CN110226269A - 利用蜂窝芯光纤进行光束整形的激光系统 - Google Patents

利用蜂窝芯光纤进行光束整形的激光系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110226269A
CN110226269A CN201880008677.6A CN201880008677A CN110226269A CN 110226269 A CN110226269 A CN 110226269A CN 201880008677 A CN201880008677 A CN 201880008677A CN 110226269 A CN110226269 A CN 110226269A
Authority
CN
China
Prior art keywords
core
honeycomb core
laser beam
fibre
input
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.)
Granted
Application number
CN201880008677.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110226269B (zh
Inventor
F·维拉里尔绍塞多
周望龙
P·泰伊巴提
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.)
Panasonic Corp of North America
Original Assignee
Teradiode Inc
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 Teradiode Inc filed Critical Teradiode Inc
Publication of CN110226269A publication Critical patent/CN110226269A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110226269B publication Critical patent/CN110226269B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02042—Multicore optical fibres
    • 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
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
    • G02B6/03605—Highest refractive index not on central axis
    • 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
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/262—Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements
    • 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
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating
    • 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
    • G02B6/4296—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources
    • 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
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
    • 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
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/351—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements
    • G02B6/3512—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror
    • 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
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/351—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements
    • G02B6/3524—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being refractive
    • 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
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/3598—Switching means directly located between an optoelectronic element and waveguides, including direct displacement of either the element or the waveguide, e.g. optical pulse generation

