ES2862900T3

ES2862900T3 - Acoplador de modo bajo de fibra de alta potencia

Info

Publication number: ES2862900T3
Application number: ES14756747T
Authority: ES
Inventors: Valentin Fomin; Andrey Abramov; Dmitry Mochalov
Original assignee: IPG Photonics Corp
Current assignee: IPG Photonics Corp
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2021-10-08
Anticipated expiration: 2034-02-21
Also published as: WO2014133904A1; JP6580995B2; EP2962141B1; KR20150123824A; EP2962141A1; KR102162811B1; JP2016510135A; CN105026971B; US20140241385A1; CN105026971A; EP2962141A4; US9217840B2

Abstract

Un acoplador de alta potencia (18) de modo bajo ("LM"), que comprende: una pluralidad de fibras pasivas monomodo ("SM" ') (16) que guían las respectivas salidas SM, estando las fibras MM (16) agrupadas para definir un estrechamiento cónico hacia una fibra terminal (19), teniendo la fibra terminal (19) un núcleo (44) que guía la señal de luz LM combinada en una dirección de propagación, y al menos un revestimiento (34, 36); una fibra de salida del acoplador pasivo multimodo (MM) (20) unida a la fibra terminal (19) para definir un empalme (22, 72), teniendo la fibra de salida (20) un revestimiento (42) que rodea un núcleo (44 ') que guía la luz LM, incidiendo la luz LM en una pieza de trabajo (21) que refleja parcialmente la luz incidente de modo que una parte de la luz reflejada se acopla al núcleo (44') de la fibra de salida (20) guiando la luz reflejada en una dirección de contra propagación; y un primer absorbedor de modo del revestimiento ("CMA") que rodea la fibra terminal (19) y se extiende sobre una parte de la fibra de salida del acoplador (20), estando configurado el absorbedor con: una zona de flujo superior (26) que se extiende a lo largo de la fibra terminal (19) y termina a una distancia del flujo superior del empalme (22, 72), estando configurada la zona del flujo superior (26) para dividir una parte de la luz reflejada acoplada en el núcleo (44') de la fibra de salida del acoplador (20) y dispersarla a través del empalme (22, 72) en el revestimiento del extremo de la fibra, una zona intermedia (28) que se extiende sobre el empalme (22, 72) y en regiones de las respectivas fibras de extremo y salida (19, 20) que bordean el empalme (22, 72), estando configurada la zona intermedia (28) para evitar el desacoplamiento de un parte de la luz LM que recorre el revestimiento (42) de la fibra de salida (20), una zona de flujo inferior (30) que se extiende sobre la fibra de salida (26) y termina a una distancia de un extremo del mismo del flujo inferior, estando configurada la zona de flujo inferior (30) para dispersar rayos de baja apertura numérica ("NA") de la luz LM guiada a lo largo del revestimiento (42).

Description

DESCRIPCIÓN

Acoplador de modo bajo de fibra de alta potencia

REFERENCIA DE APLICACIÓN RELACIONADA

Esta solicitud está relacionada con una Solicitud Provisional USA presentada simultáneamente con esta solicitud ante la USPTO.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Campo de la invención

La invención se refiere a sistemas láser de fibra de alta potencia. En particular, la invención se refiere a un sistema de fibra de alta potencia de pérdida baja y de modo bajo ("LM") que emite un nivel de kW de salida de láser de alta calidad y está configurado con un absorbedor de modo de revestimiento que es operativo para filtrar eficientemente la luz no deseada del revestimiento que se propaga hacia adelante y se refleja hacia atrás del mismo.

Estado de la Técnica

Los sistemas láser de fibra de alta potencia de niveles de kW se utilizan en un número creciente de aplicaciones. A medida que los láseres de fibra maduran hacia el despliegue comercial, se requiere un enfoque centrado en su potencia, calidad y fiabilidad y la de sus componentes. Con el progreso actual en este campo, se precisan requisitos cada vez más altos de fiabilidad para niveles de potencia que alcanzan múltiples niveles de kilovatios. Para permitir los niveles de potencia deseados se acoplan entre sí, óptica y mecánicamente, múltiples sistemas de láser de fibra monomodo ("SM") en un acoplador. Para funcionar de manera eficiente a niveles de potencia de kW y emitir una salida de modo bajo ("LM"), el acoplador debe hacer frente con éxito a las dificultades estructurales, como el acoplamiento mecánico de fibras y las pérdidas de potencia en la dirección de retro reflexión, que son aquí de particular interés.

