DE112015000994B4

DE112015000994B4 - Systeme für Mehrstrahl-Laseranordnungen mit veränderbarem Strahlparameterprodukt

Info

Publication number: DE112015000994B4
Application number: DE112015000994.9T
Authority: DE
Inventors: Bien Chann; Parviz Tayebati; Robin Huang; Bryan Lochman; Wang-Long Zhou; Francisco Villarreal-Saucedo; James Zambuto
Original assignee: Panasonic Corp Of North America N D Ges D Staates Delaware; Panasonic Corp Of North America NDGesD Staates Delaware
Current assignee: Panasonic Corp of North America
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2024-01-18
Anticipated expiration: 2035-02-27
Also published as: US9739946B2; US20160266317A1; CN106415951B; JP6349410B2; US9310560B2; JP2018072854A; US20170307827A1; US10254484B2; US11327235B2; DE112015000994T5; CN106415951A; JP2017506769A; WO2015130920A1; JP6636493B2; US20150241632A1; US20190113685A1

Abstract

Ein Strahlparametereinstellungssystem und Fokussiersystem zum Empfangen und zum Verändern einer räumlichen Verteilung einer Mehrzahl von Strahlungsbündeln von einer Mehrzahl von Strahlquellen und zum Fokussieren der Strahlung mit der geänderten räumlichen Verteilung auf eine Stirnfläche einer optischen Faser (115) wobei die Strahlungsbündel jeweils einen Polarisationszustand und gemeinsam eine räumliche Verteilung aufweisen, das System umfassend:ein erstes optisches Element zum Teilen jedes der Strahlungsbündel in eine Mehrzahl von räumlich versetzten Ausgangsstrahlen, wobei das Teilen auf den Polarisationszuständen basiert,Fokussieroptiken zum Kombinieren der Ausgangsstrahlen auf die Stirnfläche der optischen Faser (115) undein zweites optisches Element zum Verändern eines Polarisationszustands von (i) wenigstens einem der Strahlungsbündel und/oder (ii) wenigstens eines von jeder Mehrzahl von Ausgangsstrahlen vor dem Kombinieren derselben durch die Fokussieroptiken, wobei die kombinierten Ausgangsstrahlen eine von der räumlichen Verteilung der Strahlungsbündel verschiedene räumliche Ausgabeverteilung aufweisen, wobei die Ausgabeverteilung durch das polarisationsbasierte Teilen bestimmt ist.

Description

Technisches Feld
In verschiedenen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Lasersysteme, insbesondere Lasersysteme mit steuerbaren Strahlparameterprodukten.
Hintergrund
Hochleistungslasersysteme werden für eine Vielzahl verschiedener Anwendungen, wie beispielsweise Schweißen, Schneiden, Bohren, und die Materialbearbeitung genutzt. Derartige Lasersysteme umfassen typischerweise einen Laseremitter, von dem das Laserlicht in eine optische Faser gekoppelt ist, (oder einfach eine „Faser“) und ein optisches System, welches das Laserlicht von der Faser auf das zu verarbeitende Werkstück fokussiert. Das optische System ist in der Regel entwickelt, um den Laserstrahl höchster Qualität zu erzeugen, oder äquivalent den Strahl mit dem niedrigsten Strahlparameterprodukt (BPP). Das BPP ist das Produkt aus dem Divergenzwinkel des Laserstrahls (Halbwinkel) und dem Radius des Strahls an der engsten Stelle (d.h. der Strahltaille, der minimalen Spotgröße). Das BPP quantifiziert die Qualität des Laserstrahls und wie gut es auf einen kleinen Punkt fokussiert werden kann, und wird in der Regel in Einheiten von Millimeter-Milliradiant (mm-mrad) ausgedrückt. Ein Gauß'scher Strahl hat die niedrigste mögliche BPP, gegeben durch die Wellenlänge des Laserlichts geteilt durch pi. Das Verhältnis des BPP eines tatsächlichen Strahls zu dem eines idealen Gauß'schen Strahls mit der gleichen Wellenlänge wird mit M² angegeben, welches ein wellenlängenunabhängiges Maß der Strahlqualität ist.
In vielen Laserverarbeitungsanwendungen können die gewünschte Strahlfleckgröße, Divergenz und Strahlqualität in Abhängigkeit von beispielsweise der Art der Verarbeitung und / oder der Art des zu verarbeitenden Materials variieren. Um entsprechende Änderungen an dem BPP des Lasersystems zu machen, müssen häufig die Ausgabeoptik oder die optische Faser mit anderen Komponenten ausgetauscht werden und / oder neu ausgerichtet werden, ein zeitraubender und teurer Prozess, der zu einer unbeabsichtigten Beschädigung der fragilen optischen Komponenten des Lasersystems fuhren kann.
Der Artikel „Fiber-coupling technique for high-power diode laser arrays", verfasst von Hans-Georg Treusch et al. und erschienen in Proc. SPIE, Laser Resonators: SPIE Vol 3267, 1998, S. 98 - S. 106, bezieht sich auf Techniken zur Faserkopplung für Hochleistungs-Diodenlaser-Arrays.
Der Artikel „Optimization of single-mode fiber coupling efficiency with an adaptive membrane mirror", verfasst durch Frederic Gonte und veröffentlicht in Opt. Eng., Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, Vol 41 No. 5, 2002, S. 1073 - 1076 bezieht sich auf die Verwendung eines aktiven Membranspiegels zur Erhöhung der Effizienz für die Kopplung von Licht in Monomodenfasern.
Der Artikel „Active control of input field to achieve desired output intensity profile in multimode fiber with random mode coupling", verfasst von Reza Nasiri Mahalati et al. und erschienen in Optics Express, OSA, Vol. 20, No. 13, 2013, S. 14321 - 14337 bezieht sich auf ein Verfahren zur Synthese eines gewünschten Intensitätsprofils am Ausgang einer Multimodenfaser.
Der Artikel „Fiber coupling with adaptive optics for free-space optical communication", verfasst von Thomas Weyrauch et al. und erschienen in Proc. SPIE, Free-Space Laser Communication and Laser Imaging", SPIE Vol 4489, 2002, S. 177 - S. 184 bezieht sich auf ein adaptives System zur Kopplung optischer Fasern.
Das Dokument US 5 715 270 A bezieht sich auf ein Direktdiodenlasersystem.
Das Dokument US 7 079 203 B1 bezieht sich auf ein inhomogenes, konzentriertes Polymernetzwerk, welches ca. 90° verdrehte nematische Flüssigkristalle aufweist und welches zur Herstellung von Linsen und Prismen verwendet wird.

Das Dokument US 8 797 654 B2 bezieht sich auf elektroaktive Linsen
Der Artikel „Tunable lenses offer compact solution to combine floodlights and spotlights in one product", verfasst von Joerg Wertli und Michael Bueeler und erschienen in LEDsmagazine.com, Oktober 2011, S. 74 und 75 bezieht sich auf steuerbare Linsen
Das Dokument US 6 151 168 A bezieht sich auf ein System zur Symmetrisierung eines Strahls, welcher durch benachbarte Laserdioden erzeugt wird.
Das Dokument US 2004/0 247 240 A1 bezieht sich auf ein System, welches ein Bündel von Laserstrahlen, welches von einer Vielzahl von Halbleiterlasern emittiert wird, konvertiert, um es in eine optische Faser eintreten zu lassen.
Der Artikel „Fiber optic tunabel probe for endoscopic optical coherence tomography", verfasst von KHaled Aljasem und veröffentlicht im Journal of Optics A: Pure and Applied Optics, IOP Publishing, Vol 10, 2008, S. 1 bis 8, bezieht sich auf eine miniaturisierte Endoskopiesonde basierend auf einer pneumatisch aktuierbaren Mikrolinse.
Das Dokument US 6 594 419 B2 bezieht sich auf spitz zulaufende Multimodenlasern
Der Artikel „Fokusvariable Linsen“, verfasst von Marc Blum und erschienen in Optik Design (www.optik-photonik.de, 2011; abrufbar unter https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/opph201190358 bezieht sich auf formveränderliche Polymerlinsen, welche kompakt sind und ein schnelles Fokussieren ermöglichen.

Somit besteht ein Bedarf für alternative Techniken zum Variieren des BPP eines Lasersystems, das nicht solche Anpassungen des Laserstrahls oder des optischen Systems am Ausgang der optischen Faser beinhaltet.
Zusammenfassung
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen Lasersysteme zur Verfügung, bei denen das BPP des Systems (d.h von dessen Ausgabelaserstrahl) durch Manipulation eines oder mehrerer Eingangslaserstrahlen variiert wird, die in eine optische Faser gekoppelt sind, anstatt über Manipulation des Ausgangsstrahls, der aus der Faser austritt. Dieser Ausgangsstrahl mit steuerbar variabler BPP kann verwendet werden um ein Werkstück in solchen Anwendungen wie Schweißen, Schneiden, Bohren, und so weiter zu verarbeiten. Ausführungsformen der Erfindung variieren den Fokusspot und / oder die Strahlqualität des Eingangslaserstrahls oder der Eingangslaserstrahlen, um eine steuerbar variable BPP am Ausgang des Lasersystems zu ermöglichen (Referenzen hierin auf einen Eingangslaserstrahl sind im Sinne von „ein oder mehrere Eingangslaserstrahlen“ zu verstehen, also einschließlich der Möglichkeit mehrerer Eingangslaserstrahlen, wenn nicht anders angegeben) Zum Beispiel kann der Fokusspot eines Eingangslaserstrahls bei fixer Strahlqualität des Eingangsstrahls variiert werden, oder die Strahlqualität (zB. Strahldivergenz, Strahlgröße, und / oder Leistung) eines Eingangsstrahls kann variiert werden, oder eine Kombination dieser Techniken kann verwendet werden
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung koppeln den einen oder die mehreren Eingabelaserstrahlen in eine optische Faser. In verschiedenen Ausführungsformen weist die optische Faser mehrere einen einzelnen Kern umgebende Mantelschichten, mehrere diskrete Kernregionen (oder „Kerne“) innerhalb einer einzelnen Mantelschicht, oder mehrere von mehreren Mantelschichten umgeben Kerne auf.
Hierin kann „optische Elemente“ sich auf irgend eines von Linsen, Spiegeln, Prismen, Gittern und dergleichen beziehen, die elektromagnetische Strahlung umleiten, reflektieren, biegen, oder in irgendeiner anderen Art und Weise optisch manipulieren. Hierbei beinhalten Strahlemitter, Strahler oder Laserstrahler oder Laser jede elektromagnetische Strahl-Erzeugungsvorrichtung, wie Halbleiterelemente, die einen elektromagnetischen Strahl erzeugen, die aber selbst-resonant sein können aber nicht müssen. Dazu gehören auch Faserlaser, Scheibenlaser, nicht-Festkörperlaser, usw. Im Allgemeinen enthält jeder Emitter eine rückreflektierende Oberfläche, zumindest ein optisches Verstärkungsmedium und eine vordere reflektierende Oberfläche. Das optische Verstärkungsmedium erhöht die Verstärkung von elektromagnetischer Strahlung, die nicht auf einen bestimmten Teil des elektromagnetischen Spektrums beschränkt ist, sondern sichtbares, infrarotes und / oder ultraviolettes Licht sein kann. Ein Emitter kann mehrere Strahlemittier umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen, wie beispielsweise eine Diodenleiste die konfiguriert ist um mehrere Strahlen zu emittieren. Die Eingangsstrahlen in den Ausführungsformen hierin können monochromatische Strahlen oder Strahlen mit mehreren Wellenlängen sein, die mit im Stand der Technik bekannten verschiedenen Techniken kombiniert werden.
Ausführungsformen der Erfindung können mit Wellenlängen-Strahl-Kombinier (WBC) Systemen verwendet werden, die eine Mehrzahl von Emittern beinhalten, beispielsweise eine oder mehrere Diodenleisten, die mittels eines dispersiven Elements kombiniert werden um einen Mehrwellenlängen-Strahl zu bilden. Jeder Emitter im WBC-System schwingt individuell, und wird durch wellenlängenspezifische Rückkopplung von einem gemeinsamen teilweise reflektierenden Ausgangskoppler stabilisiert, der durch das Dispersionselement entlang eines Strahl-kombinierenden Dimension gefiltert wird.
Beispielhafte WBC Systeme sind beschrieben in US 6 192 062 B1 , US 6 208 679 B1 , US 8 670 180 B2 und US 8 559 107 B2 , deren jeweils gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
In einem Aspekt verfügen Ausführungsformen der Erfindung über ein Strahlparametereinstellungssystem und Fokussiersystem zum Empfangen und zum Verändern einer räumlichen Verteilung einer Mehrzahl von Strahlungsbündeln von einer Mehrzahl von Strahlquellen und zum Fokussieren der Strahlung mit der geänderten räumlichen Verteilung auf eine Stirnfläche einer optischen Faser. Die räumliche Verteilung und die veränderte räumliche Verteilung können räumliche Leistungsverteilungen sein. Die Strahlungsbündel haben jeweils einen Polarisationszustand und haben gemeinsam eine räumliche Verteilung (beispielsweise eine räumliche Leistungsverteilung). Das System umfasst oder besteht im Wesentlichen aus einem ersten optischen Element zum Teilen jedes der Strahlungsbündel in eine Mehrzahl von räumlich versetzten Ausgangsstrahlen, wobei das Teilen auf den Polarisationszuständen basiert, Fokussieroptiken (z.B. eine oder mehrere Linsen, Spiegel, und/oder andere optische Elemente) zum Kombinieren der Ausgangsstrahlen auf die Stirnfläche der optischen Faser, und ein zweites optisches Element zum Verändern eines Polarisationszustands von (i) wenigstens einem der Strahlungsbündel und/oder (ii) wenigstens eines von jeder Mehrzahl von Ausgangsstrahlen vor Kombinieren derselben durch die Fokussieroptiken, wobei die kombinierten Ausgangsstrahlen eine von der räumlichen Verteilung der Strahlungsbündel verschiedene räumliche Ausgabeverteilung aufweisen, wobei die Ausgabeverteilung durch das polarisationsbasierte Teilen bestimmt ist.