Abstract

在各种实施例中，通过沿着蜂窝芯光纤的输入端引导激光束穿过一路径来调节激光束的光束参数乘积和/或光束形状。可以使用在蜂窝芯光纤的输出端发射的光束加工工件。

Description

利用蜂窝芯光纤进行光束整形的激光系统
相关申请
本申请要求2017年1月26日提交的美国临时申请No.62/450,793的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
在各种实施方案中，本发明涉及激光系统，特别是具有可控光束轮廓(例如可变光束形状)的激光系统。
背景技术
大功率激光系统用于许多不同的应用，例如焊接、切割、钻孔和材料加工。这种激光系统通常包括激光发射器和光学系统，从所述激光发射器发出的激光被耦合到光学纤维(或简称为“光纤”)中，所述光学系统将来自光纤的激光聚焦到待加工的工件上。波长光束组合(WBC)是一种用于缩放来自激光二极管、激光二极管条、二极管条堆叠或以一维或二维阵列布置的其他激光的输出功率和亮度的技术。已经开发出能沿着发射器阵列的一个或两个维度组合光束的WBC方法。典型的WBC系统包括多个发射器，例如一个或多个二极管条，其利用色散元件组合起来，形成多波长光束。WBC系统中的每个发射器单独谐振，并且通过来自公共部分反射输出耦合器的波长特定反馈来稳定，该耦合器由色散元件沿着光束组合维度进行滤波。示例性的WBC系统在2000年2月4日提交的美国专利No.6,192,062、1998年9月8日提交的美国专利No.6,208,679、2011年8月25日提交的美国专利No.8,670,180和2011年3月7日提交的美国专利申请8,559,107中有详细说明，每个申请的全部公开内容通过引用并入本文中。
用于激光系统的光学系统通常设计成能产生最高质量的激光束或者相当于具有最小光束参数乘积(BPP)的光束。BPP是激光束发散角(半角)和光束在其最窄点(即光束腰，最小光斑尺寸)的半径的乘积。即，BPP＝NA×D/2，其中D是聚焦点(光束腰)直径，NA是数值孔径；因此，可以通过改变NA和/或D来改变BPP。BPP量化了激光束的质量以及它能聚焦到小光斑的程度，并且通常以毫米-毫弧度(mm-mrad)为单位表示。高斯光束具有尽可能小的BPP，由激光的波长除以pi得到。在相同波长情况下，实际光束的BPP与理想高斯光束的BPP的比用M2表示，其是与波长无关的光束质量测量值。
在许多激光加工应用中，所需的光束形状、光斑尺寸、发散度和光束质量可以根据例如加工的类型和/或待加工的材料类型而变化。对于材料加工应用中的工业激光器尤其如此。例如，较小的BPP值，即较好的光束质量，在切割薄金属中是优选的，而较大的BPP(即，较差的光束质量)优选用于切割较厚的金属。为了改变传统激光系统中的BPP或光束形状，输出光学系统通常必须换成其他元件和/或重新对准，该过程耗时且昂贵，甚至可能意外损坏激光系统中脆弱的光学元件。因此，需要替代技术来改变激光系统的BPP和/或光束形状且不涉及对光纤输出处的激光束或光学系统的这种调整。
发明内容
根据本发明的实施例，激光系统产生的光束被引导到蜂窝芯光纤的一个或多个纤芯区中，以便改变光束形状和/或BPP。(这种光束是参照光纤的“输入光束”，且可以简单地为“光束”或参照最初产生光束的激光系统的“输出光束”。)在各种实施例中，光纤具有在各个纤芯区之间和周围延伸的芯间包层；在各种实施例中，可以将光束的全部或一部分引导到该芯间区域中，以便改变最终输出光束的BPP。光纤可以具有一个或多个外包层，将光束能量限制在纤芯区和/或芯间区域中。
可以对光束进行调制，使得当光束在纤芯区之间移动时，其仅被引导到各个纤芯区中而没有显著的发射。在其它实施例中，光束从纤芯区移动到纤芯区而无需在它们之间进行调制-即，无功率水平变化-(或者调制到不同的非零有限功率水平，或者高于或低于光束发射到纤芯区中的功率水平)，因此光束功率的多个部分可以耦合到芯间包层区中。在各种实施例中，当光束被引导到不同的纤芯区中时，可以以不同的功率水平对光束进行调制，使得不同量的光束功率耦合到不同的纤芯区。替代地或另外地，可以将光束引导向不同的纤芯区经过不同的时间，使得耦合到不同纤芯区的时间平均功率水平是不同的。纤芯区本身可以具有不同的横截面形状和/或尺寸，其至少部分地确定从光纤发射的光束的最终形状。在其他实施例中，一个或多个(或甚至所有)纤芯区具有基本相同的形状(例如，圆形)和/或尺寸，并且光束的最终形状至少部分地通过在不同的纤芯区之间的光束的转移和/或耦合到不同纤芯区的光束功率的量和/或耦合到芯间包层区的光束功率的量来确定。在各种实施例中，至少一部分光束功率可以耦合到一个或多个外包层中，至少经过一段时间，以改变输出光束的形状和/或BPP。
如本文所使用的，改变激光束的“形状”是指改变光束的形状和几何范围(例如，在光束与表面相交的一点处)。形状的变化可能伴随着光束尺寸、光束的角强度分布和BPP的变化，但仅仅光束BPP的变化不一定足以改变激光束形状，反之亦然。
这里，“光学元件”可以指透镜、反射镜、棱镜、光栅等的任何一种，其重定向、反射、弯曲或以任何其他方式光学地操纵电磁辐射。这里，光束发射器、发射器或激光发射器或激光器包括任何电磁束产生装置，例如半导体元件，其产生电磁束，但可以是或可以不是自谐振的。这些还包括光纤激光器、盘形激光器、非固态激光器等。通常，每个发射器包括后反射表面、至少一个光学增益介质和前反射表面。光学增益介质增加电磁辐射的增益，该增益不限于电磁光谱的任何特定部分，而是可以是可见光、红外光和/或紫外光。发射器可以包括或基本上由多个光束发射器组成，例如配置为发射多个光束的二极管条(diode bar)。在本文的实施例中接收的输入光束可以是使用本领域中已知的各种技术组合的单波长或多波长光束。此外，这里对“激光器”、“激光发射器”或“光束发射器”的引用不仅包括单二极管激光器，还包括二极管条、激光器阵列、二极管条阵列以及单个或阵列的垂直腔面发射激光器(VCSEL)。
与仅仅用光探测表面(例如，反射率测量)的光学技术形成对比，根据本发明的实施例产生的输出光束可用于加工工件，使得工件的表面被物理地改变和/或使得在表面上或表面内形成特征。根据本发明实施例的示例性工序包括切割、熔接、钻孔和焊接。本发明的各种实施例还可以在一个或多个点处或沿着一维线性或曲线加工路径加工工件，而不是用来自激光束的辐射充满全部或基本上全部工件表面。这种一维路径可以由多个段组成，每个段可以是线性的或曲线的。
可变形状和/或BPP的一个优点是针对不同类型的加工技术或正在加工的不同类型的材料改进了激光应用性能。本发明的实施例还可以利用2015年2月26日提交的美国专利申请序列号14/632,283、2015年6月23日提交的美国专利申请序列号14/747,073、2015年9月14日提交的美国专利申请序列号14/852,939、2016年6月21日提交的美国专利申请序列号15/188,076、2017年4月5日提交的美国专利申请序列号15/479,745和2017年7月14日提交的美国专利申请序列号15/649,841中描述的用于改变BPP和/或激光束形状的各种技术，其各自的全部公开内容通过引用并入本文。
本发明的实施例可以与波长光束组合(WBC)系统一起使用，所述系统包括多个发射器，例如使用色散元件组合以形成多波长光束的一个或多个二极管条。WBC系统中的每个发射器单独谐振，并且通过来自公共部分反射输出耦合器的波长特定反馈来稳定，该耦合器由色散元件沿着光束组合维度进行滤波。示例性的WBC系统在2000年2月4日提交的美国专利No.6,192,062、1998年9月8日提交的美国专利No.6,208,679、2011年8月25日提交的美国专利No.8,670,180和2011年3月7日提交的美国专利申请8,559,107中有详细说明，每个申请的全部公开内容通过引用并入本文中。WBC系统的多波长输出光束可以结合本发明的实施例用作输入光束，例如用于BPP和/或光束形状控制。
在一方面，本发明的实施例的特征在于激光系统，其包括、基本上由或由用于发射输入激光束的光束发射器、蜂窝芯光纤、用于接收输入激光束和朝向蜂窝芯光纤反射输入激光束的反射器、光学元件和控制器组成。蜂窝芯光纤具有输入端和与输入端相对的输出端。蜂窝芯光纤包括、基本上由或由多个纤芯区以及围绕纤芯区并在纤芯区之间延伸的芯间包层区组成。蜂窝芯光纤可包括围绕芯间包层区的外包层。纤芯区中的至少一个(或甚至每个)的折射率大于芯间包层区的折射率。光学元件接收来自反射器的输入激光束，并将输入激光束聚焦到(例如，撞击)蜂窝芯光纤的输入端。控制器控制蜂窝芯光纤的输入端和反射器和/或光学元件之间的相对运动，从而沿着一路径引导输入激光束穿过蜂窝芯光纤的输入端。该路径可包括一个或多个纤芯区，基本上由一个或多个纤芯区组成，或者由一个或多个纤芯区组成。该路径可包括至少一部分芯间包层区，基本上由至少一部分芯间包层区组成，或者由至少一部分芯间包层区组成。该路径可以包括一个或多个纤芯区以及至少一部分芯间包层区，基本上由一个或多个纤芯区以及至少一部分芯间包层区组成，或者由一个或多个纤芯区以及至少一部分芯间包层区组成。在蜂窝芯光纤的输出端发射的输出光束的光束形状和/或光束参数乘积至少部分决定于输入激光束的路径。
本发明的各实施例可以以各种组合中的任何一种包括以下特征中的一个或多个。控制器可以配置为沿着包括多个纤芯区的路径引导输入激光束。控制器可以配置为在沿着所述路径引导输入激光束时调制输入激光束的输出功率。例如，当引导输入激光束到不同的纤芯区和/或进入芯间包层区时，所述输入激光束的输出功率水平可以不同。控制器可以配置为沿着穿过(即，交叉)芯间包层区的路径部分减小输入激光束的输出功率，从而减少或基本上消除光束能量耦合到芯间包层区中。该路径可包括全部或部分芯间包层区，基本上由全部或部分芯间包层区组成，或者由全部或部分芯间包层区组成。耦合到芯间包层区的光束能量可以为输出光束提供非零背景能级。输出光束可以包括在蜂窝芯光纤的输出端的多个离散光束，基本上由在蜂窝芯光纤的输出端的多个离散光束组成，或由在蜂窝芯光纤的输出端的多个离散光束组成。多个离散光束可以在与蜂窝芯光纤的输出端间隔一段距离的位置处合并成更少的光束(例如，一个光束)。
