纤的另一末端；第二透镜组件，可操作地耦接到所述第二空心波导；移动控制系统，可操作地耦接到所述第二空心波导和所述第二透镜组件，用于可控制地将所述第二空心波导和所述第二透镜组件相对于工件定位；光学检测系统，定位成靠近所述工件用于检测从所述工件反射的光学能量；以及控制器，可操作地耦接到激光束源、移动控制系统和光学检测系统，用于控制激光束源、移动控制系统和光学检测系统的操作并且用于处理从所述工件反射的光学能量以确定所述工件的一个或多个特性。
本发明的第四方面提供一种用于确定工件的一个或多个特性的方法，包括：产生激光束；使用第一透镜组件会聚所述激光束；随后将所述激光束发射到第一空心波导中并通过所述第一空心波导；随后将所述激光束发射到光纤末端并通过所述光纤末端；随后将所述激光束从光纤的另一末端射出；随后将所述激光发射到第二空心波导中并通过所述第二空心波导；以及随后使用第二透镜组件会聚所述激光束；可控制地将所述第二空心波导和所述第二透镜组件相对于工件移位；用所述激光束照射所述工件的一个或多个表面；监测所述激光束从所述工件的一个或多个表面的反射；以及处理所监测的反射以确定所述工件的一个或多个特性。
附图说明
图1是激光发射系统的示例性实施例的示意图。
图2是结合图1的激光发射系统的激光超声检测系统的示例性实施例的示意图。
具体实施方式
在附图和随后的说明中，分别用相同的标号在说明书和附图通篇标记相同的部件。附图不必按比例。本发明的某些特征可能按照放大尺寸或有些示意性的形式示出并且考虑到清楚和简洁可能没有示出传统组件的有些细节。本发明可受到不同形式的实施例的影响。具体描述了特定实施例并且显示在附图中，理解到，本公开将被看成是本发明的原理的例证，并且并非意在把本发明限制于本文所限制和描述的内容。将完全认识到，下文讨论的实施例的不同指教可以单独或以任何适当结合方式利用来产生预期结果。在阅读实施例的以下具体描述并且参考附图时，上述各种特征，以及下面更具体描述的其他特点和特征对于本领域技术人员来说将是明显的。
首先参考图1，激光发射系统100的示例性实施例包括激光束源102，具有可操作地耦接到透镜组件104的输入端的输出端。透镜组件104的输出端可操作地耦接到第一空心波导106的输入端。第一空心波导106的输出端耦接到光纤108的末端。光纤108的另一末端耦接到第二空心波导110的输入端。第二空心波导110的输出端可操作地耦接到透镜组件112的输入端。
在示例性实施例中，激光束源102可以是传统激光束源，诸如像能够产生落在红外区域的中间，诸如像3-5微米范围中的波长的激光束。在示例性实施例中，透镜组件104和112可以是适于会聚激光束的传统透镜组件。在示例性实施例中，空心波导106和110可以是传统空心波导，诸如像金属、塑料和玻璃空心波导。在示例性实施例中，空心波导106和110的直径明显大于光纤108的直径。在示例性实施例中，考虑到空心波导的长度和光纤108的数值孔径和直径，空心波导106和110的直径分别大于在相对于透镜组件104和112定位的空心波导的末端处的光束102a的直径。在示例性实施例中，空心波导106和110的长度明显与透镜组件104和112的焦距有关，使得激光束102a的直径在空心波导106和110的末端处明显大于在光纤108的两个末端处。
在示例性实施例中，在系统100的操作期间，激光束源102产生随后由透镜组件104会聚的激光束102a。会聚的激光束102a随后传到空心波导106中并且进入到并通过光纤108的末端。在光纤108的另一末端，激光束102a射出并且传到并通过空心波导110。在激光束102a通过并离开空心波导时，激光束扩散并且随后由透镜组件112会聚。
现在参考图2，在示例性实施例中，系统100被结合到激光超声系统200中，其中空心波导110和透镜组件112可操作地耦接到移动控制系统202，该移动控制系统202用于可控制地将空心波导和透镜组件相对于工件204移动。传统光学检测系统206还提供在靠近工件204处，光学检测系统206可操作地耦接到系统控制器208。在示例性实施例中，移动控制系统202可以包括例如机械臂。
在示例性实施例中，在激光超声系统200操作期间，系统100由系统控制器208操作来把激光束102a会聚到工件204的表面上。在示例性实施例中，在系统200的操作期间，移动控制系统202可以被操作来把空心波导110和透镜组件112相对于工件204的一个或多个外表面定位和定向。由工件204的外表面所反射的光学能量随后由光学检测系统206检测并且以公知的方式由系统控制器208处理从而检查工件204。使用用于工件的激光超声检查的激光束能量的设计和操作被认为对本领域技术人员来说是熟知的。
