CN116845679A - 激光系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了激光系统和方法。一种激光系统包括：多个激光谐振器，每个谐振器可操作来放出输入激光束；中继组件，其包括至少一个弯曲的反射表面，所述至少一个弯曲的反射表面对每个输入激光束进行重新导向，并减小重新导向后的光束的光束尺寸；检流计，其包括弯曲的反射表面，所述弯曲的反射表面接收每个重新导向后的光束，并以比每个输入激光束的功率水平大的功率水平来输出组合激光束；以及耦接组件，其减小所述组合激光束中的球面像差，并将所述组合激光束引导至光纤中。在该系统中，所述组合激光束可以具有比所述光纤的最小光束参数乘积低的最大光束参数乘积。还公开了相关系统和方法。

Description

激光系统和方法
本申请是申请号为201880040696.7、申请日为2018年6月14日、发明名称为“激光系统和方法”的申请的分案申请。
技术领域
本公开的各方面一般地涉及激光系统和与其相关的方法。
背景技术
光束质量的一种度量是光束参数乘积(或“BPP”)。激光束的BPP可以等于光束半径(在束腰处测量)乘以光束的发散角(半角)的乘积。较小的BPP代表较好的光束质量。由于增益介质的热透镜效应，灯泵浦激光系统可能难以维持具有低BPP、高脉冲能量和高频率的激光束。
光纤的BPP可以等于纤芯半径乘以光纤的数值孔径(或“NA”)的乘积。当输出激光束的BPP非常接近光纤的BPP时，预期会有非常低的对准公差。通常用于将输入激光束引导至光纤的光学器件会进一步降低光束质量，使激光束的BPP更加接近光纤的BPP，并进一步降低对准公差。在高脉冲能量和频率下，低对准公差会使激光系统更不可靠。
本公开的各方面解决了这些和相关挑战。
发明内容
本公开的一个方面是一种激光系统。所述激光系统可以包括：多个激光谐振器，每个谐振器可操作来放出输入激光束；中继组件，其包括至少一个弯曲的反射表面，所述至少一个弯曲的反射表面对每个输入激光束进行重新导向，并减小重新导向后的光束的光束尺寸；检流计，其包括弯曲的反射表面，所述弯曲的反射表面接收每个重新导向后的光束，并以比每个输入激光束的功率水平大的功率水平来输出组合激光束；以及耦接组件，其减小所述组合激光束中的球面像差，并将所述组合激光束引导至光纤中，其中所述组合激光束具有比所述光纤的最小光束参数乘积低的最大光束参数乘积。
在一些方面中，所述中继组件的所述至少一个弯曲的反射表面可以具有第一曲率半径，所述检流计的所述弯曲的反射表面可以具有第二曲率半径，并且所述第一和第二曲率可以不同。所述第一曲率半径可以大于所述第二曲率半径。例如，所述第二曲率半径可以减小所述组合激光束中的球面像差。每个输入激光束可以沿着光束路径被放出，所述光束路径包括：(i)从所述多个激光谐振器中的一个谐振器延伸至所述中继组件的所述至少一个弯曲的反射表面的第一距离；(ii)从所述中继组件的所述至少一个弯曲的反射表面延伸至所述检流计的所述反射表面的第二距离；以及(iii)从所述检流计的所述反射表面延伸至光纤的第三距离。所述第一和第二曲率半径可以相对于所述第一距离、所述第二距离和所述第三距离被确定尺寸。例如，所述第一距离可以大致等于所述第二距离；并且所述第三距离可以大于所述第一距离和所述第二距离之和。
所述耦接组件可以包括一个非球面透镜或两个球面透镜。所述激光系统还可以包括位于所述检流计与所述耦接组件之间的附加光学部件。所述附加光学部件可以包括以下中的至少一个：分束器；合束器；光闸；或黑色屏蔽件。所述耦接组件可以将所述组合激光束输出至光纤的输入表面上，并且所述组合激光束的所述光束参数乘积可以比所述光纤在所述输入表面处的光束参数乘积至少小10％。
