CN103608707B - 将光束与激光器光学隔离的装置和方法 - Google Patents

将光束与激光器光学隔离的装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103608707B
CN103608707B CN201280024191.4A CN201280024191A CN103608707B CN 103608707 B CN103608707 B CN 103608707B CN 201280024191 A CN201280024191 A CN 201280024191A CN 103608707 B CN103608707 B CN 103608707B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light beam
collimator
lens arrangement
isolator
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201280024191.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103608707A (zh
Inventor
M·K·邓金
S·T·英格拉姆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Laser UK Ltd
Original Assignee
SPI Lasers UK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SPI Lasers UK Ltd filed Critical SPI Lasers UK Ltd
Publication of CN103608707A publication Critical patent/CN103608707A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103608707B publication Critical patent/CN103608707B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4207—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms with optical elements reducing the sensitivity to optical feedback
    • G02B6/4208—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms with optical elements reducing the sensitivity to optical feedback using non-reciprocal elements or birefringent plates, i.e. quasi-isolators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/12—Copper or alloys thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

一种将光束与激光器光学隔离的装置，所述装置包括用于光束（2）的光学输入器（1）、输入透镜（25）、光学隔离器（3）、输出连接器（4）、以及第一透镜结构（6）。光学隔离器（3）被选定成隔离具有大于大约1W的平均功率的光束（2），所述光束（2）的特征在于由M2值定义的预先设定光束质量（7）。输入透镜（25）被定位在隔离器（3）之前，基于预先设定光束质量（7）被选定，并且聚焦穿过隔离器（3）的光束（2），以使得光束（2）的光束直径（19）在光学隔离器（3）内改变多于百分之五。输出连接器（4）被定位在光学隔离器（3）的输出部（8）处。输出连接器（4）包括形成参考平面（5）的表面。第一透镜结构（6）被定位成接收来自隔离器（3）的光束（2）。第一透镜结构（6）基于光束（2）的预先设定光束质量（7）被选定，以提供具有预先设定散射度（12）的输出光束（11），从而允许多个准直仪（9）被各自地连接至输出连接器（4），以提供具有准直光束直径（17）的准直光束（16），所述准直光束直径独立于光束（2）的光束质量（7）。还提供了一种将光束与激光器光学隔离的方法。

Description

将光束与激光器光学隔离的装置和方法
技术领域
本发明涉及将光束与激光器光学隔离的装置和方法。
背景技术
对于激光器而言，许多应用都要求激光器的输出光束被光学隔离，以防止背向反射损坏激光器或引起非期望的光学互动。实施例包括对材料焊接、切割、钻削、包覆、铜焊、标记、雕刻和切片，尤其是高反射材料，诸如铜、黄铜、金、银和钻石。一般使用光学隔离器执行光学隔离，激光器的输出光束通过所述光学隔离器被耦合。背向反射光继而通过光学隔离器被防止回到激光器。
对于低功率的激光器系统，通常令人满意的是通过光学隔离器准直激光光束。光束继而被扩束望远镜扩展，并且被耦合到机械扫描式光学器件中，所述机械扫描式光学器件将光束引导至待处理材料。
机械扫描光学器件采用标准形式，每个机械扫描光学器件被优化，以接收特定光束直径的准直光束。5mm、7.5mm和10mm的光束直径(1/e2)是非常通用选择。因此，激光器制造商需要提供这样一种扩束望远镜，其输出具有这些光束直径的准直光束。
随着激光器系统的平均功率增加到大约1W以上，光学隔离器的尺寸也会大体增加，原因在于需要避免在隔离器内的晶体的光学表面处的激光致损伤。如果尺寸、各个隔离器的成本、和隔离性能都不重要，则光束仍然能够通过光学隔离器被准直和通过扩束望远镜扩展。
然而，如果成本成为问题(例如以高产量制造的消费性电子产品和标记应用中的激光器)，则隔离器晶体尺寸必须保持为最小值。这引起对穿过光学隔离器的光束聚焦要求，以优化隔离性能。从光学隔离器出现的光束因此未被准直。传统方法是提供准直透镜，以将来自光学隔离器的光准直成标准的光束直径，所述标准的光束直径兼容于标准的扩束望远镜。这种方法的益处在于由于使用标准的光学器件而其减小设计力度。
当相同的光学隔离器与高功率激光器系列一起使用，在所述系列内的每个激光器类型具有不同光束质量的情况下，这种情况变得更加复杂。这是因为穿过光学隔离器的光束轮廓的优化通常对于每个激光器都不同，此外不同的准直透镜必须被选定成准直待兼容于标准的扩束望远镜的输出光。
光束质量通常由M2或光束质量因子定义。光束的M2定义光束从给定孔径散射相较于具有1M2的高斯光束从相同孔径散射的速度：2M2意味着光束以两倍的速度散射，并且3M2意味着光束以三倍的速度散射。光束质量因子(BPP)通过等式与M2相关：
BPP＝M2.λ/π(mm.mrad) (1)
其中波长λ以微米μm给出。因此以1.06μm发射并且M2＝1.0的掺镱光纤激光器的BPP＝0.338mm.mrad。如果激光器的M2＝2，则BPP＝0.672mm.mrad，并且如果激光器的M2＝3，则BPP＝1.01mm.mrad。
如果激光器的产品系列被设计成包括M2＝1、M2＝2、并且M2＝3的三个激光器，则光束质量的不同(并且因此光束散射度的不同)将引起在到相应的光学隔离器的输入处所需的三种不同的光束优化。对于每个激光器的三个不同的准直仪设计被要求将输出光束匹配至扩束望远镜。