蜂窝芯光纤的至少两个纤芯区的尺寸和/或形状可以不同。如果存在外包层，则芯间包层区的折射率可以大于或近似等于外包层的折射率。蜂窝芯光纤的输入端与反射器和/或光学元件之间的相对运动可包括反射器的旋转、光学元件的旋转、反射器的平移、光学元件的平移、蜂窝芯光纤的输入端的旋转和/或蜂窝芯光纤的输入端的平移组成，基本上由反射器的旋转、光学元件的旋转、反射器的平移、光学元件的平移、蜂窝芯光纤的输入端的旋转和/或蜂窝芯光纤的输入端的平移组成，或由反射器的旋转、光学元件的旋转、反射器的平移、光学元件的平移、蜂窝芯光纤的输入端的旋转和/或蜂窝芯光纤的输入端的平移组成。光学元件可包括、基本上由或由一个或多个透镜、一个或多个光栅(例如，衍射光栅)和/或一个或多个棱镜组成。所述系统可以包括一个或多个致动器，用于控制反射器、光学元件和/或蜂窝芯光纤的输入端的运动。输入端盖可以设置在蜂窝芯光纤的输入端上。输出端盖可以设置在蜂窝芯光纤的输出端上。
控制器可以配置用于反馈操作，以基于测量参数逐步调整在蜂窝芯光纤的输入端上引导激光束的路径。测量参数可以是待由激光束加工的工件的测量参数(例如，成分、厚度、表面特征的高度或深度、反射率等)和/或激光束(例如，接近蜂窝芯光纤的输出端的激光束)的测量参数。激光束的测量参数可以是，例如，作为面光束位置的函数的通量密度、光束形状、光束参数乘积、光束直径、光束强度，光束强度等。所述蜂窝芯光纤的至少两个纤芯区可具有不同的横截面形状。蜂窝芯光纤的每个纤芯区可以具有相同的横截面形状(且两个或更多个可以具有相同的尺寸或不同的尺寸)。蜂窝芯光纤的多个纤芯区可包括(i)中心纤芯区和(ii)围绕中心纤芯区设置的多个外纤芯区，基本上由或由(i)中心纤芯区和(ii)围绕中心纤芯区设置的多个外纤芯区组成。中心纤芯区的直径(或其他参数，例如宽度、边长等)可以大于外纤芯区的至少一个(或甚至全部)的直径。控制器可以配置为通过沿着穿过与芯间包层区相交的蜂窝芯光纤的输入端的路径引导输入激光束来增大激光束的光束参数乘积。
控制器可以配置成至少部分地基于靠近光纤输出端的工件的特征来确定光束形状和/或光束参数乘积，激光束耦合到光纤的输出端。工件的特征可以包括工件的厚度、工件的成分、工件的反射率和/或工件上的表面特征的高度或深度，基本上由或由工件的厚度、工件的成分、工件的反射率和/或工件上的表面特征的高度或深度组成。所述系统可以包括可由控制器访问的存储器，用于存储与在工件上定义的加工路径相对应的数据。加工路径可包括至少一个方向变化。加工路径可以由一个或多个线性段和/或一个或更多个曲线段组成。控制器可以配置为沿着加工路径改变光束的输出功率、光束形状和/或光束参数乘积。存储器可以至少部分地驻留在控制器中和/或至少部分地远程驻留(例如，网络存储、云存储等)。所述系统可以包括用于存储用于多种材料的加工数据的数据库。控制器可以配置为查询数据库以获得工件的一种或多种材料的加工数据，并且可以至少部分地通过获得的加工数据来确定光束的光束形状和/或光束参数乘积。
光束发射器可以包括一个或多个光束源、聚焦光学器件、色散元件以及部分反射输出耦合器，基本上由或者由一个或多个光束源、聚焦光学器件、色散元件以及部分反射输出耦合器组成，所述一个或多个光束源发射多个离散光束，所述聚焦光学器件用于将多个光束聚焦到色散元件上，所述色散元件用于接收和分散接收的聚焦光束，所述部分反射输出耦合器接收分散光束、通过其传输一部分分散光束作为输入激光束以及将分散光束的第二部分反射回色散元件。输入激光束可以由多个波长组成。每个离散光束可以具有不同的波长。分散光束的第二部分可以传播回所述一个或多个光束源，从而将光束稳定至它们的发射波长。聚焦光学器件可包括一个或多个柱面透镜、一个或多个球面透镜、一个或多个球面镜和/或一个或多个柱面镜，或者基本上由一个或多个柱面透镜、一个或多个球面透镜、一个或多个球面镜和/或一个或多个柱面镜组成。色散元件可包括一个或多个衍射光栅(例如，一个或多个透射光栅和/或一个或多个反射光栅)、一个或多个色散光纤和/或一个或多个棱镜，基本上由或由一个或多个衍射光栅(例如，一个或多个透射光栅和/或一个或多个反射光栅)、一个或多个色散光纤和/或一个或多个棱镜组成。
控制器可以配置为接收输出光束的期望光束参数，并且至少部分基于该参数确定穿过蜂窝芯光纤的输入端的路径。期望光束参数可以包括光束参数乘积和/或输出光束的光束形状，基本上由或由光束参数乘积和/或输出光束的光束形状组成。控制器可以配置为至少部分地基于靠近蜂窝芯光纤的输出端(例如，在输出端、在连接到输出端的激光头内，或在待加工工件表面上或附近)的感测的(例如，测量的)光束参数来确定穿过蜂窝芯光纤的输入端的路径。
在另一方面，本发明的实施例的特征在于一种改变激光束的光束形状和/或光束参数乘积的方法。提供了一种蜂窝芯光纤。蜂窝芯光纤具有输入端和与输入端相对的输出端。蜂窝芯光纤包括多个纤芯区以及围绕纤芯区并在纤芯区之间延伸的芯间包层区，基本上由或由多个纤芯区以及围绕纤芯区并在纤芯区之间延伸的芯间包层区组成。蜂窝芯光纤可包括围绕芯间包层区的外包层。纤芯区中的至少一个(或甚至每个)的折射率大于芯间包层区的折射率。输入激光束沿其上的路径被引导穿过蜂窝芯光纤的输入端。该路径可包括一个或多个纤芯区，基本上由一个或多个纤芯区组成，或者由一个或多个纤芯区组成。该路径可包括至少一部分芯间包层区，基本上由至少一部分芯间包层区组成，或者由至少一部分芯间包层区组成。该路径可以包括一个或多个纤芯区以及至少一部分芯间包层区，基本上由一个或多个纤芯区以及至少一部分芯间包层区组成，或者由一个或多个纤芯区以及至少一部分芯间包层区组成。在蜂窝芯光纤的输出端发射的输出光束的光束形状和/或光束参数乘积至少部分决定于输入激光束的路径。
本发明的各实施例可以以各种组合中的任何一种包括以下特征中的一个或多个。所述路径可以包括多个纤芯区，基本上由或由多个纤芯区组成。当输入激光束沿着所述路径被引导时，可以调制输入激光束的输出功率。例如，当引导输入激光束到不同的纤芯区和/或进入芯间包层区时，所述输入激光束的输出功率水平可以不同。输入激光束的输出功率可以沿着穿过(即，交叉)芯间包层区的路径的部分减小(例如，到零或接近零，或仅仅到更低的非零功率)，从而减少或基本上消除光束能量耦合到芯间包层区。该路径可包括全部或部分芯间包层区，基本上由全部或部分芯间包层区组成，或者由全部或部分芯间包层区组成。耦合到芯间包层区的光束能量可以为输出光束提供非零背景能级。输出光束可以包括在蜂窝芯光纤的输出端的多个离散光束，基本上由在蜂窝芯光纤的输出端的多个离散光束组成，或由在蜂窝芯光纤的输出端的多个离散光束组成。多个离散光束可以在与蜂窝芯光纤的输出端间隔一段距离的位置处合并成更少的光束(例如，一个光束)。
蜂窝芯光纤的至少两个纤芯区的尺寸和/或形状可以不同。如果存在外包层，则芯间包层区的折射率可以大于或近似等于外包层的折射率。输入端盖可以设置在蜂窝芯光纤的输入端上。输出端盖可以设置在蜂窝芯光纤的输出端上。靠近蜂窝芯光纤输出端设置的工件可以用输出光束进行加工。可以通过至少部分地基于工件的特征选择穿过蜂窝芯光纤的输入端的路径来确定输出激光束的光束参数乘积和/或光束形状。工件的特征可以包括工件的厚度、工件的成分、工件的反射率和/或工件上的表面特征的高度或深度，基本上由或由工件的厚度、工件的成分、工件的反射率和/或工件上的表面特征的高度或深度组成。穿过蜂窝芯光纤的输入端的路径可以与蜂窝芯光纤的芯间包层区相交。沿着所述路径引导输入激光束可以包括(i)用一个或多个反射器反射激光束和/或(ii)用一个或多个光学元件聚焦激光束，基本上由或由(i)用一个或多个反射器反射激光束和/或(ii)用一个或多个光学元件聚焦激光束组成。
输入激光束可以从光束发射器发射。光束发射器可以包括一个或多个光束源、聚焦光学器件、色散元件以及部分反射输出耦合器，基本上由或者由一个或多个光束源、聚焦光学器件、色散元件以及部分反射输出耦合器组成，所述一个或多个光束源发射多个离散光束，所述聚焦光学器件用于将多个光束聚焦到色散元件上，所述色散元件用于接收和分散接收的聚焦光束，所述部分反射输出耦合器接收分散光束、通过其传输一部分分散光束作为输入激光束以及将分散光束的第二部分反射回色散元件。输入激光束可以由多个波长组成。每个离散光束可以具有不同的波长。分散光束的第二部分可以传播回所述一个或多个光束源，从而将光束稳定至它们的发射波长。聚焦光学器件可包括一个或多个柱面透镜、一个或多个球面透镜、一个或多个球面镜和/或一个或多个柱面镜，或者基本上由一个或多个柱面透镜、一个或多个球面透镜、一个或多个球面镜和/或一个或多个柱面镜组成。色散元件可包括一个或多个衍射光栅(例如，一个或多个透射光栅和/或一个或多个反射光栅)、一个或多个色散光纤和/或一个或多个棱镜，基本上由或由一个或多个衍射光栅(例如，一个或多个透射光栅和/或一个或多个反射光栅)、一个或多个色散光纤和/或一个或多个棱镜组成。
可以接收输出光束的期望光束参数，并且可以至少部分地基于期望光束参数来选择穿过蜂窝芯光纤的输入端的路径。期望光束参数可以包括光束参数乘积和/或输出光束的光束形状，基本上由或由光束参数乘积和/或输出光束的光束形状组成。可以至少部分地基于靠近蜂窝芯光纤的输出端(例如，在输出端、在连接到输出端的激光头内，或在待加工工件的表面上或附近)的感测的(例如，测量的)光束参数来选择穿过蜂窝芯光纤的输入端的路径。
在又一方面，本发明的实施例的特征在于一种用激光束加工工件的方法。提供了一种蜂窝芯光纤。蜂窝芯光纤具有输入端和与输入端相对的输出端。蜂窝芯光纤包括多个纤芯区以及围绕纤芯区并在纤芯区之间延伸的芯间包层区，基本上由或由多个纤芯区以及围绕纤芯区并在纤芯区之间延伸的芯间包层区组成。蜂窝芯光纤可包括围绕芯间包层区的外包层。纤芯区中的至少一个(或甚至每个)的折射率大于芯间包层区的折射率。工件设置或定位在蜂窝芯光纤的输出端附近(例如，在光学上的下游)。基于工件的至少一个特征确定用于加工工件的光束参数积和/或光束形状。激光束指向(例如，撞击)蜂窝芯光纤的输入端。此后和/或在这期间，激光束沿着穿过蜂窝芯光纤输入端的路径被引导，以选择光束参数乘积和/或从蜂窝芯光纤输出端发射的激光束的光束形状。该路径可包括一个或多个纤芯区，基本上由一个或多个纤芯区组成，或者由一个或多个纤芯区组成。该路径可包括至少一部分芯间包层区，基本上由至少一部分芯间包层区组成，或者由至少一部分芯间包层区组成。该路径可以包括一个或多个纤芯区以及至少一部分芯间包层区，基本上由一个或多个纤芯区以及至少一部分芯间包层区组成，或者由一个或多个纤芯区以及至少一部分芯间包层区组成。用从蜂窝芯光纤的输出端发射的激光束加工工件。