Ausführungsformen der Erfindung können einen oder mehrere der folgenden Schritte in einer beliebigen einer Vielzahl von Kombinationen enthalten. Das zweite optische Element kann ein λ/2-Plättchen (Halbwellenplatte) beinhalten oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das erste optische Element kann einen Polarisationsstrahlteiler zum Aufteilen der Strahlen in die Ausgangsstrahlen in Übereinstimmung mit den Polarisationszuständen der Strahlen beinhalten oder im Wesentlichen daraus bestehen. Die Halbwellenplatte kann optisch dem Polarisationsstrahlteiler vorgeschaltet sein (d.h. so positioniert, dass ankommendes Licht vor dem Polarisationsstrahlteiler in die λ/2-Plättchen schlägt). Der polarisierende Strahlteiler kann eine obere reflektierende Oberfläche aufweisen, welche so angewinkelt ist, dass die Ausgangsstrahlen auf einem nicht-parallelen Winkel relativ zu optischen Pfaden der Strahlungsbündel propagieren. Ein Polarisationsrandomisierer zum Randomisieren der Polarisationszustände der Ausgangsstrahlen kann optisch der Fokussieroptik vorgeschaltet sein. Der Polarisationsrandomisierer kann ein λ/4-Plättchen (Viertelwellenplatte) und / oder einen Polarisationsverwürfler beinhalten oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das erste optische Element kann einen doppelbrechenden Strahlversetzer zum räumlichen Versetzen wenigstens mancher der Strahlungsbündel basierend auf deren Polarisationszuständen enthalten oder im Wesentlichen daraus bestehen. Der Strahlversetzer kann doppelbrechend sein (beispielsweise monoaxial doppelbrechend), wobei jeder der Strahlungsbündel in einen ordentlichen Strahl, der entlang einer optischen Achse des Strahlversetzers propagiert, und einen außerordentlichen Strahl, der weg von der optischen Achse propagiert, geteilt wird. Die Leistungsverteilung zwischen jedem der ordentlichen und außerordentlichen Strahlen kann von Polarisationskomponenten des entsprechenden Strahlungsbündels abhängen. Der Strahlversetzer kann keilförmig sein, so dass die Ausgangsstrahlen auf einem nicht-parallelen Winkel relativ zu optischen Pfaden der Strahlungsbündel propagieren.
Das erste optische Element kann beinhalten oder bestehen im Wesentlichen aus ersten und zweiten polarisierenden Strahlteilern. Das zweite optische Element kann eine Halbwellenplatte, die zwischen dem ersten und dem zweiten polarisierenden Strahlteiler entlang einer optischen Achse angeordnet ist, beinhalten oder im Wesentlichen daraus bestehen. Der erste polarisierende Strahlteiler kann die Strahlungsbündel in eine Mehrzahl von räumlich versetzten Zwischenstrahlen in Übereinstimmung mit den Polarisationszuständen der Strahlungsbündel aufteilen. Einige, aber nicht alle der Zwischenstrahlen können entlang der optischen Achsen der Strahlungsbündel propagieren und manche der Zwischenstrahlen können parallel zu aber räumlich versetzt von den optischen Pfaden der Strahlungsbündel propagieren. Das zweite optische Element kann Polarisationszustände von wenigstens manchen der versetzten Zwischenstrahlen abfangen und verändern. Der zweite polarisierende Strahlteiler kann wenigstens manche der versetzten Zwischenstrahlen mit den Zwischenstrahlen die nicht versetzt wurden kombinieren, basierend auf den veränderten Polarisationszuständen der versetzten Zwischenstrahlen die durch das zweite optische Element aufgefangen wurden. Das System kann eine Viertelwellenplatte umfassen, die dem ersten polarisierenden Strahlteiler vorgeschaltet ist, um die Polarisationszustände der Strahlungsbündel festzulegen. Ein Rotationswinkel von dem λ/2-Plättchen um eine optische Achse desselben kann eine Einteilung von Strahlleistung zwischen einer maximalen numerischen Apertur der Strahlungsbündel und einer minimalen numerischen Apertur der Strahlungsbündel bestimmen.
Das erste optische Element kann einen ersten und zweiten doppelbrechenden Strahlversetzer beinhalten oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das zweite optische Element kann eine Halbwellenplatte die zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlversetzer entlang einer optischen Achse desselben angeordnet ist beinhalten oder im Wesentlichen daraus bestehen. Der erste Strahlversetzer kann jedes der Strahlungsbündel in einen ordentlichen Zwischenstrahl, der entlang einer optischen Achse des Strahlteilers propagiert, und einen außerordentlichen Zwischenstrahl, der weg von der optischen Achse propagiert, teilen, basierend auf den Polarisationszuständen der Strahlungsbündel. Das zweite optische Element kann Polarisationszustände der Zwischenstrahlen abfangen und verändern. Der zweite Strahlversetzer kann die Zwischenstrahlen basierend auf den veränderten Polarisationszuständen versetzen. Das System kann eine Viertelwellenplatte umfassen, die dem ersten polarisierenden Strahlteiler optisch vorgeschaltet ist, um die Polarisationszustände der Strahlen festzulegen.
Das erste optische Element kann erste und zweite voneinander beabstandete, im Wesentlichen optisch transparente Platten umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Die Platten können parallel zueinander ausgerichtet sein, aber angewinkelt in Bezug auf die optischen Pfade der Strahlungsbündel. Das zweite optische Element kann eine Halbwellenplatte beinhalten oder im Wesentlichen daraus bestehen, die zwischen den ersten und zweiten Platten eingreift. Jede der ersten und der zweiten Platte kann eine doppelbrechende Oberfläche aufweisen, die dem zweiten optischen Element zugewandt ist, und eine stark reflektierende Oberfläche gegenüber der doppelbrechenden Oberfläche. Der Rotationswinkel von dem λ/2-Plättchen um eine optische Achse desselben kann eine Einteilung von Strahlleistung zwischen einer maximalen numerischen Apertur der Strahlungsbündel und einer minimalen numerischen Apertur der Strahlungsbündel bestimmen.
Das erste optische Element kann wenigstens einen Reflektor und erste und zweite voneinander beabstandete, im Wesentlichen optisch transparente Platten umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Die Platten können mit einander entgegengesetzten Winkeln zu den optischen Pfaden der Strahlungsbündel ausgerichtet sein. Das zweite optische Element kann eine Halbwellenplatte umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Jede der ersten und der zweiten Platte kann eine doppelbrechende Oberfläche aufweisen, die dem zweiten optischen Element zugewandt ist, und eine stark reflektierende Oberfläche gegenüber der doppelbrechenden Oberfläche. Die erste und die zweite Platte können entlang der optischen Pfade der Strahlungsbündel angeordnet sein. Der Reflektor kann räumlich beabstandet zu den optischen Pfaden der Strahlungsbündel sein. Die Halbwellenplatte kann zwischen der ersten Platte und dem Reflektor angeordnet sein. Die ersten und zweiten optischen Elemente können derart angeordnet sein, dass Zwischenstrahlen von der ersten Platte die Halbwellenplatte wandern und von dem Reflektor zu der zweiten Platte reflektiert werden von wo sie durch die Fokussieroptiken propagieren. Die erste und die zweite Platte können entlang der optischen Pfade der Strahlungsbündel angeordnet sein. Die ersten und zweiten Reflektoren können beabstandet von den optischen Pfaden der Strahlungsbündel angeordnet und mit entgegengesetzten Winkeln in Bezug zueinander ausgerichtet sein. Die Halbwellenplatte kann zwischen den Reflektoren angeordnet sein. Die ersten und zweiten optischen Elemente können derart angeordnet sein, dass Zwischenstrahlen von der ersten Platte über den ersten Reflektor durch die Halbwellenplatte gerichtet werden, und über den zweiten Reflektor zu der zweiten Platte, um sodann durch die Fokussieroptiken zu propagieren.
In einem anderen Aspekt verfügen Ausführungsformen der Erfindung über ein Strahlparametereinstellungssystem und Fokussiersystem zum Empfangen und zum Verändern einer räumlichen Verteilung einer Mehrzahl von Strahlungsbündeln von einer Mehrzahl von Strahlquellen und zum Fokussieren der Strahlung mit der geänderten räumlichen Verteilung auf eine Stirnfläche einer optischen Faser. Die räumliche Verteilung und die veränderte räumliche Verteilung können räumliche Leistungsverteilungen sein. Das System umfasst einen verformbaren Spiegel, Fokussieroptiken und eine Steuereinheit oder besteht im Wesentlichen daraus. Der verformbare Spiegel hat eine reflektive Oberfläche, und die Steuereinheit ändert eine Verformung (z.B., Form) der reflektierenden Oberfläche. Der verformbare Spiegel und die Fokussieroptik sind derart angeordnet, dass der verformbare Spiegel die Strahlungsbündel empfängt und sie durch die Fokussieroptiken auf die Stirnfläche richtet. Die Steuereinheit spricht auf eine angezielte Strahlungsleistungsverteilung an und ist konfiguriert, eine Spiegelverformung zu erzeugen wodurch die Strahlungsbündel mit der angezielten Strahlungsleistungsverteilung auf die Stirnfläche auftreffen.
In einem weiteren Aspekt können Ausführungsformen der Erfindung verfügen über ein Strahlparametereinstellungssystem und Fokussiersystem zum Empfangen und zum Verändern einer räumlichen Leistungsverteilung eines Strahlungsbündels einer Strahlquelle und zum Fokussieren der Strahlung mit der geänderten räumlichen Verteilung auf eine Stirnfläche einer optischen Faser. Das System umfasst eine Gradientenindex-Linse die einen Brechungsindex hat, der durch eine optische Achse der Linse konstant ist aber in Richtungen senkrecht zu der optischen Achse variierend ist, Mittel zum Einführen einer Verzerrung in der Linse um eine Taille, Fleckgröße, Strahlqualität, Eintrittswinkel (in die Faser) und / oder Divergenz eines aus der Linse heraustretenden Strahls zu variieren, und eine Steuereinheit zum Steuern der Verzerrungs-Einführungsmittel um eine angezielte veränderte räumliche Leistungsverteilung auf der Stirnfläche zu erreichen. Die Verzerrungs-Einführungsmittel können mindestens eins sein von einem lokalen Erhitzer, einer in die Linse gerichtete Strahlungsquelle, einem akustooptischen Modulator der eine optische Eigenschaft der Linse verändert, oder einem elektrooptischen Modulator der eine optische Eigenschaft der Linse verändert. Die reflektive Oberfläche kann einen steuerbaren Phasenfehler haben, wobei der Phasenfehler die angezielte Strahlungsleistungsverteilung erzeugt.
In einem anderen Aspekt verfügen Ausführungsformen der Erfindung über ein Strahlparametereinstellungssystem und Fokussiersystem zum Empfangen und zum Verändern einer räumlichen Leistungsverteilung eines Strahlungsbündels einer Strahlquelle und zum Fokussieren der Strahlung mit der geänderten räumlichen Verteilung auf eine Stirnfläche einer optischen Faser. Das System umfasst oder besteht im Wesentlichen aus Fokussieroptiken, einer Heizquelle um eine wärmeabhängige Verzerrung in die Fokussieroptiken einzuführen, um die Taille, Spotgröße, Strahlqualität, den Eintrittswinkel (in die Faser), und / oder die Divergenz eines daraus heraustretenden Strahls zu variieren, und eine Steuereinheit zur Steuerung der Heizquelle um eine angezielte veränderte räumliche Leistungsverteilung auf der Stirnfläche zu erreichen.
Nach noch einem weiteren Aspekt verfügen Ausführungsformen der Erfindung über ein Strahlparametereinstellungssystem und Fokussiersystem zum Empfangen und zum Verändern einer räumlichen Leistungsverteilung eines Strahlungsbündels einer Strahlquelle und zum Fokussieren der Strahlung mit der geänderten räumlichen Verteilung auf eine Stirnfläche einer optischen Faser. Das System umfasst oder besteht im Wesentlichen aus einer Fokussieroptik, einer Faserendkappe welche Strahlung der Fokussieroptiken optisch in die Faserstirnfläche koppelt (und welche stoßgekoppelt, z.B. spaltfrei stoßgekoppelt, an die Faserstirnfläche sein kann), Mitteln zum Einführen einer Verzerrung in die Faserendkappe zum Variieren einer Taille, Spotgröße, Strahlqualität, eines Eintrittswinkel (in die Faser), und / oder einer Divergenz eines aus der Fokussieroptik heraustretenden Strahls, und eine Steuereinheit zum Steuern der Verzerrungs-Einführungsmittel um eine angezielte veränderte räumliche Leistungsverteilung auf der Stirnfläche zu erreichen. Die Verzerrungs-Einführungsmittel können mindestens eins sein von einem lokalen Erhitzer, einer in die Endkappe gerichtete Strahlungsquelle, einem akustooptischer Modulator der eine optische Eigenschaft der Endkappe verändert, oder einem elektrooptischer Modulator der eine optische Eigenschaft der Endkappe verändert.