然而，当商用需求要求以尽可能最低的成本制造产品时，这种传统方法并非令人满意的选择。这是因为在隔离器的输出部处的准直仪简单地用做扩束望远镜中的第一透镜。因此，系统内有多余的光学元件。虽然在设计特定光学器件的附加花费多于使用标准的扩束望远镜的成本的情况下，以低数量生产系统是被接受的，但对于产品成本和空间都被重视的高产量产品，这不是被接受的商用解决方案。
因此，需要免除在隔离器的输出部处的附加准直仪的光学隔离器设计。不利地，对于由不同光束质量定义的激光器的产品系列，这种附加准直仪的免除引起主要的设计问题。在上述实施例中，对于三个激光器中的每一个会需要三个不同的扩束望远镜。在没有提供例如附加透镜或调整性的形式的附加功能性的情况下，这三个不同的扩束望远镜并非在激光器之间可互换。因此必须提供九个不同的扩束望远镜，以将三个光束匹配到三个机械扫描器单元。上述复杂性随着不同激光光束质量的数量和配备的机械扫描器单元的数量快速地增加。为此原因，现有技术中的用于高产量要求的激光器系统设有光束适配配件的范围，所述光束适配配件需要被设计和制造成在客户应用中使用。此外，客户可能需要在他们的具有应用方面协助选择所述光束适配配件。
有利的是如果有光学隔离器和激光器系统能够实现不同激光器类型之间的激光器附件的更大的通用性。这种先进之处将使得激光器制造商需要设计、制造和控制更少的配件。
脉冲激光器系统，尤其是主振功率放大器(MOPA)配置中的光纤激光器、或具有低品质因子(Q)的脉冲模式光纤激光器腔体，要求活性介质中的高程度的能量存储和居量反转，以实现对应用情况有用的具有足够能量和强度的输出脉冲，所述应用情况诸如材料处理。由于活性介质中的增益增加，脉冲激光器系统会变得非常敏感于背向反射(例如来自待处理的反射材料)，这会引起发射脉冲的扰动或在一些情况下对激光器系统造成损坏。
一般材料处理系统使用电流计扫描器和聚焦透镜，以操纵激光光束在工件上的位置。对这种电流计扫描器的输入需要范围在5-10mm内的一般光束尺寸，从而以对光学处理材料足够的强度(例如，10-l00μm)产生在工件处的激光光束点尺寸。在尺寸和成本方面通常不切实际的是，利用这样一种隔离器，其具有直接穿过所需5-10mm的准直激光光束直径所需的清晰光学孔径。因此，通常是隔离更小直径的准直激光光束，并且继而使用扩束望远镜结构在扫描器系统之前扩展激光光束的光束直径。
扩展激光光束以使得它们兼容于大多通用扫描器应用情况的传统方法是使用双透镜伽利略类型的扩束望远镜，这里准直输入光束根据以下等式被规定和扩展：
放大率＝f2/f1 (2)并且
最佳透镜间距＝f1+f2 (3)
这里f1并且f2是两个透镜的焦距。一般输出光束被良好准直的1μm红外激光器系统将具有大于大约1mm的光束直径，以使得根据自由空间光束传播物理定律的自由空间衍射可以被忽略。这种光束继而能够被伽利略类型的扩束望远镜操纵，以在材料处理系统的光学输入器处实现5-10mm的一般光束直径要求。
然而，即使这种方法也要求光学隔离器能够接受直径1mm的准直激光光束。这种隔离器要求相对大型昂贵的隔离器晶体、磁体和整体包装尺寸。这是1μm激光器尤其如此，在所述1μm激光器中，铽镓石榴石(TGG)是实际上的法拉第旋转器。TGG提供对激光器波长的低吸收率和高损坏阈值，但它是昂贵的晶体。TGG还具有低费尔德常数，并且因此需要高磁场以实现所需法拉第旋转。
对于构件成本和尺寸是关键的高产量应用，需要更优化隔离器设计，这不仅是为了光学性能，也是为了通过减小TGG晶体尺寸和磁体体积而降低成本。为了实现这个目的，必须使用具有明显小于1mm直径的孔径尺寸的光学隔离器。这种减小的光学孔径尺寸使得激光光束直径被减小到明显小于1mm、并且在某些情况下被聚焦到隔离器内的光束腰成为必须。结果是不再可以准直穿过隔离器的激光光束，并且激光光束将在隔离器后以根据使用中的特定光束的光束质量(M2)的量被散射。
对于光束直径小(小于大约1mm)且不再被准直的隔离器设计，输入散射度对扩束望远镜而言会是大量的，并且由于这种变化，实现最佳准直效果所需的透镜间距改变。扩展器放大率现在由以下等式给出
放大率＝f2/f1+dZ/(f1+f2) (4)
这里dZ是透镜间距实现最佳准直效果所需的变量。因此扩束望远镜表现得更加不像等式(2)和(3)和传统目录描述描述的伽利略扩束望远镜。除此之外，对扩束望远镜输入的更小光束会要求更高的放大率，以实现给定输出光束直径。这会引起尺寸增加或光学复杂性。
对于给定的隔离器设计、激光器波长、以及输入光束直径，在隔离器之后和对扩束望远镜输入的激光光束的散射度将通过M2的激光光束的光束质量增加。这个因素在使用传统准直(>1mm光束)的非优化型隔离器系统时变得没那么明显，在所述隔离器系统中，光束的自由空间衍射被最小化。
对于脉冲光纤激光器，激光光束质量(M)一般被将激光从光纤激光器传播到光学隔离器的光纤影响。此外，光学隔离器之前的最后光纤经常定义所实现的光束质量(M2)。附加地，出于尺寸、成本和稳定性的原因，最后光纤(或对隔离器输入的光纤)一般被永久地附接到隔离器装置，以随后被熔接到光纤激光器。
这些因素意味着成本和尺寸最优化的隔离器设计由于对于小的、非准直的、或甚至被聚焦的激光光束的要求而形成显著的设计复杂性、复杂性、以及调配光学器件的随后光束的所需改变。
在隔离器之后对散射光束进行光束调配的方法是在隔离器出口处准直光束，以使得传统扩束望远镜可以被使用。这会引起在标准望远镜之前设置对每个M2不同的附加光学元件。这增加花费、复杂性和光学损失。附加地，由于波长为大约1μm的良好准直光束必须具有大于大约1mm的光束直径，附加光学元件必须被定位成满足这种条件，即从光束腰到光束的全角度远场散射度(在弧度方面)的距离(单位mm)大于大约1mm。对于具有高光束质量(M2<1.3)的激光器，这会导致使用非期望的长型装置(一般大于130mm，这在隔离器的长度之外。
可替换的方法是设计定做的光学器件，以为每个M2类型和每个扫描器应用扩展和准直光束。
这些方法在以下特征方面是次优的，诸如：光束路径中的光学元件的数量；成本；尺寸；光学损失；考虑到不同光束质量的激光器而增加的不同光束调配单元；安装和运作系统集成器的简单性；光学器件在激光器系统中的互换性。
发明内容
本发明的目的在于提供用于光学隔离的装置和方法，其减少上述问题。
根据本发明的非定义性实施方式，提供了一种将光束与激光器光学隔离的装置，所述装置包括用于光束的光学输入器、输入透镜、光学隔离器、输出连接器、以及第一透镜结构，其中：光学隔离器被选定成隔离具有大于大约1W的平均功率的光束，所述光束的特征在于由M2值定义的预先设定光束质量；输入透镜被定位在隔离器之前，基于预先设定光束质量被选定，并且聚焦穿过隔离器的光束，以使得光束的光束直径在光学隔离器内改变多于百分之五；输出连接器被定位在光学隔离器的输出部处；输出连接器包括形成参考平面的表面；第一透镜结构被定位成接收来自隔离器光束；所述装置的特征在于：输出连接器形成有连接器接口，所述连接器接口能够连接至多个准直仪中的任一个，其中每个准直仪能够以参考平面为基准，并且每个准直仪是不同的设计，以输出具有不同的准直光束直径的准直光束；第一透镜结构基于光束的预先设定光束质量被选定，以提供具有预先设定散射度的输出光束；第一透镜结构被定位成形成在与参考平面成预先设定距离处的光束腰；连接器接口、预先设定散射度、和预先设定距离定义出通用准直仪接口，从而允许多个准直仪被各自地连接至输出连接器，以提供具有准直光束直径的准直光束，所述准直光束直径独立于光束的光束质量。