本发明的各实施例可以以各种组合中的任何一种包括以下特征中的一个或多个。加工工件可以包括物理改变至少一部分和/或形成在工件表面上和/或内的特征，基本上由或者由物理改变至少一部分和/或形成在工件表面上和/或内的特征组成。加工工件可以包括切割、焊接、蚀刻、退火、钻孔、锡焊和/或钎焊，基本上由或由切割、焊接、蚀刻、退火、钻孔、锡焊和/或钎焊组成。工件的至少一个特征可以包括工件的厚度和/或工件的成分和/或工件的反射率，基本上由或由工件的厚度和/或工件的成分和/或工件的反射率组成。穿过蜂窝芯光纤的输入端的路径可以与蜂窝芯光纤的芯间包层区交叉，并且可以利用耦合到蜂窝芯包层区的光束能量(至少部分地)加工工件。沿着穿过蜂窝芯光纤的输入端的路径引导激光束可以包括(i)用一个或多个反射器反射激光束和/或(ii)用一个或多个光学元件聚焦激光束，基本上由或由(i)用一个或多个反射器反射激光束和/或(ii)用一个或多个光学元件聚焦激光束组成。可以在通过将激光束引导到穿过蜂窝芯光纤的输入端的第二路径上加工工件的同时和/或之后改变激光束的光束参数乘积和/或光束形状，该第二路径与穿过蜂窝芯光纤输入端的路径不同。该第二路径可包括一个或多个纤芯区，基本上由或由一个或多个纤芯区组成。该第二路径可以包括至少一部分芯间包层区，基本上由或由至少一部分芯间包层区组成。该第二路径可以包括一个或多个纤芯区和至少一部分芯间包层区，基本上由或由一个或多个纤芯区和至少一部分芯间包层区组成。该第二路径可包括与所述路径相同的纤芯区和/或芯间包层区(或其一部分)，基本上由或由与所述路径相同的纤芯区和/或芯间包层区(或其一部分)组成，并且光束在第二路径中与一个或多个纤芯区和/或芯间包层区相交的时间可以不同。当沿第二路径引导光束时可以加工与第一工件不同的第二工件。第二工件可具有至少一个与所述工件的特征不同的特征(例如，厚度、成分、反射率等)。
输入激光束可以从光束发射器发射。光束发射器可以包括一个或多个光束源、聚焦光学器件、色散元件以及部分反射输出耦合器，基本上由或者由一个或多个光束源、聚焦光学器件、色散元件以及部分反射输出耦合器组成，所述一个或多个光束源发射多个离散光束，所述聚焦光学器件用于将多个光束聚焦到色散元件上，所述色散元件用于接收和分散接收的聚焦光束，所述部分反射输出耦合器接收分散光束、通过其传输一部分分散光束作为输入激光束以及将分散光束的第二部分反射回色散元件。输入激光束可以由多个波长组成。每个离散光束可以具有不同的波长。分散光束的第二部分可以传播回所述一个或多个光束源，从而将光束稳定至它们的发射波长。聚焦光学器件可包括一个或多个柱面透镜、一个或多个球面透镜、一个或多个球面镜和/或一个或多个柱面镜，或者基本上由一个或多个柱面透镜、一个或多个球面透镜、一个或多个球面镜和/或一个或多个柱面镜组成。色散元件可包括一个或多个衍射光栅(例如，一个或多个透射光栅和/或一个或多个反射光栅)、一个或多个色散光纤和/或一个或多个棱镜，基本上由或由一个或多个衍射光栅(例如，一个或多个透射光栅和/或一个或多个反射光栅)、一个或多个色散光纤和/或一个或多个棱镜组成。
通过参考下文描述、附图和权利要求，本文公开的本发明的这些和其他目的以及优点和特征将变得更为显而易见。此外，应该理解的是，本文描述的各种实施例的特征不是相互排斥的，并且可以以各种组合和排列存在。如本文所用的，术语“基本上”表示±10％，在一些实施例中，表示±5％。除非本文另有定义，术语“基本上由……组成”表示排除有助于实现功能的其他材料。但是这些其他材料可以以痕量共同或单独存在。在本文中，除非另有说明，术语“辐射”和“光”可互换使用。在本文中，“下游”或“光学上的下游”用于指示光束在遇到第一元件之后所撞击的第二元件的相对位置，该第一元件是第二元件的“上游”或“光学上的上游”。在本文中，两个部件之间的“光学距离”是两个部件之间光束实际行进的距离；由于例如来自镜子的反射或者光从一个部件行进到另一个部件所经历的传播方向上的其他变化，光学距离可以等于但不一定等于两个部件之间的物理距离。
附图说明
在附图中，不同视图中相同的参考标记通常代表相同的部件。同样，附图并不是一定按照比例，而是在于重点说明本发明的原理。在接下来的说明书中，参考以下附图对本发明的各种实施例进行描述，其中：
图1A和1B是根据本发明的各种实施例的示例性蜂窝芯(cellular-core)光纤的横截面示意图；
图2是根据本发明的各种实施例的示例性蜂窝芯光纤的横截面示意图；
图3是根据本发明的各种实施例的采用蜂窝芯光纤的激光系统的示意图；
图4A是根据本发明的各种实施例的示例性蜂窝芯光纤的横截面示意图；
图4B描绘了根据本发明的各种实施例的可沿图4A的光纤面穿过的两种不同的输入光束路径；
图5描绘了根据本发明的各种实施例的用于沿图4B所示的路径之一行进的输入光束的输入和输出激光束的一系列时均光束形状；
图6描绘了根据本发明的各种实施例的用于沿图4B所示的路径之一行进的输入光束的输入和输出激光束的一系列时均光束形状；
图7是根据本发明的各种实施例的示例性蜂窝芯光纤的横截面示意图；
图8A和8B描绘了根据本发明的各种实施例的可沿图7的光纤面穿过的两种不同的输入光束路径；
图9描绘了根据本发明的各种实施例的用于沿图8A所示的路径行进的输入光束的输入和输出激光束的一系列时均光束形状；
图10描绘了根据本发明的各种实施例的用于沿图8B所示的路径行进的输入光束的输入和输出激光束的一系列时均光束形状；以及
图11是根据本发明的各种实施例的波长光束组合激光系统的示意图，该激光系统可用于为激光束传输系统提供输入光束。
具体实施方式
图1A和1B描绘了可用于根据本发明的各种实施例中的两种不同的示例性蜂窝芯纤维100、110。如图所示，每个蜂窝芯纤维具有多个不同的纤芯区120，每个纤芯区具有折射率(例如，折射率n0)。(尽管在该示例中将所有纤芯区120描述为具有相同的折射率，但是本发明的实施例包括其中一个或多个纤芯区120具有与其他纤芯区不同的折射率的实施方式；这些折射率通常大于芯间包层区和/或外包层的折射率。)虽然蜂窝芯纤维100、110被描绘为具有各种形状和数量的纤芯区120(例如，对于纤维100，其横截面基本为圆形；对于纤维110，其具有不同形状(例如，正方形、矩形、三角形、椭圆形、圆形等))，这些仅仅是示例性的，并且根据本发明实施例的蜂窝芯纤维可以具有两个或更多个纤芯区120，所述纤芯区120可以具有相同的尺寸和/或形状或不同的尺寸和/或形状。如本文所用的，“蜂窝芯纤维”或“蜂窝芯光纤”具有两个或更多个不同的纤芯区，所述纤芯区彼此间隔开并且至少部分地被折射率小于至少一个纤芯的折射率的芯间包层区包围。在各种实施例中，所述蜂窝芯光纤的纤芯区不同轴；虽然一个或多个纤芯区可以是环形的，但通常一个纤芯区不会包围所述蜂窝芯光纤中的其他纤芯区中的一个。
芯间包层区130设置在各个纤芯区120之间，并且所述芯间包层区130通常具有小于至少一个(在不同实施例中，所有)纤芯区120的折射率的折射率(例如，折射率n1)。所述蜂窝芯光纤100、110还可以具有包围纤芯区120和芯间包层130的外包层区140，并且所述外包层区140的折射率(例如，折射率n2)小于或近似等于芯间包层区130的折射率。在各种实施例中，一个或多个其他外包层区设置成部分或完全包围外包层区140，并且每个外包层区可以具有相同或不同的折射率。
在本发明的各种实施例中，通过在蜂窝芯光纤(例如，光纤100、光纤110或另一个蜂窝芯光纤)的不同纤芯区120之间快速操纵光束来改变输入光束的形状。不同形状的输入光束(即，在不同的纤芯区120之间)的移动从具有不同光束形状的光纤产生输出光束。在本发明的各种实施例中，可以通过将光束引导到蜂窝芯光纤110的不同形状的纤芯区中来改变输入光束的形状。输入光束被引导进入的纤芯区的形状有助于确定从光纤发射的输出光束的形状。在各种实施例中，被引导到芯间包层区130中的光束能量(例如，当光束在不同纤芯区120之间移动时)至少部分被限制在芯间包层区130中，尤其是在外包层区140的折射率n2小于芯间包层区130的折射率n1的实施例中。这种耦合到芯间包层区130中的光束功率通常会在输出处形成非零背景功率水平。该背景功率水平可以改变最终输出光束的BPP，这在输出光束的各种不同应用中可能是期望的(例如，材料加工，比如切割或焊接)。
图2描绘了根据本发明的各种实施例的另一示例性蜂窝芯光纤200。蜂窝芯光纤200为纤维束，其中多个分立的光纤210通过“芯间”或纤维间材料240捆扎在一起，每个分立的光纤210具有由包层区230围绕的至少一个纤芯区220，所述材料240可以包括至少部分对光透明的材料(例如，光通过光纤210传输)，或者所述材料240基本上由或由至少部分对光透明的材料(例如，光通过光纤210传输)组成。例如，纤维间材料240可以包括环氧树脂、玻璃、塑料等，或者基本上由或由环氧树脂、玻璃、塑料等组成。如图2所示，纤维束200可以至少部分地由套管250包围(例如，在其外周边)，套管250可包括例如玻璃和/或金属，或者基本上由或由例如玻璃和/或金属组成。在各种实施例中，纤维束200的各个单独的纤维210具有不同的尺寸和/或形状和/或数量的纤芯区220。在各种实施例中，避免了输入光束发射到纤维间材料240中，因为这种光束功率通常会丢失(即，不作为来自纤维束200的输出光束的一部分发射)并且甚至可能损坏光纤束200本身。示例性的纤维束和利用它们的系统还在于2017年11月9日提交的美国专利申请序列号15/807,795中有所描述，其全部公开内容通过引用结合到本文中。