应当理解，可以在不脱离本发明的范围的情况下在上文作出各种变型。另外，空间基准仅仅是用于说明目的而并非限制上述结构的特定方位或定位。尽管已经示出并描述了特定实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神或指教的情况下作出修改。所述的实施例仅仅是示例性的并且并非用于限制。许多变型和修改是可行的并且落入本发明的范围内。因此，保护范围不限于所述实施例，而是由所附权利要求唯一限制，权利要求的范围将包括权利要求的主题的所有等同物。

Claims (10)

1.一种用于发射激光束的系统，包括：
激光束源；
第一透镜组件，可操作地耦接到所述激光束源，以会聚所述激光束；
第一空心波导，可操作地耦接到所述第一透镜组件，以接收来自所述第一透镜组件的所述激光束；
光纤的末端，耦接到所述第一空心波导，以接收通过所述第一空心波导的所述激光束；
第二空心波导，耦接到所述光纤的另一末端，以接收来自所述光纤的所述激光束；以及
第二透镜组件，可操作地耦接到所述第二空心波导，以接收通过所述第二空心波导的所述激光束；
其中所述第一空心波导的长度与第一透镜组件和第二透镜组件的焦距有关，并且所述第二空心波导的长度与第一透镜组件和第二透镜组件的焦距有关，使得所述激光束的直径在邻近所述第一透镜组件的所述第一空心波导的末端处大于在所述光纤的末端和所述光纤的另一末端处，并且所述激光束的直径在邻近所述第二透镜组件的所述第二空心波导的末端处大于在所述光纤的末端和所述光纤的另一末端处，且
其中所述第一空心波导的直径大于所述光纤的直径，且所述第二空心波导的直径大于所述光纤的直径。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述激光束源包括波长处于3-5微米范围的激光束源。
3.如权利要求1所述的系统，还包括光学检测系统，其中所述第二透镜组件适于把所述激光束会聚到工件的表面上，并且其中所述光学检测系统适于检测由所述表面所反射的能量。
4.如权利要求1所述的系统，其中第一和第二空心波导中的至少一个的长度比第一和第二透镜组件中的至少一个的焦距大5-100倍。
5.如权利要求1所述的系统，进一步包括移动控制系统，可操作地耦接到所述第二空心波导和所述第二透镜组件，用于可控制地将所述第二空心波导和所述第二透镜组件相对于工件移位。
6.一种用于把来自激光束源的激光束发射到工件的方法，包括：
使用第一透镜组件会聚激光束；
随后将来自所述第一透镜组件的所述激光束发射到第一空心波导中并通过所述第一空心波导；
随后将来自所述第一空心波导的所述激光束发射到光纤的末端并通过所述光纤的末端；
随后将所述激光束从光纤的另一末端射出，并发射到第二空心波导的第一末端中，通过所述第二空心波导，并且离开所述第二空心波导的第二末端；以及
随后使用第二透镜组件会聚所述激光束，
其中所述第一空心波导的长度与第一透镜组件和第二透镜组件的焦距有关，并且所述第二空心波导的长度与第一透镜组件和第二透镜组件的焦距有关，使得所述激光束的直径在邻近所述第一透镜组件的所述第一空心波导的末端处大于在所述光纤的末端和所述光纤的另一末端处，并且所述激光束的直径在邻近所述第二透镜组件的所述第二空心波导的末端处大于在所述光纤的末端和所述光纤的另一末端处，以及
其中所述第一空心波导的直径大于所述光纤的直径，并且所述第二空心波导的直径大于所述光纤的直径。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述激光束源包括波长处于3-5微米范围的激光束源。
8.如权利要求6所述的方法，还包括提供光学检测系统，其中所述第二透镜组件适于把所述激光束会聚到所述工件的表面上，并且其中所述光学检测系统适于检测由所述表面所反射的能量。
9.如权利要求6所述的方法，其中第一和第二空心波导中的至少一个的长度比第一和第二透镜组件中的至少一个的焦距大5-100倍。
10.如权利要求6所述的方法，进一步包括可控制地将所述第二空心波导和所述第二透镜组件相对于工件移位。
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