所述中继组件还可以包括平坦的反射表面。所述至少一个弯曲的反射表面可以将所述输入激光束向所述平坦的反射表面重新导向，并且减小所述输入激光束在所述平坦反射表面处的光束尺寸。所述平坦的反射表面可以将所述输入激光束向所述检流计的所述弯曲的反射表面重新导向。根据该方面，所述多个激光谐振器被固定至表面，并且所述中继组件的每个反射表面以至少两个自由度相对于所述表面可移动。每个输入激光束可以沿着光束路径被放出，所述光束路径包括：(i)从所述多个激光谐振器中的一个谐振器延伸至所述第一反射表面的第一距离；(ii)从所述第一反射表面延伸至所述第二反射表面的第二距离；(iii)从所述第二反射表面延伸至所述检流计的所述反射表面的第三距离；以及从所述检流计的所述弯曲的反射表面延伸至光纤的第四距离。所述第一和第二曲率半径可以相对于所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离和所述第四距离被确定尺寸。例如所述第一距离可以大致等于所述第二距离，并且所述第三距离可以大于所述第一距离、所述第二距离和所述第三距离之和。
另一方面是另一种激光系统。该激光系统可以包括：多个激光谐振器，每个谐振器可操作来通过弯曲的输出表面放出输入激光束；中继组件，其包括至少一个弯曲的反射表面，所述至少一个弯曲的反射表面对每个输入激光束进行重新导向，并且减小重新导向后的光束的光束尺寸；检流计，其包括平坦的反射表面，所述平坦的反射表面接收每个重新导向后的光束，并以比每个激光输入光束的功率水平大的功率水平来输出组合激光束；以及耦接组件，其将所述组合激光束引导至光纤中，其中所述组合激光束具有比所述光纤的最小光束参数乘积低的最大光束参数乘积。
该系统还可以包括球面中继透镜，所述球面中继透镜减小所述组合激光束在所述耦接组件上的光束尺寸。所述中继组件的所述至少一个弯曲的反射表面可以包括第一弯曲的反射表面和第二弯曲的反射表面。例如，所述输出表面的曲率半径可以大于所述第一反射表面的曲率半径；并且所述第二反射表面的曲率半径可以大于所述第一反射表面的曲率半径。
本公开的另一方面是一种方法。所述方法可以包括：从多个激光发生器放出输入激光束；将每个输入激光束向包括至少一个弯曲的反射表面的中继组件引导，所述至少一个弯曲的反射表面减小所述输入激光束的光束尺寸，并将所述光束向检流计的反射表面重新导向；利用所述检流计的反射表面将所述输入激光束组合成功率水平大于每个输入激光束的功率水平的组合激光束；以及将所述组合激光束输出至光纤，其中所述组合激光束具有比所述光纤的最小光束参数乘积低的最大光束参数乘积。
根据该方法的一个方面，所述检流计的所述反射表面可以是弯曲的，并且所述方法还可以包括减小所述组合激光束中的球面像差。根据其他方面，所述检流计的所述反射表面可以是平坦的，并且所述方法还可以包括通过每个激光谐振器的弯曲的输出表面来放出每个输入激光束。所述多个激光谐振器可以被固定至表面，所述至少一个弯曲的反射表面可以包括第一弯曲的反射表面和第二弯曲的反射表面，并且所述方法可以包括移动所述第一和第二反射表面以与所述多个激光谐振器对准。任何这样的方法还可以包括通过球面中继透镜来对所述组合激光束进行引导。
附图说明
附图结合在本说明书中并构成本说明的一部分。这些附图示出了本公开的各方面，与本文提供的描述一起用于说明本公开，附图如下：
图1描绘了根据本公开的激光系统；
图2A描绘了根据本公开的另一激光系统；
图2B描绘了根据本公开的又一激光系统；以及
图3描绘了根据本公开的方法。
具体实施方式
现在参照激光系统和方法描述本公开的各方面。参照碎石术手术过程描述一些方面，在碎石术手术过程中，使光纤通过观察镜前进至体腔中，直至光纤的远端被定位来处置位于体腔中的结石为止。为方便起见参考了特定类型的手术过程、激光能量、观察镜、组织、身体位置和/或身体器官，但不旨在限制本公开，除非要求了保护。因此，本文所述的概念可以用于任何类似的激光系统——医疗的或其他方面的。
描述了许多轴和方向。轴可以形成具有原点O的笛卡尔坐标系。一个轴可以沿着元件的纵轴延伸。方向和相对性可以由术语“近侧”和“远侧”及其相应的首字母“P”和“D”指示。近侧是指更靠近身体或用户外部的位置，而远侧是指更靠近身体内部或者更远离用户的位置。将P或D添加到元件编号或箭头表示近侧或远侧的位置或方向。除非要求保护，否则提供这些术语是为了方便而不旨在将本公开限制于特定的位置、方向或定向。除非另有说明，否则诸如“通常”、“大约”、“基本上”和/或“大致”的术语指示在表述值的+/-5％以内的可能值的范围。
