KR20180072750A - 파이버 장착 유닛 및 파이버 수용 요소 - Google Patents

Abstract

파이버 레이저 시스템을 위한 광파이버를 제공하기 위한 파이버 장착 유닛(1)은, 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B), 파이버 안내 섹션(33), 및 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B)과 파이버 안내 섹션(33) 사이의 연결 섹션(35A, 35B)을 구비하는 기체(基體)(1A)를 포함한다. 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B)은 광파이버(19)의 파이버 단부 부분(19A)을 유지하는 수용 요소(13)를 부착하도록 구성되고, 파이버 안내 섹션(33)은 상기 광파이버(19)의 파이버 중앙 부분을 안내하도록 구성되고, 연결 섹션(35A, 35B)은 상기 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B)과 상기 파이버 안내 섹션(33) 사이의 플렉셔 베어링으로서 구성된다.

Description

파이버 장착 유닛 및 파이버 수용 요소

본 발명은 파이버 레이저 시스템, 및 특히 파이버 장착 유닛뿐만 아니라 파이버 냉각을 위해 특별히 설계된 파이버 냉각 카트리지뿐만 아니라, 그 안에 사용되는 파이버 수용 요소에 관한 것이다.

연속 또는 긴 레이저 펄스 방출 파이버 레이저 증폭기 시스템에서, 시드(seed) 및 펌프 방사은 전형적으로 파이버 증폭기 유닛의 수동 수송 파이버(passive transport fiber)를 통해 모노리식으로 공급 및 안내된다.

단파 펄스 및 초단파 펄스 파이버 레이저 증폭기 시스템에서, 수동 수송 파이버의 사용은, 사용하더라도, 제한된 범위에서만 가능하며, 이는 파이버 코어, 예를 들어 수동 수송 파이버 내에 존재하는 높은 강도가 비선형 효과를 유발할 수 있기 때문이다. 이러한 효과는 예를 들어 자체 위상 변조를 유발할 수 있어, 펄스 품질을 떨어뜨릴 수 있다. CPA 레이저 시스템(CPA; chirped pulse amplification(처프 펄스 증폭))의 경우, 그러한 위상 변조된 펄스는 더 이상 압축되지 않거나 불완전하게만 압축될 수 있다.

대안적으로, US 9,014,220 B는 자유-빔 커플링(free-beam coupling)을 개시하고 있다. 그러나, 이것은 서로에 대한 광학 구성요소의 위치설정을 필요로 하고, 여기서 위치설정은 최대의 정확성과 안정성을 필요로 한다. 특히 열 부하의 경우, 예를 들어 수송 동안에 주어지는 외부 온도의 변동의 경우, 게다가 레이저 프로세스 자체에 의해 - 예를 들면, 흡수, 양자 결손 및 광흑화에 의해 - 생성되는 폐열로 인해, 파이버 레이저 구성 내에서의 스트레인이나 공간적 변화가 있을 수 있다. 후자는 인커플링(in-coupling) 또는 아웃커플링(out-coupling)시에 열화 및 불안정성을 초래할 수 있고, 이에 의해 인커플링은 통상적으로 파이버 레이저 증폭기 시스템의 성능에 있어서 더 중요하다.

본 개시의 일 양태는 파이버 레이저 증폭기 시스템, 및 특히 열 감수성이 낮거나 감소된 파이버 레이저 증폭기 시스템을 위한 파이버 장착 유닛을 제공하는 목적을 갖는다.

이러한 목적 중 적어도 하나는 청구항 1에 따른 파이버 장착 유닛, 청구항 8에 따른 파이버 수용 요소, 및 청구항 14에 따른 파이버 레이저 증폭기 유닛에 의해 해결된다. 다른 발전예가 종속 청구항에 주어진다.

본 개시의 일 양태에서, 파이버 레이저 증폭기 시스템을 위한 광파이버를 제공하기 위한 파이버 장착 유닛은, 파이버 단부 부착 섹션, 파이버 안내 섹션, 및 파이버 단부 부착 섹션과 파이버 안내 섹션 사이의 연결 섹션을 구비하는 기체(基體)를 포함한다. 파이버 단부 부착 섹션은 광파이버의 파이버 단부 부분을 유지하는 수용 요소를 부착하도록 구성되고, 파이버 안내 섹션은 광파이버의 파이버 중앙 부분을 안내하도록 구성되고, 연결 섹션은 파이버 단부 부착 섹션과 파이버 안내 섹션 사이의 플렉셔 베어링(flexure bearing)으로서 구성된다.

다른 양태에서, 파이버 수용 요소는 길이 방향을 따라 연장되는 하부 유닛을 포함한다. 하부 유닛은 특히, 예를 들어 전술한 바와 같은 파이버 장착 유닛의 파이버 단부 부착 섹션에 부착되도록 구성된다. 또한, 파이버 수용 요소는 하부 유닛을 적어도 부분적으로 덮도록 하부 유닛 상에 고정될 수 있는 커버링 유닛을 포함한다. 하부 유닛 및 커버링 유닛은 광파이버의 단부 섹션을 수용하도록 구성되어, 단부 섹션이 길이 방향을 따라 연장되고, 광파이버의 파이버 단부가 자유-빔 커플링 위치에서 하부 유닛의 커플링측에 위치 가능하게 한다.

일부 개발예에서, 지지부는 예컨대 열적으로 유도된 체적 변화의 경우에도 자유-빔 커플링 위치가 고정된 상태로 유지되도록 하는 방식으로 구성될 수 있다.