在各种实施例中，一个或多个纤维200可以是阶梯包层光纤，如2017年4月5日提交的美国专利申请序列号15/479,745(“‘745申请”)中所详述的，其通过引用并入本文。如‘745申请中所述，阶梯包层光纤可包括中心纤芯、围绕中心纤芯的第一包层、围绕第一包层的环形纤芯和围绕环形纤芯的第二包层，或者基本上由或由中心纤芯、围绕中心纤芯的第一包层、围绕第一包层的环形纤芯和围绕环形纤芯的第二包层组成。第一包层的各种性质可以至少部分地基于耦合到第一包层中的功率来实现BPP变化。除了第一包层之外或取代第一包层，可以基于耦合到阶梯包层光纤的其他部分的功率来实现其他BPP和/或光束形状变化。如‘745申请中所述，阶梯包层光纤的第一包层的折射率(N2)具有在高折射率N1(例如，中心纤芯和/或环形纤芯的折射率)和低折射率N3(例如，第二包层的折射率)之间的值，使得中心纤芯的由sqrt(N1 2-N2 2)给出的数值孔径(NA)小于由sqrt(N1 2-N3 2)给出的环形纤芯的NA。虽然在各种实施例中，阶梯包层光纤的中心纤芯和环形纤芯彼此大致相等，但在各种实施例中，环形纤芯的折射率可以不同于(即，小于或大于)中心纤芯的折射率；然而，通常，环形纤芯的折射率仍然大于第一包层的折射率。在各种实施例中，如‘745申请中所公开的，环形纤芯可以具有与第一包层相同的折射率，即，环形纤芯合并到第一包层中。根据本发明实施例的阶梯包层光纤可以具有耦合到第一包层中的激光功率的基本上全部或全部。耦合到第一包层中的更多功率通常将导致更大的BPP。在各种实施例中，第一包层和中心纤芯的直径比大于1.2，例如，在1.2和3之间，或甚至在1.3和2之间。
根据本发明的各种实施例，光纤的各种纤芯、芯间包层和外包层可包括玻璃，或者基本上由或由玻璃组成，例如基本上纯的熔融石英和/或掺杂有氟、钛、锗和/或硼的熔融石英。本领域技术人员可以选择合适的材料在光纤的不同部分中实现所需的折射率，而无需过多的实验。
图3描绘了根据本发明实施例的利用蜂窝芯光纤的示例性激光系统300。如图所示，激光系统300包括蜂窝芯光纤305。激光束310被反射器315(例如，一个或多个反射镜)重定向并经由光学元件320耦合到光纤305中。光学元件320可包括例如一个或多个透镜(例如，圆柱形和/或球形透镜)，或者基本上由或由例如一个或多个透镜(例如，圆柱形和/或球形透镜)组成。如图所示，光纤305的一端或两端可以通过端盖325(例如，玻璃块)终止。一个或两个端盖325和/或纤维305(例如，在其中不存在一个或两个端盖325的实施例中)的一个或多个表面可涂覆有抗反射涂层。端盖325可具有例如至少5mm的长度。端盖325的长度可以是例如50mm或更小。
如本文详述的，蜂窝芯光纤305改变光束310的形状和/或BPP，并输出光束330至例如激光头335中。激光头335可包括例如当输出光束330用于任何不同应用(例如，切割、焊接等)的基体时使用的附加聚焦光学器件和/或定位器，或者基本上由或由例如当输出光束330用于任何不同应用(例如，切割、焊接等)的基体时使用的附加聚焦光学器件和/或定位器组成。激光束310可以是多波长光束，并且可以由WBC系统产生，如下所述；因此，在各种实施例中，输出光束330也是多波长光束。激光头335可以将输出光束引导到工件以进行加工。在其他实施例中，省略激光头335且输出光束直接从光纤305引导向工件。
在各种实施例中，反射器315的移动使光束310平移，使得光束被引导到蜂窝芯光纤305的一个或多个纤芯区(和/或芯间包层)中。例如，响应于一个或多个致动器345，反射器315可以沿路径340倾斜调整(例如，旋转)。附加地或替代地，反射器315可以在光束路径内平移，以将光束310引导到光纤305的不同区域中。在各种实施例中，系统可利用可变形反射器315来引导光束，如在于2015年2月26日提交的美国专利申请序列号14/632,283中所详述的，其全部公开内容通过引用并入本文。
光束310可以以例如大于大约10mm/s或甚至大于大约100mm/s的光束平移速度平移到纤芯区中的不同区域(和/或到芯间包层)。光束平移速度可以取决于例如致动器345的操作速度和/或光学元件320的焦距。如前所述，在光束310平移期间，可以调制光束的输出功率。例如，当光束穿过芯间包层区时，输出功率可以减小，或者甚至减小到接近或大约零功率，以便最小化到芯间包层区中的输入耦合(in-coupling)。在其他实施例中，当光束从一个或多个纤芯区平移到芯间包层中时，输出功率保持在大致相同的水平，以便将更多的光束功率输入耦合(in-couple)到芯间包层中。当光束被引导到光纤305的不同纤芯区中时，光束310的输出功率也可以改变(即，增大或减小)。另外或替代地，可以改变光束被引导到蜂窝芯光纤305的任何特定区域(例如，纤芯区和/或芯间包层区中的一个或多个)的时间量，使得耦合到这些区域中的时间平均功率水平是不同的。
在各种实施例中，致动器345是双轴致动器，其能够沿两个不同的轴(例如，垂直的x和y轴)倾斜和/或移动反射器315。在一个实施例中，镜子以θx和θy的角度转动，其将光纤305的输入表面上的光束310的焦点在x方向上平移θx×f的量和在y方向上平移θy×f的量，其中x方向和y方向垂直于光束传播方向，f为光学元件320的焦距。在本发明的其他实施例中，可以利用多个不同的致动器和/或多个不同的反射器来平移光束310，并且每个致动器和/或反射器可以控制沿单个轴或方向的平移。在各种实施例中，除了移动的反射器315之外或取代移动的反射器315，光学元件320可以平移，以便将光束310平移穿过光纤305的输入表面。在各种实施例中，除了反射器315和/或移动的光学元件320或取代反射器315和/或移动的光学元件320，光纤305的输入表面(例如，输入端盖325)本身可以平移，以便将光束310平移经过光纤305的输入表面。
根据本发明实施例的激光系统可以包括控制器350，控制器350控制激光束310在蜂窝芯光纤305的各个纤芯区和/或芯间包层之间的移动。例如，控制器可以控制反射器315和/或光学元件320的移动(例如，旋转和/或横向移动)(例如，经由一个或多个致动器345)，以便将激光束310引导到不同的纤芯区中和/或芯间包层中。除了控制反射器315和/或光学元件320之外或取代控制反射器315和/或光学元件320，控制器350还可以移动光纤104的输入端，以便将激光束310耦合到不同的纤芯区中和/或芯间包层中。控制器350还可以根据光束相对于光纤305的位置来调制光束310的输出功率，以便例如控制耦合到光纤305的各个区域中的光束功率的量。控制器350还可以改变蜂窝芯光纤305与反射器315和/或光学元件320之间的相对运动的速度，以便根据时间改变耦合到光纤305的各个区域中的功率量。
控制器350可以提供为软件、硬件或其某种组合。例如，该系统可以在一个或多个传统的服务器级计算机上实现，例如具有CPU板的PC，该CPU板包含一个或多个处理器，例如由加利福尼亚州圣克拉拉市的英特尔公司制造的Pentium或Celeron系列处理器，由伊利诺伊州绍姆堡的摩托罗拉公司制造的680x0和POWER PC系列处理器，和/或由加利福尼亚州桑尼维尔的Advanced Micro Devices公司制造的ATHLON系列处理器。处理器还可以包括主存储器单元，用于存储与上述方法有关的程序和/或数据。存储器可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和/或FLASH存储器，驻留在通常可用的硬件上，例如一个或多个专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、电气可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、可编程逻辑器件(PLD)或只读存储器器件(ROM)。在一些实施例中，可以使用外部RAM和/或ROM(诸如光盘、磁盘以及其他常用的存储设备)来提供程序。对于其中功能作为一个或多个软件程序提供的实施例，所述程序可以用许多高级语言中的任何一种来编写，例如FORTRAN、PASCAL、JAVA、C、C++、C#、BASIC、各种脚本语言和/或HTML。另外，软件可以用指向驻留在靶计算机上的微处理器的汇编语言来实现；例如，如果软件配置为在IBM PC或PC克隆上运行，则可以用Intel 80x86汇编语言实现。所述软件可以实施在制品上，包括但不限于软盘、闪存盘、硬盘、光盘、磁带、PROM、EPROM、EEPROM、现场可编程门阵列或CD-ROM。
控制器350可以基于工件处或激光头335处的光束特性(例如，光通量密度、光束直径、光束形状、BPP等)的期望值和光束特性与光束相对于光纤端面(例如，纤芯区和/或芯间包层中的一个或多个)的位置之间的已知关系来计算输入激光束相对于光纤端面的适当位置；和/或基于用户输入(例如，与光纤端面或其一部分(例如，芯或芯间包层的一个或多个)的重叠或位置的命令程度)来计算输入激光束相对于光纤端面的适当位置；和/或如下面更详细说明的那样，可以使用反馈，以便逐渐获得光束和光纤端面之间的最佳对准。例如，可以在工件附近使用光电探测器或其他光传感器来监视工件表面处的光束形状、光束直径、BPP和/或光通量密度(例如，光束本身的光束特性，或者通过来自工件表面的反射的测量)，并且控制器350可以利用测量值作为反馈来调节输入光束相对于光纤端部的定位，直到在工件处实现期望的光束特性。例如，可以将测量的光束特性迭代地与期望的光束特性(例如，一个输入的光束特性或由用户确定的光束特性，和/或由工件的一个或多个属性确定的光束特性和/或将利用激光器加工的类型确定的光束特性)进行比较，且控制器350可以通过例如最小化误差函数来减小或最小化它们之间的差异。在本发明的实施例中，除了光传感器之外或取代光传感器，可以使用其他传感器，例如，热传感器和/或测量光束在工件表面上的影响的传感器(例如，深度或轮廓传感器等)。
在各种实施例中，控制器350可以检测穿过各种蜂窝芯光纤的面上的各种路径产生的光束形状和/或BPP(或其他光束特性)，存储结果，并利用结果来确定一个或多个响应于期望的光束特性(例如光束形状或BPP)的更合适的路径。所述结果甚至可以用在机器学习模型中，所述机器学习模型可以用于预测由给定的蜂窝芯光纤上的激光束穿过的可能路径产生的一个或多个光束特性。在各种实施例中，可以利用物理/光学建模来预测由在各种不同的蜂窝芯光纤上穿过的各种路径产生的一个或多个光束特性(例如，光束形状和/或BPP)，并且控制器350可以至少部分地利用这样的结果来选择路径以实现所需的光束特性。