如本文所使用的，术语“包括”、“包含”或类似变体旨在涵盖非排他性包含，使得包括一系列要素的装置或方法不仅仅包括那些要素，而是可以包括其他没有明确列出的或固有的要素。除非另有说明，否则术语“示例性”以“示例”而非“理想”的意义使用。相反，术语“由……组成(consists of)”和“由……组成的(consisting of)”旨在涵盖排他性包含，使得由一系列要素组成的装置或方法仅包括那些要素。
如图1所示，本公开的一个方面是一种激光系统1，其包括：多个激光谐振器10；中继组件12、和包括可移动反射表面17的镜式检流计或“检流计”16。尽管可以使用任何数量，但图1中示出了四个激光谐振器10A-10D。每个激光谐振器10A、10B、10C和10D可操作来向中继组件12放出输入激光束2A、2B、2C、或2D。如图所示，中继组件12包括将每个光束2A-2D向可移动反射表面17重新导向的反射表面。检流计16在反射表面17处接收每个重新导向的输入激光束2A-2D，并向光纤40输出组合激光束4。激光系统1中可以包括用于控制、增强和/或递送光束4的附加光学器件，比如：耦接组件20和光学器件组件30。
如图1所示，多个光学谐振器10可以安装到表面7，比如桌子、或激光控制台的内表面。激光谐振器10A-10D可以以第一或输入功率水平放出激光束2A-2D。举例来说，每个输入激光束2A-2D在其相应的激光谐振器10A-10D处的初始BPP可以为大约48mm-mrad。每个光束2A-2D的输入功率水平可以相同或不同。每个激光谐振器10A-10D可以可移动地安装至表面7以用于将输入激光束2A-2D与中继组件12精确对准。例如，图1的每个谐振器10A、10B、10C和10D安装在可相对于表面7以一个自由度移动(比如围绕横向于表面7的轴(例如X-X或Z-Z轴)旋转)的倾斜盘11A、11B、11C或11D上。
中继组件12可以包括被配置为将输入激光束2A-2D向检流计16的反射表面17引导的反射表面。如图1所示，中继组件12可以包括位于每个输入激光束2A-2D的路径中的至少一个反射表面。每个反射表面可以涂敷HR。因此，中继组件12可以包括：在输入激光束2A的路径中的第一反射表面12A；在激光束2B的路径中的第二反射表面12B；在光束2C的路径中的第三反射表面12C；和在光束2D的路径中的第四反射表面12D。每个反射表面12A-12D可以可移动地安装至表面7以将谐振器10A-10D与检流计6精确对准。在图1中，例如，每个反射表面12A、12B、12C和12D可以通过倾斜安装件13A、13B、13C和13D可移动地安装至表面7。倾斜安装件13A-13D允许表面12A-12D相对于表面7以至少两个自由度的移动(比如围绕平行于表面7的第一轴(例如Y-Y轴)的旋转，和相对于横向于表面7的第二轴(例如X-X或Z-Z轴)的旋转)。反射表面12A-12D可以修改输入激光束2A-2D。例如，每个反射表面12A-12D可以被弯曲以减小反射表面17上的输入激光束2A-2D的光束尺寸。
检流计16可以接收在输入功率水平处的来自反射表面12A-12D的激光束2A-2D，并且输出在输出功率水平处的组合激光束4，输出功率水平大于每个输入激光束2A-2D的输入功率水平。例如，图1的检流计16可以以不同的角度旋转(或以其他方式移动)反射表面17，使得输入激光束2A-2D中的每一个在不同的时间被添加到组合激光束4，得到与光束2A-2D的每个输入功率水平之和大致相等的输出功率水平。在图1中，例如，如果每个光束2A-2D的输入功率水平大致相等，那么组合激光束4的输出功率水平将大致为每个光束2A-2D的输入功率述平的四倍。反射表面12A-12D的曲率会使得每个输入激光束2A-2D具有球面像差，其中每个光束2A-2D的部分具有不同的焦点。反射表面17的曲率可以减小这种像差。
反射表面12A-12D的曲率可以与反射表面17的曲率有关。例如，每个反射表面12A-12D的曲率半径可以大致为165mm；并且反射表面17的曲率半径可以大致为500mm。为了减小光束2A-2D和/或光束4在系统1中各个点处的BPP，反射表面12A-12D和17的曲率还可以与激光发生器10A-10D、中继组件12、反射表面7和光纤40之间的距离有关。如图1所示，参照输入激光束2B，例如：第一距离L1在谐振器10B与反射表面12B之间延伸；第二距离L2在反射表面12B与反射表面17之间延伸；并且第三距离L3在反射表面17与光纤40的输入表面41之间延伸。可以与光束2A-2D一致地使用相同的距离L1、L2和L3。如图1所示，例如，第一距离L1可以大致为116mm；第二距离L2可以大致为110mm；并且第三距离L3可以大致为283mm。