In einem anderen Aspekt verfügen Ausbildungsformen der Erfindung über ein Strahlparametereinstellungssystem und Fokussiersystem zum Empfangen eines Strahlungsbündels einer Strahlquelle und zum Fokussieren der Strahlung auf eine Stirnfläche einer optischen Faser. Das System kann Fokussieroptiken und ein Segment einer Gradientenindex-Faser zum optischen Koppeln von Strahlung aus den Fokussieroptiken in die Stirnfläche der Faser mit einer geänderten räumlichen Leistungsverteilung umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das Segment der Gradientenindex-Faser kann stoßgekoppelt zur Stirnfläche sein.
In einem anderen Aspekt verfügen Ausbildungsformen der Erfindung über ein Strahlparametereinstellungssystem und Fokussiersystem zum Verändern einer räumlichen Leistungsverteilung einer Mehrzahl von Strahlungsbündeln. Das System kann eine Mehrzahl von Strahlquellen zum Emittieren von Strahlungsbündeln (z.B. Laserstrahlen), Fokussieroptiken (z.B. wenigstens eine Fokussierlinse) zum Fokussieren von Strahlung aus den Strahlungsquellen auf eine Stirnfläche einer optischen Faser, und einen Strahlengang-Anpasser zum Versetzen der Strahlen um eine angezielte räumliche Leistungsverteilung auf der Stirnfläche zu erreichen umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Der Strahlengang-Anpasser kann einen Abstand zwischen den Strahlen von den Strahlquellen verändern, um die angezielte räumliche Leistungsverteilung zu erreichen. Der Strahlengang-Anpasser kann wenigstens einige der Strahlen relativ zu den Fokussieroptiken versetzen, um die angezielte räumliche Leistungsverteilung zu erreichen. Das System kann ferner Mittel zum wahlweise Verändern einer Leistung von wenigstens einem der Strahlen aufweisen (z.B. eine Steuereinheit zum Modulieren von Leistung in einen Strahlemitter und/oder aus einem Strahlemitter), um die angezielte räumliche Leistungsverteilung zu erreichen.
Diese und andere Aufgaben werden, zusammen mit Vorteilen und Merkmalen der hier offenbarten vorliegenden Erfindung, durch Bezugnahme der folgenden Beschreibung, der beigefügten Zeichnungen und der Ansprüchen weiter ersichtlich. Darüber hinaus ist es zu verstehen, dass die verschiedenen Merkmale der hierin beschriebenen Ausführungsformen nicht gegenseitig ausschließlich sind und in verschiedenen Kombinationen und Permutationen existieren können. So wie hier benutzt, meint der Begriff „im Wesentlichen“ ± 10% und in einigen Ausführungsformen, ± 5%. Der Begriff „im Wesentlichen bestehen“ meint dass andere Materialien die Funktionen erfüllen, ausgeschlossen sind, wenn nicht anders hierin definiert ist. Nichtsdestotrotz, können solche anderen Materialien vorhanden sein, gemeinsam oder einzeln, in Spurenmengen. Hierin werden die Begriffe „Strahlung“ und „Licht“ austauschbar verwendet, sofern nichts anderes angegeben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen beziehen sich ähnliche Bezugszeichen generell über die unterschiedlichen Ansichten hinweg auf gleiche Teile. Auch sind die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, die Betonung liegt stattdessen allgemein auf der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:

1 ein schematisches Diagramm eines Lasersystems in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist;
2A - 2C schematische Diagramme von Lasersystemen mit verformbaren Spiegeln in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind;
3A und 3B schematische Diagramme von Lasersystemen mit Gradientenindex-Linsen in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind;
4A und 4B schematische Diagramme von Lasersystemen mit einstellbaren Linsen in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind;
5A und 5B schematische Diagramme von Lasersystemen mit verstellbaren Endkappen in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind;
6A und 6B schematische Diagramme von Lasersystemen mit Gradientenindex Einkopplungsfasern gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind;
7A und 7B schematische Diagramme von Lasersystemen mit verformbaren Spiegeln in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind;
8A und 8B schematische Diagramme von Lasersystemen mit verformbaren Spiegeln und mehreren Eingangsstrahlen in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind;
9A und 9B schematische Diagramme von Lasersystemen mit mehreren Eingangsstrahlen mit einstellbaren Abständen in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind;
9C ein schematisches Diagramm der Eingangsstrahlen bei der Fokussierungslinse des Lasersystems von 9A ist;
9D ein schematisches Profil des Ausgangsstrahls des Lasersystems von 9A ist;
9E eine schematische Darstellung der Eingangsstrahlen bei der Fokussierungslinse des Lasersystems von 9B ist;
9F ein schematisches Profil des Ausgangsstrahls des Lasersystems von 9B ist;
9G ein schematisches Diagramm eines Lasersystems mit Umlenkelementen in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der Erfindung ist;
9H-9J schematische Diagramme von Lasersystemen mit Strahlengang-Anpassern in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind;
10A und 10B schematische Diagramme von Lasersystemen mit mehreren Eingangsstrahlen variierbarer Leistung in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind;
11 A ein schematisches Diagramm eines Lasersystems, in dem Eingangsstrahlqualität in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung auf der Basis von Polarisation eingestellt wird, ist;
11 B ein schematischer Graph der Leistungsverteilung als Funktion der numerischen Apertur des Eingangs für das Lasersystem von 11 A ist;
11 C ein schematisches Diagramm eines Lasersystems, in dem Eingangsstrahlqualität in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung auf der Basis von Polarisation eingestellt wird, ist;
11 D ein schematischer Graph der Leistungsverteilung als Funktion der numerischen Apertur des Eingangs für das Lasersystem von 11C ist;
11 E - 11 H schematische Diagramme von Lasersystemen, in welchen in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung die Eingangsstrahlqualität auf der Basis von Polarisation eingestellt wird, sind;
11 I und 11 J schematische Diagramme von Lasersystemen, in dem die Eingangsstrahlqualität auf der Basis von Polarisation eingestellt wird, und welche mit mehrfach ummantelten optischen Fasern in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, sind;
11 K ein schematisches Diagramm der räumlichen Leistungsverteilung innerhalb einer mehrfach ummantelten optischen Faser die mit den Lasersystemen von 11 1 oder 11 J verwendet wird ist; und
12A - 12C schematische Diagramme von Lasersystemen, in denen in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung die Eingangsstrahlqualität auf der Basis von Polarisation eingestellt wird sind.

Detaillierte Beschreibung
1 ist ein schematisches Diagramm eines Lasersystems 100 in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In dem Lasersystem 100 werden ein oder mehrere Eingangsstrahlen 105 über eine Fokussierlinse 110 in eine optische Faser 115 mit einer Faser-Endkappe 120 fokussiert. Die Endkappe 120 kann beispielsweise ein Stück „kernlosen“ (d.h. im wesentlichen homogen) oder mit abgestuftem Index (d.h. ein abgestufter Brechungsindex) Glases sein, und die Endkappe 120 kann in vorteilhafter Weise die optische Intensität für eine gegebene optische Leistung und / oder zum Schutz der Faser 115 vor Umweltschäden (z.B. Feuchtigkeit) an der Glas-Luft-Grenzfläche verringern. Wie dargestellt, kann die optische Faser 115 mehrere Kerne 125 haben die von einer oder mehreren Mantelschichten 130 umgeben sind. Für Lasersystem 100 wird das BPP des Eingangsstrahls oder der Strahlen 105 definiert als (x/2) × Θ = (x×d)/(4×f), wobei x der Durchmesser (oder „Strahlgröße“) des Eingangsstrahls 105, Θ die Laserstrahldivergenz (oder „Strahldivergenz“) des Eingangsstrahls 105, d der fokussierte Durchmesser des fokussierten Eingangsstrahls 105 und f die Brennweite der Fokussierlinse 110 ist. Die Strahlgröße wird in der Regel im Sinne der „zweiten Moment Breite“ oder „D4σ Breite“, wobei die D4σ die Breite eines Strahls in der horizontalen oder vertikalen Richtung 4 mal σ ist, wobei σ die Standardabweichung der horizontalen beziehungsweise vertikalen Randverteilung ist. Von einer optischen Faser 115 mit einem einzelnen Kern 125 und einer einzelnen Mantelschicht 130 kann angenommen werden einen Kerndurchmesser von d' und einen Manteldurchmesser von D' zu haben.
Sobald der eine oder mehrere Eingangsstrahlen 105 in die optische Faser 115 gekoppelt sind, gibt die Faser 115 einen Ausgangsstrahl 135 aus. Das BPP des Ausgangsstrahls 135 (oder „Ausgabe BPP“) kann definiert sein als (d''/2) × NA'', wobei NA'' die numerische Apertur der Faser 115 ist und d'' die Ausgangsstrahlgröße ist. Der Ausgangsstrahlgröße d'' hängt von den relativen Mengen des Strahls der innerhalb des Mantels 130 und in dem Kern 125 propagiert ab (oder, äquivalent, vom „Leistungsinhaltsverhältnis“ des Mantels 130 mit dem Kern 125). Zum Beispiel kann das Ausgabe BPP durch Minimierung der Menge des Strahls innerhalb des Mantels 130 minimiert werden, und das Ausgabe BPP kann maximiert werden durch Minimierung der Menge des Strahls innerhalb des Kerns 125. Somit kann das Ausgabe BPP durch Fokussieren verschiedener Mengen des Eingangsstrahls oder der Eingangsstrahlen in verschiedene Regionen der Faser 115 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Im Allgemeinen wird die Faser 115 den Eintrittswinkel (oder die Divergenz oder die numerische Apertur) von Eingangslicht beibehalten; somit kann das Ausgabe BPP vorteilhaft durch Variation der Eingangsstrahlqualität (oder BPP) variiert werden.
Bezugnehmend auf die 2A und 2B, wird in einem beispielhaften Lasersystem 200 in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein deformierbarer Spiegel verwendet, um den Punkt zu ändern, an dem ein oder mehrere Eingangsstrahlen 105 in die optische Faser 115 fokussiert werden. Wie in 2A dargestellt, werden in einem Sollzustand die Eingangsstrahlen 105 durch den deformierbaren Spiegel 210 und die Fokussierlinse 110 in den Kern 125 der Faser 115 fokussiert, somit das Ausgabe BPP minimierend. Wie in 2B dargestellt, kann der verformbare Spiegel 210 manipuliert werden (z.B. durch Verändern des Winkels von einem oder mehreren Punkten auf dessen Oberfläche) so dass der Eingangsstrahl 105 so fokussiert wird, dass ein Bruchteil des Lichts hinüber in den Mantel 130 fällt, das Ausgabe BPP erhöhend. Ähnlich dazu kann der verformbare Spiegel 210 verwenden werden um den gesamten oder einen Teil des fokussierten Eingangsstrahls 105 in einen Kern der vom Kern 125 verschieden ist zu fokussieren, wenn die Faser 15 eine multi-Kern optische Faser ist. Wie in dem Gebiet bekannt ist, kann der verformbare Spiegel 210 zum Beispiel einen unterteilten Spiegel, ausgebildet aus unabhängigen flachen Spiegelsegmenten, beinhalten oder im Wesentlichen daraus bestehen. Jedes Segment kann sich eine kleine Distanz vor- und zurückbewegen und / oder in eine oder mehr Richtungen kippen, als Antwort auf einen Aktuator, um die Wellenfront von eintreffendem Licht zu ändern. Weitere beispielsweise verformbare Spiegel 210 beinhalten durchgehende Frontplattenspiegel welche eine kontinuierliche Membran beinhalten oder im Wesentlichen daraus bestehen, die durch irgendeinen einer Reihe von Aktuatoren auf der Rückseite der Membran verformbar ist.
