CN114222944A - 用于增材制造或其他工业激光处理应用的在功能上被均匀化的强度分布 - Google Patents

用于增材制造或其他工业激光处理应用的在功能上被均匀化的强度分布 Download PDF

Info

Publication number
CN114222944A
CN114222944A CN202080053655.9A CN202080053655A CN114222944A CN 114222944 A CN114222944 A CN 114222944A CN 202080053655 A CN202080053655 A CN 202080053655A CN 114222944 A CN114222944 A CN 114222944A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mode
optical fiber
core
modes
intensity distribution
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.)
Pending
Application number
CN202080053655.9A
Other languages
English (en)
Inventor
J·卢戈
A·W·布朗
J·斯莫
R·J·马丁森
D·A·V·克莱尔
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.)
NLight Inc
Original Assignee
NLight 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 NLight Inc filed Critical NLight Inc
Publication of CN114222944A publication Critical patent/CN114222944A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/41—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • B22F12/43—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam pulsed; frequency modulated
    • 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
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • B23K26/0734—Shaping the laser spot into an annular shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0927—Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0944—Diffractive optical elements, e.g. gratings, holograms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0994—Fibers, light pipes
    • 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
    • G02B6/268—Optical coupling means for modal dispersion control, e.g. concatenation of light guides having different modal dispersion properties
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)

Abstract

本发明公开了用于产生具有在功能上被均匀化的强度分布的激光输出光束的技术。根据一些实施方案，通过将低模式源光束施加到多模式约束芯来激励在多模式约束芯中的少量模式的群体，使得该群体表现出不稳定的强度分布。通过提供多模式约束芯中的相位位移的调制和进入多模式约束芯中的低模式源光束的发射条件的变化中的一者或两者，不稳定的强度分布在功能上被均匀化。