다른 양태에서, 파이버 레이저 유닛(예컨대, 파이버 레이저 증폭기 유닛 또는 레이저 발진기)은 광학 플레이트, 파이버 안내 섹션 및 파이버 단부 부착 섹션을 갖는 전술한 바와 같은 파이버 장착 유닛, 광파이버, 및 광파이버의 단부를 수용하는 수용 요소를 포함하며, 수용 요소는 파이버 단부 부착 섹션에 부착된다.

하기에서는, 본 명세서에 개시된 파이버 레이저 시스템 및 파이버 장착 유닛의 일부 양태가 요약된다.

하기의 예시적인 특징은 상이한 레이저 출력 등급의 증폭기 유닛에서 이용 가능할 수 있다:

- 열 변형(들)의 보상을 위한 이동의 자유도를 보장하기 위한 플렉셔 베어링.

- 카트리지 기체의 인커플링측에만 또는 아웃커플링측에만 또는 양측 모두에 장착되는 플렉셔 베어링.

- 증폭기 파이버에 흡수되지 않은 펌프 광(pump light)을 흡수하기 위해 펌프 커플링의 반대측에 있는 예를 들어 튜브형의 흡수체 슬리브(absorber sleeve). UKP 시스템은 예를 들어 비선형성을 작게 유지하기 위해 짧은 파이버를 사용하는 것이 바람직하다. 그러면, 능동 파이버(active fiber)의 유효 흡수 길이를 가능한 한 짧게 유지하기 위해 신호 출력측에 펌프 광을 커플링하는 것이 유리하다. 이에 의해, 비흡수 펌프 광은 예를 들어 대향 시드 커플링측에서 빠져나갈 수 있다. 전형적인 능동 파이버의 큰 개구수(numerical aperture)로 인해, 이러한 펌프 광은 강하게 발산한다. 비흡수 펌프 광의 높은 발산 성분을 흡수하는 흡수체 슬리브를 사용하는 경우, 시스템 내의 자유 개구가 제한될 수 있고, 작은 광학 요소로 작업할 수 있다. 이것은 인커플링의 안정성에 긍정적인 영향을 미친다. 그 후에, 펌프 광의 낮은 발산 성분은 고전적인 흡수체 구성요소(예를 들면, 다이크로익 미러(dichroic mirror) 및 흡수체)로 흡수된다. 방열을 용이하게 하기 위해, 흡수체 슬리브는 높은 열전도성을 갖는 재료(예를 들면, 구리 또는 알루미늄)로 제조될 수 있고, 또한 흡수 층을 구비하고 및/또는 내측 표면의 재료 구조를 가질 수 있다.

- 무장력(tension-free) 파이버 경로. 파이버에 대한 기계적 응력을 최소화하기 위해, 파이버 장착 유닛의 파이버 안내 홈은 이상적인 무장력 파이버 경로를 허용할 수 있다. 예를 들면, 교차점에서의 광파이버가 상이한 평면에서 - 그에 따라 접촉 없이 - 연장되고, 따라서 어떠한 상호작용하는 응력도 가하지 않도록, 일정한 구배를 갖는 나선부(spiral)가 제공될 수 있다.

- 공차 및 생산으로 인한 상이한 파이버 길이를 보상하기 위해 파이버 지지면에 통합되는 팬형 홈(안내 웨브).

- 예를 들어 파이버 표면에서 펌프 층에 안내된 광을 아웃커플링할 수 없도록, 파이버 단부 근처에서 파이버의 코팅이 제거될 수 있거나, 모드-스트리퍼(mode-stripper)가 부착될 수 있다.

이하의 예시적인 특징은 보다 낮은 출력(예를 들면, 수 내지 수십 W의 평균 출력)을 갖는 증폭기 유닛에 특히 존재할 수 있다:

- 커플링측에서만의 플렉셔 베어링 연결부.

- 흡수체 슬리브(예를 들면, 알루미늄 슬리브의 형태임) 및 커플링 렌즈를 유지하기 위한 수냉식 지지 요소, 이에 의해 파이버 수용체 및 파이버 지지부와의 접촉을 통해, 파이버 자체가 예를 들어 공냉되고, 예컨대 접촉 방열을 통해 간접적으로만 냉각된다.

하기의 예시적인 특징은 높은 출력(예를 들면, 약 50W의 평균 출력, 예컨대 수백 W의 평균 출력)을 갖는 증폭기 유닛에 특히 존재할 수 있다:

- 인커플링측 및 아웃커플링측에서의 플렉셔 베어링.

- 파이버 단부를 유지하기 위한 냉각식 요소, 이에 의해 냉각 채널을 갖는 히트 싱크를 통해, 또는 냉각제(예를 들면, 물)에 의한 파이버의 직접적인(둘레방향) 플러싱을 통해 냉각이 일어날 수 있다.

- 수용 요소의 3점 지지, 이에 의해 출구면 또는 파이버 단부가 열팽창 하에서도 국부적으로 안정하게 유지되는 것이 보장될 수 있다.

- 구속력을 야기하지 않고서 응력없는 수용을 위해 바람직하게는 냉각식(수냉식) 유닛/카트리지(예를 들면, 알루미늄으로 제조됨)에 (능동 광학) 파이버를 매립하는 것. 향상된 열적 연결을 위해, 파이버는 바람직하게는 광학적으로 투명하고 열전도성인 재료(예를 들면, 실리콘)로 주조될 수 있다. 재료는 바람직하게는 방열을 단순화시키기 위해 높은 열전도성을 갖는다.

- 파이버 안내 표면을 틸팅시킴으로써, 예를 들어 리세스의 기하학적 형상에 의해, 동일한 빔 높이에 파이버 입구 및 파이버 출구를 제공하는 것.