En general, un proceso de fabricación del acoplador de alta potencia incluye fusionar las fibras de salida alineadas de los respectivos láseres/amplificadores de fibra en un haz, estrecharlo, escindir y empalmar el haz cónico a una fibra de suministro de salida del sistema. La fabricación del acoplador que inicialmente asume una configuración de pajarita, cuya cintura se acorta aún más por la mitad, puede resultar en defectos estructurales (rebabas) del revestimiento que, durante el despliegue del acoplador, pueden afectar negativamente la calidad del rayo láser de salida y su energía.

Con las salidas de los sistemas de láser de fibra que alcanzan varios kW, la luz guía del núcleo que se propaga hacia adelante tiende a dispersarse en el revestimiento a medida que se propaga a través de interfaces aire-cuarzo. Una vez en el revestimiento, la señal de luz de alta potencia induce cargas térmicas sobre la capa polimérica que rodea el revestimiento y protege la fibra de las cargas mecánicas.

Por consiguiente, existe la necesidad de un dispositivo capaz de tratar eficazmente las consecuencias indeseables de la señal de luz de propagación directa desacoplada del núcleo.

Además de la señal de luz de propagación hacia adelante, la luz reflejada desde la superficie a tratar con láser y, por lo tanto, denominada luz reflejada hacia atrás, es dañina tanto para el acoplador como para los componentes del sistema flujo superior del mismo. De forma similar a la luz que se propaga hacia adelante, la luz reflejada hacia atrás debe eliminarse de la guía de ondas antes de que se propague nuevamente a los sistemas láser de fibra individuales.

En resumen, para alcanzar una potencia óptica de kWs a la salida de la guía de ondas LM, el acoplador necesita una configuración especial que permita lo siguiente:

(1) Fijar juntas de manera fiable las fibras de entrada sin degradar la calidad del haz de salida;

(2) Distribuir y utilizar eficientemente las pérdidas de energía de la luz que se propaga hacia adelante y hacia atrás; y

(3) Proteger las fibras de las impurezas ambientales como resultado de la deformación inducida por el calor.

Existe una necesidad adicional de un sistema de láser de fibra de alta potencia basado en el acoplador SM-LM descrito anteriormente, capaz de emitir un haz con parámetros de producto de alta calidad alcanzando varios kW.

Por tanto, existe la necesidad de un sistema de láser de fibra de alta potencia LM provisto de un revestimiento absorbedor que esté configurado para cumplir las condiciones enumeradas anteriormente. El documento US2010135339 da a conocer un acoplador.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con un aspecto de la invención, las fibras de salida de los respectivos sistemas de láser de fibra SM individuales tienen una configuración multicapa para mejorar el acoplamiento confiable entre las fibras de salida SM y minimizar la posibilidad de dañar los núcleos de fibra durante la fabricación del acoplador SM-LM, cuya configuración multicapa incluye capas internas y externas. La capa interna incluye dióxido de silicona (SiO²), mientras que la capa externa está hecha de SiO²dopado con iones de flúor ("F") y tiene una temperatura de fusión relativamente baja. La presencia de la capa exterior minimiza sustancialmente el daño a los componentes de fibra individuales durante la fabricación del acoplador.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, el acoplador SM-LM está configurado con un absorbedor capaz de eliminar eficazmente la luz no deseada reflejada y propagada hacia adelante. El absorbedor está configurado con tres zonas consecutivas encargadas de eliminar la luz no deseada que tiene dos fuentes de origen. Una fuente incluye las pérdidas de señal de la luz que es propagada hacia adelante a través de las regiones de empalme. La otra fuente tiene su origen en la luz reflejada hacia atrás que se acopla al núcleo de la salida del sistema al rebotar desde la superficie de la pieza de trabajo en una dirección de propagación contraria, y encuentra su camino hacia los revestimientos de las respectivas fibras cuando es guiada hacia las fibras de salida SM.

Visto a lo largo de una dirección de propagación hacia adelante de la señal de luz, la zona de flujo superior está configurada para evitar que la luz reflejada hacia atrás llegue a los sistemas de láser de fibra SM individuales. La zona está definida por un polímero que tiene un índice de refracción superior al del cuarzo.

La zona intermedia está configurada para evitar que los rayos de alta apertura de señal de luz se pierdan en los empalmes del flujo superior y se guíen a lo largo del revestimiento en una dirección de propagación hacia adelante y escapen del acoplador. El polímero que constituye esta zona está configurado con un índice de refracción sustancialmente igual o más bajo al del cuarzo.