Wie in 2A und 2B dargestellt, sind der verformbare Spiegel 210 und / oder die Reihe von Aktuatoren, die Teile davon deformieren, ansprechbar von einer Steuereinheit 220, welche dadurch eine Verformung der reflektiven Oberfläche des Verformbaren Spiegels 210 verändert. Die Steuereinheit 220 spricht auf eine gewünschte angezielte Strahlungsleistungsverteilung (z.B. Eingabe durch einen Benutzer) an und ist konfiguriert um eine Verformung des Spiegels zu produzieren welche verursacht, dass die Eingangsstrahlen die Stirnfläche der Faser 115 mit der angezielten Strahlungsleistungsverteilung treffen. Die Steuereinheit 220 kann programmiert sein um die gewünschte Leistungsverteilung (und damit das gewünschte Ausgabe BPP) mittels einer bestimmten Spiegeloberflächenverformung zu erreichen, ohne unangemessenes Experimentieren durch einen Fachmann. Die Steuereinheit 220 kann bereitgestellt sein als entweder Software, Hardware, oder als eine Kombination davon. Zum Beispiel kann das System auf einem oder auf mehreren konventionellen Server-Klasse Computern implementiert sein, so wie ein PC mit einer CPU Platine mit einem oder mehreren Prozessoren so wie die Pentium oder Celeron Familie von Prozessoren die von der Intel Corporation of Santa Clara, Calif. hergestellt wird, die 680x0 und POWER PC Familie von Prozessoren die von der Motorola Corporation of Schaumburg, 111. hergestellt wird, und / oder die ATHLON Linie von Prozessoren die von Advanced Micro Devices, Inc., of Sunnyvale, Calif. hergestellt wird. Der Prozessor kann auch einen Hauptspeicher umfassen zur Speicherung von Programmen und / der Daten mit Bezug zu den oben beschriebenen Verfahren. Der Speicher kann Zufallszugriffspeicher (RAM), nur-LeseSpeicher (ROM), und / oder FLASH Speicher umfassen, der auf üblich erhältlicher Hardware vorgesehen ist, so wie ein oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASIC), feldprogrammierbare Gate Arrays (FPGA), elektrisch löschbare programmierbare nur-Lese Speicher (EEPROM), programmierbare nur-Lese Speicher (PROM), programmierbare logische Geräte (PLD), oder nur-Lese Speichergeräte (ROM). In einigen Ausführungsformen, können die Programme bereitgestellt sein unter Verwendung von externem RAM und / oder ROM so wie optische Scheiben, magnetische Scheiben, sowie auch andere üblicherweise verwendete Speichergeräte. Für Ausbildungen in denen die Funktionen als ein oder mehrere Softwareprogramme bereitgestellt werden, können die Programme in irgendeinem einer Anzahl von höheren Programmiersprachen geschrieben sein, so wie FORTRAN, PASCAL, JAVA, C, C++, C#, BASIC, verschiedenen Skriptsprachen und / oder HTML.
Zusätzlich kann die Software in einer Assemblersprache programmiert sein, die an den Mikroprozessor der auf einem Zielcomputer angesiedelt ist gerichtet ist; zum Beispiel kann die Software implementiert sein in der Intel 80x86 Assemblersprache wenn sie konfiguriert ist um auf einem IBM PC oder PC Klon zu laufen. Die Software kann verkörpert sein auf einem Herstellungsartikel einschließlich, aber nicht begrenzt auf, eine Floppy Disk, einen Jump Drive, eine Festplatte, eine optische Scheibe, ein magnetisches Band, ein PROM, ein EPROM, EEPROM, feldprogrammierbares Gate Array, oder CD-ROM.
Wie in 2C dargestellt, kann der verformbare Spiegel 210 parabolisch sein (d.h. er hat eine Reflexionsfläche die teilweise oder vollständig im Wesentlichen parabolisch ist), und solche verformbaren Spiegel selbst können (sogar ohne eine separate Fokussierlinse 110) einen oder mehrerer Eingangsstrahlen 105 (welche alle oder zu Teilen über Änderungen der Oberfläche des verformbaren Spiegels 210 manipuliert werden können) auf eine Vielfalt von Regionen der Faser 115 fokussieren, in Abhängigkeit von dem gewünschten BPP des Lasersystems 200.
Mit Bezug auf 3A und 3B wird in einem beispielhaften Lasersystem 300 in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Gradientenindex (oder „GRIN“), Linse 310 verwendet, um den Punkt zu ändern, an dem ein oder mehrere Eingangsstrahlen 105 in die optische Faser 115 fokussiert werden und / oder um die Spotgröße des fokussierten Strahls zu ändern. Wie in 3A dargestellt ist, werden in einem Sollzustand der Eingangsstrahl oder die Eingangsstrahlen 105 durch die GRIN-Linse 310 in den Kern 125 der Faser 115 fokussiert, und somit das Ausgabe BPP minimiert. Im Sollzustand von 3A, propagiert, wie dargestellt, der Eingangsstrahl oder die Eingangsstrahlen 105 innerhalb der GRIN-Linse 310, derart dass die Punktgröße des Eingangsstrahls oder der Eingangsstrahlen 105 an der Grenzfläche zwischen der GRIN-Linse 310 und der Faser 115 minimiert ist und in den Kern 125 hinein gerichtet ist. Wie in 3B dargestellt, kann die GRIN-Linse 310 manipuliert (oder „gestört“ oder „verstört“, angedeutet durch die Pfeile 320) werden, so dass die Punktgröße des Eingangsstrahls 105 an der Schnittstelle zwischen der GRIN-Linse 310 und der Faser 115 verändert wird (beispielsweise größer). Wie dargestellt, ist in dem in 3B dargestellten Zustand, ein Bruchteil des einfallenden Lichts in den Mantel 130 gekoppelt (oder in einen anderen Kern und / oder Mantel in Mehrfachkernfasern und / oder Mehrfachmantelfasern), wodurch das Ausgabe BPP zunimmt. In verschiedenen Ausführungsformen ändern sich, wenn die GRIN-Linse 310 gestört ist, eine oder mehrere optische Eigenschaften (z.B. Brechungsindex) in mindestens einem Teil der GRIN-Linse 310. Beispielsweise kann die GRIN-Linse 310 gestört werden durch lokale Erwärmung eines Teils der Linse und / oder durch lokale Absorption von Strahlung in einem Bereich der Linse. In einigen Ausführungsformen kann die GRIN-Linse 310 vollständig oder teilweise ein Material umfassen oder daraus bestehen, das den akustooptischen Effekt aufweist, und es kann ein akustischer Wandler verwendet werden, um die optischen Eigenschaften der GRIN-Linse 310 zu verändern. Beispielsweise kann die die GRIN-Linse 310 Quarzglas, Lithiumniobat, Arsentrisulfid, Tellurdioxid, Tellurit-Glas, Bleisilikat und / oder ein anderes akustooptisches Material umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. In ähnlicher Weise kann ein elektrisches Feld an einer GRIN-Linse 310 die den elektrooptischen Effekt aufweist angelegt werden, um dessen Brechungsindex zu ändern, um dadurch die Linse ausreichend zu stören um das Ausgabe BPP zu verändern.
Wie in 3B dargestellt, spricht das Mittel zur Einführung einer Verzerrung in der GRIN-Linse 310 (zum Beispiel zumindest eines von einem lokalen Heizer, einer in die Linse gerichteten Strahlungsquelle, einem akustooptischen Modulator und / oder Wandler der eine optische Eigenschaft der Linse ändert, oder einem elektrooptischen Modulator und / oder Wandler, der eine optische Eigenschaft der Linse verändert), auf eine Steuereinheit 220 an. Die Steuereinheit 220 kann herkömmlich sein und kann so konfiguriert werden, dass sie das verzerrungseinführende Mittel in Antwort auf eine gewünschte Ausgabe BPP ohne übermäßiges Experimentieren einführt und / oder steuert.
Bezugnehmend auf die 4A und 4B wird in einem beispielhaften Lasersystem 400, in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, eine einstellbare Fokussierlinse 410 verwendet, um den Punkt zu ändern, an dem ein Eingangsstrahl oder mehrere Eingangsstrahlen 105 auf die optische Faser 115 fokussiert wird und / oder um die die Punktgröße des fokussierten Strahls zu ändern, über, beispielsweise, Manipulation der Linse 410 um deren Brennpunkt zu verändern. Wie in 4A dargestellt, werden in einem Sollzustand der Eingangsstrahl oder die Eingangsstrahlen 105 durch die einstellbare Linse 410 in den Kern 125 der Faser 115 fokussiert, und somit das Ausgabe BPP minimiert. Im Sollzustand von 4A wird, wie dargestellt, der Eingangsstrahl oder werden die Eingangsstrahlen 105 so fokussiert, dass der Brennpunkt an der Grenzfläche zwischen der Endkappe 120 und der Faser 115 angeordnet ist; somit ist die Punktgröße des Eingangsstrahls minimiert und in den Kern 125 gerichtet. Wie in 4B dargestellt, kann die verstellbare Linse 410 manipuliert (oder „gestört“ oder „verstört“) werden, so dass die Brennweite die Linse 410 sich ändert. Zum Beispiel, wie in 4B dargestellt, kann die Brennweite derart verringert werden, dass die Eingangsstrahlen an einem Punkt innerhalb der Masse der Endkappe 120 fokussiert sind, wodurch die Punktgröße zwischen der Endkappe 120 an der Grenzfläche zunimmt. Deshalb wird, in dem Zustand der in 4B dargestellt ist, ein Bruchteil des einfallenden Lichts in den Mantel 130 gekoppelt (oder in einen anderen Kern und / oder Mantel in Mehrkernfasern und / oder Mehrmantelfasern), wodurch das Ausgabe BPP erhöht wird. Die einstellbare Linse 410 kann, beispielsweise durch Anwendung von Wärme aus einer Heizquelle 420 auf die Linse 410, gestört werden. Wie dargestellt, ist die Heizquelle 420 ansprechbar durch eine Steuereinheit 220. Die Steuereinheit 220 kann herkömmlich sein und kann konfiguriert sein zur Einführung von Wärme und / oder zur Steuerung des Wärmegrades der Heizquelle 420 in Reaktion auf eine gewünschte Ausgabe BPP ohne übermäßiges Experimentieren.
Bezugnehmend auf die 5A und 5B wird in einem beispielhaften Lasersystem 500 in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine einstellbare Endkappe 510 verwendet um den Punkt zu ändern, auf den ein oder mehrere Eingangsstrahlen 105 in die optische Faser 115 fokussiert werden, und / oder um die Punktgröße des fokussierten Strahls zu ändern über, beispielsweise, Manipulation von optischen Eigenschaften (beispielsweise den Brechungsindex) der Endkappe 510. Wie in 5A dargestellt, werden in einem Sollzustand die Eingangsstrahlen 105 durch eine Linse (nicht dargestellt) in die Endkappe 510 und in den Kern 125 der Faser 115 fokussiert, und somit das Ausgabe BPP minimiert. Im Sollzustand von 5A werden, wie dargestellt, die Eingangsstrahlen 105 so fokussiert, dass der Brennpunkt an der Grenzfläche zwischen der Endkappe 120 und der Faser 115 angeordnet ist; somit ist die Punktgröße der Eingangsstrahlen minimiert und in den Kern 125 gerichtet. Wie in 5B dargestellt, kann die einstellbare Endkappe 510 manipuliert (oder „gestört“ oder „verstört“) werden, so dass der Brennpunkt des Eingangsstrahls oder der der Eingangsstrahlen sich ändert. Zum Beispiel, wie in 5B dargestellt, kann der Brennpunkt zu einem Punkt innerhalb der Faser 115 bewegt werden, somit die Punktgröße an der Grenzschicht zwischen der Endkappe 510 und der Faser 115 erhöhend. Daher wird, in dem Zustand der in 5B abgebildet ist, ein Bruchteil des einfallenden Lichts in den Mantel 130 gekoppelt (oder in einen anderen Kern und / oder Mantel in Mehrkernfasern und / oder Mehrmantelfasern), wodurch das Ausgabe BPP erhöht wird.
Die einstellbare Endkappe 510 kann beispielsweise durch Anwendung von Wärme und / oder Druck auf die Endkappe 510 gestört werden.
Wie in 5B dargestellt, ist das Mittel 520 zur Einführung einer Verzerrung in die Faser-Endkappe 510 (zum Beispiel zumindest eines von einem lokalen Heizer, einer in die Endkappe gerichtete Strahlungsquelle, einem akustooptischen Modulator und / oder Wandler der eine optische Eigenschaft der Endkappe ändert, oder einem elektrooptischen Modulator und / oder Wandler, der eine optische Eigenschaft der Endkappe verändert) ansprechbar auf eine Steuereinheit 220. Die Steuereinheit 220 kann herkömmlich sein und kann konfiguriert sein zur Einführung und / oder zur Steuerung des verzerrungseinführenden Mittels in Reaktion auf eine gewünschte Ausgabe BPP ohne übermäßiges Experimentieren.