본 명세서에서, 종래 기술의 양태를 적어도 부분적으로 개선할 수 있게 하는 파이버 장착 유닛(예를 들면, 파이버 장착/파이버 냉각 카트리지)의 열적 분리(decoupling)에 대한 개념이 특히 개시되어 있다. 특히, 추가의 특징 및 그 기능은 도면에 기초한 실시예의 하기 설명으로부터 나온다. 도면은 하기와 같다:

도 1은 고출력 파이버 레이저 증폭기 시스템을 위한 파이버 수용 요소, 플랫폼 및 마운트를 갖는 예시적인 파이버 장착 유닛의 개략적인 3D 도면이다.
도 2는 커버가 없고 플랫폼 및 광학 인커플링 요소를 갖는 상태의 도 1에 도시된 파이버 장착 유닛의 개략적인 3D 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 파이버 장착 유닛의 예시적인 하부측 구성의 도면이다.
도 4는 파이버 수용 요소 및 플랫폼이 없는 상태의 도 1에 도시된 파이버 장착 유닛의 개략적인 3D 도면이다.
도 5는 플렉셔 베어링을 나타내기 위한, 파이버 수용 요소를 갖는 도 1에 도시된 파이버 장착 유닛의 평면도이다.
도 6은 플렉셔 베어링을 갖는 연결 섹션의 확대 단면도이다.
도 7은 플렉셔 베어링 마운트의 사시도이다.
도 8은 도 4에 도시된 파이버 장착 유닛의 개략적인 측면도이다.
도 9는 고출력 파이버 레이저 증폭기 시스템을 위한 광학 인커플링 요소를 갖는 예시적인 파이버 수용 요소를 통한 단면도이다.
도 10은 예시적인 흡수체 슬리브의 개략적인 3D 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 고출력 파이버 레이저 증폭기 시스템을 위한 예시적인 파이버 수용 요소의 개략적인 3D 도면이다.
도 12는 예시적인 파이버 수용 요소의 기체에 대한 평면도이다.
도 13은 보상 축의 배향을 나타내기 위한, 도 12에 도시된 기체의 개략적인 3D 도면이다.
도 14는 저출력 또는 중출력의 파이버 레이저 증폭기 시스템을 위한 파이버 수용 요소 및 마운트를 갖는 예시적인 파이버 장착 유닛에 대한 평면도이다.
도 15는 플렉셔 베어링의 자유도를 제한하기 위한 운동 제한 장치이다.
도 16은 도 14에 도시된 파이버 장착 유닛의 2개의 세그먼트의 연결 구성이다.
도 17은 저출력 또는 중출력의 파이버 레이저 증폭기 시스템을 위한 파이버 수용 요소이다.

본 명세서에 설명된 양태는, 파이버 장착 유닛의 열 변형으로부터, 파이버 카트리지 상에 장착된 인커플링 또는 아웃커플링 유닛의 기계적 분리가 특히 파이버 장착 유닛에 제공된 플렉셔 베어링에 의해 가능해질 수 있다는 인식에 부분적으로 기초하고 있다. 특히, 이러한 플렉셔 베어링-기반의 실시예는 파이버 레이저 증폭기 시스템의 작동 동안뿐만 아니라 수송 동안에 열팽창에 대한 인커플링의 공간적 안정성을 제공할 수 있다.

또한, 본 명세서에 개시된 장착 개념은 열팽창 하에서 광학 구성요소의 위치에 대해 파이버 단부의 위치를 안정하게 유지할 수 있는 것으로 인식되었다. 또한 안정성은 - 특히, 보다 높은 출력에서, 및 그에 따라 잠재적으로 보다 큰 열 변형에서 - 파이버 수용 요소의 특수 베어링에 의해 증가될 수 있다.

하기에서, 도 1 내지 도 14와 관련하여, 특히 고출력 파이버 레이저 증폭기 시스템에 사용될 수 있는 예시적인 실시예가 설명된다. 이러한 맥락에서, 보다 높은 출력은 수십 W 내지 수백 W(평균 출력)의 범위이다. 취해진 수단, 예를 들어, 그 범위에서 선택 또는 감소된 수단은 저출력 및 중출력을 갖는 파이버 레이저 증폭기 시스템에 유사하게 적용될 수 있다. 이러한 맥락에서, 저출력 및 중출력은 수 와트로부터 예컨대 50 W까지(평균 출력)의 범위이다. 저출력 및 중출력을 갖는 파이버 레이저 증폭기 시스템의 그러한 예시적인 실시예가 도 14 내지 도 17과 관련하여 설명된다.

도 1 내지 도 8을 참조하면, 파이버 수용 유닛을 위한 플렉셔 베어링의 개념이 제1 실시예와 관련하여 설명된다. 도 9 및 도 10은 빠져나가는 미사용 펌프 광의 흡수와 관련되고, 도 11a 내지 도 13은 열팽창 동안에 위치 보상을 위한 파이버 수용 요소와 관련된다.

도 1은 파이버 레이저 증폭기 시스템을 위한 파이버 장착 유닛(1)의 예시적인 실시예의 3D 도면을 개략적으로 도시하고 있다. 파이버 장착 유닛(1)은 기체(1A) 및 덮개(1B)를 갖는다. 예컨대, 파이버 장착 유닛(1)은 2개의 통상적인 강성 마운트(3A, 3B)[예컨대, 마운트(3B)가 도 4에 명시적으로 도시됨] 및 플렉셔 베어링 마운트(3C)에 의해 광학 플레이트(5)(예컨대, 레이저 지지부) 상에 장착된다.

또한, 도 1은 광학 요소의 고정 지지를 위한 2개의 플랫폼(7A, 7B), 및 도 3에 상세하게 도시된 냉각 회로(9A)에 냉각 유체(예를 들면, 물)를 공급하기 위한 몇 개의 냉각 연결부(9)를 도시하고 있다. 플랫폼(7A, 7B) 각각은 대응하는 마운트(3A, 3B)에 견고하게 연결되고(예를 들어, 나사 결합되고), 특히 광학 요소를 장착하기 위한 장착면(11)을 갖는다. 그러한 광학 플랫폼 시스템의 예시적인 배열이 도 2에 개략적으로 도시되어 있다.