La zona de flujo inferior está configurada para dispersar la señal de luz de propagación hacia adelante después de que sale de la zona intermedia. Esto se logra mediante un material anfitrión polimérico con un índice de refracción igual o inferior al del cuarzo, pero impregnado con difusores de luz que guían gradualmente la luz del revestimiento fuera de la fibra de salida hacia un disipador de calor.

Otro aspecto trata de un sistema de láser de fibra LM de alta potencia que incluye el acoplador descrito. El sistema está configurado con un empalme de filtrado que elimina los rayos de luz de señal de alta apertura que permanecen tras el acoplador y se propagan hacia la pieza de trabajo. El empalme filtrante incluye material con un índice de refracción superior al del cuarzo. El sistema también tiene un absorbedor de modo de revestimiento de componentes de flujo inferior configurado para minimizar y proporcionar la eliminación de la luz reflejada que está acoplada al revestimiento de la fibra de salida del sistema.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Otras características y ventajas de la estructura descrita anteriormente son más evidentes a partir descripción específica que sigue a continuación y de los dibujos que la acompañan, en los cuales:

La FIG. 1 es una vista en alzado del sistema descrito de láser de fibra de alta potencia;

La FIG. 2 es una vista esquemática de un componente del acoplador SM-LM del sistema de la FIG. 1;

La FIG. 2a-2d son sendas secciones transversales respecto de las líneas A-A, B-B, C-C y D-D de la FIG. 2; La FIG. 3 ilustra la geometría preferida del acoplador SM-LM descrito;

La FIG. 4 es una vista esquemática del componente de empalme de filtro del sistema descrito que funciona para eliminar la señal de luz de propagación hacia delante guiada por el revestimiento; y

La FIG. 5 es una vista esquemática del componente absorbente de modo de revestimiento del sistema descrito configurado para eliminar la luz guiada reflejada hacia atrás del revestimiento.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Se hace ahora referencia en detalle a las realizaciones preferidas de la invención. Siempre que sea posible, se utilizarán números de referencia iguales o similares en los dibujos y descripción para hacer referencia a partes o pasos iguales o similares. Los dibujos están en forma muy simplificada y no están realizados a escala de precisión.

La FIG. 1 ilustra una vista esquemática del sistema 10 de láser de fibra de alta potencia capaz de emitir un haz de alta calidad de hasta unos pocos kW. El sistema 10 está configurado con una pluralidad de sistemas de láser de fibra SM, cada uno de los cuales es operativo para emitir radiación en un modo transversal único o sustancialmente único. Los sistemas láser SM están provistos de respectivas fibras de salida SM 16 que están alineadas y acopladas mecánica y ópticamente entre sí en un acoplador SM-LM 18.

Haciendo referencia a la FIG. 2, además de la FIG. 1, el acoplador 18 se forma inicialmente alineando las fibras de salida entre sí para definir el extremo de entrada de gran diámetro de flujo superior del acoplador. A continuación, las fibras alineadas se fusionan y estiran simultáneamente en un extremo de salida de pequeño diámetro con los núcleos de las respectivas fibras individuales fusionados en una fibra 19 del extremo del acoplador que tiene un diámetro que coincide sustancialmente con el de una fibra de salida del acoplador 20 y está rodeada por una estructura de doble revestimiento.

La fibra 19 del extremo del flujo inferior del acoplador 18 se empalma además a la fibra de salida del acoplador 20 multimodo pasivo ("MM"). Dependiendo del número de sistemas láser SM, una salida combinada puede alcanzar hasta aproximadamente 15 kW y tener, por ejemplo, un parámetro de producto de haz ("BPP") que varía aproximadamente entre los 4.5 y está configurado de modo que la señal de luz no pierda más de aproximadamente el 1% de su potencia. La fibra terminal 19 y una parte de la fibra de salida 20 se colocan en un alojamiento 24 (FIG. 2), que, a su vez, está acoplado a un disipador de calor no mostrado aquí. Completa el sistema 10 un empalme de filtrado 70 (FIG. 1), que incluye regiones de la respectiva fibra de salida del acoplador 20 y la siguiente porción de fibra del sistema 10, y el absorbedor de modo de revestimiento del sistema ("CMA") 80, provisto a lo largo de las porciones del flujo inferior.