图4A为根据本发明实施例的示例性蜂窝芯光纤400的示意性横截面。如图所示，该示例性光纤400具有七个不同的纤芯区120，它们以彼此基本相等的距离间隔开，与纤芯间距410相对应。纤芯区120由芯间包层130包围，芯间包层130又由外包层或套管140包围。在下面提供的示例中，每个纤芯120的直径为100μm，芯间间距410为150μm，芯间包层130的直径为500μm，数值孔径为0.12，外包层140外直径为600μm，数值孔径为0.22。图4B描绘了用于说明本发明实施例的两个不同的示例性光束路径。第一个是在中心纤芯区120和与中心纤芯区120相邻并略微在其下方的两个纤芯区120之间的“箭头”路径420。第二路径是在外部六个纤芯区120之间的“环”路径430。
图5描绘了用于示例性实施例的输入和输出激光束的一系列模拟的时间平均光束形状，其中输入光束沿着图4B中所示的箭头路径420移动。在模拟图像中，激光器为4kW WBC激光器，如果耦合到传统的100μm光纤中，其BPP约为4mm-mrad。最左边的图像描绘了沿箭头路径420移动的输入光束，剩余的图像描绘了在光纤400的出射表面处以及在远离光纤出口的距离增加的情况下产生的输出光束。如图所示，随着激光束从一个纤芯区120移动到另一个纤芯区，激光功率随时间保持基本恒定；因此，其中一些激光功率耦合到芯间包层区130中。耦合到芯间包层区130中的该功率在剩余的图像中显而易见为非零背景输出功率水平。如图5所示，输出光束从光纤400射出，作为三个离散的光束，它们合并成超出光纤出口的单个成形光束。以这种方式，输入光束的形状和BPP都已经通过沿着路径420控制光束而改变，以形成所需的输出光束，其可以用于例如加工工件。例如，在图5中，光纤出口处光束的估计有效光斑尺寸直径约为450μm，光纤出口处光束的BPP约为18mm-mrad。
图6描绘了用于示例性实施例的输入和输出激光束的一系列模拟的时间平均光束形状，其中输入光束沿着图4B中所示的环形路径430移动。在模拟图像中，激光器为4kW WBC激光器，如果耦合到传统的100μm光纤中，其BPP约为4mm-mrad。最左边的图像描绘了沿环形路径430移动的输入光束，并且剩余的图像描绘了在光纤400的出射表面处以及在远离光纤出口的距离增加的情况下得到的输出光束。如图所示，在输入处对激光功率进行调制，以防止可感知的功率耦合到芯间包层区130中。也就是说，当激光束从一个纤芯区120行进到另一个纤芯区120时，随着激光束穿过芯间包层区130，激光束的输出功率减小到零。如图6所示，输出光束从光纤400射出，作为六个离散的光束，它们合并成超出光纤出口的单个成形光束。以这种方式，输入光束的形状和BPP都已经通过沿着路径430控制光束而改变，以形成所需的输出光束，其可以用于例如加工工件。例如，在图6中，光纤出口处光束的估计有效光斑尺寸直径约为365μm，光纤出口处光束的BPP约为14mm-mrad。
图7为根据本发明实施例的示例性蜂窝芯光纤700的示意性横截面。如图所示，光纤700具有八个不同的外纤芯区710，其包围具有较大直径的内(或中心)纤芯区720。纤芯区710、720由芯间包层130包围，芯间包层130又由外包层140包围。内纤芯区720的中心点与每个外纤芯区710的中心点隔开一间距730。在下面提供的示例中，每个外芯710具有100μm的直径，内芯720具有500μm的直径，从内芯的中心到任何外芯的间距730是350μm，且芯间包层130的外直径为900μm。图8A和8B描绘了用于说明本发明实施例的两个不同的示例性光束路径。图8A中所示的第一路径800是在中心纤芯区720和两个外纤芯区710之间行进的路径。如虚线所示，当光束穿过芯间包层区130时，激光功率最小化或基本上关闭。图8B中所示的第二路径810类似于图8A的路径800，除了当激光束位于中心纤芯720的中心处或附近时激光功率也减小或最小化。
图9描绘了用于示例性实施例的输入和输出激光束的一系列模拟的时间平均光束形状，其中输入光束沿着图8A中所示的路径800移动。在模拟图像中，激光器为4kW WBC激光器，如果耦合到传统的100μm光纤中，其BPP约为4mm-mrad。最左边的图像描绘了沿路径800移动的输入光束，并且剩余的图像描绘了在光纤700的出射表面处以及在远离光纤出口的距离增加的情况下得到的输出光束。如图所示，当输入光束耦合到两个外纤芯区710中时，相对于耦合到中心纤芯区720的功率水平，激光功率至少在时间平均的基础上是减小的(即，光束的输出功率和/或在外纤芯区710上花费的时间量可以小于当光束被引导到中心纤芯区720中时)。当输出光束从光纤出口射出时，它作为一个大的主光束射出，伴随着两个小的“导向光束”。这种导向光束在诸如用于预热待加工的区域和/或用于引导主光束的焊接应用中可能是有利的。如图所示，主光束在其中心处具有高输出功率，且输出功率朝向主光束的边缘减小。在图9中，光纤出口处光束的估计有效光斑尺寸直径约为490μm，光纤出口处光束的BPP约为20mm-mrad。
图10描绘了用于示例性实施例的输入和输出激光束的一系列模拟的时间平均光束形状，其中输入光束沿着图8B中所示的路径810移动。在模拟图像中，激光器为4kW WBC激光器，如果耦合到传统的100μm光纤中，其BPP约为4mm-mrad。最左边的图像描绘了沿路径810移动的输入光束，并且剩余的图像描绘了在光纤700的出射表面处以及在远离光纤出口的距离增加的情况下得到的输出光束。如图所示，当输入光束耦合到两个外纤芯区710中时，至少在时间平均的基础上激光功率减小。当输出光束从光纤出口射出时，它作为一个大的主光束射出，伴随着两个小的导向光束。如图所示，主光束的输出功率在光纤出口处并且直接在光纤出口之外是基本均匀的，即，主光束具有平顶光束形状，这对于诸如焊接，包层等许多应用可能是有利的。在图10中，光纤出口处光束的估计有效光斑尺寸直径约为495μm，光纤出口处光束的BPP约为20mm-mrad。
根据本发明的实施例，控制器350可以基于所需加工类型(例如，切割、焊接等)和/或待加工工件的一个或多个特征(例如，材料参数、厚度、材料类型等)和/或为输出光束绘制的所需加工路径控制输出光束的BPP和/或光束形状。这些加工和/或材料参数可以由用户从与控制器350相关联的存储器中的存储数据库中选择，或者可以经由输入设备(例如，触摸屏、键盘、指点设备(比如计算机鼠标)等)输入。一个或多个加工路径可以由用户提供并存储在与控制器350相关联的板载或远程存储器中。在工件和/或加工路径选择之后，控制器350查询数据库以获得相应的参数值。存储的值可以包括适于材料和/或材料上的一个或多个加工路径或加工位置的BPP和/或光束形状。
如在绘图和扫描领域中能充分理解的，光束和所需光束路径之间的必要相对运动可以通过例如使用可移动镜子使光束光学偏转，使用机架、导螺杆或其他装置使激光器物理移动来产生，和/或通过用于移动工件而不是(或者除了)光束的机械装置产生。在一些实施例中，控制器350可以从连接到合适的监测传感器的反馈单元接收关于光束相对于工件的位置和/或加工功效的反馈。响应于来自反馈单元的信号，控制器350可以通过例如将输入光束310移动到蜂窝芯光纤表面上的一个或多个不同位置来改变光束的路径、BPP和/或形状。本发明的实施例还可以结合到2015年3月5日提交的美国专利申请序列号14/639,401、2016年9月9日提交的美国专利申请序列号15/261,096以及2017年7月14日提交的美国专利申请序列号15/649,841中公开的装置和技术的各实施例中，每个申请的全部公开内容通过引用并入本文。
另外，激光系统可以包括用于检测工件厚度和/或其上特征的高度的一个或多个系统。例如，激光系统可以包括用于工件的干涉深度测量的系统(或其部件)，如2015年4月1日提交的美国专利申请序列号14/676,070中详细描述的，其全部公开内容通过引用并入本文。控制器可以，例如根据数据库中对应于正在加工的材料类型的记录，利用这样的深度或厚度信息来控制输出光束BPP和/或形状，以优化工件的加工(例如，切割或焊接)。
根据本发明的实施例并在本文中详细描述的激光系统和激光传输系统可以用在WBC激光系统中和/或与WBC激光系统一起使用。具体地，在本发明的各种实施例中，WBC激光系统的多波长输出光束可以用作激光束传输系统的输入光束，如本文详述的，用于改变BPP和/或光束形状。图11描绘了利用一个或多个激光器1105的示例性WBC激光系统1100。在图11的示例中，激光器1105的特征在于具有二极管条，该二极管条具有发射光束1110的四个光束发射器(参见放大的输入正视图1115)，但是本发明的各实施例可以利用发射任意数量单独光束的二极管条，或者利用二维阵列或堆叠的二极管或二极管条。在视图1115中，每个光束1110由线表示，其中该线的长度或较长空间维度表示光束的慢发散空间维度，而高度或较短空间维度表示快发散空间维度。准直光学器件1120可用于沿快空间维度准直每个光束1110。可以使用变换光学器件1125沿WBC方向1130组合每个光束1110，该变换光学器件1125可包括一个或多个柱面透镜或球面透镜和/或一个或多个柱面镜或球面镜，基本上由或由一个或多个柱面透镜或球面透镜和/或一个或多个柱面镜或球面镜组成。然后，变换光学器件1125将组合光束重叠到色散元件1135上(色散元件1135可以包括例如反射或透射衍射光栅、色散棱镜、棱栅(棱镜/光栅)、透射光栅或Echelle光栅，基本上由或者由例如反射或透射衍射光栅、色散棱镜、棱栅(棱镜/光栅)、透射光栅或Echelle光栅组成)，再然后，组合光束以单个输出轮廓被传输到输出耦合器1140上。然后，如输出前视图1150所示，输出耦合器1140发送组合光束1145。输出耦合器1140通常是部分反射的，并且在该外腔系统1100中用作所有激光元件的公共前端面。外腔是激光系统，在这里次级镜在远离每个激光发射器的发射孔或端面的位置处移位。在一些实施例中，附加光学器件放置在发射孔或端面与输出耦合器或部分反射表面之间。因此输出光束1145是多波长光束(组合了各个光束1110的波长)，并且可以用作本文详述的激光束传输系统中的输入光束和/或可以耦合到光纤中。
本文使用的术语和表达用作描述性的术语而非限制，并且在使用这些术语和表达时，无意排除所示出和所描述的特征或其一部分的任何等同体，而是承认可以在所要求保护的本发明的范围内进行各种修改。