또한, 도 1은 2개의 파이버 수용 요소(13)를 예시적으로 도시하고 있다. 파이버 수용 요소(13) 각각은 파이버 장착 유닛의 커버(1B) 아래로 연장되는 광파이버(본 명세서에서는, 또한 간단히: 파이버)의 대향 파이버 단부 중 하나를 수용한다. 파이버 수용 요소(13)는, 예를 들어 도 11a 내지 도 13과 관련하여 설명된 방식으로, 대응하는 마운트(3A, 3B)에 대하여 파이버를 공간적으로 고정하도록 구성되어 있다.

파이버 장착 유닛(1)은 그 치수가 현재의 파이버 길이에 적합화되고, 이에 의해 파이버는 통상적으로 파이버 장착 유닛(1)에 의해 형성된 링 구조체를 따라 본질적으로 원형으로 연장된다. 예를 들면, 파이버 장착 유닛(1)은, 도 1에 나타낸 축의 X-방향 및 Y-방향 각각으로, 수십 ㎝에 걸쳐, 예를 들어 180 ㎝의 범위의 파이버 길이에 대해 30 ㎝에 걸쳐 연장된다.

본질적으로 중실형인 기체(1A)는, 예컨대 전술한 180 ㎝ 길이의 파이버를 유지하기 위해 알루미늄으로 제조된 파이버 장착 유닛에 대해, 예컨대 5 ㎜ 이상, 예컨대 15 ㎜의 도 8에 표시된 두께(D)를 갖는다 . 따라서, 기체(1A)는 Z-방향으로 비교적 강성이지만, 예를 들어 온도 변화에 의해 야기되는 변형을 허용한다. 하기에 설명되는 수단은 기본적인 증폭기 성능에 대한 변형의 영향을 낮게 유지하도록 의도된다. 특히, 본 명세서에 나타낸 실시예는 플랫폼(7A, 7B)뿐만 아니라, 파이버 수용 요소(13)로부터 기체(1A)의 열적으로 유도된 변형을 분리할 수 있게 한다.

도 2는 다양한 광학 요소가 대응하는 장착면(11) 상에 장착되는 예시적인 광학 플랫폼 시스템(15)을 도시하고 있다. 광학 요소의 예는 광학 망원경 유닛(17A), 편향 미러(17B), 빔 모니터링 유닛(17C) 및 포커싱 렌즈(17D)를 포함한다. 도 2는 또한 파이버 장착 유닛(1) 내의 파이버 경로를 나타내기 위해 커버(1B)가 없는 상태의 기체(1A)를 도시하고 있다. 마운트(3A)에 대한 수용 유닛(13)의 위치를 나타내기 위해, 플랫폼(7A)은 도 2에 도시되어 있지 않다.

광학 플랫폼 시스템(15)은 자유-빔 시드 커플링의 일례이며, 여기서 시드 레이저 광은 예를 들어 광파이버(18)로 광학 망원경 유닛(17A)에 공급되고, 시드 레이저 광의 위치가 모니터링되며, 시드 레이저 광은 파이버 장착 유닛(1)에 위치된 (증폭기) 광파이버(19)의 파이버 단부 상에 포커싱된다. 예를 들면, 광학 플랫폼 시스템(15)은 단일 모드 커플링을 허용한다. 또한, 광학 구성요소, 특히 위치 감지형 광학 구성요소의 적절한 배열이 또한, 예를 들어 도 1의 플랫폼(7A) 상의 펌프측에 제공될 수 있다는 것에 주목해야 한다.

예를 들면, 광파이버(19)는 이테르븀, 홀뮴, 툴륨 및/또는 에르븀 도핑에 의해 약 1 내지 3 ㎛의 파장으로 설계된 파이버이다. 일반적으로, 광파이버는 예를 들어 ns 펄스 지속시간까지의 fs 펄스 지속시간을 갖는 광 펄스를 증폭하도록 설계된다. 예시적인 실시예는 스텝-인덱스 파이버(step-index fiber), 광자 결정 파이버(photonic crystal fiber)를 포함한다. 파이버 코어 직경은, 예를 들어 수 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터(예컨대 1 ㎛ 내지 예컨대 200 ㎛)의 범위를 갖는다. 흡수 길이는 예를 들어 센티미터 범위 내지 수 미터 범위일 수 있다. 결과적인 파이버 길이는 수 센티미터 내지 수 미터의 범위이다. 파이버가 짧을수록 가능한 비선형 영향은 낮아지지만, 파이버가 보다 강하게 펌핑되어야 하고, 열 부하가 보다 높아지며, 이는 예를 들어 열적 분리에 의해 상쇄된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 광파이버(19)는 기체(1A)의 상부 상에 제공된 홈(20) 내에서 링형 파이버 장착 유닛(1)의 내측 개구부(21) 주위로 1.5회 연장된다. 광파이버(19)의 2개의 단부는 수용 요소(13)에 의해 유지되어, 파이버(19)가 수용 요소(13)의 영역에서 Y 방향(수용 요소의 길이 방향)으로 연장된다. 광파이버(19)는 기체(1A)에 제공된 홈(20)의 파이버 지지면 상의 수용 요소들(13) 사이에서 연장된다. 홈(20)은 파이버 경로에 적합하도록 라멜라 구조체(23)를 갖고, 이는 파이버(19)의 안내 효과를 유지하면서 파이버 경로의 제공된 길이를 조정할 수 있게 한다. 도 1에서, 홈(20)은, 경사진 나선부와 유사하게, 약 540°를 따라 연장되어, 2개의 파이버 단부가 본질적으로 동일한 높이에 있지만, 교차점(25)에서 파이버(19)의 접촉이 없게 한다. 홈(20)의 하부는, 특히 파이버(19)와 기체(1A) 사이에 가능한 한 양호한 열적 커플링을 위한 파이버 지지면으로 구성된다.