在该示例中定义了各种比率。这些比率可以放大或缩小以适应系统1的变型。例如，反射表面12A-12D的曲率半径可以大致为反射表面17的曲率半径的三分之一；第一距离L1可以大致等于第二距离L2；并且第三距离可以大于第一距离L1与第二距离之和。
激光系统1可以包括附加光学器件，其被配置为进一步减小球面像差，修改输入激光束2A-2D，和/或修改组合激光束4。如图1所示，例如，耦接组件20和光学组件30可以设置在组合激光束4的路径中。耦接组件20可以接收组合激光束4，减小组合光束4中的球面像差，并且将光束4输出至光纤40的输入表面41。组件20可以包括一个或多个透镜。在图1中，例如，耦接组件20包括第一球面透镜21和第二球面透镜22。还可以使用一个非球面透镜。如图1所示，耦接组件20还可以包括黑色屏蔽件，其阻挡来自光纤失准的污染。黑色屏蔽件24可以与耦接组件20形成为一体，如图1；或者与耦接组件20分离，如图2A。
光学组件30可以包括：第一分束器31、光闸32；和第二分束器33。第一分束器31可以将一部分组合激光束4向控制器(未示出)重新导向。光闸32可以与控制器一起操作，以为系统1提供自动关断开关。第二分束器33可以接收瞄准激光束(未示出)，并将瞄准激光束向光纤40的输入表面41引导。如图1所示，第一分束器31、光闸32和第二分束器33可以位于检流计16与耦接组件20之间。光学组件30的部件还可以分布在整个激光系统1中。
中继组件12和检流计16可以通过减小输入激光束2A-2D和组合激光束4在激光系统1内的各个位置处的BPP来提高光束质量。例如，反射表面12A-12D、反射表面17、在其间延伸的相应距离L1、L2和L3、以及耦接组件20可以使组合光束4在光纤40的输入表面41处的BPP最小化，保证了高的光束质量。光纤40还可以具有BPP，并且光束4的BPP可以低于光纤40的BPP，以增大系统1内的对准公差。输入光束4在输入表面41处的BPP可以比光纤40在输入表面41处的BPP至少小10％。例如，光束4在输入表面41处的BPP可以大致为56mm-rad，而光纤40在输入表面41处的BPP可以大致为68mm-rad，提供了大致20％的BPP减小。
现在参照部分在图2A中描绘的激光系统100和部分在图2B中描绘的激光系统200来描述激光系统1的替代的和/或附加的方面。除了图2A-图2B所示的和下文所述的修改之外，系统100和200与系统1相同，其中在相应的100或200系列编号中描述了修改的元件。系统1、100和200的任何方面可以根据本公开可互换地组合，每个潜在组合均为本公开的一部分。
每个输入激光束2A-2D可以使用四个自由度与反射表面17对准。在系统1中，通过倾斜盘11A-11D提供两个自由度，并且通过倾斜安装件13A-13D提供另两个自由度。系统100可以消除倾斜盘11A-11D。例如，系统100可以包括多个激光谐振器10、中继组件112、和具有反射表面117的检流计116。所述多个谐振器10可以与上述谐振器10A-10D相同。为便于描述在图2A中示出了示例激光谐振器10A和输入激光束2A。可以以与图1的系统1一致的方式对附加的输入激光束(例如来自谐振器10B、10C和10D)使用类似配置。
如图2A所示，中继组件112可以包括：第一反射表面112A和第二反射表面114A。第一反射表面112A和第二反射表面114A可以提供具有四个自由度的输入激光束2A。例如，如图2A所示，第一反射表面112A可以通过第一倾斜安装件113A可移动地安装至表面7，并且第二反射表面114A可以通过第二倾斜安装件115A可移动地安装至表面7。与上文类似，每个倾斜安装件113A和115A可以相对于表面7在两个方向上可旋转，从而提供了四个自由度。