本发明的装置使得一般激光器系列所需的准直配件能够彻底简化。例如，一般已知的商用激光器系列可以是分别由不同光束质量定义的三个光纤激光器。对于给定的光学隔离器设计，输入光束到隔离器根据每个光纤激光器的光束质量被定制，以使得光束路径穿过隔离器被优化。光束继而需要被扩束望远镜扩展，以兼容于工业标准的光扫描光学器件。一般光束直径是5mm、7.5mm和10mm。所以，需要不同的扩束望远镜设计，每种扩束望远镜设计都取决于光纤激光器的光束质量和最终准直光束的所需光束直径。在给定实施例中，可以要求达到九个的不同的扩束望远镜设计。可替换地，考虑到不同的光束质量，可以在扩束望远镜中添加调整方式。本发明的装置仅需要达到三个的第一透镜结设计构，以提供来自光束腰的具有预先设定散射度的光束，从而免除这些复杂性，并且三个准直仪的设计包括第二透镜结构，以提供5mm、7.5mm和10mm的准直光束。此外，10mm的准直仪能够从具有一个光束质量的光纤激光器被互换，并且在具有不同光束质量的光纤激光器上被使用，以提供具有相同的10mm准直光束直径的输出光束。
本发明的成本效益是可观的。它们包括：(i)能够使用更小的隔离器，其由于使用相较于更大隔离器的更小的内晶体而成本更低；(ii)由于提供具有预先设定散射度的输出光束而需要更少的配件(诸如准直仪并且扩束望远镜)；并且(iii)能够将准直仪集成于激光器处理装置，并且具有可拆卸和可互换型激光器。
本发明的装置由此可以是这种装置：
-光学隔离器设计被成本/尺寸最优化，以使得穿过隔离器的光束是小的、非准直的、或甚至被聚焦的，以最小化晶体尺寸和磁体尺寸。
-负元件在光学隔离器壳体的输出部处被引入，以使得装置的输出高度散射。
-负元件的配置根据输入光束的光束质量M2被选定，以使得输出散射度基本相对于M2被常规化。
-这种散射源("虚拟光束腰")被定位在空间中的明确定义的位置。
-光束通过准直透镜组被准直成所需尺寸，所述准直透镜组被保持在机械承载件中，所述机械承载件被设计成以这样一种方式精确地接口至光学隔离器系统，即相对于虚拟光束腰和光学隔离器的光轴准确地定位准直透镜组。
这能够实现：
-对于每个扫描器应用(光束直径)，仅需要兼容于所有M2类型的光束质量的一个准直透镜类型，因为光学隔离器的输出具有明确定义的输出散射度，并且光束腰具有明确定义的位置。
-"即插即用"的准直公差和相对于参考平面的光束定位。
-不同光束质量(M2)的激光器与相同的准直仪/扫描器系统的互换性。
-由于负光学透镜的高散射度而产生的紧凑的光束扩展。
-由光束扩展导致的最小光损失。
-快速和相对廉价的新准直仪原型要求。
-将具有不同光束质量的激光器源快速地和径直地引入激光器和准直仪的现存产品范围。
第一透镜结构可以是负透镜。这是尤其有利于激光器输出的峰值功率大于1kW的激光器，原因在于其避免了与可能伴随真正聚焦发生的空气电离相关的问题。
光束腰可以是虚拟光束腰。
第一透镜结构可以与光束同心。
第一透镜结构可以由焦距定义，并且光束腰可以与第一透镜结构分开大约等于焦距的距离。
所述装置可以包括准直仪。
准直仪可以包括第二透镜结构，以将具有预先设定散射度的光束转化成具有预先设定光束直径的准直光束，所述装置使得在准直仪被附接至输出连接器并且以参考平面为机械基准时，预先设定光束直径独立于光束的光束质量。
第二透镜结构可以是单一正透镜或多元件透镜结构。第二透镜结构可以是双胶合透镜或三胶合透镜。第二透镜结构优选是空气间隔双合透镜或空气间隔三合透镜。
所述装置可以包括激光器。激光器可以经由光学光纤缆线被连接至光学输入器。激光器的特征在于大于l kW的峰值功率强度。
激光器可以从包括光纤激光器、盘形激光器、以及棒形激光器的一组激光器中选出。
预先设定散射度可以在50mrad和200mrad之间。预先设定散射度可以在大约90mrad和125mrad之间。
第一透镜结构可以与光学隔离器分开至少20mm的距离。
本发明还提供一种将光束与激光器光学隔离的方法，所述方法包括：提供用于光束的光学输入器；选定光学隔离器，以隔离具有大于大约1W的平均功率的光束，所述光束的特征在于由M2值定义的预先设定光束质量；基于预先设定光束质量选定输入透镜；将光束聚焦到光学隔离器内的光束直径为小于大约0.5mm；在光学隔离器的输出部处提供输出连接器，所述输出连接器包括形成参考平面的表面；并且将第一透镜结构定位成接收来自隔离器的光束；所述方法的特征在于：输出连接器形成有连接器接口，所述连接器接口能够连接至多个准直仪中的任一个，其中每个准直仪能够以参考平面为基准，并且每个准直仪是不同的设计，以输出具有不同的准直光束直径的准直光束；第一透镜结构基于光束的预先设定光束质量被选定，以提供具有预先设定散射度的输出光束；第一透镜结构被定位成形成在与参考平面成预先设定距离处的光束腰；连接器接口、预先设定散射度、以及预先设定距离定义出通用准直仪接口，从而允许多个准直仪被各自地连接至输出连接器，以提供具有准直光束直径的准直光束，所述准直光束直径独立于光束的光束质量。
所述方法可以使得第一透镜结构是负透镜。
所述方法可以包括以下步骤：提供激光器，并且通过光纤缆线将激光器连接到光学输入器。
所述方法可以包括提供准直仪的步骤。
本发明的装置可以包括：多个光学隔离器，每个光学隔离器配置成将具有不同光束质量的光束与其他光束隔离；多个输出连接器，每个输出连接器都连接至不同的一个光学隔离器；多个参考平面，每个参考平面都与不同的一个光学隔离器相关；以及多个第一透镜结构，每个第一透镜结构定位成靠近于不同的一个光学连接器的远端；其中：第一透镜结构分别被选定成提供具有相同预先设定散射度的输出光束；第一透镜结构分别被定位成提供在与其相应的参考平面成预先设定距离处的光束腰；由此准直仪能够被连接至输出连接器中的任一个，以提供相同的预先设定光束直径。
第一透镜结构可以分别被定位成提供在与其相应的参考平面成相同的预先设定距离处的光束腰。
本发明的装置可以包括具有不同的第二透镜结构的准直仪，所述第二透镜结构被连接至输出连接器中的任一个，以提供不同的预先设定光束直径。
本发明的装置可以包括多个激光器，每个激光器被连接至不同的一个隔离器的光学输入器。激光器可以分别由不同的光束质量定义。
在一方面，本发明的装置可以是多个激光器，所述多个激光器包括具有不同光束质量的激光器，所述激光器配置成发射具有预先设定光束散射度的激光辐射，以使得可互换型准直仪能够被安装到激光器以提供预先设定光束直径。多个激光器可以使得每个激光器被配置成发射由不同光束质量定义的激光辐射，其中每个激光器包括光学隔离器、输出连接器、参考平面、以及第一透镜结构，其中对于每个激光器：激光器从包括光纤激光器、盘形激光器以及棒形激光器中的一组激光器中被选定；光学隔离器被配置成隔离激光辐射；输出连接器被定位在光学隔离器的输出部处；第一透镜结构被定位成靠近于输出连接器的远端；输出连接器配置成连接至准直仪；准直仪使得其能够以参考平面为机械基准。每个激光器的特征在于：第一透镜结构被选定成提供具有预先设定散射度的输出光束；第一透镜结构被定位成提供在与参考平面成预先设定距离处的光束腰；其中预先设定散射度对于每个激光器是相同的。
第一透镜结构可以包括负透镜。
光束腰可以是虚拟光束腰。
准直仪可以包括第二透镜结构，以将具有预先设定散射度的光束转化成具有预先设定光束直径的准直光束，并且当光束被相同的准直仪准直时，预先设定光束直径对于每个激光器可以是相同的。
多个激光器可以包括多个准直仪，其中每个准直仪的特征在于在连接至激光器之一的输出连接器时第二透镜结构和光束腰之间的不同距离，并且其中每个准直仪发射具有不同预先设定光束直径的准直光束。
预先设定散射度可以在50mrad和200mrad之间。预先设定散射度可以在大约90mrad和125mrad之间。
第一透镜结构可以与隔离器分开至少20mm的距离。