Description

用于增材制造或其他工业激光处理应用的在功能上被均匀化 的强度分布
相关申请
本申请要求以下申请的优先权权益：2019年6月24日提交的美国临时专利申请号62/865,902；以及2019年8月2日提交的美国临时专利申请号62/882,442。这两个相关申请的全文在此以引用方式并入。
技术领域
本公开的领域总体涉及用于递送光束以用于增材制造中的光纤激光器和光纤耦合激光器系统，并且尤其涉及用于粉末床熔融应用的改善的环状激光束轮廓。
背景技术
存在能够处理金属工件的若干类型的增材制造。两种这样类别的增材制造包括粉末床熔融和直接能量沉积(DED)。
粉末床熔融是需要使用由光束或电子束提供的热能熔融粉末的一种类型的增材制造。目前，存在采用光束的两种主要类型的粉末床熔融。
第一种类型的粉末床熔融被称为选择性激光烧结(SLS)。在SLS中，激光束烧结粉末材料，诸如塑料、尼龙和陶瓷。直接金属激光烧结(DMLS)是类似的技术，其中粉末是金属。
第二种类型的粉末床熔融被称为选择性激光熔化(SLM)。在SLM工艺中，激光在粉末床中形成熔池。熔池快速地冷却和凝固以形成零件。
DED包括激光工程化净成形(LENS)和电子束增材制造(EBAM)。代替烧结或熔化粉末层，同时地沉积并且用热能固化原料。
已经进行一些尝试来表征环状强度分布在增材制造中的使用。例如，在Wischeropp等人在2015年的名称为“Simulation of the effect of different laserbeam intensity profiles on heat distribution in selective laser melting(不同的激光束强度轮廓对选择性激光熔化的热分布的影响的模拟)”的论文中，描述了用于定性地模拟在固体TiAl6V4块顶部的TiAl6V4粉末熔化的热分布的2D-FEM模型。在不同的扫描速度和激光功率下针对三种不同的激光束强度轮廓模拟了单道熔化期间的热分布。论文中宣称的结果指出，与高斯形激光束强度轮廓相比，当采用环形激光束强度轮廓时，可提高能量效率并减少汽化材料的量。作者认为，环形激光束强度轮廓为粉末床熔融应用提供了更高的构建率。
环形激光束强度轮廓，更一般地被称为环状强度分布(其包括鞍形)，先前通过激励由许多模式形成的群体进行尝试。换句话说，多模式输入用于基本上淹没具有环状芯的光纤区段，以便激励在该区段的输出处递送的许多模式。
发明内容
本公开描述了多模式环状约束芯(即，具有呈环的形状的横截面轮廓的芯)中的少量模式的低模式源激励。发明人目前相信，与在输出处递送的大量模式相比，就BPP和雷利范围而言，少量模式提供更高的光束质量，这就提高处理速度、减少汽化材料(减少烟雾和烟尘产生)和减小可制造的特征的大小而言极大地改善了性能。
在一些实施方案中，少量模式产生在输出处递送的强度分布的不均匀性。因此，本公开还描述了包括在外部施加的扰动以建立具有相对高的雷利范围的在功能上被均匀化的环状强度分布以用于增材制造中的实施方案。所公开的实施方案依赖于不同的光学性质和机制，以通过该光学性质和机制使环状强度分布均匀化。因此，实施方案(和内在机制)一般被称为相位位移实施方案和可变模态激励实施方案。
更具体地，在第一实施方案中，朝向光纤的自由端施加快速振动，以便引入快速地改变少量模式的干涉图案的机械振荡(例如，约70Hz)。干涉图案的变化快速地移动在环状强度分布内的任何高强度区域，以便从粉末材料的角度使其在功能上被均匀化。换句话说，任何所谓的热点都会被快速地分布以避免过多的烟雾和烟尘，同时仍然递送相对低的BPP和相对高的雷利范围。
在第二实施方案中，施加外部扰动以调制发射条件，少量模式通过该发射条件被激励。因此，源光束快速地改变被激励的模式群体。当发射条件足够快速地变化时，快速调制具有均匀化在输出处递送的环状强度分布的效果(从粉末材料的角度)。
附加的方面和优点将从以下参考附图进行的实施方案的详细描述变得明显。
附图说明
图1是在光纤的输出处递送的环状强度分布的带注释的绘画视图。
图2至图4是用于递送具有可变光束特性的光束的示例性光纤结构的剖视图。
图5是在光纤的输出处递送的在功能上被均匀化的环状强度分布的绘画视图。
图6和图7分别是外部扰动装置的透视图和等轴视图，其中图7还以虚线示出该装置的内部部件。
具体实施方式
图1示出了在光纤区段的环状约束芯的输出处提供的环状强度分布100的实验结果(参见例如用于示出稍后描述的区段的图2至图4)。响应于输入到光纤区段的单模式(SM)源而产生环状强度分布100，由此激励在环形约束芯中的少量模式的较小群体。发明人认识到，产生由少量模式组成的环状强度分布100可提供所期望的激光束以增强增材制造的表现，而不承受任何不均匀的能量分布110。
然而，在多模式波导中本来被支持的未完全地填充的模式(not fullypopulating modes)趋向于在输出处导致不平整、不均匀的强度分布(也被称为凸角结构)。不均匀的能量分布110被表征为相对低强度的区域和相对高强度的区域或所谓的热点。由于在所公开的系统中存在被激励的少量模式，因此它们在静态扰动和模式激励条件的状态下的分布在输出处看起来有些不平整。在材料和扫描速度对热点不敏感的一些应用中，这种不平整是可容忍的(即，静态递送)。这种不均匀性可能具有时间依赖性，这也将使光束不稳定。
然而，对于一些其他应用，不均匀的能量分布110通过在外部施加的扰动而在功能上被均匀化，该扰动动态地提供相位位移的调制和发射条件的快速变化中的一者或两者，以使被激励的少量模式的群体变化。即使所产生的光束在任何特定时间可能仍然是瞬时地不均匀的，但是扰动足够快以允许光束在其与工件(例如，粉末床等)的相互作用中表现得好像它是均匀的和稳定的。因此，本公开描述了用于使不均匀、非均匀或不对称的强度分布均匀化的技术，使得其保持相对高的质量(例如，就场深度和雷利范围而言)，以便用于工业激光处理应用中。
存在能够产生环状强度分布100的多种光纤光学器件装置。三个这样的实施方案描述如下，但是本领域技术人员根据本公开将了解其他实施方案也是可能的。尽管在环状强度分布的上下文中描述了以下示例，但是所公开的技术对于具有未被完全地填充并因此与各种形状(例如，具有热点的礼帽状光束)的不均匀、非均匀或不对称的光束相关联的模式的不同类型的多模式波导结构(例如，矩形、六边形等)有广泛的适用性。
图2示出了能够产生环状强度分布100的第一实施方案包括可变光束特性(VBC)光纤200，其类似于Kliner等人的美国专利号10,295,845中描述的那些。'845专利的图7至图10示出了VBC光纤200的实验结果，并且例示说明了当扰动组件210作用在VBC光纤200上以弯曲该光纤时光束对VBC光纤200的扰动的响应。'845专利的图4至图6是模拟结果，并且图7至图10是实验结果，其中来自SM 1050nm源的光束被发射到具有40微米的芯直径的输入光纤(未示出)中。输入光纤被拼接到具有第一折射率轮廓(RIP)212的第一段光纤204。第一段光纤204在光学上惰性的结点206(拼接接头、折射率匹配胶等)处被拼接到具有不同于第一RIP的第二RIP 214的第二段光纤208。因此，第一段光纤204承载激励第二段光纤208中的模式群体的光束，第二段光纤包括同轴地布置的约束区域，从而形成外环、任选的内环和任选的中心芯。通过引入横向位移，如'845专利的图6所示，外环(或内环)中的模式被激励以在第二段光纤208的输出处产生环状强度分布。在Martinsen等人的美国专利号10,663,768中描述了有关产生环状强度分布的附加细节。