激光谐振器10A的位置可以相对于表面7被固定在系统100中。例如，激光谐振器10A可以包括具有开口的基座，表面7可以包括对应开口，并且可以将销钉插入谐振器10A和表面7的开口中，将这些元件附接到一起。通过该配置可以实现多种益处。例如，因为其包含了冷却液以及高电流和/或电压，所以使用倾斜盘的激光谐振器10A的对准和重新对准会很困难，并且运输冲击振动会改变激光束位置和指向。这些困难由于每个附加的输入激光束而成倍增加。相比之下，倾斜安装件113A和115A可以更容易地对准，因为它们支撑的重量较小，并且所得到的对准可以更容易维护，因为具有较少的部件。相对于表面7固定激光发生器10A还使得更容易更换发生器10A的部件(比如灯)而不会破坏对准。
如图2A所示，激光谐振器10A可以向第一反射表面112A放出输入激光束2A。第一反射表面112A可以修改光束2A，并将修改后的光束2A向第二反射表面114A重新导向；并且第二反射表面114A可以将修改后的光束2A向反射表面117重新导向。如图2A所示，第一反射表面112A可以是弯曲的；第二反射表面114A可以是平坦的；并且反射表面117可以是弯曲的。如图2A，耦接组件20可以包括在系统100内以减小由反射表面112A和117的曲率所导致的球面像差。
反射表面112A的曲率可以与反射表面117的曲率相关。例如，表面112A的曲率半径可以大致为280mm；并且反射表面117的曲率半径可以大致为800mm。如前所述，反射表面112A和117的曲率还可以与激光发生器10A、表面112A和114A、反射表面117、以及光纤40之间的距离有关。在图2A中，例如：第一距离L1在谐振器10A与第一反射表面112A之间延伸；第二距离L2在第一反射表面112A与第二反射表面114A之间延伸；第三距离L3在第二反射表面114A与反射表面117之间延伸；并且第四距离在反射表面117与光纤40的输入表面41之间延伸。可以与系统100中一致地对附加的输入激光束(例如来自谐振器10B、10C和10D)使用相同的距离L1、L2、L3和L4。如图2A所示，例如，第一距离L1可以大致为133mm；第二距离L2可以大致为84mm；第三距离L3可以大致为85mm；并且第四距离L4可以大致为413mm。
在该示例中定义了各种比率，并且比率可以应用于系统100的其他迭代(iteration)。例如，如所示，反射表面112A的曲率半径可以大致为反射表面117的曲率半径的三分之一；第一距离L1可以大致等于第二距离L2；并且第四距离L4可以大于距离L1、L2和L3之和。
与上文类似，中继组件112和检流计116可以通过减小输入激光束2A和/或组合激光束4在系统1内的各个点处的BPP来提高光束质量。例如，反射表面112A和114A、反射表面117、在其间延伸的相应距离L1、L2、L3和L4、以及耦接组件20可以使组合光束4在光纤40的输入表面41处的BPP最小化，从而保证了高的光束质量。在系统100中还可以增大对准公差。系统100内的组合光束4的BPP可以比光纤40在输入表面41处的BPP小至少20％。例如，组合光束4在输入表面41处的BPP可以大致为54mm-mrad，而光纤40在表面41处的BPP可以大致为68mm-rad，提供了大致23％的BPP减小。
激光系统200被修改为利用更多常规部件。如图2B所示，激光系统200可以包括多个激光谐振器210、中继组件212、和具有反射表面217的检流计216。多个谐振器210可以与上述谐振器10A-10D相同。为便于描述，在图2B中仅示出了激光谐振器210A和输入光束2A。可以对附加的输入激光束(例如来自激光发生器10B、10C和10D)使用类似配置。如所示，系统200的激光谐振器210A可以具有弯曲的输出表面208A，并且输入激光束2A可以通过表面208A被放出。弯曲的输出表面208A可以是减小了输入激光束2的尺寸的平凸透镜。
图2B的中继组件212包括通过倾斜安装件213A可移动地安装至表面7的第一反射表面212A、以及通过倾斜安装件215A可移动地安装至表面7的第二反射表面214A。可以反射表面212A可以修改光束2A，并将修改后的光束2A向第二反射表面214A重新导向。第二反射表面214A可以进一步修改光束2A，将进一步修改后的光束2A向反射表面217重新导向。如图2B所示，第一反射表面212A和第二反射表面214A可以是弯曲的；并且反射表面117可以是平坦的。光学组件30可以包括在系统200内。耦接组件220可以包括在系统200内。