도 3에 예시적으로 도시된 바와 같이, 예를 들어 하나 이상의 냉각 회로(9A)를 통해 열이 방산된다. 냉각 회로(9A)는, 예를 들어 기체에 통합된 구리 파이프(37)에 기초한다. 구리 파이프(37)는 특히 광파이버(19)의 경로를 따르고 냉각 연결부(9) 내로 인도되도록 배열된다. 따라서, 작동 동안에 광파이버(19)에 의해 가장 가열되는 카트리지 영역으로부터 열이 방산될 수 있다. 또한, 광파이버(19)로부터 기체(1A)로의 열전도성을 향상시키기 위해서, 실리콘과 같은 열전도성이고 바람직하게는 연질인 재료가 홈(20) 내로 도입될 수 있다.

도 3 내지 도 6은 플렉셔 베어링 개념에 관한 기체(1A)의 구조를 나타내고 있다. 예시적인 실시예에서, 기체(1A)는 2개의 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B), 파이버 안내 섹션(33), 및 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B)과 파이버 안내 섹션(33) 사이에 각각 있는 연결 섹션(35A 또는 35B)을 구비한다.

전술한 광학 플레이트(5)에 대한 부착은 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B)에서 이루어진다. 따라서, 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B)은 그 하부측 상에서 장착면(11A, 11B)이 마운트(3A, 3B)를 고정하도록 구성된다. 또한, 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B)은 광파이버(19)의 파이버 단부 영역을 각각 유지하는 파이버 수용 요소(13)를 고정할 뿐만 아니라, 광학 플랫폼 시스템(15)을 장착하도록 구성된다.

파이버 안내 섹션(33)은 광파이버(19)의 파이버 중앙 부분을 안내하기 위한 홈(20) 및 라멜라 구조체(23)와 같은 이전에 예시적으로 설명된 특징부를 포함한다.

각각의 연결 섹션(35A, 35B)은 고출력 파이버 레이저 증폭기 시스템의 실시예에서 플렉셔 베어링으로서 구성된다. 일반적으로, 플렉셔 베어링은 적절한 재료 성형에 의해 형성될 수 있다. 플렉셔 베어링의 목적은 소성 변형없이 탄성 변형을 허용하는 것이다. 예시적인 실시예에서, 연결 섹션(35A, 35B)의 플렉셔 베어링은 예를 들어 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B)으로부터의 파이버 안내 섹션(33)의 공간적 분리에 의해, 예컨대 절개부(41A, 41B)에 의해 및/또는 재료 감소에 의해 형성된다. 이에 의해, 재료는 측방향으로, 예를 들어 X-축을 따라 제거된다. 예시적인 릴리프 보어(relief bore)(도 6 참조)는, 예를 들어 연관된 연결 섹션 내로 부분적으로 연장될 수 있는 하면(43)의 하강과 함께, 플렉셔 베어링을 형성하기 위해 재료를 약화시킬 수 있다. 그러한 재료 변형은 일반적으로 플렉셔 베어링의 자유도에 영향을 미친다.

결과적으로, 플렉셔 베어링은 X-Y 평면에서 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B)에 대한 파이버 안내 섹션(33)의 이동의 자유도를 제공한다. 이것은, 도 4에서는 화살표(39A)로 표시되고, 도 5에서는 화살표(39B)로 표시되어 있다. 기체(1A)의 두께(D)의 대응하는 선택에 의해, 플렉셔 베어링은 Z 방향으로 자유도를 가질 수 없고, 그에 따라 열 변형은 연결 섹션(35A, 35B)의 플렉셔 베어링에 있어서 X-Y 평면에서의 상대 이동에 의해 본질적으로 흡수된다.

도 5에서는, 연결 섹션(35A, 35B)의 영역(파선 타원) 및 측방향 재료 약화 구역(실선 타원)이 개략적으로 도시되어 있다.

도 6은 대응하는 연결 섹션(35B)의 영역에서의 파이버 단부 부착 섹션(31B)의 확대도를 도시하고 있다. 하면(43)은 파이버 단부 부착 섹션(31B)으로부터 연결 섹션(35B)을 통해 파이버 안내 섹션(33)의 에지 영역 내로 연장된다. 평면도에서는, 하면(43)이 인커플링측에서보다 파이버 안내 섹션측에서 X 방향으로 좁아지는 것이 인식된다. 예시적인 실시예에서, 각각의 하면(43)은 위치설정 볼을 위한 베어링 표면으로서 3개의 오목부(45A, 45B, 45C)를 갖는다(또한, 도 9 참조). 위치설정 볼은 수용 요소(13)의 팽창 보상 베어링 및/또는 열적 분리에 사용된다.

또한, 파이버 단부 부착 섹션(31B)은, [예를 들면, 2개의 나사부(47A, 47B)를 사용하여] 수용 요소(13)를 장착하고, 예를 들어 베이스 표면(43)의 중앙에 배열된 관통 구멍(49)을 사용하여 마운트(3b)에 장착되도록 구성된다. 또한, 하면(43)은 측벽(51)에 의해 측방향으로 획정된다. 측벽(51)은, 예를 들어 핀 인서트 및 나사부(47C)에 의해, 플랫폼(7A, 7B)을 장착하는데 사용된다.