Haciendo referencia específicamente a la FIG. 2, la fibra terminal 19 se empalma al extremo del flujo superior de la fibra de salida del acoplador 20 a lo largo de una región de empalme 22. Dado sólo como ejemplo, el extremo del flujo inferior del acoplador 18 puede incluir aproximadamente 20-25 mm de fibra de salida 20 después de la región de empalme 22. El grado de ahusamiento depende del diámetro de la fibra de salida 20.

Las fibras de salida SM 16 se fijan entre sí mediante cualquier adhesivo adecuado. Debido a las altas potencias y por tanto a las temperaturas elevadas, el adhesivo incluye un componente resistente a la temperatura que puede ser, por ejemplo, UV-15-TK.

Con referencia a la FIG. 2a, que es una vista en sección transversal a lo largo de las líneas A-A en la FIG. 2 y la FIG. 3, los revestimientos de las respectivas fibras SM 16 durante la etapa inicial de fabricación del acoplador 18 tienen cada uno una estructura de doble revestimiento que rodea el núcleo 44. El revestimiento interior 34 incluye dióxido de silicona ("SiO²"). El revestimiento exterior 36 está configurado con una mezcla que incluye un material huésped, como SiO², dopado con iones de flúor ("F"). El uso de la segunda capa exterior aumenta considerablemente la resistencia de las fibras SM a las tensiones mecánicas del proceso de fabricación del acoplador 18.

La escala del acoplador 18 depende críticamente de la eficacia con la que se utilice la luz no deseada, propagada a lo largo del acoplador en direcciones opuestas. Por lo general, los mecanismos que se ocupan de la eliminación de la luz del revestimiento de la guía de ondas se denominan separadores de luz o absorbentes de luz.

Volviendo a la FIG. 2, se proporciona un separador de luz o absorbedor de modo del revestimiento ("CMA") a lo largo del acoplador 18 y una parte de la fibra de salida del acoplador 20 incluyendo tres zonas consecutivas del flujo superior, intermedio e inferior 26, 28 y 30, respectivamente. Los tres están configurados para minimizar selectivamente la cantidad de luz parásita, que puede propagarse en direcciones opuestas hacia adelante y hacia atrás, desde la fibra dañada y otros componentes ópticos del sistema láser 10.

La zona 26 del flujo superior, que se extiende a lo largo de una porción mayor de ahusamiento y termina a una distancia corta del flujo superior del empalme 22, está configurada para minimizar al menos la cantidad de luz reflejada hacia atrás guiada a lo largo del núcleo de la fibra de salida del acoplador 20 antes de que esta luz alcance los sistemas láser SM individuales 16. La retro reflexión es altamente dañina para los sistemas láser de fibra de alta potencia. Incluso una luz reflejada por la parte posterior de cien vatios, que en el sistema descrito puede alcanzarse fácilmente en los niveles de kW, puede ser devastadora para el acoplador 18, pero aún más para los sistemas SM individuales 16 que se fusionan en el acoplador y particularmente en sus respectivos revestimientos poliméricos.

A medida que la luz se refleja desde la pieza de trabajo 21, se acopla tanto en el revestimiento como en el núcleo de la fibra de suministro 25 (FIG. 1) que está configurada con una apertura numérica ("NA") al menos igual o superior al ángulo de incidencia de la luz reflejada. Dado que el solapamiento entre la fibra final 19 y la fibra de salida 20 no es ideal, la luz reflejada hacia atrás, que se propaga a lo largo de los núcleos de las fibras respectivas entre la fibra de salida del sistema 25 y la fibra final 19, ocupa un área mayor que el núcleo de la fibra final 19. Por lo tanto, la luz que no está confinada al núcleo de la fibra terminal 19, se filtra hacia el revestimiento y puede eliminarse mediante un polímero de alto índice dentro de la zona del flujo superior del absorbedor, como se explicará a continuación.

En particular, la luz reflejada desde la pieza de trabajo 21 se acopla en un núcleo 44' (FIG. 2d) de la fibra de suministro del sistema MM 25 (FIG. 1) que guía la luz reflejada por la parte posterior en una dirección de contra propagación hacia el flujo superior del sistema 10 y finalmente entrega esta luz al núcleo de la fibra de salida del acoplador 20. En consecuencia, cuando la luz reflejada de retorno se propaga y dispersa a través del empalme 22 (FIG. 2) hacia el revestimiento interior 34 (FIG. 2a), debe retirarse del mismo antes de que se acople en los revestimientos de las respectivas fibras SM 16.