为了进一步增强用于增材制造中的所产生的光束，发明人测试了激励第二段光纤280中的少量模式286的SM输入280，第二段光纤280典型地将支持许多模式。换句话说，由第一段光纤204在结点206处递送的低模式输入280激励第二段光纤208(其用作用于引导模式286的波导)中的相对小群体的模式286。在代表性实验中，单模式光束被发射到内径为约40μm且外径为约60μm的环状引导区域中。填充环状区域的所有模式将导致约30的M2值，而实际环状光束的测量出的M2为约8(由于其低模式激励)。光束质量的这种3.8×的改善导致被聚焦光束的景深(雷利范围)增加了3.8×，从而提供显著的处理优势(更大的处理窗口、更低的对光学对准的敏感性)。
小群体中的模式的确切数量可基于经验结果而变化。发明人目前认为，约一半(即50％)或更少的可支持的模式的激励提供了与粉末床熔融相关的所期望的益处。在其他实施方案中，被激励的模式的数量可包括从两个到十个模式的范围，其可以是实际上可由波导引导的可能的模式的约10％或更少。被激励(与被支持的相比)的模式的其他百分比和范围也被认为落入本公开的范围内。同样地，源的模式的低数量可按照在输出处被激励的少量模式的比例来表示。例如，SM源适合于激励十个或更少的模式，并且更一般地，低模式源(例如，四个模式)适合于激励被支持的模式的10％或更少。实际百分比可根据在多模式光纤中支持的模式的数量而变化，对于不同光纤设计而言覆盖较宽的范围。一些设计支持10至20个模式，在这种情况下，低模式输入可激励那些模式的约80％，而其他设计支持超过1000个模式，而低模式输入激励小得多的百分比。
图3示出了能够产生环状强度分布100的第二实施方案。偏移拼接光纤300包括第一段光纤304、偏移拼接结点306和第二段光纤308。第一段光纤304包括第一RIP 312。第二段光纤308包括由一个或多个环状芯限定的第二RIP 314。具体地，环状芯320从第一段光纤304的中心SM约束芯322侧向地偏移。由此，环状约束芯320面对中心SM约束芯322。由此，由于偏移拼接结点306，传播通过中心SM约束芯322的光束332被直接地发射到环状约束芯320的至少一部分中。
图4示出了能够产生环状强度分布100的第三实施方案。在该示例中，两个光纤由在两者间的自由空间光学器件410分开。光学器件410用于将光束发射到环状约束芯中。
图5示出了在功能上被均匀化的环状强度分布500的示例，表示了图1的热点如何被快速地移动，使得平均功率在环带510(或其他形状的约束区域)上被平滑。在本公开中提出了至少两个实施方案用于实现这种均匀化。
在第一实施方案中，由发明人进行的实验室实验已经证明，图1示出的功率分布对具有环形约束芯的光纤的运动敏感。因此，发明人认识到，具有环形约束芯的光纤的输出可被快速地扰动，以便产生明显地均匀的功率分布。在任何时刻，功率都保持不均匀地分布，但是相对于被施加了被均匀化的光束的材料，快速扰动提供了均匀化光束的表现。换句话说，从材料的角度(即，材料的热质量特性)，具有少量模式的在功能上被均匀化的光束基本上表现得与好像光束实际上被在方位角上加扰一样。
就产生功能性结果的内在机制而言，需注意，在外部施加的扰动在输出处改变了少量模式间的相位关系，并且不需要改变被激励的模式的数量。因此，相位的变化导致在第二段光纤中的模式间快速地改变最小值和最大值以及正和负的干扰，这继而又快速地改变热点的方位角位置。因此，当相位的变化足够快时，平均强度看上去是被均匀化的。
图6和图7示出了在激光系统外壳(未示出)内或在Victor等人的公开号US 2018/0180803 A1中示出的类型的处理头(参见例如图31A)或另一种类型的增材制造系统附近，外部扰动装置600如何将扰动在外部直接地施加到带护套的光纤610的示例。装置600使用固定到输出光纤(即，VBC光纤的第二段光纤208，图2)的外表面上的一对夹子与带护套的光纤610保持一致，并且由小电源(未示出)供电。在其他实施方案中，作为通过保护护套或缆线振动光纤的替代或补充，直接地振动第二段光纤208。
图7示出了装置600包括可商购的5V DC电动振动马达710，该DC电动振动马达被容纳在夹在光纤导管上的3D打印的壳体720内。它也可用扎带或其他附接件(诸如夹具)固定。马达710以约70Hz(4,200 RPM)旋转平衡物740，这产生了改变在光纤610内部的相位关系的振动(如前所述)。也可使用在可听范围之外的更高或更低的频率。
各种其他类型的扰动装置也是可能的。例如，可在激光器盒内部或外部使用许多其他装置：压电器件、音圈、螺线管致动器、交变电磁场、用于振动光纤的风扇/空气或其他振动装置和源。'854专利的图24示出了用于变化被激励的模式群体的不同类型的扰动装置的示例，并且这些类型的装置也适合于改变在光纤610内部的相位关系。其他机械致动器包括直接地或经由改变频率的连杆(例如，偏心旋转质量)、气动致动器以及电或磁致伸缩装置来驱动振动的线性或旋转马达。也可通过推动或压缩环形光纤、向环形光纤引入小微弯曲以及使光纤包层中包括一些几何形状来施予扰动。
在第二实施方案中，发明人认识到，发射条件的快速变化也可用于产生在功能上被均匀化的结果。例如，Brown等人的美国专利号10,677,984描述了用于通过在VBC光纤处的快速的、在外部施加的扰动以激励不同芯中的模式来产生时间上明显的强度分布的技术。该技术还可应用于在同一芯中被激励的少量模式的不同的较小群体之间的抖动，从而快速地改变热点来递送高质量的光束，从而增强粉末床熔融。抖动可使在两个同轴的芯之间或在单个环形芯内的发射条件变化(例如，通过使光束的一部分在包层与波导部分之间移动或通过使单个环形芯中发射的光束快速地进行横向位移)。在一些实施方案中，静态扰动被施加以施予横向位移，并且高频动态的补充扰动被施加以使在单个环形芯中的发射条件快速地变化。
最后，技术人员将了解，在不脱离本发明的基本原理的情况下，可对上述实施方案的细节进行许多改变。例如，用于引入在外部施加的扰动的第一实施方案和第二实施方案的特征可组合到具有相位关系和模态激励均匀化两者的第三实施方案中。此外，技术人员将了解，发射条件的调制频率和变化速度是所期望的平均强度分布、激光处理的类型以及工件热材料性质(诸如热导率、热扩散率、比热、熔点或其他性质)的函数。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求确定。