在一方面，本发明还提供这样一种方法，所述方法使用即插即用构件，以使得具有多个区别光束质量(M2)的输入光束能够被用于给准直仪提供具有相同的预先设定散射度和与参考平面成相同的预先设定距离的光束，以使得相同的准直仪能够通过使用激光器提供具有基本相同的准直光束直径的准直光束，所述激光器输入具有多个不同的光束质量的光束。本发明的这种方法可以被用于包括光学隔离器、输出连接器、参考平面以及第一透镜结构的激光器。输出连接器构件的一端被定位在光学隔离器的输出部处，并且可以被可释放地紧固至此，以作为光学隔离器的单独构件或被形成为一体部件。第一透镜结构在输出连接器的相反端处被定位在输出连接器内。输出连接器包括用于连接至准直仪的机械接口，以使得准直仪能够以参考平面为基准。任何具体输出连接器构件内的透镜结构选自多个不同的光学透镜结构，以使得存在具有不同透镜结构的输出连接器构件，但每个都具有相同的机械接口。因为不同的输出连接器具有通用的机械接口，所以它们可以分别被连接至具有兼容接口的准直仪。因此，可以按需要选择和使用具体的透镜结构。
根据本发明的一个方面，所述使用即插即用构件，以使得具有多个不同光束质量(M2)的输入光束能够被用于给准直仪提供具有相同的预先设定散射度和与参考平面成相同的预先设定距离的光束的方法包括以下步骤：确定输入光束的光束质量M2；确定光束直径的位置和光束腰；基于光束的M2、光束腰直径、和光束腰位置从多个不同的光学透镜结构之间选定透镜结构，以使得输出光束具有预先设定的散射度，并且输出光束呈现为从与参考平面成预先设定距离的孔径处出现；在光学隔离器的输出部处提供输出连接器中的选定的透镜结构。
本发明的装置可以被用于使得即插即用兼容性能够在不同的装置中实现，所述不同的装置的特征在于具有不同M2的光束，但所述不同的装置具有带相同机械接口的输出连接器，并且被选定和定位成提供相同的预先设定散射度和相同的预先设定距离的透镜能够被连接到相同的准直仪中，以提供具有基本相同的准直光束直径的准直光束。光束腰和透镜优选相对于机械接口对齐，以实现即插即用的兼容性。
附图说明
现在将仅以示例方式并且参考附图描述本发明的实施方式，其中：
图1示出根据本发明的将光束与激光器光学隔离的装置；
图2示出负透镜；
图3示出正透镜；
图4示出包括具有不同光束质量的两个激光器的装置，每个激光器被连接至隔离器，所述隔离器发射具有相同的预先设定光束散射度的光束，并且每个激光器还被连接至相同的准直仪设计，所述准直仪发射具有相同直径的准直光束；
图5示出包括分别具有不同光束质量的四个激光器的装置，每个激光器被连接至隔离器，所述隔离器发射具有相同的预先设定光束散射度的光束，并且每个激光器还被连接至不同的准直仪设计，所述准直仪发射具有不同直径的准直光束；以及
图6示出激光器处理装置，其包括准直仪和可互换型激光器。
具体实施方式
图1示出将光束与激光器光学隔离的装置，所述装置包括用于光束2的光学输入器1、输入透镜25、光学隔离器3、输出连接器4、以及第一透镜结构6。光学隔离器3被选定成隔离具有大于大约1W的平均功率的光束2，所述光束2的特征在于由值M2定义的预先设定光束质量7。输入透镜25被定位在隔离器3之前、基于预先设定光束质量7被选定、并且聚焦经过隔离器3的光束2，以使得光束2的光束直径19在光学隔离器3内有多于百分之五的变化。输出连接器4位于光学隔离器3的输出部8处。输出连接器4包括形成参考平面5的表面。第一透镜结构6被定位成接收来自隔离器3的光束2。
所述装置的特征在于，输出连接器4形成有连接器接口37，所述连接器接口能够连接至多个准直仪9中的任何一个，其中每个准直仪9都能够以参考平面5为基准，并且每个准直仪9都能够有不同的设计，以输出具有不同的准直光束直径17的准直光束16。第一透镜结构6基于光束2的预先设定光束质量7被选定，以提供具有预先设定散射度12的输出光束11。第一透镜结构6被定位成形成与参考平面5成预先设定距离14的光束腰13。连接器接口37、预先设定散射度12、以及预先设定距离14包括通用准直仪接口，从而允许多个准直仪9各自地连接至输出连接器4，以提供具有准直光束直径17的准直光束16，所述准直光束直径独立于光束2的光束质量7。
能够为输出连接器4提供数种合适的机械连接器接口37，所述连接器接口给即插即用的连接性提供必须的机械公差。即插即用意味着在作之前无需附加对准的情况下，不同的激光器系统40能够被连接至不同的准直仪9，并且不同的准直仪9能够被连接至相同的激光器系统40。优选的机械接口37的实施例是如在瑞典的默恩达尔的名为Optoskand AB的公司提供的光纤缆线中实施的在TRUMPF LLK-B光纤连接器上的机械接口。虽然优选的是连接器4的形式为高精度加工插头，但也可以是其他连接器接口37。例如，与插头形式的准直仪9接口的高精度加工插座。可替换地，可以将连接器接口37的形式设置为加工板或运动学安装件。
本发明的装置可以可选地在光纤缆线27、输入透镜25、第一透镜结构6、输出连接器4、以及准直仪9中的至少一个上包括机械对准机构(未示出)，以将光束2对准准直仪9。
输出连接器4可以形成光学隔离器3的一体部件。可替换地或附加地，输出连接器4能够从光学隔离器3释放。
能够设置适配器(未示出)，以将输出连接器4与准直仪9接口。
输出连接器4能够被装有电触头(未示出)。这能够被用在安全系统(未示出)中，所述安全系统在输出连接器4没有接触准直仪9的情况下提供警告信号。
第一透镜结构6可以被定位在输出连接器4的远端10。
准直仪9包括第二透镜结构15，用以将具有预先设定散射度12的输出光束11转化成具有预先设定光束直径17的准直光束16。当准直仪9被附接至输出连接器4并且参考平面5为机械基准时，预先设定光束直径17独立于光束2的光束质量7。这是因为具有光束质量7的输出散射度12的变化已经被第一透镜结构6的选择补偿。
准直仪9和输出连接器4之间的公差应该诸如被用于提供光束稳定性和最小化由于温度改变的热效应。可以在准直仪9和输出连接器4上实施锥形和锥度匹配表面(未示出)，以协助定位精度和耐磨性。
不同的光束直径17能够通过改变参考平面5和第二透镜结构15之间的距离18实现。这能够以具有不同焦距的准直仪实现，即例如通过螺纹或机械插入方式增加长度调整、给第二透镜结构15提供不同位点、改变参考平面5的位置、或以上方式的组合。
第一透镜结构6优选与光束2同心。
第一透镜结构6能够可选地包括如参考图2所示的负透镜21。平行光线24形成在与透镜21的焦距f23处的虚拟焦点22。
第一透镜结构6能够可选地包括如参考图3所述的正透镜31。平行光线24形成在与透镜31的焦距f33处的真正焦点32。
再次参考图1，所示装置尤其用于具有大于1W、或优选大于10W的平均功率的高功率激光器。这些情况需要能够高功率运作的专业光学隔离器3。光学隔离器3可以是由在美国密歇根州的特拉佛斯城的名为Electro-Optics Technologies的公司供应的型号为PI-9.0-YB-300的产品，其可以适用于本发明。隔离器3可以是楔形隔离器(wedge based isolator)或移位隔离器。隔离器3可以是偏振无关型隔离器或配置成隔离偏振光束的隔离器。
参考图1，第一透镜结构6被示出为负透镜，其中光束腰13与第一透镜结构6分开大约等于参考图2示出的焦距23的距离29。光束腰13是虚拟光束腰，其尤其有利于与激光器输出的峰值功率大于1kW的激光器使用，因为它避免了与空气电离相关的问题，所述空气电离会伴随通过正透镜获得的真正光束腰出现，所述正透镜诸如图3中示出的透镜31。
第二透镜结构15被示出为单一正透镜。可替换地，能够使用透镜的组合。优选第二透镜结构15是空气间隔双合透镜。
图1还示出经由光学输入器1连接至光学隔离器3的激光器28。激光器28被示出为与光纤缆线27连接，光束2从所述光纤缆线散射。输入透镜25被设置成聚焦或准直穿过隔离器3的光束26。输入透镜25被保持在壳体35中。
激光器28能够从包括光纤激光器、盘形激光器、棒形激光器、或气体激光器的一组激光器中选出。