Bezugnehmend auf die 6A und 6B, wird in einem beispielhaften Lasersystem 600 in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Gradientenindex (oder „Gradienten-Index“ oder „Gradient“) optische Faser verwendet, um die Spotgröße des Eingangsstrahls 105 am Einlass der optischen Faser 115 zu verändern. Wie in der Technik bekannt, ist eine Gradientenindex Faser eine optische Faser, deren Kern einen Brechungsindex hat, der mit zunehmendem radialen Abstand von der optischen Achse abnimmt. Da Teile des Kerns näher zur Faserachse einen höheren Brechungsindex als die Teile in der Nähe des Mantels haben, folgen Lichtstrahlen sinusförmigen Pfaden entlang der Gradientenindex-Faser. Das Profil des Brechungsindex innerhalb der Gradientenindex-Faser 610 kann, beispielsweise, im Wesentlichen parabolisch sein. Somit kann die Spotgröße des durch die Gradientenindex-Faser 610 propagierten Strahls über die Steuerung der numerischen Apertur des Eingangsstrahls der in die Gradientenindex-Faser 610 gekoppelt wird, beispielsweise unter Verwendung einer der hier beschriebenen Techniken zur Änderung der numerischen Apertur, gesteuert werden. Wie in 6A dargestellt, wird einer oder werden mehrere Eingangsstrahlen 105 mit einer kleinen numerischen Apertur (d.h. einer kleinen Divergenz) durch die Gradienten-Faser 610 propagieren und fokussiert eine kleine Spotgröße erzeugen, so dass im Wesentlichen der vollständige Strahl in den Kern 125 der Faser 115 gekoppelt wird. Wie in 6B dargestellt, wird einer oder werden mehrere Eingangsstrahlen 105 mit einer großen numerischen Apertur (d.h. einer großen Divergenz) durch die Gradienten-Faser 610 propagieren und fokussiert eine große Spotgröße erzeugen, so dass ein Teil des Strahls in den Mantel 130 der Faser 115 gekoppelt wird, wodurch das Ausgabe BPP verändert (hier vergrößert) wird. Die Gradient-Faser 610 kann eine Länge von, beispielsweise, weniger als etwa 100 mm aufweisen.
In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Ausgabe BPP eines Lasersystems variierbar gesteuert sein durch Steuerung der Eingangswellenfrontverteilung (d.h. der Eingangsstrahlqualität), so dass zumindest ein Teil des in einen Lichtleiter eingekoppelte Lichts dazu induziert ist, in einer oder in mehreren Mantelschichten zu propagieren, statt in dem Kern der Faser (und / oder innerhalb eines anderen Kerns der Faser, für Fasern die mehrere Kerne aufweisen). Zum Beispiel zeigen die 7A und 7B ein beispielhaftes Lasersystem 700 in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen ein verformbarer Spiegel 210 verwendet wird, um den Punkt zu ändern, an dem ein Eingangsstrahl oder mehrere Eingangsstrahlen 105 in die optische Faser 115 fokussiert werden. Wie in einem Sollzustand in 7A dargestellt ist, sind die Eingangsstrahlen 105 durch den deformierbaren Spiegel 210 und die Linse 110 in den Kern 125 der Faser 115 fokussiert, somit das Ausgabe BPP minimierend. Wie in 7B dargestellt, kann der deformierbare Spiegel 210 manipuliert werden (beispielsweise durch Verändern des Winkels und / oder der Höhe von einem oder mehreren Punkten auf seiner Oberfläche), so dass Phasenfehler in den Eingangsstrahl 105 eingeführt werden. Der Phasenfehler ändert die Strahlqualität des Eingangsstrahls 105, und somit leckt ein Bruchteil des Lichts in den Mantel 130, wodurch sich das Ausgabe BPP erhöht.
Wie in den 7A und 7B dargestellt ist, spricht der deformierbare Spiegel 210 und / oder die Reihe der Aktoren die Teile davon verformen auf eine Steuereinheit 220 an, die dadurch eine Verformung der reflektierenden Oberfläche des deformierbaren Spiegels 210 einführt, um einen Phasenfehler in den Eingangsstrahl einzuführen. Die Steuereinheit 220 kann dazu programmiert sein, den gewünschten Phasenfehler (und damit das gewünschte Ausgabe BPP) über eine bestimmte Verformung der Spiegelfläche zu erreichen, ohne übermäßiges Experimentieren durch einen Fachmann.
Während die oben beschriebenen Lasersysteme (und alle hierin beschriebenen Lasersysteme, wenn nicht anders angegeben ist) mit einem einzelnen Eingangsstrahl oder mit mehreren Eingangsstrahlen verwendet werden können, verwenden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise mehrere Eingangsstrahlen um das Ausgabe BPP des Lasersystems steuerbar zu variieren. 8A und 8B zeigen ein beispielhaftes Lasersystem 800, bei dem ein deformierbarer Spiegel 210 in Verbindung mit mehreren Eingangsstrahlen verwendet wird. 8A und 8B veranschaulichen die Verwendung von drei Eingangsstrahlen 105-1, 105-2, 105-3, aber Ausführungsformen der Erfindung können zwei Eingangsstrahlen oder mehr als drei Eingangsstrahlen verwenden, je nach Wunsch. In dem Lasersystem 800 wird der verformbare Spiegel 210 verwendet, um den Punkt zu ändern, an dem ein oder mehrere Eingangsstrahlen 105 in die optische Faser 115 fokussiert werden. Wie in einem Sollzustand in 8A dargestellt ist, werden die Eingangsstrahlen 105-1 , 105-2, 105-3 durch den deformierbaren Spiegel 210 und die Fokussierlinse 110 auf einen einzigen Brennpunkt und in den Kern 125 der Faser 115 fokussiert, somit das Ausgabe BPP minimierend. Wie in 8B dargestellt, kann der deformierbare Spiegel 210 manipuliert werden (z.B. durch Verändern des Winkels und / oder Höhe von einem oder mehreren Punkten auf seiner Oberfläche), so dass ein Phasenfehler in den Eingangsstrahl 105-3 eingeführt wird. Der Phasenfehler ändert die Trajektorie des Eingangsstrahls 105-3, während dieser zu der und durch die Fokussierlinse 110 propagiert, und somit wird der Eingangsstrahl 105-3 auf einen Punkt fokussiert der verschieden ist von dem Fokuspunkt der Eingangsstrahlen 105-1, 105-2. Somit tritt zumindest ein Teil des Lichts des Eingangsstrahls 105-3 in die optische Faser 115 an einem Punkt ein, der verschieden ist von dem an dem das Licht von den Eingangsstrahlen 105-1, 105-2, in die Faser eintritt, somit das BPP des kombinierten Ausgangsstrahls erhöhend. Zum Beispiel, wie in 8B dargestellt ist, kann das Licht des Eingangsstrahls 105-3 auf die Mantelschicht 130 fokussiert werden (oder eine oder mehrere Mantelschichten, für Mehrmantelfasern, und / oder ein oder mehrere andere Kerne, für Mehrkernfasern), während das Licht der Eingangsstrahlen 105-1, 105-2 auf den Kern 125 fokussiert werden kann.
Wie in den 8A und 8B dargestellt, ist der deformierbare Spiegel 210 und / oder die Reihe der Aktoren welche die Abschnitte desselben verformen durch eine Steuereinheit 220 ansprechbar, die dadurch eine Verformung der reflektierenden Oberfläche des verformbaren Spiegels 210 ändert um Phasenfehler in einen oder in mehrere der Eingangsstrahlen einzuführen. Die Steuereinheit 220 kann dazu programmiert sein, den gewünschten Phasenfehler (und damit das gewünschte Ausgabe BPP) über eine bestimmte Spiegelflächenverformung ohne übermäßiges Experimentieren durch einen Fachmann zu erreichen.
Die Strahlqualität der Eingangsstrahlen kann auch geändert werden (wodurch eine steuerbare Variation des Ausgabe BPP ermöglicht wird) durch Veränderung des Abstandes zwischen den verschiedenen Eingangsstrahlen. 9A und 9B zeigen ein beispielhaftes Lasersystem 900, in dem der Abstand zwischen der Eingangsstrahlen 105-1, 105-2, 105-3 variiert wird um die in die optische Faser 115 gekoppelte Qualität des Eingangsstrahls (d.h. die Divergenz) zu ändern. 9A zeigt die Eingangsstrahlen 105-1, 105-2, 105-3 die durch einen relativ schmalen Abstand 910-1 getrennt sind, was dazu führt, dass die Eingangsstrahlen mit einem relativ kleinen Divergenzwinkel 920-1 durch die Linse 110 in die Faser 115 fokussiert werden. Der relativ geringe Eintrittswinkel in die Faser 115 führt zu einem kleineren Ausgabe BPP. 9B zeigt die Eingangsstrahlen 105-1, 105-2, 105-3 die durch einen Abstand 910-2 getrennt sind, der größer ist als der Abstand 910-1, was dazu führt dass die Eingangsstrahlen durch die Fokussierlinse 110 mit einem Divergenzwinkel 920-2 der größer ist als der Divergenzwinkel 920-1 in die Faser 115 fokussiert werden. Der größere Eintrittswinkel in die Faser 115 führt zu einem größeren Ausgabe BPP. Auf diese Weise kann das Ausgabe BPP des Lasersystems 900 variiert werden indem der Abstand zwischen den in die Faser 115 gekoppelten Eingangsstrahlen variiert wird. Generell kann der Abstand zwischen den Eingangsstrahlen derart variiert werden, dass der Divergenzwinkel des fokussierten Eingangsstrahls nicht den Akzeptanzwinkel der Faser 115 überschreitet. In unterschiedlichen Ausführungsformen kann der Akzeptanzwinkel θaccept der Faser 115 durch die folgende Gleichung berechnet werden: $n sin θ_{a c c e p t} = \sqrt{n_{c o r e}^{2} - n_{c l a d}^{2}},$
wobei n der Brechungsindex des Mediums, aus dem der Lichtstrahl in die Faser eintritt (beispielsweise der Brechungsindex von Luft oder der Endkappe 120), ncore der Brechungsindex des Kerns (oder der zentralen optischen Achse) der Faser und nclad der Brechungsindex des Mantels der Faser ist.
9C ist eine schematische Darstellung der drei Eingangsstrahlen an der Fokussierlinse des Lasersystems 900 von 9A, in dem die Eingangsstrahlen 105-1, 105-2, 105-3 zunächst durch einen kleineren Abstand 910-1 getrennt sind. Wie dargestellt, sind beim Eintritt in die Faser 115 die drei Eingangsstrahlen relativ eng zusammen angeordnet sind, das Ausgabe BPP des Lasersystems reduzierend (oder sogar minimierend). 9D zeigt ein beispielhaftes Profil eines Ausgangsstrahls des Lasersystems 900 von 9A.
Im Gegensatz dazu ist 9E ist ein schematisches Diagramm der drei Eingangsstrahlen an der Fokussierlinse des Lasersystems 900 von 9B, in welchem die Eingangsstrahlen 105-1, 105-2, 105-3 zunächst getrennt durch den größeren Abstand 910-2 getrennt werden. Wie dargestellt, sind beim Eintritt in die Faser 115 die drei Eingangsstrahlen relativ weiter voneinander entfernt, wodurch der Ausgabe BPP des Lasersystems erhöht wird. 9F zeigt ein beispielhaftes Profil eines Ausgangsstrahls des Lasersystems 900 von 9B.
9G zeigt schematisch eine beispielhafte Technik zum Verändern des Abstandes der Eingangsstrahlen des Lasersystems 900. In 9G emittieren mehrere Einzelemitter 930 jeweils einen Eingangsstrahl 105, und die Eingangsstrahlen 105 propagieren anfänglich mit einem Abstand 940 zwischen ihnen. Die Eingangsstrahlen 105 werden durch eine oder mehrere Umlenkungselemente 950 umgeleitet (beispielsweise Spiegel, Linsen, etc.), so dass die Eingangsstrahlen 105, nach der Umlenkung, in einem Abstand 910 beabstandet sind, der unterschiedlich ist von (und in 9G, kleiner als) der Abstand 940. Die Umlenkungselemente 950 können einzeln oder gemeinsam translatorisch bewegt und / oder gedreht werden, um einen gewünschten Abstand 910 zwischen zwei oder mehr der Eingangsstrahlen 105 zu erzeugen. Wie oben beschrieben, resultiert der Abstand 910 in einem Eintrittswinkel 920, die direkt Auswirkungen auf das Ausgabe BPP des Lasersystems 900 hat. Die Umlenkelemente 950 können einzelne diskrete Elemente sein, oder sie können individuelle Abschnitte oder Segmente aus einem größeren Umlenkelement wie beispielsweise aus einem Spiegel (z.B. ein deformierbarer Spiegel) oder einer Linse sein. Darüber hinaus kann, während die Eingangsstrahlen 105 im Wesentlichen vor und nach Umlenkung durch die Umlenkungselemente 950 als parallel dargestellt sind, in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung der Propagationswinkel zwischen den Eingangsstrahlen variiert werden, wodurch die Punkte variiert werden, an denen die einzelnen Strahlen auf die Fokussierlinse 910 zum Fokussieren in Richtung der Faser 115 treffen. Wie in 8B dargestellt ist, können solche Anordnungen die selektive Fokussierung eines oder mehrerer Eingangsstrahlen (oder von Teile davon) auf unterschiedliche Bereiche der Faser 115 (beispielsweise auf einen oder mehrere Mantelschichten und / oder auf einen oder mehrere Kerne) ermöglichen.