Claims (60)

1.一种激光系统，包括：
光束发射器，用于发射输入激光束；
蜂窝芯光纤，其具有输入端和与输入端相对的输出端，该蜂窝芯光纤包括(i)多个纤芯区，(ii)包围纤芯区并在纤芯区之间延伸的芯间包层区，以及(iii)包围芯间包层区的外包层，其中每个纤芯区的折射率大于芯间包层区的折射率；
反射器，用于接收输入激光束并将输入激光束朝蜂窝芯光纤反射；
光学元件，用于接收来自反射器的输入激光束，并将输入激光束聚焦到蜂窝芯光纤的输入端；以及
控制器，用于控制蜂窝芯光纤的输入端与反射器或光学元件中至少一个之间的相对运动，从而沿着一路径引导输入激光束穿过蜂窝芯光纤的输入端，该路径包括一个或多个纤芯区，借此通过输入激光束的路径至少部分确定在蜂窝芯光纤的输出端发射的输出光束的光束形状或光束参数乘积中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器配置为沿着包括多个纤芯区的路径引导输入激光束。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器配置为当沿着所述路径引导输入激光束时调制输入激光束的输出功率，借此当输入激光束被引导到不同的纤芯区中时，输入激光束的输出功率水平不同。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器配置为沿着穿过芯间包层区的路径部分减小输入激光束的输出功率，从而减少或基本上消除光束能量耦合到芯间包层区中。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述路径包括所述芯间包层区的一部分，其中耦合到所述芯间包层区中的光束能量为输出光束提供非零背景能级。
6.根据权利要求2所述的系统，其中所述输出光束包括在蜂窝芯光纤的输出端的多个离散光束。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述蜂窝芯光纤的至少两个纤芯区的尺寸和/或形状不同。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述芯间包层区的折射率大于所述外包层的折射率。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述芯间包层区的折射率大约等于所述外包层的折射率。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述蜂窝芯光纤的输入端与反射器或光学元件中至少一个之间的相对运动包括反射器的旋转或光学元件的横向平移中的至少一个。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述光学元件包括一个或多个透镜和/或一个或多个棱镜。
12.根据权利要求1所述的系统，还包括一个或多个致动器，用于控制反射器、光学元件或蜂窝芯光纤的输入端中的至少一个的运动。
13.根据权利要求1所述的系统，还包括设置在蜂窝芯光纤的输入端上的输入端盖。
14.根据权利要求1所述的系统，还包括设置在蜂窝芯光纤的输出端上的输出端盖。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器可以配置用于反馈操作，以基于测量参数逐步调整在蜂窝芯光纤的输入端上引导激光束的路径。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述测量参数是待由激光束加工的工件的测量参数。
17.根据权利要求15所述的系统，其中所述测量参数是激光束的测量参数。
18.根据权利要求1所述的系统，其中所述蜂窝芯光纤的至少两个纤芯区具有不同的横截面形状。
19.根据权利要求1所述的系统，其中所述蜂窝芯光纤的每个纤芯区具有相同的横截面形状。
20.根据权利要求1所述的系统，其中所述蜂窝芯光纤的多个纤芯区包括(i)中心纤芯区和(ii)围绕中心纤芯区设置的多个外纤芯区。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述中心纤芯区的直径大于至少一个外纤芯区的直径。
22.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器配置为通过沿着一路径引导输入激光束穿过与芯间包层区相交的蜂窝芯光纤的输入端来增大激光束的光束参数乘积。
23.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器配置为至少部分地基于靠近激光束耦合到的光纤输出端的工件的特征来确定光束形状和/或光束参数乘积中的至少一个。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述工件的特征包括工件的厚度或工件的成分中的至少一个。
25.根据权利要求23所述的系统，还包括：(i)存储器，其可由控制器访问，用于存储对应于在工件上定义的加工路径的数据；和(ii)用于存储多种材料的加工数据的数据库，其中所述控制器配置为查询数据库以获得工件的一种或多种材料的加工数据，所述光束的光束形状或光束参数乘积中的至少一个至少部分由所获得的加工数据确定。
26.根据权利要求1所述的系统，其中所述光束发射器包括：
发射多个离散光束的一个或多个光束源；
聚焦光学器件，用于将多个光束聚焦到色散元件上；
色散元件，用于接收和分散所接收的聚焦光束；以及
部分反射输出耦合器，其定位成接收分散光束，通过其传输一部分分散光束作为输入激光束以及将分散光束的第二部分反射回色散元件，
其中输入激光束由多个波长组成。
27.根据权利要求26所述的系统，其中所述色散元件包括衍射光栅。
28.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器配置为接收输出光束的期望光束参数，并且至少部分基于该参数确定穿过所述蜂窝芯光纤的输入端的路径。
29.根据权利要求28所述的系统，其中所述期望光束参数包括输出光束的光束参数乘积或光束形状中的至少一个。
30.根据权利要求28所述的系统，其中所述控制器配置为至少部分基于靠近所述蜂窝芯光纤的输出端的感测光束参数来确定穿过所述蜂窝芯光纤的输入端的路径。
31.一种改变激光束的光束形状或光束参数乘积中的至少一个的方法，该方法包括：
提供蜂窝芯光纤，其具有输入端和与输入端相对的输出端，该蜂窝芯光纤包括(i)多个纤芯区，(ii)包围纤芯区并在纤芯区之间延伸的芯间包层区，以及(iii)包围芯间包层区的外包层，其中每个纤芯区的折射率大于芯间包层区的折射率；以及
沿着一路径引导输入激光束穿过蜂窝芯光纤的输入端，该路径包括一个或多个纤芯区，借此在蜂窝芯光纤的输出端发射的输出光束的光束形状或光束参数乘积中的至少一个至少部分地由输入激光束的路径确定。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述路径包括多个纤芯区。
33.根据权利要求32所述的方法，还包括当沿着所述路径引导输入激光束时调制输入激光束的输出功率，借此当输入激光束被引导到不同的纤芯区中时，输入激光束的输出功率水平不同。
34.根据权利要求32所述的方法，还包括沿着穿过芯间包层区的路径部分减小输入激光束的输出功率，从而减少或基本上消除光束能量耦合到芯间包层区中。
35.根据权利要求32所述的方法，其中所述路径包括所述芯间包层区的一部分，其中耦合到所述芯间包层区中的光束能量为输出光束提供非零背景能级。
36.根据权利要求32所述的方法，其中所述输出光束包括在蜂窝芯光纤的输出端的多个离散光束。
37.根据权利要求31所述的方法，其中所述蜂窝芯光纤的至少两个纤芯区的尺寸和/或形状不同。
38.根据权利要求31所述的方法，其中所述芯间包层区的折射率大于所述外包层的折射率。
39.根据权利要求31所述的方法，其中所述芯间包层区的折射率大约等于所述外包层的折射率。
40.根据权利要求31所述的方法，其中所述蜂窝芯光纤包括设置在输入端上的输入端盖。
41.根据权利要求31所述的方法，其中所述蜂窝芯光纤包括设置在输出端上的输出端盖。
42.根据权利要求31所述的方法，还包括利用输出光束加工靠近蜂窝芯光纤输出端放置的工件。
43.根据权利要求42所述的方法，其中通过至少部分基于工件的特征选择穿过蜂窝芯光纤的输入端的路径来确定输出激光束的光束参数乘积和/或光束形状中的至少一个。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述工件的特征包括工件的厚度或工件的成分中的至少一个。
45.根据权利要求31所述的方法，其中穿过蜂窝芯光纤的输入端的路径与蜂窝芯光纤的芯间包层区相交。
46.根据权利要求31所述的方法，其中沿着所述路径引导输入激光束包括以下中的至少一个：(i)用一个或多个反射器反射所述激光束，或(ii)用一个或多个光学元件聚焦激光束。
47.根据权利要求31所述的方法，还包括从光束发射器发射输入激光束，该光束发射器包括：
发射多个离散光束的一个或多个光束源；
聚焦光学器件，用于将多个光束聚焦到色散元件上；
色散元件，用于接收和分散所接收的聚焦光束；以及
部分反射输出耦合器，其定位成接收分散光束，通过其传输一部分分散光束作为输入激光束以及将分散光束的第二部分反射回色散元件，
其中输入激光束由多个波长组成。
48.根据权利要求47所述的方法，其中所述色散元件包括衍射光栅。
49.根据权利要求31所述的方法，还包括：(i)接收输出光束的期望光束参数，以及(ii)至少部分基于所述期望光束参数选择穿过所述蜂窝芯光纤的输入端的路径。
50.根据权利要求49所述的方法，其中所述期望光束参数包括输出光束的光束参数乘积或光束形状中的至少一个。
51.根据权利要求49所述的方法，其中至少部分基于靠近所述蜂窝芯光纤的输出端的感测光束参数来确定穿过所述蜂窝芯光纤的输入端的路径。
52.一种用激光束加工工件的方法，该方法包括：
提供蜂窝芯光纤，其具有输入端和与输入端相对的输出端，该蜂窝芯光纤包括(i)多个纤芯区，(ii)包围纤芯区并在纤芯区之间延伸的芯间包层区，以及(iii)包围芯间包层区的外包层，其中每个纤芯区的折射率大于芯间包层区的折射率；
靠近蜂窝芯光纤的输出端放置工件；
基于工件的至少一个特征确定用于加工工件的光束参数乘积或光束形状中的至少一个；
朝蜂窝芯光纤的输入端引导激光束；
其间，沿着一路径引导激光束穿过蜂窝芯光纤输入端，以选择从蜂窝芯光纤的输出端发射的激光束的光束参数乘积或光束形状中的至少一个，该路径包括一个或多个纤芯区；以及
用从蜂窝芯光纤的输出端发射的激光束加工工件。
53.根据权利要求52所述的方法，其中加工工件包括物理改变工件表面的至少一部分。
54.根据权利要求52所述的方法，其中加工工件包括切割、焊接、蚀刻、退火、钻孔、锡焊或钎焊中的至少一种。
55.根据权利要求52所述的方法，其中工件的至少一个特征包括工件的厚度和/或工件的成分。
56.根据权利要求52所述的方法，其中穿过蜂窝芯光纤的输入端的路径与蜂窝芯光纤的芯间包层区相交，使用耦合到蜂窝芯包层区的光束能量加工工件。
57.根据权利要求52所述的方法，其中沿着所述路径引导激光束穿过蜂窝芯光纤的输入端包括(i)用一个或多个反射器反射激光束或(ii)用一个或多个光学元件聚焦激光束中的至少一个。
58.根据权利要求52所述的方法，还包括：在加工工件时，通过将激光束引导到穿过蜂窝芯光纤输入端的第二路径上来改变激光束的光束参数乘积或光束形状中的至少一个，所述第二路径与穿过蜂窝芯光纤输入端的所述路径不同。
59.根据权利要求52所述的方法，还包括从光束发射器发射激光束，所述光束发射器包括：发射多个离散光束的一个或多个光束源；
聚焦光学器件，用于将多个光束聚焦到色散元件上；
色散元件，用于接收和分散所接收的聚焦光束；以及
部分反射输出耦合器，其定位成接收分散光束，通过其传输一部分分散光束作为激光束以及将分散光束的第二部分反射回色散元件，
其中所述激光束由多个波长组成。
60.根据权利要求59所述的方法，其中所述色散元件包括衍射光栅。
CN201880008677.6A 2017-01-26 2018-01-25 利用蜂窝芯光纤进行光束整形的激光系统 Active CN110226269B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762450793P 2017-01-26 2017-01-26
US62/450,793 2017-01-26
PCT/US2018/015128 WO2018140543A1 (en) 2017-01-26 2018-01-25 Laser systems utilizing cellular-core optical fibers for beam shaping