激光器28可以是镱脉冲光纤激光器，诸如由英国的南安普敦的名为SPILasers UK Limited的公司制造的SP-20P脉冲光纤激光器。这些激光器具有强度大于1kW的峰值功率，并且特征在于不同的平均功率输出和不同的光束质量。提供三种基本类型，其具有由M2＝1、2和3给出的光束质量。这些激光器的输出光束2的散射度非常不同于彼此，并且这要求输入透镜25被优化以用于每个激光器28，从而优化穿过隔离器3的路径，并且因此优化由隔离器3提供的光学隔离的程度。一旦输入透镜25被优化，第一透镜结构6就能够被选定和定位，以提供预先设定散射度12和光束腰13。
输入透镜25控制在光束传播穿过光学隔离器3时光束26的直径19。光学隔离器3内的光束26的小直径19在成本方面被优化，原因在于这降低光学隔离器3中使用的晶体的成本。然而，如果光束直径19太小，则可能超出晶体中的材料损坏阈限。这种材料损坏通常会发生在晶体表面。因此，需要在这两个矛盾要求之间权衡对输入透镜25的优化。对不同的光束质量7有不同的优化要求。不同的优化还可以被要求用于不同的光纤缆线27。
本发明的成本益处随着光学隔离器3的尺寸减小而增加。更小的隔离器3要求更小的光束直径19，这导致在光束2的光束质量7例如通过使用不同的激光器28或不同的光纤缆线27而改变时，输入透镜25和第一透镜结构6的设计的变化增加。光束直径19优选小于1mm，并且更优选小于0.5mm。当来自隔离器3的光束26的远场全角度的光束散射度(未示出)多于2mrad时，本发明的装置是尤其有利的。这是因为在这个角度下，随着光束质量7的变化第一透镜结构6的变化变得相当可观。
本发明使得光学隔离器3系列能够被设计，每个光学隔离器配置成隔离具有不同光束质量7的光束2。不同设计的光学隔离器3需要不同的设计和输入透镜25的配置方式，以优化光学隔离器3的光学隔离。第一透镜结构6的设计和配置方式被设计和配置成对于每种输入透镜25和光学隔离器3设计的组合都提供相同的预先设定散射度12。优选光学隔离器3是光纤型的，在其输入处通过使用光纤缆线27被联接，从而给激光器28、尤其是光纤激光器提供方便的联接手段。
本发明还使得与每个光学隔离器3都兼容的准直仪9系列能够被制造。由于输出光束11的预先设定散射度12和光束腰13位置，每个准直仪9与每个隔离器3一起提供相同的预先设定光束直径17。当安装到隔离器3时，每个准直仪9具有在第二透镜结构15和参考平面5之间的不同距离，并且因此提供与通过其他准直仪9获得的输出光束直径不同的输出光束直径17。光学隔离器3分别能够被安装到具有不同光束质量7的不同激光器28。由于激光器28的光束质量能够由光纤缆线27降低，要求通过第一透镜结构6补偿的光束质量7是在光学输入器1处的输入光束2的光束质量7。
图1的上述构件可以形成激光器系统40，其配置成发射由相同的预先设定散射度12定义的光束11。准直仪9能够被附接到激光器系统40，以提供具有预先设定光束直径17的输出光束16。有利地，光束直径17可以被选定成与光学扫描器兼容，尤其是给具有5mm、7.5mm和10mm输入光束直径的输入光束专用的工业标准的光学扫描器。
光学隔离器3可以与或不与准直仪9一起被制造和销售。光学隔离器3优选与光纤缆线27光纤联接。
包括光学隔离器3的激光器系统40可以与或不与准直仪9一起被制造和销售。
本发明使得准直仪9能够在激光器系统40中互换，其中由准直仪9设定的输出光束直径与激光器系统40的光束质量7无关。
图4示出激光器系统50、90，其分别包括两个具有不同光束质量7的激光器51、61。激光器51、61通过光纤缆线27被连接至光学隔离器3。输入光束53、63通过输入透镜52、62调配，所述输入透镜被选定成优化对穿过隔离器3的光束54、64的隔离。每个隔离器3具有第一透镜结构55、65，以提供具有相同的预先设定散射度12的光束11。由于激光器51、61的光束质量不同于彼此，第一透镜结构55、65还可能包括不同的透镜。准直仪56被附接至每个隔离器3，以提供具有相同的预先设定直径58的准直光束16。准直仪56包括与参考平面5成距离59处的第二透镜结构57。
图5示出分别包括多个激光器51、61、71、81的激光器系统50、60、70和80。多个激光器51、61、71、81具有不同的光束质量7。每个激光器51、61、71、81被配置成发射由不同光束质量7定义的相应光束53、63、73、83。输入透镜52、62、72、82基于不同的光束质量7被选定成优化穿过隔离器3的光路径。
每个激光器系统50、60、70、80包括光学隔离器3、输出连接器4、参考平面5、以及第一透镜结构55、65、75、85。对于每个激光器系统50、60、70、80而言，光学隔离器3被配置成隔离光束54、64、74、84。输出连接器4被定位在每个光学隔离器3的输出部处。第一透镜结构55、65、75、85被定位成靠近于相应输出连接器4的远端10(参考图1示出)。输出连接器4被配置成连接至准直仪56、66、76、86。准直仪56、66、76、86使得它们能够被机械以参考平面5为基准。
第一透镜结构55、65、75、85基于光束53、63、73、83的光束质量7被选定，以提供具有相同的预先设定散射度12的输出光束11。第一透镜结构55、65、75、85被定位成在与参考平面5的预先设定距离14处提供光束腰13。预先设定散射度12对于每个激光器系统50、60、70、80是相同的。所以，可互换型准直仪56、66、76、86能够被安装到激光器系统50、60、70、80，以提供预先设定光束直径58、68、78、88。可互换型准直仪56在安装到激光器系统50、60、70和80中的任一个时，将输出基本相同的预先设定光束直径58。类似地，可互换型准直仪66、76、86在安装到激光器系统50、60、70和80中的任一个时，将分别输出基本相同的预先设定光束直径68、78、88。
由于具有不同光束质量7的光束53、63、73、83，需要不同的输入透镜结构52、62、72、82以优化穿过如上参考图1描述的隔离器3的光束54、64、74、84。输入透镜结构52、62、72、82能够包括所示的透镜或自聚焦透镜。
优选隔离器3在其输入处与光纤缆线27光纤联接。不同的光纤缆线27可以被选定成接收具有不同光束质量7的光。光纤联接型隔离器是尤其有利的，因为包括光纤缆线27、输入透镜52、62、72、82、输出连接器4、以及第一透镜结构55、65、75、85的隔离器系统能够以高精度制造，并且继而能够通过例如熔接被联接至激光器51、61、71、81。光纤缆线27能够降低光束质量，并且因此必须注意光纤缆线的选择，以便在其输出处提供具有符合要求的光束质量7的光束53、63、73、83。
第一透镜结构55、65、75、85优选包括负透镜，并且光束腰13优选所示的虚拟光束腰。负透镜和虚拟光束腰对大于大约1kW的激光器峰值功率是有用的设计特征，因为其避免通过正透镜获得的高光强度光束腰。这种高光强度能够引起光束的不稳定性和空气电离。
准直仪56、66、76、86包括第二透镜结构57、67、77、87，以将具有预先设定散射度12的光束11转化成具有预先设定光束直径58、68、78、88的准直光束16。每个准直仪56、66、76、86的特征在于，在连接至激光器系统50、60、70、80之一的输出连接器4时第二透镜结构57、67、77、87和光束腰13之间的不同的距离59、69、79、89。所以，每个准直仪56、66、76、86发射具有不同的预先设定光束直径58、68、78、88的准直光束16。有利地，准直仪56、66、76、86在激光器系统50、60、70、80之间可互换。当光束11被相同的准直仪56、66、76或86准直时，无关于准直仪56、66、76、86被附接至哪个激光器系统50、60、70、80，预先设定光束直径58、68、78、88对于每个激光器系统50、60、70、80是相同的。
参考图1、4和5，第一透镜结构6、55、65、75、85可以使得预先设定散射度12在之间50mrad和200mrad之间。预先设定散射度12优选在大约90mrad和125mrad之间。