(FIGs./ 1 y 2)

Volviendo a las FIGs. 2 y 2a, el absorbedor incluye una capa 38 que se extiende sobre la zona del flujo superior 26 (FIG 2a) alrededor del revestimiento exterior 36. La capa 38 es operativa para minimizar al menos sustancialmente e, idealmente, eliminar completamente la luz reflejada hacia atrás guiada por el núcleo, que gestiona la dispersión a través del empalme 22 del núcleo de la fibra 20, ya que su índice de refracción es superior al del cuarzo que constituye tanto el núcleo 44 como los revestimientos.

Haciendo referencia a las figuras 2 y 2b, la zona intermedia 28 se extiende desde el extremo de la zona de flujo superior 26 sobre el extremo de flujo inferior del extremo de fibra del acoplador 19 (FIG. 2), a través del empalme 22 y termina a una distancia de la región de extremo de la fibra de salida 20. Esta última se desprovee de su revestimiento protector a lo largo de la zona intermedia 28. En cambio, es una capa polimérica 39 la que cubre el revestimiento interior 42 de la fibra de salida 20 que tiene un índice de refracción al menos igual o superior al de la capa polimérica 39. En consecuencia, la capa 39 está configurada para minimizar las pérdidas de señal de luz de propagación hacia adelante evitando su desacoplamiento del revestimiento 42.

Haciendo referencia a las FIGs. 2, 2c y 2d, la zona del flujo inferior 30 del absorbedor está configurada con una capa polimérica 40 que está configurada para minimizar la cantidad de señal de luz de propagación hacia adelante guiada a lo largo del revestimiento 42 de la fibra de salida del acoplador 20. La zona 30 se extiende sobre una porción más grande de fibra de salida 20, que se desprovee del revestimiento protector, y recubre parcialmente el extremo del flujo inferior de esta fibra que todavía tiene una capa protectora 46 (FIG. 2d). Este último se deja intacto a lo largo de la región final de la fibra 20 de salida del acoplador para mejorar el acoplamiento de la fibra 20 a un alojamiento 24.

Similar a la capa polimérica 39 de la zona intermedia 28, la capa 40 está configurada con un material huésped, tal como gel de silicona, que tiene un coeficiente de refracción sustancialmente igual al del cuarzo. Sin embargo, el material huésped a lo largo de la zona 30 está dopado con una pluralidad de difusores que incluyen, por ejemplo, partículas de Al2O3. Los difusores no absorben la luz que incide sobre ellos; se dispersa omnidireccionalmente con una parte de la luz dispersada dirigida hacia el exterior de la fibra 20. Por lo tanto, la luz guiada por el revestimiento de propagación hacia adelante de baja NA, cuando incide sobre los difusores, puede guiarse parcialmente hacia un material de encapsulado, la carcasa 24, y finalmente a un disipador de calor que no se muestra aquí. La concentración y distribución de los difusores se seleccionan para proporcionar una eliminación sustancialmente uniforme de luz única de baja NA a lo largo de la región 30 (FIG. 2).

La luz absorbida, ya sea luz de propagación reflejada hacia delante o hacia atrás, debería transferirse eficazmente a un disipador de calor; de lo contrario, la integridad estructural del acoplador 18 puede verse comprometida de forma irreversible. El alojamiento 24, que encierra el acoplador 18 y parte de la fibra de salida 20 que está protegida por el absorbedor, está provisto de una ranura semiesférica 25 (FIGs. 2 y 2a) que recibe el acoplador 18 y contribuye así a la estabilidad mecánica y térmica de todo el sistema láser. El material del alojamiento 24 se selecciona con alta resistencia al calor y bajo coeficiente de expansión térmica para minimizar el grado de deformación del alojamiento 24 a temperaturas elevadas durante el funcionamiento del sistema de láser de fibra descrito. De lo contrario, la deformación de la carcasa puede dañar las fibras. Preferiblemente, el material incluye cobre en capas con una tira de oro o una pseudo aleación de tungsteno y cobre (CuW). Tras colocar el mecanismo de absorción en la carcasa 24, la ranura 25 y otro espacio libre dentro de la carcasa 24 se rellenan con material de encapsulado que contribuye aún más a la integridad mecánica y final de la estructura descrita.