Claims (19)

1.一种产生具有在功能上被均匀化的强度分布的激光输出光束的方法，所述方法包括：
通过将低模式源光束施加到多模式约束芯，激励在所述多模式约束芯中的少量模式的群体，使得所述群体表现出不均匀的强度分布；以及
提供所述多模式约束芯中的相位位移的调制和进入所述多模式约束芯的所述低模式源光束的发射条件的变化中的一者或两者，由此在功能上均匀化所述不均匀的强度分布以产生所述激光输出光束。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述低模式源光束具有四个或更少的模式。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述低模式源光束具有单个模式。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述低模式源光束激励由所述多模式约束芯支持的模式的50％或更少。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述低模式源光束激励由所述多模式约束芯支持的模式的10％或更少。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述多模式约束芯中的所述少量模式的群体包括十个或更少的模式。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括通过将扰动装置耦合到包括所述多模式约束芯的光纤来提供相位位移的调制。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述扰动装置包括位于与所述光纤的护套保持一致的壳体中的音圈。
9.如权利要求7所述的方法，其中，所述扰动装置包括位于与所述光纤的护套保持一致的壳体中的旋转电动马达。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括通过将扰动装置耦合到可变光束特性(VBC)光纤的结点来提供所述低模式源光束的发射条件的变化。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述多模式约束芯是环状约束芯。
12.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括将所述激光输出束施加到增材制造工件。
13.一种用于产生具有在功能上被均匀化的强度分布的激光输出光束的设备，所述设备包括：
第一段光纤，所述第一段光纤用于引导低模式源光束；
第二段光纤，所述第二段光纤具有多模式约束芯，所述多模式约束芯被配置为接收所述低模式源光束，并且由此激励在所述多模式约束芯中的少量模式的群体，使得所述群体表现出不均匀的强度分布；以及
扰动装置，所述扰动装置用于提供所述多模式约束芯中的相位位移的调制和进入所述多模式约束芯中的所述低模式源光束的发射条件的变化中的一者或两者，由此在功能上均匀化所述不均匀的强度分布以产生所述激光输出光束。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述第一段光纤和所述第二段光纤包括可变光束特性(VBC)光纤。
15.如权利要求13所述的设备，其中，所述第一段光纤和所述第二段光纤包括偏移拼接光纤。
16.如权利要求13所述的设备，其中，所述第一段和所述第二段分别包括第一光纤和第二光纤，所述第一光纤和所述第二光纤由在所述第一光纤的自由端和所述第二光纤的自由端之间的自由空间光学器件分开。
17.如权利要求13所述的设备，其中，所述扰动装置包括耦合到所述第二段光纤的音圈。
18.如权利要求13所述的设备，其中，所述扰动装置包括所述第二段光纤的内部几何形状。
19.如权利要求13所述的设备，其中，所述第一段光纤是单模式光纤。
CN202080053655.9A 2019-06-24 2020-06-24 用于增材制造或其他工业激光处理应用的在功能上被均匀化的强度分布 Pending CN114222944A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962865902P 2019-06-24 2019-06-24
US62/865,902 2019-06-24
US201962882442P 2019-08-02 2019-08-02
US62/882,442 2019-08-02
PCT/US2020/039463 WO2020264056A1 (en) 2019-06-24 2020-06-24 Functionally homogenized intensity distribution for additive manufacturing or other industrial laser processing applications