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110226269A true CN110226269A (zh) 2019-09-10
CN110226269B CN110226269B (zh) 2022-06-24

Family

ID=62906080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880008677.6A Active CN110226269B (zh) 2017-01-26 2018-01-25 利用蜂窝芯光纤进行光束整形的激光系统

Country Status (5)

Country Link
US (5) US10401562B2 (zh)
JP (1) JP7123061B2 (zh)
CN (1) CN110226269B (zh)
DE (1) DE112018000545T5 (zh)
WO (1) WO2018140543A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115166894A (zh) * 2022-06-30 2022-10-11 北京邮电大学 一种多芯光纤
CN116068775A (zh) * 2023-01-31 2023-05-05 西安交通大学 一种多波长异形光束的整形装置及方法
CN116068775B (zh) * 2023-01-31 2024-04-26 西安交通大学 一种多波长异形光束的整形装置及方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10914902B2 (en) * 2014-02-26 2021-02-09 TeraDiode, Inc. Methods for altering properties of a radiation beam
CN109997285A (zh) 2016-12-02 2019-07-09 特拉迪欧德公司 利用用于功率输送和光束切换的光纤束的激光系统
WO2018140543A1 (en) 2017-01-26 2018-08-02 TeraDiode, Inc. Laser systems utilizing cellular-core optical fibers for beam shaping
CN112969943B (zh) * 2018-11-12 2023-02-28 松下知识产权经营株式会社 用于光束成形的光学纤维结构和方法
JP7186071B2 (ja) * 2018-11-22 2022-12-08 株式会社アマダ レーザ発振器及びレーザ加工機
WO2020198553A1 (en) * 2019-03-28 2020-10-01 Panasonic intellectual property Management co., Ltd Material processing utilizing high-frequency beam shaping
WO2021070241A1 (ja) * 2019-10-08 2021-04-15 日本電信電話株式会社 コア位置把握方法、接続方法、及び接続装置
US20220009036A1 (en) * 2020-07-07 2022-01-13 Panasonic Intellectual Property Management Co. Ltd Laser systems and techniques for workpiece processing utilizing optical fibers and multiple beams
DE102020128186A1 (de) 2020-10-27 2022-04-28 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zum Laserschneiden mittels eines in einer Multikernfaser geführten Laserstrahls sowie zugehöriges Computerprogrammprodukt

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004188457A (ja) * 2002-12-11 2004-07-08 Hitachi Zosen Corp ビーム成形方法及び装置
CN101218719A (zh) * 2005-07-13 2008-07-09 古河电气工业株式会社 光照射装置以及熔敷方法
CN103153522A (zh) * 2011-07-28 2013-06-12 三菱电机株式会社 激光加工装置及激光加工控制装置
US20140308005A1 (en) * 2013-04-15 2014-10-16 Korea Institute Of Science And Technology Optical element using multicore optical fiber grating and method for processing optical signal using the same
CN104136952A (zh) * 2011-12-09 2014-11-05 Jds尤尼弗思公司 改变激光束的光束参数积
US20150378184A1 (en) * 2014-02-26 2015-12-31 Parviz Tayebati Systems and methods for laser systems with variable beam parameter product utilizing thermo-optic effects
WO2016044149A1 (en) * 2014-09-17 2016-03-24 TeraDiode, Inc. Systems and methods for laser systems with variable beam parameter product utilizing thermo-optic effects
CN106255906A (zh) * 2013-12-15 2016-12-21 信息技术有限公司 微结构化的多核心光纤（mmof）、装置以及用于微结构化的多核心光纤的核心的独立处理的装置的制造方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6192062B1 (en) 1998-09-08 2001-02-20 Massachusetts Institute Of Technology Beam combining of diode laser array elements for high brightness and power
US6208679B1 (en) 1998-09-08 2001-03-27 Massachusetts Institute Of Technology High-power multi-wavelength external cavity laser
EP1802809A2 (en) * 2004-10-20 2007-07-04 Lanxess Corporation Temporary wet strength agents and products made from such agents
JP5981855B2 (ja) * 2010-03-05 2016-08-31 テラダイオード， インコーポレーテッド 波長ビーム結合システムおよび方法
JP5832455B2 (ja) * 2010-03-05 2015-12-16 テラダイオード， インコーポレーテッド 選択的再配置および回転波長ビーム結合システムならびに方法
US8670180B2 (en) 2010-03-05 2014-03-11 TeraDiode, Inc. Wavelength beam combining laser with multiple outputs
DE102010003750A1 (de) * 2010-04-08 2011-10-13 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren und Anordnung zum Verändern der Strahlprofilcharakteristik eines Laserstrahls mittels einer Mehrfachclad-Faser
US9952209B2 (en) 2013-07-01 2018-04-24 The University Of Memphis Research Foundation Iron oxide-gold core-shell nanoparticles and uses thereof
JP2015106707A (ja) * 2013-11-29 2015-06-08 テラダイオード， インコーポレーテッド 高パワーｗｂｃシステムの安定化
JP6349410B2 (ja) * 2014-02-26 2018-06-27 ビエン チャン， 可変ビームパラメータ積を有するマルチビームレーザ配列のためのシステムおよび方法
US9435964B2 (en) * 2014-02-26 2016-09-06 TeraDiode, Inc. Systems and methods for laser systems with variable beam parameter product
JP6249528B2 (ja) 2014-07-04 2017-12-20 アルプス電気株式会社 回転コネクタ
JP5931141B2 (ja) * 2014-08-26 2016-06-08 ファナック株式会社 ファイバコアを切り替え可能なレーザ加工装置
CN108780189B (zh) * 2016-04-06 2021-11-19 特拉迪欧德公司 用于改变激光束轮廓的光纤结构和方法
WO2018140543A1 (en) 2017-01-26 2018-08-02 TeraDiode, Inc. Laser systems utilizing cellular-core optical fibers for beam shaping
US10825828B2 (en) 2018-10-11 2020-11-03 Micron Technology, Inc. Semiconductor devices and systems with channel openings or pillars extending through a tier stack, and methods of formation

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004188457A (ja) * 2002-12-11 2004-07-08 Hitachi Zosen Corp ビーム成形方法及び装置
CN101218719A (zh) * 2005-07-13 2008-07-09 古河电气工业株式会社 光照射装置以及熔敷方法
CN103153522A (zh) * 2011-07-28 2013-06-12 三菱电机株式会社 激光加工装置及激光加工控制装置
CN104136952A (zh) * 2011-12-09 2014-11-05 Jds尤尼弗思公司 改变激光束的光束参数积
US20140308005A1 (en) * 2013-04-15 2014-10-16 Korea Institute Of Science And Technology Optical element using multicore optical fiber grating and method for processing optical signal using the same
CN106255906A (zh) * 2013-12-15 2016-12-21 信息技术有限公司 微结构化的多核心光纤（mmof）、装置以及用于微结构化的多核心光纤的核心的独立处理的装置的制造方法
US20150378184A1 (en) * 2014-02-26 2015-12-31 Parviz Tayebati Systems and methods for laser systems with variable beam parameter product utilizing thermo-optic effects
WO2016044149A1 (en) * 2014-09-17 2016-03-24 TeraDiode, Inc. Systems and methods for laser systems with variable beam parameter product utilizing thermo-optic effects

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115166894A (zh) * 2022-06-30 2022-10-11 北京邮电大学 一种多芯光纤
CN115166894B (zh) * 2022-06-30 2023-09-05 北京邮电大学 一种多芯光纤
CN116068775A (zh) * 2023-01-31 2023-05-05 西安交通大学 一种多波长异形光束的整形装置及方法
CN116068775B (zh) * 2023-01-31 2024-04-26 西安交通大学 一种多波长异形光束的整形装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11262497B2 (en) 2022-03-01
US10852471B2 (en) 2020-12-01
US20200018894A1 (en) 2020-01-16
US20180210144A1 (en) 2018-07-26
US20230296827A1 (en) 2023-09-21
JP2020505776A (ja) 2020-02-20
WO2018140543A1 (en) 2018-08-02
DE112018000545T5 (de) 2019-10-02
JP7123061B2 (ja) 2022-08-22
US20210132288A1 (en) 2021-05-06
CN110226269B (zh) 2022-06-24
US10401562B2 (en) 2019-09-03
US11698482B2 (en) 2023-07-11
US20220214495A1 (en) 2022-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110226269A (zh) 利用蜂窝芯光纤进行光束整形的激光系统
US11855408B2 (en) Laser systems utilizing fiber bundles for power delivery and beam switching
JP7066807B2 (ja) 可変レーザビームプロファイルのための光ファイバ構造および方法
US11435538B2 (en) Optical fiber structures and methods for beam shaping
US20230291166A1 (en) Lens arrangements for varying numerical aperture in laser delivery systems

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230704

Address after: new jersey

Patentee after: PANASONIC CORPORATION OF NORTH AMERICA

Address before: Massachusetts

Patentee before: TERADIODE, Inc.

TR01 Transfer of patent right