Volviendo brevemente a la FIG. 1, el sistema 10 puede tener un sistema de monitorización fiable que incluye varios detectores de fotodiodo. Por ejemplo, se coloca un sensor 100 en la proximidad de la parte de flujo superior del acoplador 18 para detectar la luz reflejada que se propaga a lo largo del núcleo 44 (FIG. 2a). El sensor 102 está configurado para medir la potencia de salida de la señal de luz en la salida del acoplador 18. El fotodiodo 104 está ubicado para detectar la luz reflejada hacia atrás que se propaga a lo largo del revestimiento de un absorbedor 80 del sistema. Las pérdidas de potencia de la señal de luz pueden ser monitoreadas por un sensor 106 capaz de detectar luz directa en las proximidades del empalme 22. Todos o al menos parte de los sensores pueden configurarse para detectar la luz dispersa como se describe en la Solicitud Provisional USA N° de Serie 61/653,108.

Volviendo a la FIG. 3, el acoplador SM-LM 18 incluye preferiblemente trece (13) fibras SM 16 con doce fibras rodeando la fibra central. Las trece fibras 16 conservan cada una su geometría, que, como se ha explicado anteriormente, incluye múltiples revestimientos concéntricos que no se deforman ya que sólo se fusionan entre sí con revestimientos exteriores adicionales 38 (FIG. 2a). Dado que la deformidad es insignificante o no existe en absoluto, el acoplador 18 se caracteriza por pérdidas mínimas y un alto parámetro de producto de haz de luz. Generalmente, el acoplador 13/1 puede describirse como que tiene una periferia continua con picos o protuberancias y valles alternados. La geometría ilustrada se puede modificar fácilmente. Por ejemplo, la eliminación de las seis fibras exteriores da como resultado un acoplador de 7 a 1, mientras que la adición de 6 fibras adicionales entre cada par respectivo de picos adyacentes define un acoplador de 19/1. Las ventajas del acoplador 13/1 sobre, por ejemplo, un acoplador 19/1, incluyen un parámetro de producto de haz más alto, un proceso de fabricación más eficaz en el tiempo, pruebas y mantenimiento más sencillos.

La FIG. 4 ilustra la región de empalme de filtrado 70 del sistema 10 configurada para evitar que los rayos de alta NA de propagación directa o luz de señal alcancen el extremo de salida de la fibra 23 del sistema, también mostrada en la FIG.

1. Estos rayos son guiados a lo largo del revestimiento después de escapar del empalme 72 entre la fibra de salida del acoplador 20 y la fibra de salida del sistema 23. Esta última puede estar configurada con un NA superior al de la fibra 20 y es preferiblemente una fibra pasiva MM.

Las fibras 20 y 23, respectivamente, se separan cada una de una capa polimérica protectora 78 dentro de la región de empalme 70. Una mezcla de polímero con índice de refracción relativamente bajo (aproximadamente 140) y difusores tales como AhO3, dopado en el polímero, cubre la región pelada 74 de la fibra de salida 20. La región pelada 76 de la fibra de salida del sistema 23 está revestida con un polímero que tiene un alto índice de refracción. La estructura está encerrada en una carcasa 77 que está hecha preferiblemente de cobre bañado en oro.

La FIG. 5 ilustra el sistema CMA 80 provisto entre la región del extremo flujo inferior de la fibra de salida del sistema 23 y la fibra de suministro 25. El absorbedor 80 está configurado con una fibra pasiva 90 MM que, en combinación con los polímeros 94 y 92, elimina la luz reflejada que se propaga a lo largo del revestimiento de fibra de suministro 25. Esta última está encajada en la cara flujo inferior 96 de la fibra 90 y su revestimiento 88 recibe luz reflejada desde la pieza de trabajo a tratar con láser.

Haciendo referencia a las FIGs. 1 y 2, además de la FIG. 5, el diámetro del núcleo 84 de la fibra del sistema 23 coincide con los diámetros del núcleo de la fibra 19 del extremo del acoplador respectivo, la fibra de salida del acoplador 20 y la fibra de entrega del sistema 25. Sin embargo, el diámetro exterior de la fibra extractara 90 puede ser varias veces mayor al del resto de las fibras. El diámetro incrementado del revestimiento de la fibra 90 permite que la luz reflejada hacia atrás disminuya su densidad de potencia, que, a su vez, descarga térmicamente en sus revestimientos protectores tales como los polímeros 92 y 94, respectivamente. El diámetro del revestimiento de la fibra 90 se puede aumentar gradualmente estructurando la cara flujo inferior 96 de la fibra 90 con un diámetro menor que el diámetro de su extremo de flujo superior 98. Esto se puede hacer proporcionando otra fibra más pequeña o una fibra de una sola pieza conformada con una sección transversal en forma de botella a lo largo del eje longitudinal de la fibra decapada.