参考图1、4和5，第一透镜结构6、55、65、75、85优选与隔离器3分开至少20mm的距离36(参考图1示出)。这是为了提高对可能发生在被激光器处理过的材料表面上的背向反射的容忍度。
参考图1、4和5，激光器28、51、61、71、81能够包括光纤激光器、盘形激光器或棒形激光器。
参考图4和5，激光器系统50、60、70、80、90可以设置有或没有设置可互换型准直仪56、66、76、86，所述可互换型准直仪可以单独地从不同的供应商获取。
本发明的装置可以以多个隔离器3被制造和销售，所述多个隔离器包括图4和5示出的具有或没有激光器51、61、71、81的激光器系统50、60、70、80、90。隔离器3系列或单一隔离器3优选与光纤缆线27光纤联接。隔离器3能够被设置有或没有设置可互换型准直仪56、66、76、86，所述可互换型准直仪可以单独地从不同的供应商获取。
本发明的装置对由大约1和25之间的M2定义的光束质量7尤其有用，并且对于由小于10的M2定义的光束质量7更加优选。
有利地，本发明的装置可以包括准直仪9、56、66、76或86，所述准直仪被附接到如图6所示的激光器处理装置91或形成其一部分。激光器处理装置91被描绘为扫描器，用以将光束93扫描和聚焦到待激光器处理的材料92上。激光器处理意味着诸如这些处理，即例如标记、雕刻、切割、钻削、划线、铜焊、包覆、以及焊接。
不同的激光器51、61，71能够经由隔离器3和输出连接器4被连接至准直仪56，因此使得装置能够是具有可互换型激光器51、61、71的激光器处理装置91。如上所示，现有技术中的系统使用更大光束和昂贵的隔离器、或使用输出准直光束的准直激光器。准直光束继而通过使用扩束望远镜被扩展，以正确地接口至合适的扫描器。
为了尺寸和成本效益，并且参考图1、4、5和6，光学隔离器3优选太小而不能与穿过其的准直光束协作。优选地，光学隔离器3是这样一种光学隔离器，即光束2通过所述光学隔离器3聚焦。光束直径19(参考图1示出)优选小于1mm，并且更优选小于0.5mm。具有这样小的光束直径的光束2将随着其从光学隔离器3出现而散射；光束2并非在隔离器3中被准直。
参考图1至6描述的本发明的成本效益因此是可观的。它们包括：(i)能够使用更小的隔离器3，其由于使用相较于更大隔离器更小的内晶体而成本更低；(ii)由于提供具有预先设定散射度12的输出光束11而需要更少的配件(诸如准直仪和扩束望远镜)；并且(iii)能够将准直仪56集成于激光器处理装置91，并且具有可拆卸和可互换型激光器。
可以理解的是，以上参考附图描述的本发明的实施方式仅通过实施例给出，并且可以提供修改方案和附加构件以增强性能。附图中示出的各个构件并非限于在其附图中的应用，并且它们也可以被用于其他附图中和本发明的所有方面中。本发明延伸到上述特征的单独使用或任何组合。

Claims (20)

1.一种用于将光束与激光器光学隔离的装置，所述装置包括用于光束的光学输入器、输入透镜、光学隔离器、输出连接器、以及第一透镜结构，其中：
-光学隔离器被选定成隔离平均功率大于1W的光束，所述光束的特征在于由M2值定义的预先设定光束质量；
-输入透镜被定位在光学输入器和光学隔离器之间，被基于预先设定光束质量进行选定，并且使光束聚焦穿过光学隔离器，以使得光束的光束直径在光学隔离器内改变多于百分之五；
-光学隔离器被定位在输入透镜和输出连接器之间；
-输出连接器包括形成参考平面的表面；
-第一透镜结构被定位成接收来自光学隔离器的光束；
所述装置的特征在于：
-输出连接器形成有连接器接口，所述连接器接口能够连接至多个准直仪中的任一个，其中每个准直仪能够以参考平面为基准，并且每个准直仪具有不同的设计，以输出具有不同准直光束直径的准直光束；
-第一透镜结构被基于光束的预先设定光束质量进行选定，以提供具有预先设定散射度的输出光束；
-第一透镜结构被定位成在与参考平面相距预先设定距离处形成光束腰；
-连接器接口、预先设定散射度、和预先设定距离定义出通用准直仪接口，从而允许多个准直仪被各自地连接至输出连接器，以提供具有准直光束直径的准直光束，所述准直光束直径独立于光束的光束质量。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，第一透镜结构是负透镜。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，光束腰是虚拟光束腰。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，第一透镜结构与光束同心。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，第一透镜结构由焦距定义，并且光束腰与第一透镜结构分开等于焦距的距离。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述装置包括准直仪。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，准直仪包括第二透镜结构，以将具有预先设定散射度的光束转化成具有预先设定光束直径的准直光束，所述装置使得在准直仪被附接至输出连接器并且以参考平面为机械基准时，预先设定光束直径独立于光束的光束质量。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，第二透镜结构是单一正透镜。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其中，第二透镜结构是空气间隔双合透镜。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置包括激光器和光纤缆线，所述激光器经由所述光纤缆线被连接至光学输入器。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，激光器的特征在于峰值功率的强度大于1kW。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其中，激光器从包括光纤激光器、盘形激光器、和棒形激光器的一组激光器中选定。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，预先设定散射度在50mrad和200mrad之间。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，预先设定散射度在90mrad和125mrad之间。
15.根据权利要求1或2所述的装置，其中，第一透镜结构与光学隔离器分开至少20mm的距离。
16.一种将光束与激光器光学隔离的方法，所述方法包括：
-为光束提供光学输入器；
-选定光学隔离器，以隔离平均功率大于1W的光束，所述光束的特征在于由M2值定义的预先设定光束质量；
-基于预先设定光束质量选定输入透镜；
-在光学隔离器内将光束聚焦成光束直径小于0.5mm；
-在光学隔离器的输出部处设置输出连接器，所述输出连接器包括形成参考平面的表面；并且
-将第一透镜结构定位成接收来自光学隔离器的光束；
所述方法的特征在于：
-输出连接器形成有连接器接口，所述连接器接口能够连接至多个准直仪中的任一个，其中每个准直仪能够以参考平面为基准，并且每个准直仪具有不同的设计，以输出具有不同的准直光束直径的准直光束；
-第一透镜结构被基于光束的预先设定光束质量进行选定，以提供具有预先设定散射度的输出光束；
-第一透镜结构被定位成在与参考平面相距预先设定距离处形成光束腰；