예를 들어 열팽창 영향으로 인한 장력을 더 감소시키기 위해, Y 방향으로의 기체(1A)의 장착의 다른 이동의 자유도가 제공될 수 있다.

도 4 및 도 8에서, 화살표(39C)는 파이버 장착 유닛(1)에서의 열적 변화를 보상하기 위한 그러한 다른 가능한 이동 방향을 나타낸다. 예를 들면, 플렉셔 베어링 마운트(3C)는 파이버 장착 유닛(1)에 대한 어떠한 추가적인 힘도 가하지 않고 Y- 방향으로의 위치 변화를 수용하는데 사용될 수 있다.

플렉셔 베어링 마운트(3C)는 도 7에 확대하여 도시되어 있고, 도 8은 플렉셔 베어링 마운트(3C)에 의해 제공된 자유도[화살표(39C)]를 도 4에 도시된 구성의 측면도로 나타내고 있다.

예를 들면, 플렉셔 베어링 마운트(3C)는 파이버 안내 섹션(33)(도 3 참조) 상에 제공된 장착면(11C) 상에 장착될 수 있다. 또한, 플렉셔 베어링 마운트(3C)는 예를 들어 광학 디스크(5)에 장착하기 위한 베이스(53)를 포함한다. 또한, 플렉셔 베어링 마운트(3C)는 파이버 장착 유닛(1)(일반적으로 광학 구성요소)에 장착하기 위한 상측 부분(55), 및 일반적으로 적어도 하나의 플렉셔 베어링을 포함한다. 도 7에 도시된 실시예에서, 플렉셔 베어링 마운트(3C)는 또한 각각의 플렉셔 베어링(59A, 59B)을 통해 베이스(53) 및 상측 부분(55)에 연결되는 플레이트형 중앙 부분(57)을 갖는다.

중앙 부분(57)의 플레이트 형상은 선형으로 연장되는 플렉셔 베어링을 필요로 하고, 그에 따라 플렉셔 베어링 마운트(3C)에 대한 Y 방향으로의 강성은 없다. 따라서, 기체(1A)의 Y 방향으로의 팽창은 Y 방향에서의 중앙 부분(57)의 약간의 틸팅을 야기한다(높이의 최소 변화를 수반함).

파이버 수용 요소(13)의 고정에 대하여, 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B)의 하면(43)은 마운트(3A, 3B)에서의 고정 장착으로 인한 공간적 고정점을 나타낸다. 파이버 수용 요소(13)는 이러한 고정점에 배열된다.

도 9는 파이버 수용 요소(13)뿐만 아니라, 도 2에 도시된 광학 플랫폼 시스템(15)의 일부, 특히 빔 슬리브(17E)와 함께, 렌즈 홀더(17D')에 장착된 포커싱 인커플링 렌즈(17D)를 통한 단순화된 단면도를 도시하고 있다.

파이버 수용 요소(13)는 길이 방향(예를 들면, 도 1에서는 Y 방향)을 따라 연장되는 하부 유닛(61), 및 하부 유닛(61)에 장착되고 하부 유닛(61)을 적어도 부분적으로 덮는 커버링 유닛(63)을 구비한다. 커버링 유닛(63)은, 예를 들어 냉각 연결부(9')를 통해 파이버 수용 요소(13)의 능동 냉각을 가능하게 하는 냉각 채널(65)을 구비한다. 인커플링측에 파이버 단부(67)를 갖는 광파이버(19)의 파이버 단부 섹션(19A)은 하부 유닛(61)과 커버링 유닛(63) 사이에서 연장된다.

렌즈(17D)는 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B)에 대해 고정된 방식으로 인커플링될 레이저 빔을 획정된 파이버 단부 위치[공간적으로 고정된 파이버 단부(67)의 경우에, 파이버 단부(67) 자체] 상에 포커싱시키는 자유-빔 커플링의 일부이다. 그에 따라, 렌즈(17D)는 입사된 시드 레이저 광(68A)이 광파이버(19)에 커플링될 수 있게 한다. 유사하거나, 펌프 광의 보다 용이한 커플링으로 인해, 단순화된 셋업이 펌프측에 사용될 수 있다.

그러나, 모든 펌프 광이 통상적으로 높은 증폭으로 변환되는 것은 아니기 때문에, 펌프 광(68B)은 시드 레이저 광(68A)과는 반대 방향으로 파이버 단부(67)를 빠져나간다. 빠져나가는 펌프 광(68B)은 본질적으로 빔 슬리브(17E) 내에서 전파하고, 빔 슬리브(17E)의 내측 표면 상에서의 큰 발산으로 인해 흡수될 수 있다.

도 10은 빔 슬리브(17E)의 예시적인 실시예를 - 확대하여 - 도시하고 있다. 예를 들어 지지 요소(73)에 의해 유지되고 그 원통축이 본질적으로 시드 레이저 광(68A)의 광축(68')과 중첩되는 원통형 섹션(71)을 볼 수 있다. 퍼넬 섹션(도시 생략)은 원통축 방향으로 원통형 섹션(71) 옆에 있을 수 있다.

빠져나가는 펌프 빔(68B)은, 예를 들어 흡수 층이 제공된 원통형 섹션(71)의 내부 상에서 흡수되고, 이에 의해 빔 슬리브(17E)는 강하게 가열된다. 방열을 위해, 예시적으로 도시된 실시예에서 지지 요소(73)는 냉각 연결부(9")를 통해 냉각 회로에 연결될 수 있는 냉각 채널을 갖는다.