Wie in den 9H und 9I dargestellt ist, kann der Eintrittswinkel der Eingangsstrahlen in die optische Faser variiert werden selbst wenn der Abstand zwischen den Eingangsstrahlen im Wesentlichen unverändert ist. Wie dargestellt ist, kann ein Strahlengang-Anpasser 960 eingesetzt werden, um den Propagationspfad von einem oder von mehreren Eingangsstrahlen 105 einzustellen. Der Strahlengang-Anpasser 960 kann beispielsweise ein Prisma, ein Gitter, eine Linse, usw. umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Obwohl der Strahlengang-Anpasser 960 in den 9H und 9I als ein einzelnes Objekt dargestellt ist, umfasst der Strahlengang-Anpasser in verschiedenen Ausführungsformen eine Sammlung von einzeln ansteuerbaren (beispielsweise drehbaren und / oder translatorisch bewegbaren) Strahlengang-Anpassern, oder besteht im Wesentlichen daraus, die jeweils einen oder mehrere Eingangsstrahlen empfangen (wie dargestellt beispielsweise in 9J). Wie in 9H dargestellt ist, ändert in einem nominellen Fall 960 der Strahlengang-Anpasser nicht den Propagationsweg der Eingangsstrahlen 105, welche anschließend durch eine Linse 110 in die Faser 115 mit einem Eintrittswinkel 920-3 fokussiert werden. In wird der Strahlengang-Anpasser 960 so gedreht, dass wenn die Eingangsstrahlen 105 durch den Strahlengang-Anpasser 960 laufen, sie entlang eines Pfads 970 innerhalb des Strahlengang-Anpassers 960 propagieren und den Strahlengang-Anpasser 960 mit verändertem Propagationspfad verlassen. Wie dargestellt, treffen die Eingangsstrahlen 105 anschließend die Fokussierlinse 110 an unterschiedlichen räumlichen Orten, was in ihrer Einkopplung in die Lichtleitfaser 115 mit einem Eintrittswinkel 920-4, der verschieden ist von dem Winkel 920-3, resultiert, somit das Ausgabe BPP des Lasersystems 900 verändernd.
9J zeigt ein beispielhaftes Lasersystem 900, in dem sowohl der Abstand zwischen den Eingangsstrahlen als auch der Propagationspfad der einzelnen Eingangsstrahlen beide variiert werden können. Wie dargestellt, kann der Propagationspfad jedes Eingangsstrahls 105 durch einen Strahlengang-Anpasser 960 eingestellt werden, somit den Abstand zwischen den verschiedenen Eingangsstrahlen 105 und / oder die Stellen an denen die Eingangsstrahlen auf die Fokussierlinse 110 treffen um in die optische Faser 115 fokussiert werden verändernd. In dem in 9J dargestellten Beispiel sind die Pfade von Eingangsstrahlen 105 mit angepassten Pfaden als gestrichelte Linien dargestellt, während unangepasste Eingangsstrahlen 105 als durchgezogene Linien dargestellt sind. Sobald die Eingangsstrahlen 105 die Fokussierlinse 110 treffen, werden sie in die Faser 115 mit einem Eintrittswinkel 920-5 fokussiert, der je nachdem variieren kann, welche (und / oder wie viele) Eingangsstrahlen ihre Pfade angepasst haben und / oder in welchem Ausmaß sie so angepasst wurden.
Die Strahlqualität (und damit das BPP) des Ausgangsstrahls von Lasersystemen in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann auch steuerbar durch Einstellung der Leistungscharakteristik eines oder mehrerer der Eingangsstrahlen verändert werden (wodurch wiederum die Strahlqualität des Eingangsstrahls der in die Lichtleitfaser eingekoppelt wird beeinflusst wird). 10A zeigt ein beispielhaftes Lasersystem 1000 gemäß Ausführungsformen der Erfindung, das Lasersystem 900 von 9B ähnelt. Wie dargestellt ist, sind die Eingangsstrahlen 105-1, 105-2, 105-3 in einem bestimmten Abstand voneinander beabstandet und über die Fokussierlinse 110 in die Faser 115 fokussiert. In 10B wurde die Leistungskennlinie (beispielsweise die Ausgangsleistung) des Eingangsstrahls 105-3 verringert, somit seinen Beitrag zu dem in die Faser 115 eingekoppelten kombinierten Strahl reduzierend. Dies ändert die Strahlqualität (und somit das Ausgabe BPP) des resultierenden Ausgangsstrahl der am anderen Ende der Faser 115 emittiert wird. In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere der Eingangsstrahlen in der Ausgangsleistung variiert werden, oder sogar ganz ausgeschaltet werden, was zu Veränderungen der eingekoppelten Strahlqualität und somit des Ausgabe BPPs des Lasersystems führt.
Die Leistungscharakteristik der Eingangsstrahlen kann durch eine Steuereinheit 220 gesteuert werden, der die verschiedenen Emitter eines jeden der Eingangsstrahlen steuert. Die Steuereinheit 220 kann dazu programmiert sein, die gewünschte Strahlform (und damit das gewünschte Ausgabe BPP) über Leistungsmodulation eines oder mehrerer der Eingangsstrahlen zu erreichen, ohne übermäßiges Experimentieren durch einen Fachmann.
In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Eingangsstrahlqualität auf der Basis der Polarisationszustände der Eingangsstrahlen variiert (was zu einer Variierung des Ausgabe BPP führt). Insbesondere können Eingangsstrahlen in Komponenten mit unterschiedlicher Polarisationszuständen getrennt und in Eingangsstrahlen mit gewünschten Leistungspegeln rekombiniert werden. Dann können ein oder mehrere der rekombinierten Strahlen auf einen Bereich der optischen Faser fokussiert werden (z.B., der Kern), während ein oder mehrere andere rekombinierte Strahlen auf einen anderen Bereich der optischen Faser (z.B. den Mantel) fokussiert werden, was in einem Ausgangsstrahl mit einem auf Basis des Verhältnisses der Leistungspegel der zwei rekombinierten Strahlen einstellbaren BPP resultiert. 11A zeigt ein beispielhaftes Lasersystem 1100, in dem zwei linear polarisierte Eingangsstrahlen 105-1, 105-2 auf der Basis der Polarisation manipuliert werden. Wie dargestellt, verlaufen die beiden Eingangsstrahlen, die durch eine Halbwellenplatte 1105, die die Polarisationsrichtung des Lichts der Eingangsstrahlen verändert. Genauer gesagt, teilt die Drehung der Halbwellenplatte 1105 die Leistung jedes der Eingangsstrahlen in einen von zwei unterschiedlichen Polarisationszuständen auf, beispielsweise in s-polarisiert (oder einfach „S“) und p-polarisiert (oder einfach „P“). Wie im Stand der Technik bekannt ist, hat p-polarisiertes Licht ein elektrisches Feld entlang der Einfallsebene (d.h. in der Ebene, die von der Ausbreitungsrichtung und einen Vektor senkrecht zu der Ebene einer reflektierenden Fläche aufgespannt wird), während s-polarisiertes Licht sein elektrisches Feld senkrecht zu der Einfallsebene hat. Typischerweise umfasst die Halbwellenplatte 1105 ein doppelbrechendes Material (wie beispielsweise Quarz oder Glimmer), oder besteht im Wesentlichen daraus, wobei der Brechungsindex für verschiedene Orientierungen des hindurchtretenden Lichts verschieden ist. Nach dem Passieren durch die Halbwellenplatte 1105 werden die Eingangsstrahlen in S- und P-Komponenten aufgeteilt durch einen polarisierenden Strahlteiler 1110 (beispielsweise ein Dünnfilm-Polarisator oder ein Wollaston-Prisma), wobei die relative Leistung der Komponenten durch die Drehung die Halbwellenplatte 1105 ausgewählt wurde. (Es sollte beachtet werden, dass S und P Bezeichnungen für zwei beliebige Polarisationszustände sind, die auf diese Weise ausgewählt werden können.) Wie dargestellt, läuft das P Licht gerade durch den polarisierenden Strahlteiler 1110, während das S Licht abgespaltet wird und in Richtung eines Reflektors 1115 gerichtet wird. Sowohl S und P Licht werden dann auf die Fokussierlinse 110 gerichtet zum Fokussieren in die optische Faser (die optische Faser 115 ist aus Gründen der Klarheit nicht in 11A und den nachfolgenden Figuren dargestellt). Das P Licht kann in die optische Faser (beispielsweise in seinen Kern) mit einer kleinen numerischen Apertur (oder Divergenz oder Eintrittswinkel) 1120 fokussiert werden, während das S-Licht, räumlich vom P Licht getrennt, in die optische Faser (beispielsweise in dessen Mantel) mit einer größeren numerischen Apertur 1125 fokussiert werden kann. Auf diese Weise können die Beiträge des S und P Lichts zu dem kombinierten Ausgangsstrahl (und damit zu dessen BPP) einfach variiert werden, indem mittels der Halbwellenplatte 1105 Leistung zu den Eingangsstrahlen aufgeteilt wird. In einigen Ausführungsformen wird das S Licht auf den Faserkern fokussiert während das P Licht auf den Fasermantel fokussiert wird. In anderen Ausführungsformen, nachdem die Eingangsstrahlen auf der Basis der Polarisation getrennt worden sind, und deren relative Leistungen über die Halbwellenplatte 1 105 aufgeteilt wurden, können das S und P Licht durch einen Polarisationsverwürfler 1 130 gerichtet werden, der die verschiedenen Lichtstrahlen depolarisiert (z.B. der den Strahlen zufällige Polarisationen verleiht oder mit sowohl S als auch P-Polarisationen verleiht), bevor sie in verschiedenen Stellen der Faser fokussiert werden. Der Polarisationsverwürfler kann beispielsweise eine Viertelwellenplatte umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. 11B zeigt eine schematische graphische Darstellung der Eingangsstrahlleistung innerhalb der numerischen Aperturen 1120, 1125 für das Lasersystem 1100 von 11A.
Obwohl das Lasersystem 1100 von 11A Eingangsstrahlen trennt, nach Polarisationszustand, in Strahlen im Wesentlichen ohne räumlichen Überlapp in eine optische Faser eingekoppelt sind, können die Strahlen auch teilweise überlappen, wie in 11C dargestellt. In 11C ist die Leistung der Eingangsstrahlen 105-1, 105-2 wieder zwischen S und P Polarisationen über eine gewünschte Drehung der Halbwellenplatte 1105 aufgeteilt, und die resultierenden Strahlen werden durch einen Strahlversetzer 1135 in S und P-Komponenten geteilt. Der Strahlversetzer 1135, der generell unpolarisiertes Licht in polarisierte Strahlen aufteilt die orthogonale Polarisationen aufweisen und die in verschiedene Winkel propagieren, kann im Wesentlichen aus einem einachsigen Kristall aus einem Material, wie beispielsweise Yttrium-Vanadat (YV04), Bariumborat (a-BBO), Calcit-Kristall, oder Rutil bestehen oder solches umfassen. Die S- und P-Komponenten der Eingangsstrahlen werden durch die Fokussierlinse 110 auf verschiedene, aber überlappende Bereiche der optischen Faser fokussiert, wobei das S Licht in die optische Faser (z.B. in seinem Kern) mit einer kleinen numerischen Apertur (oder Divergenz oder Eintrittswinkel) 1120 fokussiert ist, während das P-Licht in die optische Faser (z.B. in den Mantel und einen Teil des Kerns) mit einer größeren numerischen Apertur 1125 fokussiert ist, mit einem Überlapp von P Licht und S Licht beim Eintritt in die Faser. 11D zeigt schematisch die Leistungsverteilung zwischen den numerischen Aperturen 1120, 1125, wobei die Überlappung zwischen den beiden Strahlkomponenten dargestellt ist. Wie beim Lasersystem 1100 von 11A kann das Ausgabe BPP über die relative Aufteilung der Eingangsstrahlleistung in S und P-Komponenten durch die Halbwellenplatte variabel ausgewählt werden.
1 1E zeigt ein exemplarisches Lasersystem 1100 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei der bis zu 50% der Gesamtleistung der Eingangsstrahlen 105-1, 105-2 zu der größeren numerischen Apertur 1125 der optischen Faser zugeteilt werden kann, wobei der verbleibende Teil auf die kleinere numerische Apertur 1120 zugeteilt wird.
In 11E sind die Eingangsstrahlen 105-1, 105-2 zunächst zufällig polarisiert und / oder durchlaufen einen optionalen Polarisationsrandomisierer 1140 (beispielsweise eine Viertelwellenplatte). Wie in 11A, werden die Eingangsstrahlen dann durch den Polarisationsstrahlteiler 1110 in S und P-Komponenten aufgeteilt, und die S-Komponenten werden in Richtung Reflektor 1115 gerichtet. Die reflektierten S-Komponenten werden dann durch eine Halbwellenplatte 1145 in Lichtstrahlen repolarisiert, die S und P Polarisationen aufweisen, wobei die Halbwellenplatte 1145 so rotiert ist um die relative Menge an S und P Polarisation in den resultierenden Lichtstrahlen auszuwählen. Die repolarisierten Lichtstrahlen werden auf einen zweiten Polarisationsstrahlteiler 1150 geleitet, welcher die P-Komponenten der Lichtstrahlen auf die Fokussierlinse 110 leitet, zum Fokussieren in die größere numerische Apertur 1125. Auf diese Weise kann bis zu 50% der Leistung der ursprünglichen Eingangsstrahlen 150-1, 150-2 (d.h. bis zu 100% der Leistung die zunächst durch den Polarisationsstrahlteiler 1110 in S Polarisation getrennt wurde) der größeren numerischen Apertur 1125 zugeteilt werden. Das S Licht von der Halbwellenplatte 1145 wird aus dem Polarisationsstrahlteiler 1150 zu einem anderen Polarisationsstrahlteiler 1155 gerichtet, wo es mit dem P Licht welches aus dem anfänglichen Polarisationsstrahlteiler 1110 austritt rekombiniert wird. Wie dargestellt, wird das kombinierte Licht in die kleinere numerische Apertur 1120 fokussiert.