弯曲的输出表面208A的曲率可以与反射表面212A和214A的曲率相关。例如，弯曲的输出表面208A的曲率半径可以大致为800mm；第一反射表面212A的曲率半径可以大致为300mm；并且第二反射表面214A的曲率半径可以大致为400mm。如前所述，系统200内的曲率还可以与激光发生器10A、表面212A和214A、反射表面217、以及光纤40的输入表面41之间的相应距离L1、L2、L3或L4相关。系统200中的距离L1-L4类似于如上所述在系统100中的它们的对应距离。在整个系统200中，第一距离L1可以大致等于133mm；第二距离L2可以大致等于84mm；第三距离L3可以大致等于86mm；并且第四距离L4可以大致等于450mm。可以再次在曲率与距离之间定义各种比率，并且所述比率可以用于适应激光系统200的变型。
中继组件212和检流计216可以通过减小系统1内输入激光束2A和组合激光束4的BPP来提高光束质量。例如，反射表面212A、214A和217、在其间延伸的相应距离L1、L2、L3和L4可以使组合光束4在光纤40的输入表面41处在BPP最小化，从而保证了高的光束质量。因此，反射表面217和耦接组件220可以是现成的常规部件，比如光纤耦合器221。在系统200中对准公差可以被增大。系统200内的组合激光束4的BPP可以比光纤40在输入表面41处的BPP至少小10％。例如，组合光束4在输入表面41处的BPP可以大致为58mm-mrad，并且光纤40在表面41处的BPP可以大致为68mm-rand，提供了大约16％的BPP减小。
距离L1、L2、L3和L4可以不同。在系统200中，例如，第四距离L4可以被增大以容纳光学组件30的附加部件，比如可操作来发出组合激光束4的脉冲的附加光闸机构。增大第四距离L4会使得激光束4的光束尺寸扩大，潜在地增大了光束4的BPP。系统200可以被进一步修改以解决该问题。例如，如图2B所示，可以在组合激光束4的路径中放置球面中继透镜260，以减小耦接组件220上的光束4的光束尺寸。可以类似地修改系统1和100。
为了维持光束质量，修改后的系统200内的曲率和距离可以与球面中继透镜260的位置和有效焦距相关。例如，当球面中继透镜260被放置为与检流计216相距200mm并具有250mm的有效焦距时，弯曲的输出表面208A的曲率半径可以大致为200mm；第一反射表面212A的曲率半径可以大致为300mm；并且第二反射表面214A的曲率半径可以大致为500mm；第一距离L1可以大致等于133mm；第二距离L2可以大致等于81mm；第三距离L3可以大致等于90mm；并且第四距离L4可以大致等于600mm。基于该示例，可以定义和应用各种比率。
可以通过修改后的系统200提高对准公差。例如，由于球面中继透镜260，不管是否对第四距离L4增大，修改后的系统200内的组合激光束4的BPP可以仍然比光纤40在输入表面41处的BPP小至少10％。组合激光束4在输入表面41处的BPP可以大致为57mm-mrad，并且光纤40在表面41处的BPP可以大致为68mm-rad，提供了大约18％的BPP减小。如所示，当使用透镜260时还可以减小弯曲的输出表面208A的直径，从而减小了激光谐振器210A的尺寸。
尽管类似的方法可应用于系统100和200，但现在参照激光系统1描述方法300。如图3所示，方法300可以包括：放出多个输入激光束2A-2D(“放出”步骤310)；通过中继组件12向反射表面17引导每个输入激光束2A-2D(“引导”步骤320)；并且旋转弯曲的反射表面17以便以比每个输入激光束2A-2D的功率水平大的功率水平来输出组合激光束4(“组合”步骤330)；以及以比光纤40的BPP低的BPP将组合激光束4输出至光纤40中(“输出”步骤340)。现在更详细地描述步骤310、320、330和340的另外的方面。
放出步骤310可以包括用于配置和操作多个激光谐振器10或210的任何中间步骤。利用图1的激光系统1，例如，步骤310可以包括对放出输入激光束2A-2D所必须的激光设定进行确定。对于图2B的激光系统200(其中第二反射表面214A是弯曲的，反射表面217是平坦的)内的每个输入激光束，放出步骤310还可以包括与通过弯曲输出表面208A放出输入激光束2A类似的步骤。