또한, 도 10에 도시된 예시적인 실시예는, 예를 들어 대응하는 플랫폼(7A, 7B)과 접촉할 수 있지만, 열전도율이 낮기 때문에 가열된 원통형 섹션(71)을 플랫폼(7A, 7B)으로부터 열적으로 분리시키는 절연 요소(75)를 구비한다. 또한, 예를 들면, 지지 요소(73)는 렌즈 홀더(17D') 및 렌즈(17D)로부터 열적으로 절연될 수 있다(예를 들면, 이들은 이격될 수 있음).

도 11a, 도 11b, 도 12 및 도 13과 관련하여, 볼을 통해 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B)의 하면(43)과 상호작용하기 위해 특별히 구성된 하부측을 갖는 예시적인 파이버 수용 요소(13)가 하기에서 설명된다. 렌즈(17D)에 의해 생성된 초점 위치가 대응하는 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B) 또는 마운트(3A, 3B) 및 탁상부(table top)(5)에 대해 고정된 상태로 유지되어 있지만, 파이버 수용 요소(13)는 상이한 열적 상태 하에서 팽창 또는 수축할 수 있어, 파이버 단부(67)가 또한 공간적으로 고정되어 있는 것을 반드시 보장하지는 않는다.

도 11a 및 도 11b는 커버링 유닛(63)으로부터 시작되는 냉각 연결부(9")를 갖는 파이버 수용 요소(13)의 사시도를 도시하고 있다. 예를 들면, 커버링 유닛(63)은 하부 유닛(61)에 견고하게 나사 결합된다. 또한, 파이버 수용 유닛(13)을 하면(43) 상에 가압하기 위한 압축 스프링(69A)이 제공되는 2개의 고정 스크루(69)를 볼 수 있다. 고정 스크루(69)의 위치는 후술될 것이다.

도 11a에서는, 하부 유닛(61)의 하부측 상의 리세스(81) 및 수용 요소(13)의 파이버 출구측 상의 개구부(83)를 볼 수 있다. 리세스(81) 및 개구부(83)는 볼을 통해 베이스 표면(43) 상의 파이버 수용 요소(13)의 지지부에 연결되며, 이에 의해 이 지지부는 열적 위치 보상을 한다.

특히, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 하면(43)의 중공부(45A, 45B, 45C)에 위치된 3개의 볼(84A, 84B, 84C) 상에 3점 지지를 허용하도록 3쌍의 원통형 핀이 제공된다.

원통형 핀의 제1 쌍(85A)은 제1 축(86A)을 따라 파이버 수용 요소(13)의 열팽창 이동을 안내하도록 구성된 제1 가이드 레일 시스템을 형성한다. 제1 축(86A)은 본질적으로 파이버 단부 섹션(19A)의 방향을 따라 정렬되고, 수용 요소(13)가 장착될 때, 제1 축(86A)은, 가능하게는 도 1의 X-Y 평면에 대해 약간 틸팅된 상태로, 특히 원하는 자유-빔 커플링 위치(87)로 지향된다.

원통형 핀의 제2 쌍(85B)은 제2 축(86B)을 따라 열팽창 이동을 안내하도록 구성된 제2 가이드 레일 시스템을 형성한다. 제2 축(86B)은 제1 축(86A)에 대해 실질적으로 90°미만의 각도로 연장되고, 수용 요소(13)가 설치될 때, 제2 축(86B)은 특히 자유-빔 커플링 위치(87)로 지향된다.

도 13에 도시된 바와 같이, 제2 축(86B)은 후방(즉, 파이버 출구측)으로부터 그리고 아래로부터 원하는 자유-빔 커플링 위치(87)를 통해 연장된다. 도 12에서, 동일한 길이의 원통형 핀의 쌍(85B)의 경사진 배향은 도시된 도면 평면에서 감소된 길이를 초래한다[쌍(85A)과의 비교 참조].

원통형 핀의 제3 쌍(85C)은 제3 축(86C)을 따라 열팽창 이동을 안내하도록 설계된 제3 가이드 레일 시스템을 형성한다. 제2 축(86B)과 유사하게 제3 축(86C)은 제1 축(86A)에 대해 실질적으로 90°미만의 각도로 연장되고, 특히 자유-빔 커플링 위치(87)를 향하여 배향된다. 예를 들면, 제2 축과 제3 축의 정렬은 자유-빔 커플링 위치(87)를 통해 연장되는 Y-Z 대칭 평면에 대해 거울-대칭일 수 있다.

다음에, 예를 들면, 축(86A, 86B, 86C)은 본질적으로 원하는 자유-빔 커플링 위치(87)에서 만나고, 피라미드의 에지를 형성하며, 자유-빔 커플링 위치(87)는 피라미드의 선단이 된다.

서로에 대한 이러한 배향은, 특히 열적 상태로 인한 파이버 수용 요소(13)의 체적 변화의 경우에 구(球) 상의 하부측의 지지 위치가 변화하는 경우, 자유-빔 커플링 위치(87)의 위치가 본질적으로 정지된 상태로 유지되게 한다. 구는 팽창/수축하는 수용 요소의 하부측이 그것을 따라 이동하는 고정점을 나타낸다. 경사진 배열, 특히 X-Y 평면에 대한 축(86B 및 86C)의 틸팅으로 인해, 그리고 파이버 수용 요소(13)의 지지부가 제1 가이드 레일[대응하는 중공부(45) 내의 볼(84A)]에 할당된 제1 고정점, 제2 가이드 레일[대응하는 중공부(45) 내의 볼(84B)]에 할당된 제2 고정점, 및 제3 가이드 레일[대응하는 중공부(45)의 볼(84C)]에 할당된 제3 고정점에 존재하는 경우에, 파이버 수용 요소(13)가 팽창할 때, 파이버 수용 요소(13)는 하강되고, 파이버 수용 요소(13)가 체적이 감소될 때, 파이버 수용 요소는 상승된다. 하강 및 상승은 특히 측방 방향의 팽창으로 인해 인커플링측에서 일어난다.