Ähnlich wie bei 1 1C, kann ein Lasersystem 1100 mit zufällig polarisierten Eingangsstrahlen auch Lichtleistung zwischen zwei numerischen Aperturen mit Überlapp des Lichts aufteilen. 1 1F stellt solch ein beispielhaftes Lasersystems 1100 dar, in dem die Eingangsstrahlen 105-1, 105-2 ursprünglich zufällig polarisiert sind und / oder durch einen optionalen Polarisationsrandomisierer 1140 (beispielsweise eine Viertelwellenplatte) geleitet werden. Wie in 11C werden die Strahlen zu einem Strahlversetzer 1135 gerichtet, der die Eingangsstrahlen S und P Komponenten aufspaltet. Diese Komponenten gehen durch eine Halbwellenplatte 1160 und propagieren dann auf einen Strahlkombinierer 1165. Der Strahlkombinierer 1165, der typischerweise die gleichen optischen Komponenten wie Strahlversetzer 1135 umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht, diese nur in der entgegengesetzten Weise verwendet, rekombiniert die S und P-Komponenten an dem Ausgang. Wie dargestellt ist, teilt die Drehung der Halbwellenplatte 1160 die Anfangsleistung der Eingangsstrahlen 105-1, 105-2 ganz oder teilweise auf jede der kleineren numerischen Apertur 1120 und der größeren numerischen Apertur 1125 auf (sobald das Licht durch die Fokussierlinse 110 fokussiert wird).
Die 11G und 11H zeigen schematisch die beiden Extremfälle des in 11F dargestellten Lasersystems 1100. In 1 1G ist die Halbwellenplatte 1160 gedreht auf einen Winkel von, beispielsweise, 0 Grad oder 90 Grad, wodurch die gesamte anfänglichen Leistung der Eingangsstrahlen 105-1, 105-2 auf die kleinere numerische Apertur 1120 aufgeteilt wird. In 11H wird die Halbwellenplatte 1160 gedreht auf einen Winkel von, beispielsweise, 45 Grad, wodurch die gesamte anfänglichen Leistung der Eingangsstrahlen 105-1, 105-2 auf die größere numerische Apertur 1125 aufgeteilt wird.
In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, kann Licht des Eingangsstrahls auf Basis von Polarisation zur Leistungszuteilung unter verschiedenen Mantelschichten einer optischen Mehrmantelfaser getrennt werden. 11I zeigt ein beispielhaftes Lasersystem 1100 ähnlich der von 11A, mit der Ausnahme, dass der Reflektor 1115 gekippt wird, so dass die abgetrennten S und P-Komponenten in Richtung der Fokussierlinse 110 mit einem von Null verschiedenen Winkel 1170 zwischen ihnen propagieren (und nicht parallel zueinander propagieren). Wie oben beschrieben, teilt eine Drehung der Halbwellenplatte 1105 die Gesamtleistung der Eingangsstrahlen 105-1, 105- 2 zwischen den beiden Polarisationszuständen auf, von denen einer auf einen Punkt 1175 fokussiert wird, (beispielsweise zu dem Kern der optische Faser), und von denen der andere (aufgrund des Winkels 1170) auf einen Punkt 1180 fokussiert wird, der verschieden ist von dem Punkt 1175 (beispielsweise zu einer Mantelschicht, beispielsweise eine äußere Mantelschicht die eine innere Mantelschicht der optischen Faser umgibt). In ähnlicher Weise zeigt 11J ein beispielhaftes Lasersystem 1100 ähnlich der von 11C, mit der Ausnahme, dass eine Oberfläche 1185 des Strahlversetzers unter einem Winkel geschnitten (oder „keilförmig“) ist, so dass die abgetrennten S und P-Komponenten in Richtung der Fokussierlinse 110 mit einem von Null verschiedenen Winkel 1170 zwischen ihnen propagieren (und nicht parallel zueinander propagieren). Wie oben beschrieben, teilt eine Drehung der Halbwellenplatte 1105 die Gesamtleistung der Eingangsstrahlen 105-1, 105-2 zwischen den beiden Polarisationszuständen auf, von denen einer auf einen Punkt 1175 fokussiert wird, (beispielsweise auf den der optische Faser), und von denen der andere (aufgrund des Winkels 1170) auf einen Punkt 1180 fokussiert wird, der verschieden ist von Punkt 1175. 11K zeigt eine beispielhafte grafische Darstellung der Leistungsverteilung in der Raumdomäne innerhalb der Faser 115 für die Lasersysteme 1100 die in den 11I und 11 J dargestellt sind. Wie dargestellt, ist das auf den Punkt 1175 gerichtete Licht in den Kern 125 der Faser eingekoppelt, während das auf den Punkt 1180 gerichtete Licht in eine zweite Mantelschicht 130-2 gekoppelt ist, die eine erste Mantelschicht 130-1 umgibt. In anderen Ausführungsformen kann auf den Punkt 1180 gerichtetes Licht in einen zweiten Kern oder einen anderen Mantel einer Mehrkernfaser/Mehrmantelfaser gekoppelt sein. Während diese Beispiele Varianten der Lasersysteme der 11A und 11C sind, welche linear polarisiertes Eingangslicht verwenden, kann das gleiche Prinzip auf die Systeme der 11E und 11F angewendet werden, welche zufällig polarisiertes Licht verwenden
12A zeigt ein beispielhaftes Lasersystem 1200, das zu dem in dargestellten Lasersystem 1100 funktionell ähnlich ist, indem die Rotation des Halbwellenplättchens 1145 die Gesamtleistung des Eingangsstrahls 105-1, 105-2 ganz oder teilweise auf eine kleinere numerische Apertur 1120 oder auf eine größere numerische Apertur 1125 aufteilt. In dem Lasersystem 1200 von 12A propagieren die Eingangsstrahlen, die entweder zufällig polarisiert sein können oder die zunächst durch einen Polarisationsrandomisierer wie beispielsweise eine Viertelwellenplatte (nicht dargestellt) hindurchgeführt werden, zu einer im Wesentlichen optisch transparenten Platte 1210 die eine Polarisationsstrahlteileroberfläche 1205 und eine stark reflektierende Oberfläche 1215 aufweist. Wie dargestellt, spaltet die Polarisationsstrahlteileroberfläche 1210 die Eingangsstrahlen in S und P-Komponenten, wobei die S Komponente von der Polarisationsstrahlteileroberfläche 1210 in Richtung der Halbwellenplatte 1145 reflektiert wird und wobei die P-Komponente durch die Platte 1205 propagiert und durch die reflektive Oberfläche 1205 in Richtung der Halbwellenplatte 1145 reflektiert wird. Wie hierin beschrieben, teilt die Drehung der Halbwellenplatte 1145 die gesamte Leistung auf S- und P-Komponenten auf, die dann zu einer zweiten im Wesentlichen optisch transparenten Platte 1220 propagieren, die eine Polarisationsstrahlteileroberfläche 1225 und eine stark reflektierende Oberfläche 1230 aufweist. Wie dargestellt ist, ist die Platte 1220 (und / oder seine reflektive Oberfläche und / oder seine Polarisationsstrahlteileroberfläche) im in Wesentlichen parallel zu der Platte 1205 (und / oder zu dessen reflektiver Oberfläche und / oder dessen Polarisationsstrahlteileroberfläche). Die Wechselwirkung des Lichts mit den Oberflächen 1225, 1230 der Platte 1220 verteilt das Licht, welches über die Halbwellenplatte 1145 aufgeteilt ist, in Komponenten die durch die Fokussierlinse 110 in die kleinere numerische Apertur 1120 und die größeren numerischen Apertur 1125 fokussiert werden.
12B zeigt ein beispielhaftes Lasersystem 1200 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der Erfindung, die mit dem Lasersystem 1200 von 12A ähnlich ist. In dem Lasersystem 1200 von 12B, sind die im Wesentlichen optisch transparenten Platten 1205, 1220 (und / oder deren reflektierende Oberflächen und / oder Polarisationsstrahlteileroberflächen) in entgegengesetzten Winkeln angeordnet, d.h. in Winkel mit dem gleichen Rotationsabstand von Null Grad, aber in entgegengesetzte Richtungen. Solche Anordnungen können bewirken dass die Platten einfacher in Bezug zueinander konfigurierbar sind, und das Licht das in die Fokussierlinse 110 eintritt propagiert im Wesentlichen entlang des gleichen Pfads wie die ursprünglichen Eingangsstrahlen 105-1, 105-2. Wie im Lasersystem 1200 von 12A, propagieren die Eingangsstrahlen 105-1, 105-2 zu der Platte 1205, teilen sich in S- und P-Komponenten auf und werden zu der Halbwellenplatte 1145 reflektiert. Die Drehung der Halbwellenplatte 1145 teilt die Leistung zwischen den S und P Komponenten auf, welche dann durch einen Reflektor 1235 zu einer Platte 1225 reflektiert werden. Wie bei Lasersystem 1200 aus 12A, werden die aufgeteilten Strahlen durch die Fokussierlinse 110 in die kleinere numerische Apertur 1120 und die größere numerische Apertur 1125 fokussiert.
12C stellt ein ähnliches Lasersystem 1200 in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung dar. Wie dargestellt, ist der Eingangsstrahl 105 in Richtung Platte 1205 gerichtet, in S und P-Komponenten aufgeteilt, welche zu einem Reflektor 1240 und dann zu der Halbwellenplatte 1145 reflektiert werden. Die Drehung der Halbwellenplatte 1145 teilt Leistung zwischen den S und P-Komponenten auf, die dann durch einen Reflektor 1245 in Richtung auf Platte 1225 reflektiert werden. In dem Lasersystem 1200 von 12C, sind die Platten 1205, 1220 und / oder die Reflektoren 1240, 1245 in entgegengesetzten Winkeln angeordnet. Wie in Lasersystem 1200 von 12A werden die aufgeteilten Strahlen durch die Fokussierlinse 110 in die kleinere numerische Apertur 1120 und die größere numerische Apertur 1125 fokussiert.
Die hierin verwendeten Begriffe und Ausdrücke sind als Begriffe der Beschreibung und nicht der Begrenzung angewendet, und es besteht keine Absicht, durch die Verwendung solcher Begriffe und Ausdrücke, irgendwelche Äquivalente der dargestellten und beschriebenen Merkmale oder von Teilen davon auszuschließen, sondern es wird anerkannt, dass verschiedene Modifikationen innerhalb des Umfangs der beanspruchten Erfindung möglich sind.

Claims

Ein Strahlparametereinstellungssystem und Fokussiersystem zum Empfangen und zum Verändern einer räumlichen Verteilung einer Mehrzahl von Strahlungsbündeln von einer Mehrzahl von Strahlquellen und zum Fokussieren der Strahlung mit der geänderten räumlichen Verteilung auf eine Stirnfläche einer optischen Faser (115) wobei die Strahlungsbündel jeweils einen Polarisationszustand und gemeinsam eine räumliche Verteilung aufweisen, das System umfassend: ein erstes optisches Element zum Teilen jedes der Strahlungsbündel in eine Mehrzahl von räumlich versetzten Ausgangsstrahlen, wobei das Teilen auf den Polarisationszuständen basiert, Fokussieroptiken zum Kombinieren der Ausgangsstrahlen auf die Stirnfläche der optischen Faser (115) und ein zweites optisches Element zum Verändern eines Polarisationszustands von (i) wenigstens einem der Strahlungsbündel und/oder (ii) wenigstens eines von jeder Mehrzahl von Ausgangsstrahlen vor dem Kombinieren derselben durch die Fokussieroptiken, wobei die kombinierten Ausgangsstrahlen eine von der räumlichen Verteilung der Strahlungsbündel verschiedene räumliche Ausgabeverteilung aufweisen, wobei die Ausgabeverteilung durch das polarisationsbasierte Teilen bestimmt ist.
Das System nach Anspruch 1, wobei das zweite optische Element ein λ/2-Plättchen (1145) ist.
Das System nach Anspruch 2, wobei das erste optische Element ein polarisierender Strahlteiler (1110) zum Teilen der Strahlungsbündel in die Ausgangsstrahlen in Übereinstimmung mit den Polarisationszuständen der Strahlungsbündel ist.
Das System nach Anspruch 2, wobei das λ/2-Plättchen (1145) dem polarisierenden Strahlteiler (1110) vorgeschaltet ist.
Das System nach Anspruch 3, ferner umfassend einen Polarisationsrandomisierer (1140), der den Fokussieroptiken vorgeschaltet ist, zum Randomisieren der Polarisationszustände der Ausgangsstrahlen.
Das System nach Anspruch 5, wobei der Polarisationsrandomisierer (1140) ein λ/4-Plättchen ist.
Das System nach Anspruch 5, wobei der Polarisationsrandomisierer (1140) ein Polarisationsverwürfler (1130) ist.
Das System nach Anspruch 2, wobei das erste optische Element ein doppelbrechender Strahlversetzer (1135) zum räumlichen Versetzen wenigstens mancher der Strahlungsbündel basierend auf deren Polarisationszuständen ist.