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114222944A true CN114222944A (zh) 2022-03-22

Family

ID=74062090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080053655.9A Pending CN114222944A (zh) 2019-06-24 2020-06-24 用于增材制造或其他工业激光处理应用的在功能上被均匀化的强度分布

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220241859A1 (zh)
JP (1) JP2022538245A (zh)
KR (1) KR20220054578A (zh)
CN (1) CN114222944A (zh)
DE (1) DE112020003053T5 (zh)
WO (1) WO2020264056A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023097302A1 (en) * 2021-11-24 2023-06-01 Nlight, Inc. All-fiber laser beam tuning by adjustment of angular intensity distribution

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1359394A1 (de) * 2002-04-30 2003-11-05 Abb Research Ltd. Hochauflösender Faserlaser-Sensor
GB0623835D0 (en) * 2006-11-29 2007-01-10 Cascade Technologies Ltd Multi mode fibre perturber
US10677984B2 (en) 2016-09-29 2020-06-09 Nlight, Inc. Production of temporally apparent intensity distribution by rapid perturbation of variable beam characteristics optical fiber
CN109791252B (zh) * 2016-09-29 2021-06-29 恩耐公司 可调整的光束特性
US10663768B2 (en) 2016-09-29 2020-05-26 Nlight, Inc. Fiber optical beam delivery device producing selectable intensity profiles
CN106707523A (zh) * 2017-01-19 2017-05-24 宁波纳美致生物科技有限公司 一种无机械应力多模光纤光束斑均匀化系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020264056A1 (en) 2020-12-30
US20220241859A1 (en) 2022-08-04
JP2022538245A (ja) 2022-09-01
DE112020003053T5 (de) 2022-08-11
KR20220054578A (ko) 2022-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11886053B2 (en) Methods of and systems for processing using adjustable beam characteristics
CN111683784B (zh) 用于激光加工材料的装置和方法
US10668535B2 (en) Method of forming three-dimensional objects
US10656427B2 (en) Multicore fiber-coupled optical probing techniques
US9383514B2 (en) Tapered optical fiber, manufacturing method thereof and manufacturing system thereof
US10661391B2 (en) Method of forming pores in three-dimensional objects
US10670872B2 (en) All-fiber optical beam switch
US10663742B2 (en) Method and system for cutting a material using a laser having adjustable beam characteristics
US20180214951A1 (en) Additive manufacturing systems and methods for the same
JP2010036189A (ja) レーザ加工装置
CN114222944A (zh) 用于增材制造或其他工业激光处理应用的在功能上被均匀化的强度分布
US10668567B2 (en) Multi-operation laser tooling for deposition and material processing operations
US20180217324A1 (en) Production of temporally apparent intensity distribution by rapid perturbation of variable beam characteristics optical fiber
JP3939816B2 (ja) レーザ装置
EP2663887B1 (en) Thermal mechanical diffusion system and method
JPS62223709A (ja) 多モ−ド光フアイバ−結合器及びその製造方法
US5790724A (en) 16 μm infrared region by destruction of speckle patterns
CN116685896A (zh) 减少散斑的照明系统和方法

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