引导步骤320可以包括用于配置中继组件12、112和212的任何中间步骤。利用图1的系统1，例如，步骤320可以包括操作倾斜盘11A-11D和/或倾斜安装件13A-13D以将激光谐振器10A-10D与反射表面12A-12D对准，从而将每个输入激光束2A-2D向反射表面17引导。对于系统100和200内的每个输入激光束，步骤320可以包括将激光谐振器110A或210A附接至表面7，并且操作倾斜安装件113A、213A和115A、215A以将激光谐振器10A与反射表面117或217对准。
可以修改引导步骤320以考虑本文所述的各种反射表面和透镜的曲率。例如，步骤320还可以包括减小每个输入激光束2A-2D的光束尺寸和/或去除每个输入激光束2A-2D的球面像差。在系统1中，例如，反射表面12A和17均为弯曲的反射表面，并且步骤330可以包括利用弯曲的反射表面来引导激光束。可以利用系统100和200执行类似的中间步骤。利用这些系统，例如，步骤330可以包括：将输入激光束2向第一反射表面112A或212A引导；利用表面112A或212A来减小光束2A的光束尺寸；将来自表面112A或212A的光束2A向第二反射表面114A或214A引导；以及将来自第二反射表面114A或214A的光束2A向反射表面117引导。
组合步骤330可以包括用于生成组合激光束4的任何手段，包括使用检流计16等技术。在方法300内，例如，步骤330可以包括用于配置检流计16、116和216的任何中间步骤，比如确定对应反射表面17、117和217的旋转速度。步骤330还可以包括减小组合激光束4中的球面像差。例如，步骤330可以包括通过耦接组件20引导组合激光束4。步骤330还可以包括用于通过球面间中继透镜输出组合激光束4的步骤。利用系统200，例如，步骤330可以包括通过球面中继透镜260输出组合激光束4以减小组合光束4在光纤耦合器221上的光束尺寸。
输出步骤340可以包括用于将组合激光束4输出至光纤40的输入表面41上的任何中间步骤，包括用于以比输入表面41的BPP低的BPP输出光束4的任何步骤。在系统1内，例如，步骤340可以包括用于通过光学组件30引导组合激光束和/或实现组件30的任何益处的步骤。例如，步骤340可以包括：使用第一分束器31将一部分组合激光束4向控制器引导；响应于来自所述控制器的输入信号来操作光闸机构；使用第二分束器31将瞄准光束向光纤40的输入表面41引导；和/或通过黑色屏蔽件引导组合激光束4。在步骤340中可以利用任何光学器件。
根据本描述，系统1、100和200以及方法300可以用于从多个输入激光束2A-2D生成组合激光束4，并且利用(i)等于每个输入激光束2A-2D的功率水平之和的平均功率水平、以及(ii)比光纤40的BPP至少小10％的BPP来输出组合激光束4。可以通过光纤40在输入表面41处的最小直径、或者基于光纤40在不同位置处的另一最小直径来定义光纤的BPP。在大多数激光系统中，光纤40的最小直径由其他系统需要来确定，使得系统1、100和200以及方法300对于增大对准公差和减小部件故障风险特别有用。
参照系统1、100和200的特定示例描述了本公开的许多方面。在这些特定示例中提供了尺寸和比率以支持对本公开的完整理解。除非要求保护，否则这些尺寸和比率不旨在对本公开进行限制。
尽管本文参照针对特定应用的示例方面描述了本公开的原理，然而本公开不限于此。本领域接受了本文所提供的指导的普通技术人员将会理解，附加的修改、应用、方面和等同物替代全部落入本文所述方面的范围之内。因此，本公开不应被看作由前述描述所限制。

Claims (20)

1.一种激光系统，包括：
多个激光谐振器，每个激光谐振器被配置为放出输入激光束；
中继组件，其包括第一反射表面，所述第一反射表面对每个输入激光束进行重新导向；
检流计镜，其包括第二反射表面，所述第二反射表面接收每个重新导向后的输入激光束，并以比每个输入激光束的功率水平大的功率水平来输出组合激光束；以及
耦接组件，其被配置为将所述组合激光束导向至光纤中，