Das System nach Anspruch 8, wobei der Strahlversetzer (1135) monoaxial doppelbrechend ist, wobei jeder der Strahlungsbündel in einen ordentlichen Strahl, der entlang einer optischen Achse des Strahlversetzers (1135) propagiert, und einen außerordentlichen Strahl, der weg von der optischen Achse propagiert, geteilt wird.
Das System nach Anspruch 9, wobei eine Leistungsverteilung zwischen jedem der ordentlichen und außerordentlichen Strahlen abhängt von Polarisationskomponenten des entsprechenden Strahlungsbündels.
Das System nach Anspruch 1, wobei das erste optische Element einen ersten und einen zweiten polarisierenden Strahlteiler umfasst und das zweite optische Element ein λ/2-Plättchen umfasst, welches zwischen dem ersten und dem zweiten polarisierenden Strahlteiler entlang einer optischen Achse derselben angeordnet ist, wobei (i) der erste polarisierende Strahlteiler die Strahlungsbündel in eine Mehrzahl von räumlich verteilten Zwischenstrahlen in Übereinstimmung mit den Polarisationszuständen der Strahlungsbündel teilt, wobei manche aber nicht alle der Zwischenstrahlen entlang der optischen Achsen der Strahlungsbündel propagieren und manche der Zwischenstrahlen parallel zu aber räumlich versetzt von den optischen Pfaden der Strahlungsbündel propagieren, (ii) das zweite optische Element Polarisationszustände von wenigstens manchen der versetzten Zwischenstrahlen auffängt und verändert, und (iii) der zweite polarisierende Strahlteiler wenigstens manche der versetzten Zwischenstrahlen mit den Zwischenstrahlen, die nicht versetzt wurden kombiniert, basierend auf den veränderten Polarisationszuständen der versetzten Zwischenstrahlen, die durch das zweite optische Element aufgefangen wurden.
Das System nach Anspruch 11, ferner umfassend ein λ/4-Plättchen, welches dem ersten polarisierenden Strahlteiler vorgeschaltet ist, zum Festlegen der Polarisationszustände der Strahlungsbündel.
Das System nach Anspruch 1, wobei das erste optische Element einen ersten und einen zweiten doppelbrechenden Strahlversetzer umfasst und das zweite optische Element ein λ/2-Plättchen umfasst, welches zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlversetzer entlang einer optischen Achse derselben angeordnet ist, wobei (i) der erste Strahlversetzer jedes der Strahlungsbündel in einen ordentlichen Zwischenstrahl, der entlang einer optischen Achse des Strahlversetzers propagiert, und einen außerordentlichen Zwischenstrahl, der weg von der optischen Achse propagiert, versetzt, basierend auf den Polarisationszuständen der Strahlungsbündel, (ii) das zweite optische Element Polarisationszustände der Zwischenstrahlen auffängt und ändert, und (iii) der zweite Strahlversetzer die Zwischenstrahlen basierend auf deren geänderten Polarisationszuständen versetzt.
Das System nach Anspruch 13, ferner umfassend ein λ/4-Plättchen, welches dem ersten polarisierenden Strahlteiler vorgeschaltet ist, zum Festlegen der Polarisationszustände der Strahlungsbündel.
Das System nach Anspruch 12, wobei ein Rotationswinkel von dem λ/2-Plättchen um eine optische Achse desselben eine Einteilung von Strahlleistung zwischen einer maximalen numerischen Apertur der Strahlungsbündel und einer minimalen numerischen Apertur der Strahlungsbündel bestimmt.
Das System nach Anspruch 13, wobei der polarisierende Strahlteiler eine obere reflektierende Oberfläche aufweist, welche so angewinkelt ist, dass die Ausgangsstrahlen auf einem nicht-parallelen Winkel relativ zu optischen Pfaden der Strahlungsbündel propagieren.
Das System nach Anspruch 8, wobei der Strahlversetzer keilförmig ist, so dass die Ausgangsstrahlen auf einem nicht-parallelen Winkel relativ zu optischen Pfaden der Strahlungsbündel propagieren.
Das System nach Anspruch 1, wobei das erste optische Element eine erste und eine zweite räumlich beabstandete, im Wesentlichen optisch transparente Platten aufweist, welche parallel zueinander orientiert sind aber mit Bezug auf die optischen Pfade der Strahlungsbündel angewinkelt sind und das zweite optische Element ein zwischen der ersten und zweiten Platte eingreifendes λ/2-Plättchen ist, wobei die erste und zweite Platte jeweils eine dem zweiten optischen Element zugewandte doppelbrechende Oberfläche und eine gegenüber der doppelbrechenden Oberfläche angeordnete hochreflektive Oberfläche haben.
Das System nach Anspruch 18, wobei ein Rotationswinkel von dem λ/2-Plättchen um eine optische Achse desselben eine Einteilung von Strahlleistung zwischen einer maximalen numerischen Apertur der Strahlungsbündel und einer minimalen numerischen Apertur der Strahlungsbündel bestimmt.
Das System nach Anspruch 1, wobei das erste optische Element wenigstens einen Reflektor und eine erste und eine zweite räumlich beabstandete, im Wesentliche optisch transparente Platten umfasst, welche mit entgegengesetzten Winkeln mit Bezug zu optischen Pfaden der Strahlungsbündel orientiert sind, und das zweite optische Element ein λ/2-Plättchen ist, wobei die erste und zweite Platte jeweils eine dem zweiten optischen Element zugewandte doppelbrechende Oberfläche und eine gegenüber der doppelbrechenden Oberfläche angeordnete hochreflektive Oberfläche haben.
Das System nach Anspruch 20, wobei die erste und zweite Platte entlang der optischen Pfade der Strahlungsbündel angeordnet sind, wobei der Reflektor räumlich beabstandet von den optischen Pfaden der Strahlungsbündel ist, und das λ/2-Plättchen zwischen der ersten Platte und dem Reflektor angeordnet ist, wobei das erste und das zweite optische Element so arrangiert sind, dass Zwischenstrahlen von der ersten Platte durch das λ/2-Plättchen wandern und durch den Reflektor zu der zweiten Platte reflektiert werden, von wo sie durch die Fokussieroptiken propagieren.
Das System nach Anspruch 20, wobei die erste und zweite Platte entlang der optischen Pfade der Strahlungsbündel propagieren, erste und zweite Reflektoren beabstandet von den optischen Pfaden der Strahlungsbündel sind und in entgegengesetzten Winkeln mit Bezug zueinander orientiert sind, und das λ/2-Plättchen zwischen den Reflektoren angeordnet ist, wobei das erste und zweite optische Element so arrangiert sind, dass Zwischenstrahlen von der ersten Platte mittels des ersten Reflektors durch das λ/2-Plättchen und mittels des zweiten Reflektors zu der zweiten Platte gelenkt werden, um durch die Fokussieroptiken zu propagieren.
Ein Strahlparametereinstellungssystem und Fokussiersystem zum Empfangen und zum Verändern einer räumlichen Verteilung einer Mehrzahl von Strahlungsbündeln von einer Mehrzahl von Strahlquellen und zum Fokussieren der Strahlung mit der geänderten räumlichen Verteilung auf eine Stirnfläche einer optischen Faser (115) das System umfassend: einen verformbaren Spiegel umfassend eine reflektive Oberfläche und eine Steuereinheit zum Ändern einer Verformung der reflektiven Oberfläche, und Fokussieroptiken, wobei der verformbare Spiegel und die Fokussieroptiken so arrangiert sind, dass der verformbare Spiegel die Strahlungsbündel empfängt und sie durch die Fokussieroptiken auf die Stirnfläche lenkt, wobei die Steuereinheit empfänglich für eine angezielte Strahlungsleistungsverteilung ist und dazu konfiguriert ist, eine Spiegelverformung zu erzeugen, welche bewirkt, dass die Strahlungsbündel mit der angezielten Strahlungsleistungsverteilung auf die Stirnfläche auftreffen.
Das System nach Anspruch 23, wobei die reflektive Oberfläche einen steuerbaren Phasenfehler hat, wobei der Phasenfehler die angezielte Strahlungsleistungsverteilung erzeugt.
Ein Strahlparametereinstellungssystem und Fokussiersystem zum Empfangen und zum Verändern einer räumlichen Leistungsverteilung eines Strahlungsbündels von einer Strahlquelle und zum Fokussieren der Strahlung mit der geänderten räumlichen Verteilung auf eine Stirnfläche einer optischen Faser (115) das System umfassend: eine Gradientenindex-Linse, die einen Brechungsindex hat, der durch eine optische Achse der Linse konstant ist aber in Richtungen senkrecht zu der optischen Achse variierend ist, wobei die Gradientenindex-Linse als eine Faserendkappe (120) ausgebildet ist, Mittel zum Einführen einer Verzerrung in der Linse, um eine Taille eines aus der Linse heraustretenden Strahls zu variieren, und eine Steuereinheit zum Steuern der Verzerrungs-Einführungsmittel, um eine angezielte veränderte räumliche Leistungsverteilung auf der Stirnfläche zu erreichen.
Das System nach Anspruch 25, wobei die Verzerrungs-Einführungsmittel, mindestens eins sind von einem lokalen Erhitzer, eine in die Linse gerichtete Strahlungsquelle, ein akustooptischer Modulator, der eine optische Eigenschaft der Linse verändert, oder ein elektrooptischer Modulator, der eine optische Eigenschaft der Linse verändert.
Ein Strahlparametereinstellungssystem und Fokussiersystem zum Empfangen und zum Verändern einer räumlichen Leistungsverteilung eines Strahlungsbündels von einer Strahlquelle und zum Fokussieren der Strahlung mit der geänderten räumlichen Verteilung auf eine Stirnfläche einer optischen Faser (115) das System umfassend: Fokussieroptiken, eine Heizquelle (420), um eine wärmeabhängige Verzerrung in die Fokussieroptiken einzuführen, um die Taille eines daraus heraustretenden Strahls zu variieren, und eine Steuereinheit (220) zur Steuerung der Heizquelle (420), um eine angezielte veränderte räumliche Leistungsverteilung zu erreichen.
Ein Strahlparametereinstellungssystem und Fokussiersystem zum Empfangen und zum Verändern einer räumlichen Leistungsverteilung eines Strahlungsbündels einer Strahlquelle und zum Fokussieren der Strahlung mit der geänderten räumlichen Verteilung auf eine Stirnfläche einer optischen Faser (115) das System umfassend: Fokussieroptiken, eine Faserendkappe (120), welche Strahlung der Fokussieroptiken optisch in die Faserstirnfläche koppelt, wobei die Faserendkappe (120) an der Faserstirnfläche stoßgekoppelt ist, Mittel zum Einführen einer Verzerrung in die Faserendkappe (120) zum Variieren einer Taille eines aus den Fokussieroptiken heraustretenden Strahls, und eine Steuereinheit (220) zum Steuern der Verzerrungs-Einführungsmittel, um eine angezielte veränderte räumliche Leistungsverteilung auf der Faserstirnfläche zu erreichen.
Das System nach Anspruch 28, wobei die Verzerrungs-Einführungsmittel mindestens eins sind von einem lokalen Erhitzer, eine in die Faserendkappe (120) gerichtete Strahlungsquelle, ein akustooptischer Modulator der eine optische Eigenschaft der Faserendkappe (120) verändert, oder ein elektrooptischer Modulator der eine optische Eigenschaft der Endkappe (120) verändert.
Ein Strahlparametereinstellungssystem und Fokussiersystem zum Empfangen eines Strahlungsbündels einer Strahlquelle und zum Fokussieren der Strahlung auf eine Stirnfläche einer optischen Faser, das System umfassend: Fokussieroptiken, ein Segment einer Gradientenindex-Faser (610) zum optischen Koppeln von Strahlung aus den Fokussieroptiken in die Stirnfläche der Faser mit einer geänderten räumlichen Leistungsverteilung; und ein System zur Änderung der numerischen Apertur des empfangenen Strahlungsbündels zur Steuerung einer Spotgröße der durch das Segment der Gradientenindex-Faser (610) propagierten Strahlung.
Ein Strahlparametereinstellungssystem und Fokussiersystem zum Verändern einer räumlichen Leistungsverteilung einer Mehrzahl von Strahlungsbündeln, das System umfassend: eine Mehrzahl von Strahlquellen zum Emittieren von Strahlungsbündeln, Fokussieroptiken zum Fokussieren von Strahlung aus den Strahlungsquellen auf eine Stirnfläche einer optischen Faser (115); und einen ansteuerbaren Strahlengang-Anpasser (960) zum ansteuerbaren Versetzen der Strahlen, um eine angezielte räumliche Leistungsverteilung auf der Stirnfläche zu erreichen, wobei (a) der Strahlengang-Anpasser (960) ansteuerbar einen Abstand zwischen den Strahlen von den Strahlquellen verändert, um die angezielte räumliche Leistungsverteilung zu erreichen, und/oder (b) der Strahlengang-Anpasser (960) ansteuerbar wenigstens manche der Strahlen relativ zu den Fokussieroptiken versetzt, um die angezielte räumliche Leistungsverteilung zu erreichen.
Das System nach Anspruch 31, ferner aufweisend Mittel zum wahlweise Verändern einer Leistung von wenigstens einem der Strahlen, um die angezielte räumliche Leistungsverteilung zu erreichen.