-连接器接口、预先设定散射度、和预先设定距离定义出通用准直仪接口，从而允许多个准直仪被各自地连接至输出连接器，以提供具有准直光束直径的准直光束，所述准直光束直径独立于光束的光束质量。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，第一透镜结构是负透镜。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：提供激光器，并且通过光纤缆线将激光器连接至光学输入器。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法包括提供准直仪的步骤。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述方法包括提供准直仪的步骤。
CN201280024191.4A 2011-05-19 2012-05-21 将光束与激光器光学隔离的装置和方法 Active CN103608707B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1108470.4 2010-05-19
GBGB1108470.4A GB201108470D0 (en) 2011-05-19 2011-05-19 Apparatus and method for optical isolation
PCT/GB2012/000451 WO2012156678A1 (en) 2011-05-19 2012-05-21 Apparatus and method for optically isolating a light beam from a laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103608707A CN103608707A (zh) 2014-02-26
CN103608707B true CN103608707B (zh) 2016-10-26

Family

ID=44279338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280024191.4A Active CN103608707B (zh) 2011-05-19 2012-05-21 将光束与激光器光学隔离的装置和方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9130334B2 (zh)
EP (1) EP2710420B1 (zh)
JP (1) JP6039654B2 (zh)
KR (1) KR101966472B1 (zh)
CN (1) CN103608707B (zh)
GB (1) GB201108470D0 (zh)
WO (1) WO2012156678A1 (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103398314A (zh) * 2013-08-16 2013-11-20 上海海潮新技术研究所 指印光学显现系统的激光均匀照明装置
US9625671B2 (en) 2013-10-23 2017-04-18 Lasermax, Inc. Laser module and system
CN105445857B (zh) * 2014-08-12 2018-09-21 福州高意通讯有限公司 一种空间滤波隔离器
DE202015101457U1 (de) 2015-03-23 2015-03-27 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Optisches System für eine Laserbearbeitungsmaschine, mit einem optischen Element in einem Stecker eines Lichtleitkabels
DE102015205163B4 (de) * 2015-03-23 2017-04-13 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Optisches System für eine Laserbearbeitungsmaschine, mit einem optischen Element in einem Stecker eines Lichtleitkabels
GB201601815D0 (en) * 2016-01-29 2016-03-16 Spi Lasers Uk Ltd Apparatus and method for optical isolation
CN105527677B (zh) * 2016-02-02 2017-02-08 深圳市创鑫激光股份有限公司 一种制作光隔离器的方法以及光隔离器
EP3523628B1 (en) * 2016-10-06 2023-02-22 Iris International, Inc. Dynamic focus system and methods
GB201701506D0 (en) * 2017-01-30 2017-03-15 Spi Lasers Uk Ltd Apparatus and method for optical isolation
DE102017215839A1 (de) * 2017-09-07 2019-03-07 Sauer Gmbh Optikmodul mit Vorrichtung zum automatischen Wechseln einer Kollimationsoptik
US11428914B1 (en) 2018-12-20 2022-08-30 Electro-Optics Technology, Inc. Small, high power optical isolator
CN112558242A (zh) * 2020-12-11 2021-03-26 江苏奥雷光电有限公司 一种可用多通道射频光模块的小型化光引擎

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1249998A (zh) * 1998-10-06 2000-04-12 压缩技术公司 数字印刷设备和方法
CN1447141A (zh) * 2002-03-27 2003-10-08 松下电器产业株式会社 光复合组件、光波长复用器/解复用器和光复合组件的制造方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4930131A (en) * 1989-01-06 1990-05-29 At&T Bell Laboratories Source of high repetition rate, high power optical pulses
JPH07503382A (ja) * 1991-11-06 1995-04-13 ライ，シュイ，ティー． 角膜手術装置及び方法
JPH0688926A (ja) * 1992-07-24 1994-03-29 Tdk Corp 光アイソレータ付き光ファイバ端子とその組立方法
JPH0777640A (ja) * 1993-09-10 1995-03-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光モジュールの実装構造
JPH1039257A (ja) * 1996-07-26 1998-02-13 Shin Etsu Chem Co Ltd 偏波無依存型光アイソレータ