其中每个输入激光束沿着光束路径被放出，所述光束路径包括：(i)从所述多个激光谐振器中的一个激光谐振器延伸至所述第一反射表面的第一距离；(ii)从所述第一反射表面延伸至所述第二反射表面的第二距离；以及(iii)从所述第二反射表面延伸至光纤的第三距离；以及
其中所述第三距离大于所述第一距离和所述第二距离之和。
2.根据权利要求1所述的激光系统，其中所述第一距离大致等于所述第二距离。
3.根据权利要求1所述的激光系统，其中第二反射表面是弯曲的或平坦的。
4.根据权利要求1所述的激光系统，其中第一反射表面是弯曲的或平坦的。
5.根据权利要求4所述的激光系统，其中所述多个激光谐振器中的每个激光谐振器经由倾斜盘能够移动地安装至表面。
6.根据权利要求4所述的激光系统，其中所述第一反射表面经由倾斜安装件能够移动地安装至表面，其中所述倾斜安装件以至少两个自由度相对于所述表面能够移动。
7.根据权利要求1所述的激光系统，其中所述第二反射表面能够相对于所述耦合组件旋转。
8.根据权利要求1所述的激光系统，其中所述组合激光束具有比所述光纤的最小光束参数乘积低的最大光束参数乘积。
9.根据权利要求1所述的激光系统，其中所述耦合组件将所述组合激光束输出至光纤的输入表面上，并且所述组合激光束的所述光束参数乘积比所述光纤在所述输入表面处的光束参数乘积至少小10％。
10.一种激光系统，包括：
至少一个激光谐振器，能够操作来放出输入激光束；
中继组件，其包括第一反射表面和第二反射表面，所述第一反射表面和所述第二反射表面两者都对所述输入激光束进行重新导向；以及
检流计镜，其包括第三反射表面，所述第三反射表面接收重新导向后的光束，并输出组合激光束，
其中所述第一反射表面具有第一曲率半径，所述第二反射表面具有第二曲率半径，并且所述第一曲率半径约为所述第二曲率半径的四分之三。
11.根据权利要求10所述的激光系统，其中所述输入激光束被配置为沿着光束路径被放出，所述光束路径包括：(i)从所述至少一个谐振器延伸至所述第一反射表面的第一距离；(ii)从所述第一反射表面延伸至所述第二反射表面的第二距离；以及(iii)从所述第二反射表面延伸至所述第三反射表面的第三距离。
12.根据权利要求11所述的激光系统，其中所述光束路径还包括(iv)从所述第三反射表面延伸至所述光纤的第四距离。
13.根据权利要求11所述的激光系统，其中所述第二距离大致等于所述第三距离。
14.根据权利要求10所述的激光系统，其中所述至少一个激光谐振器包括具有第三曲率半径的弯曲输出表面，并且其中所述第一曲率半径约为所述第三曲率半径的三分之一。
15.根据权利要求10所述的激光系统，其中所述组合激光束的功率水平大于每个输入激光束的功率水平。
16.一种方法，包括：
从多个激光谐振器放出输入激光束；
将每个输入激光束导向中继组件，所述中继组件包括第一反射表面，所述第一反射表面将光束重新导向检流计镜的第二反射表面；以及
将所述输入激光束与第二反射表面组合成组合激光束，
其中，所述第一反射表面具有第一曲率半径，所述第二反射表面具有第二曲率半径，并且所述第一曲率半径约为所述第二曲率半径的三分之一。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括旋转所述第二反射表面来以比每个输入激光束的功率水平大的功率水平来输出组合激光束。
18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括将所述多个激光谐振器与所述第一反射表面对准以将每个输入激光束导向所述中继组件。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述组合激光束被输出至光纤的输入表面上，并且所述组合激光束的光束参数乘积比所述光纤在所述输入表面处的光束参数乘积至少小10％。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述组合激光束具有比所述光纤的最小光束参数乘积低的最大光束参数乘积。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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