El polímero 92 que rodea la cara del flujo inferior 96 de la fibra 90 está configurado con un índice de refracción más bajo que el del revestimiento/cuarzo 88. El índice de refracción más bajo limita la propagación de la luz reflejada hacia atrás al revestimiento 88. La cara del flujo superior 98 de la fibra pelada 90 está cubierta con el polímero 94 que tiene un índice de refracción mayor que el del cuarzo para desacoplar el retroceso reflejado en el revestimiento de densidad relativamente baja que desde la guía de ondas propaga la luz.

Se pueden realizar diversos cambios de la estructura descrita. Por tanto, se pretende que toda la materia contenida en la descripción anterior se interprete únicamente a título ilustrativo y no limitativo, estando definida la invención por las reivindicaciones adjuntas

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un acoplador de alta potencia (18) de modo bajo ("LM"), que comprende:

una pluralidad de fibras pasivas monomodo ("SM" ') (16) que guían las respectivas salidas SM, estando las fibras MM (16) agrupadas para definir un estrechamiento cónico hacia una fibra terminal (19), teniendo la fibra terminal (19) un núcleo (44) que guía la señal de luz LM combinada en una dirección de propagación, y al menos un revestimiento (34, 36);

una fibra de salida del acoplador pasivo multimodo (MM) (20) unida a la fibra terminal (19) para definir un empalme (22, 72), teniendo la fibra de salida (20) un revestimiento (42) que rodea un núcleo (44 ') que guía la luz LM, incidiendo la luz LM en una pieza de trabajo (21) que refleja parcialmente la luz incidente de modo que una parte de la luz reflejada se acopla al núcleo (44') de la fibra de salida (20) guiando la luz reflejada en una dirección de contra propagación; y

un primer absorbedor de modo del revestimiento ("CMA") que rodea la fibra terminal (19) y se extiende sobre una parte de la fibra de salida del acoplador (20), estando configurado el absorbedor con:

una zona de flujo superior (26) que se extiende a lo largo de la fibra terminal (19) y termina a una distancia del flujo superior del empalme (22, 72), estando configurada la zona del flujo superior (26) para dividir una parte de la luz reflejada acoplada en el núcleo (44') de la fibra de salida del acoplador (20) y dispersarla a través del empalme (22, 72) en el revestimiento del extremo de la fibra, una zona intermedia (28) que se extiende sobre el empalme (22, 72) y en regiones de las respectivas fibras de extremo y salida (19, 20) que bordean el empalme (22, 72), estando configurada la zona intermedia (28) para evitar el desacoplamiento de un parte de la luz LM que recorre el revestimiento (42) de la fibra de salida (20),

una zona de flujo inferior (30) que se extiende sobre la fibra de salida (26) y termina a una distancia de un extremo del mismo del flujo inferior, estando configurada la zona de flujo inferior (30) para dispersar rayos de baja apertura numérica ("NA") de la luz LM guiada a lo largo del revestimiento (42).

2. El acoplador (18) de la reivindicación 1, en el que el primer absorbedor de modo del revestimiento (CMA) incluye un polímero (39, 40) configurado con:

un primer índice de refracción superior al del revestimiento (42) de la fibra terminal (19) a lo largo de la zona de flujo superior (26),

un segundo índice como máximo igual al de los revestimientos (42) de las respectivas regiones de fibra (19, 20) que bordean el empalme (22, 72) y definen la zona intermedia (28), y

un tercer índice como máximo igual al del revestimiento (42) de la fibra de salida (20) a lo largo de la zona de flujo inferior (30), siendo dopado el polímero (40) de la zona flujo inferior (30) con una pluralidad de difusores configurados para dispersar la parte de la luz LM.

3. El acoplador (18) de la reivindicación 2, en el que los difusores incluyen partículas de óxido de aluminio (AhOa).

4. El acoplador (18) de la reivindicación 1, en el que las fibras SM (16) están configuradas cada una con:

una capa interior (34) hecha de dióxido de silicio (SO ²), y

una capa exterior (36) hecha de SiO²y dopada con iones de fluoruro (F).