US6331692B1 (en) * 1996-10-12 2001-12-18 Volker Krause Diode laser, laser optics, device for laser treatment of a workpiece, process for a laser treatment of workpiece
US6122106A (en) * 1998-08-07 2000-09-19 Raytheon Company Displaced aperture beamsplitter for laser transmitter/receiver opto-mechanical system
JP2002131587A (ja) * 2000-10-24 2002-05-09 Mitsubishi Electric Corp レーザダイオードモジュール
WO2003005106A1 (fr) * 2001-07-02 2003-01-16 Furukawa Electric Co., Ltd Module de laser semi-conducteur et amplificateur optique
US7302136B2 (en) * 2003-03-19 2007-11-27 Ahura Corporation Assembly of optical components and method for assembling same
WO2004097478A1 (en) * 2003-05-01 2004-11-11 Selex Sensors And Airborne Systems Limited Optical coupling devices
EP1507321B1 (en) * 2003-08-11 2006-10-25 Lumera Laser GmbH Solid state laser pumped by a laser diode with a convergent beam
US20060072632A1 (en) 2004-09-29 2006-04-06 Axsun Technologies, Inc. Semiconductor laser with tilted fabry-perot tunable filter
US7233442B1 (en) 2005-01-26 2007-06-19 Aculight Corporation Method and apparatus for spectral-beam combining of high-power fiber lasers
JP2008098316A (ja) 2006-10-11 2008-04-24 Tecdia Kk 半導体レーザモジュール
US7729199B2 (en) * 2006-10-17 2010-06-01 Hnu-Photonics External beam expander
JP2009195976A (ja) * 2008-02-25 2009-09-03 Sumitomo Electric Ind Ltd 戻り光測定方法、戻り光測定装置及びレーザ加工方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1249998A (zh) * 1998-10-06 2000-04-12 压缩技术公司 数字印刷设备和方法
CN1447141A (zh) * 2002-03-27 2003-10-08 松下电器产业株式会社 光复合组件、光波长复用器/解复用器和光复合组件的制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9130334B2 (en) 2015-09-08
JP2014517519A (ja) 2014-07-17
KR20140036248A (ko) 2014-03-25
EP2710420B1 (en) 2018-10-03
WO2012156678A1 (en) 2012-11-22
EP2710420A1 (en) 2014-03-26
JP6039654B2 (ja) 2016-12-07
KR101966472B1 (ko) 2019-04-05
GB201108470D0 (en) 2011-07-06
CN103608707A (zh) 2014-02-26
US20120229910A1 (en) 2012-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103608707B (zh) 将光束与激光器光学隔离的装置和方法
US8873908B2 (en) Optical-fiber array and method
US9091803B2 (en) Apparatus for delivery of laser-beams of different wavelengths to a flow-cytometer
CN107111085B (zh) 绝热光学耦合系统
CN202815320U (zh) 一种波导阵列多光束整形装置
US11360269B2 (en) High-power all fiber telescope
EP2486436B1 (en) Method and device for coupling laser light derived from at least two laser sources into one optical fiber
JP2018530768A (ja) レーザー送達アドレス指定可能アレイのための用途、方法、及びシステム
US9001850B2 (en) Excitation unit for a fiber laser
CN104865646A (zh) 一种大功率光纤准直器
US20220244461A1 (en) Fiber exit element
KR20130093538A (ko) 자유 빔 광섬유간 커플링 장치
TWI805740B (zh) 用於光譜射束組合的方法和系統
US20190341745A1 (en) Laser device
CN204790068U (zh) 一种大功率光纤准直器
JP3939816B2 (ja) レーザ装置
KR101082920B1 (ko) 멀티빔 파이버 레이저 발진기를 구비한 레이저 가공 장치
US10495820B1 (en) Method and apparatus for low-profile fiber-coupling to photonic chips
JP7213499B2 (ja) 光結合器
US20240036258A1 (en) Fiber exit element
US20220173567A1 (en) Counter pumping a large mode area fiber laser
US20240151907A1 (en) Fiber optic component
KR102066971B1 (ko) 채널 증대 구조가 적용된 광섬유 레이저용 광섬유 어레이 구조체 및 광섬유 레이저용 광섬유 어레이 방법
WO2014016939A1 (ja) 発光素子・光ファイバ結合モジュール及びその部品
Kim et al. Monolithic all-glass device combining pump coupling and end cap scheme for high-power fiber lasers

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant