KR20150123824A - 로우 모드 고출력 광섬유 컴바이너 - Google Patents

Abstract

고출력 광섬유 레이저 시스템이 컴바이너 출력 광섬유로 스플라이스된 컴바이너 단부 광섬유로 구성된다. 시스템은 또한 컴바이너 단부 및 출력 광섬유를 따라 연장하는 광 스트리퍼를 포함하고 차례로 위치한 각각의 굴절 지수들이 제공되는 영역들로 구성된다. 광신호의 순 전파 방향에서, 상류 영역은 컴바이너 단부 광섬유의 클래딩보다 높은 굴절 지수의 중합체 물질을 포함한다. 이 영역은 컴바이너 단부와 출력 광섬유 사이의 스플라이스를 거쳐 컴바이너의 클래딩으로 번진 후면 반사된 코어 유도 광을 제거하도록 설정된다. 중간 영역은 컴바이너 출력 광섬유의 클래딩보다 낮은 굴절 지수로 설정된 중합체 물질을 포함하여 클래드 유도된 신호광을 물질 밑의 클래딩의 이격을 방지할 수 있다. 하류 영역은 컴바이너 출력 광섬유의 클래딩보다 낮은 굴절 지수를 가지는 중합체 물질로 구성된다. 하류 영역의 중합체 물질은 클래드 유도된 신호 광의 높은 개구수의 광선을 산란시키는 복수의 광 확산재가 스며 있다.

Description

로우 모드 고출력 광섬유 컴바이너 {LOW-MODE HIGH POWER FIBER COMBINER}

본 출원은 이 출원과 함께 미국 특허상표청에 출원되고 참조로 본 명세서에 전체적으로 통합된 미국 가출원에 관련된 것이다.

본 명세서는 고출력 광섬유 레이저 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 명세서는 kW 수준, 고품질 레이저 출력으로 발광하고 효과적으로 원치 않는 순-전파(forward propagating) 및 후면반사(backreflected)된 클래딩 광을 필터링(filter out)하도록 구동하는 클래딩 모드 흡수체로 설정된 고출력 저손실 로우 모드("LM") 광섬유 시스템에 관한 것이다.

고출력 kW 수준 광섬유 레이저 시스템은 증가하는 수의 애플리케이션에서 사용된다. 광섬유 레이저가 상업적 전개를 향해 성장할수록, 그 출력, 품질, 신뢰도에 대한 강력한 집중 및 그 구성요소에 대한 강력한 집중이 요구된다. 이 분야의 현재 발전에 있어, 신뢰도 요구사항은 수-킬로와트 수준에 달하는 증가하는 고출력 수준에서 충족된다. 원하는 출력 수준을 가능하게 하기 위하여, 복수의 싱글 모드("SM") 광섬유 레이저 시스템이 컴바이너에 광학적 및 기계적으로 함께 연결된다. kW 출력 수준으로 효과적으로 동작하고 출력을 발산하기 위하여, 로우 모드("LM") 출력을 가지고, 컴바이너는 광섬유의 기계적 연결 및 순방향과 후면반사 방향의 출력 손실과 같은, 본 명세서의 특별한 관심사인 많은 구조적 난점을 성공적으로 처리해야 한다.

일반적으로, 고출력 컴바이너의 조립 프로세스는 다발의 각 광섬유 레이저/증폭기의 정렬된 출력 광섬유의 융합, 그것의 테이퍼링, 테이퍼링된 다발을 시스템 출력 전달 광섬유로 클리빙과 스플라이스하는 단계를 포함한다. 허리를 반으로 절단하는 보-타이(bow-tie) 설정으로 초기에 가정한 컴바이너의 조립은 외부 클래딩의 구조적 결점(버(burrs))을 야기할 수 있고, 나아가 컴바이너를 배치하는 동안 출력 레이저 빔의 품질 및 그 출력에 해로운 영향을 줄 수 있다.

광섬유 레이저 시스템의 출력이 수십 kW에 도달하면, 순방향 및 후면반사 전파되는 코어-유도 광은 공기-석영 인터페이스에서 인접한 클래딩으로 번지는 경향이 있고 시스템을 통해 전파됨에 따라 다양한 광섬유 사이에서 스플라이스된다. 클래딩에서 한번, 고출력 신호광이 클래딩을 둘러싸고 기계적 부하로부터 광섬유를 보호하는 중합체 코팅에 열적 부하를 유도한다.

따라서, 효율적으로 코어로부터 이격된 순 전파 신호광의 바람직하지 않은 결과를 처리할 수 있는 장치의 필요가 존재한다.

순 전파 신호광에 더하여, 레이저 처리되는 표면으로부터 반사되고 후면반사 광이라고도 불리는 광도 컴바이너 자체와 그보다 상류의 시스템 구성요소에 손상 입힌다. 순 전파광과 유사하게 후면반사 광은 개별 광섬유 레이저 시스템으로 다시 전파되기 전에 도파관에서 제거되어야 한다.

요약하면, LM 도파관의 출력에서 수십 kW에 달하는 광학적 출력을 얻기 위하여, 컴바이너는 다음을 따르는 특별한 설정을 필요로 한다:

(1) 출력 빔의 품질을 낮추거나 광 출력을 잃지 않고 입력 광섬유를 함께 확실하게 고정;

(2) 순 방향 및 역 방향 전파 광의 출력 손실을 효과적으로 분산 및 이용; 및

(3) 열-유도 변형의 결과인 환경적 불순물로부터 광섬유의 보호를 제공.

상술한 SM-LM 컴바이너에 기반하고 수 kW에 달하는 고품질 프로덕트 파라미터 빔을 발광할 수 있는 고출력 광섬유 레이저 시스템의 추가적인 필요가 존재한다.

그러므로 상술한 조건을 만족하도록 설정된 클래드 흡수체가 제공되는 고출력 LM 광섬유 레이저 시스템의 필요가 존재한다.

본 명세서의 한 측면에 따르면, 각 개별 SM 광섬유 레이저 시스템의 출력 광섬유는 다층 설정을 가져 SM 출력 광섬유 간의 확실한 연결을 향상시키고 SM-LM 컴바이너를 조립하는 동안 광섬유 코어의 손상 가능성을 최소화한다. 다층 설정은 내부 및 외부 층을 포함한다. 내부 층은 이산화규소(SiO₂)를 포함하고, 외부 층은 플루오르("F") 이온으로 도핑된 SiO₂로 만들어지고 상대적으로 낮은 녹는점을 가진다. 외부 층의 존재는 컴바이너의 조립 프로세스 동안 개별 광섬유 구성요소의 손상을 실질적으로 최소화한다.

본 명세서의 다른 측면에 따르면, SM-LM 컴바이너는 효과적으로 원치 않는 순-전파 및 후면반사 광을 제거할 수 있는 흡수체로 설정된다. 흡수체는 두 개의 근원의 소스를 가지는 원치 않는 광의 제거를 책임지는 상류, 중간 및 하류의 세 연속된 영역으로 설정된다. 한 소스는 광섬유 사이의 스플라이스 영역을 통해 유도됨에 따른 순 전파 신호 광의 손실을 포함한다. 다른 소스는 워크피스의 표면으로부터 역-전파 방향으로 되튈 때(bouncing back) 시스템의 출력의 코어에 연결되고, SM 출력 광섬유를 향해 유도됨에 따라 각 광섬유의 클래딩에 이르는 후면반사 광에 그 근원을 가진다.

신호 광의 순 전파 방향을 따라 보면, 상류 영역은 후면반사 광이 개별 SM 광섬유 레이저 시스템에 도달하는 것을 방지하도록 설정된다. 영역은 석영보다 높은 굴절 지수를 가지는 중합체로 정의된다.

중간 영역은 상류 스플라이스에서 손실되고 순 전파 방향의 클래딩을 따라 유도된 신호 광의 높은 개구 광선이 컴바이너에서 탈출하는 것을 방지하도록 설정된다. 이 영역을 구성하는 중합체는 석영과 실질적으로 같거나 낮은 굴절 지수로 설정된다.

하류 영역은 중간 영역을 나온 후 순 전파 신호광을 산란시키도록 설정된다. 이것은 석영과 같거나 낮은 굴절 지수를 가지는 중합체 주 물질에 의해 실현되지만, 점진적으로 출력 광섬유 밖의 클래딩 광을 히트 싱크로 유도하는 광 확산재가 스며든다.

LM 고출력 광섬유 레이저 시스템을 다루는 추가 측면은 개시된 컴바이너를 포함한다. 시스템은 컴바이너 이후에 남은 신호광의 높은 개구 광선을 워크피스를 향해 더 전파하는 것으로부터 제거하는 필터링 스플라이스로 설정된다. 필터링 스플라이스는 석영보다 높은 굴절 지수를 가지는 물질을 포함한다. 시스템은 또한 시스템의 출력 광섬유의 클래딩에 연결된 후면반사된 광을 최소화하고 제거를 제공하도록 설정된 하류 구성요소 - 클래딩 모드 흡수체 - 를 가진다.

본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.

개시된 구조의 상기 및 다른 특징과 장점은 도면과 동반되어 후술되는 구체적인 설명에 의해 보다 명백해진다.
도 1은 개시된 고출력 광섬유 레이저 시스템의 정면도이다.
도 2는 도 1의 시스템의 SM-LM 컴바이너 구성요소의 개략도이다.
도 2a 내지 2d는 도 2의 A-A, B-B, C-C 및 D-D 선에 따른 각 단면도이다.
도 3은 개시된 SM-LM 컴바이너의 바람직한 기하학적 구조를 도시한다.
도 4는 클래딩-유도된 순 전파 신호광을 제거하도록 구동하는 개시된 시스템의 필터 스플라이스 구성요소의 개략도이다.
도 5는 후면반사된, 클래딩-유도된 광을 제거하도록 설정된 개시된 시스템의 시스템 클래드 모드 흡수체 구성요소의 개략도이다.

개시된 구성의 바람직한 실시예를 상세히 참조할 것이다. 가능하다면, 도면 및 상세한 설명에서 동일하거나 유사한 부품 또는 단계들을 언급하기 위하여 동일한 또는 유사한 참조번호가 사용된다. 도면은 간략화된 형태이며 정확한 크기와는 거리가 있다.

도 1은 개시된 수 kW에 달하는 고품질 빔을 발산할 수 있는 고출력 광섬유 레이저 시스템(10)의 정면도이다. 시스템(10)은 각각이 단일 또는 실질적으로 단일 순회 모드로 발광 복사하도록 구동되는 복수의 SM 광섬유 레이저 시스템으로 구성된다. SM 레이저 시스템은 SM-LM 컴바이너(18)에서 정렬되고 또한 기계적 및 광학적으로 서로 연결된 각 SM 출력 광섬유(16)가 제공된다.

도 1에 추가적으로 도 2를 참조하면, 컴바이너(18)은 초기에 출력 광섬를 서로 정렬함으로써 형성되어 상류의 큰 직경의 컴바이너의 입력 단부를 정의한다. 그리고, 정렬된 광섬유는 동시에 융합되고, 컴바이너 출력 광섬유(19)와 실질적으로 일치하는 직경을 가지고 더블 클래드 구조에 의해 둘러싸여진 컴바이너 단부 광섬유(19)에 결합된 각 개별 광섬유의 코어와 작은 직경의 하류 단부로 늘려진다(stretched into).

컴바이너(18)의 하류 단부 광섬유(19)는 패시브 멀티 모드("MM") 컴바이너 출력 광섬유(20)로 더 스플라이스된다. SM 레이저 시스템의 수에 따라, 결합된 출력은 약 15kW에 달하고 예컨대 약 1.5 내지 약 4.5 사이의 범위의 빔 프로덕트 파라미터("BPP")를 가지고 신호광은 그 출력의 약 1%보다 크지 않게 손실하도록 설정될 수 있다. 단부 광섬유(19) 및 출력 광섬유(20)의 일부는 여기 도시되지 않은 히트 싱크에 차례로 연결된 하우징(24)(도 2) 내에 위치한다. 각 컴바이너 출력 광섬유(20)의 영역을 포함하는 필터링 스플라이스(70)(도 1)과 시스템(10)의 다음 광섬유 부분, 및 시스템의 클래드 모드 흡수체("CMA")(80)는 하류 부분을 따라 제공되고, 시스템(10)을 완성시킨다.

도 2를 자세히 참조하면, 단부 광섬유(19)는 컴바이너 출력 광섬유(20)의 상류 단부로 스플라이스 영역(22)을 따라 스플라이스된다. 단지 예시로서, 컴바이너(18)의 하류 단부는 스플라이스 영역(22) 이후 출력 광섬유(20)의 약 20~25mm를 포함할 수 있다. 테이퍼링의 정도는 출력 광섬유(20)의 직경에 의존한다.

SM 출력 광섬유(16)는 임의의 적절한 접착제로 서로 고정된다. 높은 출력과 그로 인한 상승한 온도 때문에, 접착제는 예컨대 UV-15-TK와 같은 온도 저항 요소를 포함한다.

도 2의 A-A 선을 따른 단면도인 도 2a 및 도 3을 참조하면, 컴바이너(18)의 조립의 초기 단계 동안 각 SM 광섬유(16)의 클래딩은 코어(44)를 둘러싸는 더블 클래드 구조를 가진다. 내부 클래드(34)는 이산화규소("SiO₂")를 포함한다. 외부 클래드(36)은 플루오르("F") 이온으로 도핑된 SiO₂와 같은 주 물질을 포함하는 조합으로 구성된다. 제2 외부층의 사용은 컴바이너(18)의 조립 프로세스 동안 SM 광섬유의 기계적 스트레스에 대한 저항력을 크게 증가시킨다.

컴바이너(18)의 비례는 반대 방향으로 컴바이너를 따라 전파하는, 원치 않는 클래딩 유도 광을 얼마나 효과적으로 사용하는지에 치명적으로 달려있다. 통상적으로 도파관의 클래딩으로부터의 광 제거를 다루는 메커니즘은 광 스트리퍼 또는 광 흡수체로 불린다.

도 2로 돌아가면, 광 스트리퍼 또는 클래드 모드 흡수체("CMA")는 컴바이너(18)와 컴바이너의 출력 광섬유(20)의 일부를 따라 제공되고 세 연속적인 각 상류, 중간 및 하류 영역(26, 28 및 30)을 포함한다. 모든 세 영역은 선택적으로 순 방향의 반대와 후면 방향으로 전파할 수 있는 이탈광이 광섬유와 레이저 시스템(10)의 다른 광학적 구성요소를 손상하는 양을 최소화하도록 설정된다.

테이퍼의 주된 부분을 따라 연장하고 스플라이스(22)의 상류와 약간의 거리를 두고 끝나는 상류 영역(26)은 컴바이너 출력 광섬유(20)의 코어를 따라 유도된 후면반사된 광의 양을 이 광이 개별 SM 레이저 시스템(16)에 도달하기 전에 적어도 최소화하도록 설정된다. 후면반사는 고출력 레이저 시스템에 크게 피해를 준다. 개시된 시스템이 손쉽게 kW 수준에 달하고, 100W의 후면 반사된 광조차도 컴바이너(18)에 손상을 줄 수 있지만, 컴바이너에 결합된 개별 SM 시스템(16)에 더 손상을 줄 수 있고 특히 그들의 각 중합체 코팅에 손상을 줄 수 있다.

광이 워크피스(21)로부터 후면 반사됨에 따라, 후면반사된 광의 입사각과 적어도 같거나 높은 개구수("NA")로 설정된 전달 광섬유(25)(도 1)의 클래딩과 코어 양자에 연결된다. 단부 광섬유(19)와 출력 광섬유(20) 간의 오버랩이 이상적이지 않기 때문에, 시스템 출력 광섬유(25)와 단부 광섬유(19) 간의 각 광섬유의 코어를 따라 전파하는 후면반사된 광이 단부 광섬유(19)의 코어보다 큰 영역을 채운다. 따라서 단부 광섬유(19)의 코어에 제한되지 않은 광이 클래딩으로 번지고(bleeds out) 흡수체의 상류 영역 내에서 높은 지수의 중합체에 의해 후술하는 바와 같이 제거될 수 있다.

특히, 워크피스(21)로부터 후면 반사된 광이, 후면 반사된 광을 시스템(10)의 상류를 향해 역-전파 방향으로 유도하고 최종적으로 이 광을 컴바이너 출력 광섬유(20)로 전달하는 MM 시스템 전달 광섬유(25)(도 1)의 코어(44')(도 2d)에 연결된다. 따라서, 후면 반사된 광이 전파하고 스플라이스(22)(도 2)를 통해 내부 클래딩(34)(도 2a)로 번질 때, 각 SM 광섬유(16)(도 1 및 2)의 클래딩과 연결되기 전에 제거되어야 한다.

도 2 및 2a로 넘어가면, 흡수체는 외부 코팅(36) 주위의 상류 영역(26)(도 2a)에 걸쳐 연장하는 층(38)을 포함한다. 코어(44)와 클래딩 양자를 구성하는 석영보다 굴절지수가 높기 때문에, 층(38)은 광섬유(20)의 코어로부터 스플라이스(22)를 통해 번진, 코어 유도된 후면 반사된 광을 적어도 실질적으로 최소화하고, 이상적으로는 완전히 제거하도록 동작한다.

도 2 및 2b를 참조하면, 중간 영역(28)은 상류 영역(26)의 끝에서 컴바이너 광섬유 단부(19)(도 2)의 하류 단부에 걸쳐, 스플라이스(22)를 거쳐 출력 광섬유(20)의 단부 영역으로부터 약간 떨어져서 끝난다. 후자는 그 보호성 코팅으로부터 중간 영역(28)을 따라 스트립된다. 대신, 중합체 층(39)이 중합체 층(39)보다 적어도 같거나 높은 굴절 지수를 가지는 출력 광섬유(20)의 내부 클래딩(42)을 덮는다. 따라서, 층(39)은 클래딩(42)으로부터 이격되는 것을 막음으로써 순 전파하는 신호광의 손실을 최소화하도록 설정된다.

도 2, 2c 및 2d를 참조하면, 흡수체의 하류 영역(30)은 컴바이너 출력 광섬유(20)의 클래딩(42)을 따라 유도된 순 전파하는 신호광의 양을 최소화하도록 설정된 중합체 층(40)으로 구성된다. 영역(30)은 보호성 코팅으로부터 스트립되고, 보호성 코팅(46)(도 2d)을 여전히 가지는 이 광섬유의 하류 단부를 부분적으로 덮어씌우는 출력 광섬유(20)의 보다 큰 부분에 걸쳐 연장한다. 후자는 컴바이너 출력 광섬유(20)의 끝 영역을 따라 온전하게 남아 광섬유(20)의 하우징(24)과의 결합을 향상시킨다.

중간 영역(28)의 중합체 층(39)와 유사하게, 층(40)은 석영과 실질적으로 동일한 굴절 계수를 가지는, 실리콘 젤과 같은 주 물질로 구성된다. 하지만 영역(30)을 따르는 주 물질은 예컨대 Al₂O₃ 입자를 포함하는 복수의 확산재로 도핑된다. 확산재는 입사하는 광선을 흡수하지 않고, 산란광의 일부가 광섬유(20)의 외부를 향한 상태로 전방향으로 산란시킨다. 그러므로, 확산재에 입사할 때, 낮은 개구수(NA)의 순 전파하는 클래드-유도된 광은 삽입물질, 하우징(24) 및 최종적으로는 여기 도시되지 않은 히트 싱크로 부분적으로 유도될 수 있다. 확산재의 집중과 분배는 영역(30)(도 2)을 따라 낮은 NA 신호광의 실질적으로 균일한 제거를 제공하기 위해 선택된다.

순 전파이든 후면 반사된 전파 광이든 흡수된 광은 히트 싱크로 효과적으로 전달되어야 한다. 그렇지 않으면 컴바이너(18)의 구조적 완전성이 비가역적으로 위태해진다. 흡수체에 의해 보호되는 컴바이너(18) 및 출력 광섬유(20)의 일부를 둘러싼 하우징(24)은 컴바이너(18)를 수납하는 반구형 홈(25)(도 2 및 2a)이 제공되고 따라서 전체 레이저 시스템의 기계적 및 열적 안정성에 기여한다. 하우징(24)의 물질은 높은 내열성 및 낮은 열팽창 계수를 가지도록 선택되어 개시된 광섬유 레이저 시스템의 구동 동안 상승한 온도에서 하우징(24)의 변형 정도를 최소화한다. 그렇지 않으면, 하우징의 변형은 광섬유에 손상을 준다. 바람직하게, 물질은 금 또는 텅스텐 구리(CuW) 유사 합금(pseudo alloy)의 스트립으로 층진 구리를 포함한다. 흡수체를 하우징(24)에 배치할 때, 홈(25)과 하우징(24) 내의 다른 자유 공간은 개시된 구조의 기계적 및 열적 완전성에 더 기여하는 삽입 물질로 채워진다.

잠시 도 1로 넘어가면, 시스템(10)은 몇몇 포토다이오드 감지기를 포함하는 신뢰할 수 있는 모니터링 시스템을 가질 수 있다. 예를 들어, 센서(100)이 컴바이너(18)의 상류의 가까운 부근에 위치하여 코어(44)(도 2a)를 따라 전파하는 후면반사된 광을 감지한다. 센서(102)는 컴바이너(18)의 출력에서 신호광의 출력 전력을 측정하도록 설정된다. 포토다이오드(104)는 시스템 흡수체(80)의 클래딩을 따라 전파하는 후면반사된 광을 감지하도록 위치된다. 신호광의 출력 손실은 스플라이스(22)의 근처에서 직광을 감지할 수 있는 센서(106)에 의해 모니터링될 수 있다. 그 내용이 본 명세서에 참조로 전체적으로 통합된 미국 가출원 시리얼 번호 61/653,108호에 개시된 바와 같이 센서의 전부 또는 적어도 일부는 산란광을 감지하도록 설정될 수 있다.

도 3을 참조하면, SM-LM 컴바이너(18)는 바람직하게 12개의 광섬유가 중앙 광섬유를 둘러싸는, 13개의 SM 광섬유(16)를 포함할 수 있다. 모든 13개의 광섬유(16)는 각각 상술한 바와 같이 오직 추가적인 외부 클래딩(38)(도 2a)이 서로 융합되어 있기 때문에 변형되지 않는 다수의 동심원의 클래딩을 포함하는 기하학적 구조를 유지한다. 변형이 미미하거나 전혀 없기 때문에, 컴바이너(18)는 최소의 손실과 높은 빔 프로덕프 파라미터를 특징으로 한다. 일반적으로, 13/1 컴바이너는 정점 또는 돌출부와 골이 교차하는 연속적인 주변부를 갖는 것으로 묘사될 수 있다. 도시된 기하학적 구조는 쉽게 변형될 수 있다. 예를 들어, 외부의 6개의 광섬유를 제거하면 7 대 1 컴바이너가 되고, 각 인접한 정점의 쌍 사이에 각각 추가적인 6개의 광섬유를 더하면 19/1 컴바이너가 정의된다. 예컨대, 19/1 컴바이너에 비해 13/1 컴바이너의 장점은 보다 높은 빔 프로덕트 파라미터, 보다 시간-효율적인 조립 프로세스, 보다 쉬운 테스트와 유지보수를 포함한다.

도 4는, 도 1에도 도시된 순 전파 또는 신호광의 높은 NA 광선이 시스템 광섬유(23)의 출력 단부에 도달하는 것을 방지하도록 설정된 시스템(10)의 필터링 스플라이스 영역(70)을 도시한다. 이들 광선은 컴바이너 출력 광섬유(20)과 시스템 출력 광섬유(23) 사이의 스플라이스(72)를 탈출한 후 클래딩을 따라 유도된다. 후자는 광섬유(20)보다 높은 NA로 설정될 수 있고 바람직하게는 MM 패시브 광섬유일 수 있다.

광섬유(20 및 23)는 각각 스플라이스 영역(70) 내에서 보호성 중합체 층(78)로부터 스트립된다. 상대적으로 낮은 굴절 지수(약 140)의 중합체와 Al₂O₃와 같은 확산재 도핑된 중합체의 조합은 출력 광섬유(20)의 스트립된 영역(74)를 덮는다. 시스템 출력 광섬유(23)의 스트립된 영역(76)은 높은 굴절 지수를 가지는 중합체로 코팅된다. 구조는 바람직하게 금 도금된 구리로 만들어진 하우징(77)으로 둘러싸인다.

도 5는 시스템 출력 광섬유(23)의 하류 단부 영역과 전달 광섬유(25) 사이에 제공되는 시스템 CMA(80)을 도시한다. 흡수체(80)는 중합체(94 및 92)와 결합하여 MM 패시브 광섬유(90)로 구성되고, 전달 광섬유(25)를 따라 전파하는 후면 반사된 광을 스트립한다. 후자는 광섬유(90)의 하류 면(96)에 융합되고 레이저 처리되는 워크피스로부터 후면 반사된 광을 받아들이는 클래딩(88)을 가진다.

도 5에 더하여 도 1 및 2를 참조하면, 시스템 광섬유(23)의 코어(84)의 직경은 각 컴바이너 단부 광섬유(19), 컴바이너 출력 광섬유(20) 및 시스템 전달 광섬유(25)의 코어 직경과 일치한다. 시스템 전달 광섬유(25)의 클래딩(88)의 직경은 마찬가지로 이들 광섬유의 클래딩 직경과 동일하게 형성된다. 하지만, 스트리핑 광섬유(90)의 외부 직경은 나머지 광섬유의 외부 직경보다 수배 클 수 있다. 광섬유(90)의 증가된 클래딩 직경은 연결된 후면 반사된 광이 그 출력 밀도를 낮추고, 차례로 중합체(92 및 94) 각각과 같은 그 보호성 코팅에 열적으로 부하를 주지 않게 한다. 광섬유(90)의 클래딩 직경은 광섬유(90)의 하류 면(96)을 그 상류 단부(98)의 직경보다 작은 직경으로 조직함으로써 점진적으로 증가될 수 있다. 이것은 다른 보다 작은 광섬유를 제공함으로써 또는 스트리핑 광섬유의 길이 방향 축을 따라 병 모양 단면을 가지는 단일 조각 광섬유를 형성함으로써 수행될 수 있다.

광섬유(90)의 하류 면(96)을 둘러싸는 중합체(92)는 석영/클래딩(88)보다 낮은 굴절 지수로 설정된다. 낮은 굴절 지수는 후면 반사된 광의 전파를 클래딩(88)에 제한한다. 스트리핑 광섬유(90)의 상류 면(98)은 석영보다 높은 굴절 지수를 가지는 중합체(94)로 덮여 상대적으로 낮은 밀도의 후면 반사된 클래딩 전파광을 도파관으로부터 이격시킨다.

개시된 구조의 다양한 변경이 그 기술사상과 필수적인 특징으로부터 벗어남이 없이 만들어질 수 있다. 그러므로, 상기 설명에 포함된 모든 내용은 설명으로 해석되어야만 하며, 제한의 의미에서는 개시의 범위는 첨부된 청구항에 의해 정의될 것이다.

Claims (18)

1. 각 싱글 모드("SM") 출력을 유도하는 복수의 SM 패시브 광섬유;
   단부 광섬유에 끼여(butted) 스플라이스를 정의하는 멀티모드("MM") 컴바이너 출력 광섬유; 및
   단부 광섬유를 둘러싸고 컴바이너 출력 광섬유의 부분에 걸쳐 연장하는 클래드 모드 흡수체("CMA")를 포함하고,
   SM 광섬유는 함께 다발로 묶여 단부 광섬유를 좁히는 테이퍼를 정의하고, 단부 광섬유는 결합된 LM 신호광을 전파 방향으로 유도하는 코어 및 적어도 하나의 클래딩을 가지고;
   출력 광섬유는 LM 광을 유도하는 코어를 둘러싸는 클래딩을 가지고, LM 광은 입사한 광을 부분적으로 반사하는 워크피스에 입사하여 반사된 광의 부분이 반사된 광을 역-전파 방향으로 유도하는 출력 광섬유의 코어에 연결되고;
   흡수체는:
   단부 광섬유에 걸쳐 연장하고 스플라이스에서 상류로 거리를 두고 끝나고, 컴바이너 출력 광섬유의 코어에 연결되고 스플라이스를 거쳐 단부 광섬유의 클래딩으로 번진 반사된 광의 부분을 스트립하도록 설정된 상류 영역,
   각 단부의 스플라이스와 영역 및 스플라이스의 경계를 이루는 출력 광섬유에 걸쳐 연장하고, 출력 광섬유의 클래딩으로 번진 LM 광의 부분의 이격을 방지하도록 설정되는 중간 영역, 및
   출력 광섬유에 걸처 연장하고 그 하류 단부에서 거리를 두고 끝나고, 클래딩을 따라 유도되는 LM 광의 낮은 개구수("NA") 광선을 산란시키도록 설정되는 하류 영역으로 설정되는 로우 모드("LM") 고출력 컴바이너.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 CMA는
   상류 영역을 따르는 단부 광섬유의 클래딩보다 높은 제1 굴절 지수,
   스플라이스의 경계를 이루고 중간 영역을 정의하는 각 광섬유 영역의 클래딩보다 작거나 같은 제2 굴절 지수,
   하류 영역을 따르는 출력 광섬유의 클래딩보다 작거나 같은 제3 굴절 지수로 설정되는 중합체를 포함하고,
   하류 영역의 중합체는 LM 광의 부분을 산란하도록 설정된 복수의 확산재로 도핑되는 로우 모드 고출력 컴바이너.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 확산재는 산화알루미늄(Al₂O₃)의 입자를 포함하는 로우 모드 고출력 컴바이너.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 SM 광섬유 각각은
   산화규소(SiO₂)로 이루어지는 내부 층, 및
   산화규소(SiO₂)로 이루어지고 플루오르(F) 이온으로 도핑되는 외부 층으로 설정되는 로우 모드 고출력 컴바이너.
5. 청구항 1에 있어서,
   흡수체를 둘러싸는 하우징을 더 포함하고, 시스템 출력 광섬유의 외부 층은 중간 영역 및 하류 영역의 보다 큰 부분을 따라 보호성 코팅으로부터 스트립되는 로우 모드 고출력 컴바이너.
6. 청구항 1에 있어서, 13개의 SM 광섬유는 다발로 함께 묶여 정점과 골이 교차하는 연속적인 주변부를 정의하는 로우 모드 고출력 컴바이너.
7. 청구항 1에 있어서,
   6개의 추가적인 광섬유를 더 포함하거나 6개의 광섬유를 덜 포함하여 각각 19/1 컴바이너 또는 7/1 컴바이너를 정의하는 로우 모드 고출력 컴바이너.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 LM 광은 컴바이너 출력의 하류 단부로부터 약 1.7 및 약 4.0 사이의 범위의 빔 프로덕트 파라미터로 발광하는 로우 모드 고출력 컴바이너.
9. 청구항 1에 있어서,
   후면 반사된 코어 유도 광을 감지하도록 구동되는 상류 광 감지기를 더 포함하는 로우 모드 고출력 컴바이너.
10. 청구항 1 내지 9의 컴바이너;
    컴바이너 출력 광섬유에 결합되어 하류 스플라이스를 정의하는 상류 멀티 모드("MM") 패시브 필터 광섬유;
    각 컴바이너 출력 및 전달 광섬유의 인접한 영역을 둘러싸고 전파 방향에서 LM 신호광의 높은 NA 광선의 전파를 최소화하도록 설정되고, 상류 및 하류 영역으로 구성되는 필터를 포함하고,
    상류 영역은 컴바이너 출력 광섬유의 클래딩보다 낮거나 같은 굴절 지수를 가지는 중합체 주 물질 및 주 물질로 도핑되는 복수의 확산재를 포함하고,
    하류 영역은 컴바이너 출력 광섬유의 클래딩보다 높은 굴절 지수를 가지는 중합체 물질로 구성되는 고출력 광섬유 레이저 시스템.
11. 청구항 10에 있어서,
    첨가물은 산화알루미늄의 입자를 포함하는 고출력 광섬유 레이저 시스템.
12. 청구항 10에 있어서,
    각 컴바이너 출력 및 필터 광섬유의 인접한 영역은 각 보호성 층으로부터 스트립되는 고출력 광섬유 레이저 시스템.
13. 청구항 10에 있어서,
    컴바이너 출력 및 MM 패시브 입력 광섬유는 각 코어 직경이 서로 일치하도록 설정되는 고출력 광섬유 레이저 시스템.
14. 청구항 10에 있어서,
    MM 패시브 필터 광섬유의 하류 단부와 MM 패시브 피딩 광섬유의 상부에 각각에 융합된 대향하는 단부를 가지는 스트리핑 광섬유를 더 포함하고, 피딩 광섬유는 양자 모두 후면 반사된 광을 받아들이는 코어와 클래딩으로 구성되는 고출력 광섬유 레이저 시스템.
15. 청구항 14에 있어서,
    MM 필터, 스트리핑 및 피딩 광섬유는 서로 일치하는 치수의 각각의 코어로 구성되는 고출력 광섬유 레이저 시스템.
16. 청구항 15에 있어서,
    스트리핑 광섬유의 클래딩의 외부 직경은 MM 필터 및 피딩 광섬유보다 커 스트리핑 광섬유의 클래딩을 따라 전파하는 후면 반사된 광의 출력 밀도를 감소시키는 고출력 광섬유 레이저 시스템.
17. 청구항 16에 있어서,
    피딩 광섬유의 상류 단부에 걸쳐 연장하는 하류 영역 및 MM 필터 광섬유의 하류 단부와 스트리핑 광섬유의 전체 길이에 걸쳐 연장하는 상류 영역으로 구성된 클래드 모드 흡수체("CMA")를 더 포함하는 고출력 광섬유 레이저 시스템.
18. 청구항 17에 있어서,
    CMA의 상류 영역은 각 MM 입력 패시브 및 스트리핑 광섬유의 클래딩보다 높은 굴절 지수의 중합체 물질을 포함하고, CMA의 하류 영역은 피딩 광섬유의 클래딩보다 낮거나 일치하는 굴절 지수로 설정된 고출력 광섬유 레이저 시스템.

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