5. El acoplador (18) de la reivindicación 1, que comprende además una carcasa (24) que encierra el absorbedor ("CMA"), siendo la capa exterior de la fibra de salida del sistema (20) despojada de revestimiento protector (39, 40) a lo largo de la zona intermedia (28) y una porción mayor de la zona de flujo inferior (30).

6. El acoplador (18) de la reivindicación 1, en el que trece fibras SM (16) se agrupan para definir una periferia continua con picos y valles alternos.

7. El acoplador (18) de la reivindicación 1, que comprende además seis fibras adicionales (16) o seis fibras SM menos (16) que definen un acoplador 19/1 o un acoplador 7/1, respectivamente.

8. El acoplador (18) de la reivindicación 7, en el que la luz LM se emite desde el extremo del flujo inferior de la salida del acoplador con un parámetro de producto de haz que varía entre aproximadamente 1.7 hasta aproximadamente 4.0.

9. El acoplador (18) de la reivindicación 1, que comprende además un detector de luz del flujo superior (100) operativo para detectar la luz retro reflejada guiada por el núcleo (44).

10. Un sistema de láser de fibra de alta potencia (10), que comprende:

el acoplador (18) de las reivindicaciones 1 a 9;

una fibra de filtro pasivo multimodo ("MM") fusionada a la fibra de salida del acoplador (20) para definir un empalme de flujo inferior (22, 72);

un segundo absorbedor de modo del revestimiento (CMA) que rodea las regiones adyacentes de las respectivas fibras de salida y entrega del acoplador (20, 25) y está configurado para minimizar la propagación de rayos NA altos de la señal de luz LM en la dirección de propagación ("hacia adelante"), siendo el filtro configurado con zonas de flujo superior y flujo inferior, en el que la zona flujo superior incluye un material anfitrión polimérico que tiene un índice de refracción como máximo igual al del revestimiento (42) de la fibra de salida del acoplador (20), y una pluralidad de difusores dopados en el polímero del material de acogida, y

la zona de flujo inferior está configurada con un material polimérico con un índice de refracción superior al del revestimiento (42) de la fibra de salida del acoplador (20).

11. El sistema de láser de fibra de alta potencia (10) de la reivindicación 10, en el que los aditivos incluyen partículas de óxido de aluminio.

12. El sistema de láser de fibra de alta potencia (10) de la reivindicación 10, en el que las regiones adyacentes (74, 76) de la respectiva salida del acoplador (20) y las fibras de filtro están despojadas de las respectivas capas protectoras (78).

13. El sistema de láser de fibra de alta potencia (10) de la reivindicación 10, en el que la salida del acoplador y las fibras de entrada pasiva MM (20, 90) están configuradas con diámetros de núcleo respectivos (84) que coinciden entre sí.

14. El sistema de láser de fibra de alta potencia (10) de la reivindicación 10, que comprende además una fibra pelada (90) que tiene extremos opuestos fusionados a un extremo del flujo inferior (23) de la fibra de filtro pasiva MM (25) y de flujo superior de una alimentación pasiva de fibra MM, respectivamente, estando configurada la fibra de alimentación con un núcleo y un revestimiento que reciben ambos la luz reflejada.

15. El sistema de láser de fibra de alta potencia (10) de la reivindicación 14, en el que el filtro MM, las fibras de extracción y alimentación están configuradas con núcleos respectivos que están dimensionados para coincidir entre sí.

16. El sistema de láser de fibra de alta potencia de la reivindicación 15, en el que el diámetro exterior del revestimiento de la fibra pelada es mayor que los del filtro MM y las fibras de alimentación para reducir la densidad de potencia de la luz reflejada del retroceso que se propaga a lo largo del revestimiento de la fibra pelada.

17. El sistema láser de fibra de alta potencia de la reivindicación 16, que comprende además un absorbedor de modo del revestimiento ("CMA") (80) configurado con una región de flujo inferior, que se extiende sobre el extremo del flujo superior de la fibra de alimentación, y una región de flujo superior que se extiende sobre el extremo de flujo inferior de la fibra de filtro MM y una longitud completa de la fibra pelada.

18. El sistema de alta potencia de la reivindicación 17, en el que la región de flujo superior del CMA incluye material polimérico con un índice de refracción mayor que el de los revestimientos de las respectivas fibras pasivas y de extracción de entrada MM, y una región de flujo inferior del CMA configurada con un índice de refracción inferior o igual al del revestimiento de la fibra de alimentación.