다시 말해서, 설명된 가이드 레일 시스템 구성은 특히 제2 고정점 및 제3 고정점에 대해 높이 보상을 제공하여 파이버 수용 요소(13)의 크기 변화를 보상한다.

전술한 보상 이동은 파이버 수용 요소(13)의 일정한 이동성을 필요로 한다. 이러한 이동성은 예를 들어 스크루(69) 및 압축 스프링(69A)으로 파이버 수용 요소를 고정함으로써 보장될 수 있다.

예컨대, 고정은 3개의 고정점이 걸쳐 있는 삼각형(89)의 표면 무게 중심(88)의 영역에서 이루어질 수 있다. 도 12에 도시된 도면에서, 스크루(69)의 위치는 X축을 따라 표면 무게 중심으로부터 측방향으로 배열되어, 특히 2개의 스크루(69) 및 표면 무게 중심(88)을 통해 연장되는 횡축(90)을 중심으로 한 틸팅이 가능하다.

또한, 그에 상응하게 파이버 단부 섹션(19A)을 적절하게 배열함으로써, 파이버 단부(67)가 자유-빔 커플링 위치(87)에 위치될 수 있다는 것이 언급되어야 한다. 또한, 자유-빔 커플링 위치(87)는, 예를 들어 입사 시드 레이저 빔(68A)의 각각의 정렬에 의해, 레이저측 상에서 조정될 수도 있다.

고출력을 갖는 파이버 레이저 증폭기 시스템을 위한 파이버 장착 유닛(1)의 전술한 실시예에 덧붙여, 저출력 내지 중출력을 갖는 파이버 레이저 증폭기 시스템을 위한 파이버 장착 유닛(101)이 도 14 내지 도 17을 참조하여 이하에 설명된다.

도 14에 도시된 파이버 장착 유닛(101)도, 파이버 단부 부착 섹션(131), 파이버 안내 섹션(133), 및 파이버 단부 부착 섹션(131)과 파이버 안내 섹션(133) 사이의 플렉셔 베어링으로서 구성된 연결 섹션(135)을 갖는 기체(101A)를 구비한다. 파이버 단부 부착 섹션(131)은 시드측이고, 즉 시드 레이저 빔은 파이버 단부 부착 섹션(131)에 부착된 파이버 수용 요소(113), 특히 파이버 수용 요소(113)에 의해 유지된 증폭기 파이버(119)의 시드 단부에 공급된다.

또한, 기체(101A)는 고정식 파이버 단부 부착 섹션(131')을 구비하며, 예를 들어 플렉셔 베어링을 통해 연결되지 않는다. 증폭기 파이버(119)의 펌프 단부에 펌프 광을 커플링시키도록 구성된 파이버 수용 요소(113')가 파이버 단부 부착 섹션(131')에 부착된다.

기체(101A)는 파이버 안내 섹션(133)의 영역에서 몇 개의 세그먼트로 분할된다: 메인 세그먼트(102A), 및 예를 들어 2개의 원형 섹션 세그먼트(102B, 102C). 세그먼트는 세그먼트 연결부(104)를 통해 서로 연결된다. 세그먼트 연결부(104) 각각은 플렉셔 베어링 및 마운트를 포함하는 장착 유닛(103)을 통해 광학 플레이트에 부착된다.

예시적인 세그먼트 연결부(104)가 도 15에 도시되어 있다. 메인 세그먼트(102A) 및 원형 섹션 세그먼트(102B)의 레일형 링 섹션은 연속적인 리세스(120)가 형성되도록 하는 방식으로 서로 정렬된다. 후술하는 바와 같이, 광파이버는 링형 리세스(120)를 따라 적어도 한번 원을 그리며 연장된다. 세그먼트 단부는 커버 플레이트(140A) 및 하부 플레이트(140B)를 통해 함께 나사 결합된다. 커버 플레이트(140A)는 빗형 구조체(comb structure)(142)를 추가로 구비한다. 빗형 구조체(142)는 파이버가 그 길이에 따라 배열될 수 있는 인접한 리세스를 갖는다. 빗형 구조체(142)는 또한 스프링형이어서 파이버(119) 상에 약간의 가압력을 제공할 수 있다.

하부 플레이트(140B)는, 예를 들어 내측 장변(long side) 상에 플렉셔 베어링(144)을 갖는다. 플렉셔 베어링(144)은 하부 플레이트(140B)를 장착 영역(146)과 연결하며, 장착 영역(146)은 마운트(103)에 나사 결합될 수 있다. 플렉셔 베어링(144)은, 특히 보다 큰 장력을 야기하지 않고서, 기체(101A)의 형상의 열적 변화를 허용할 수 있게 한다.

전술한 고출력 디자인과 유사하게, 기체(101A), 특히 그 내부에 제공된 파이버 안내 섹션(133) 및 리세스(120)는 또한 원형, 및 특히 나선형 파이버 경로를 허용한다. 이러한 경우에 있어서도, 각각의 파이버 섹션들 사이의 거리와의 중첩을 보장하기 위해, 수용 요소(131, 131')는, 파이버 단부가 예를 들어 파이버 직경 자체의 크기(예컨대, 0.25 ㎜)로부터 예컨대 4 ㎜까지의 Δ_H의 높이 오프셋으로 파이버 수용 요소를 나가도록 하는 방식으로 구성된다. 도시된 실시예에서, 따라서 2개의 단부는 높이 오프셋 Δ_H를 제외하고는 동일하게 정렬된다. 그에 따라, 도 14에 도시된 바와 같이, 광파이버(119)는 완전한 원(360°)으로 순환한다.

보다 낮은 성능으로 인해, 예를 들어 기체(101A)의 수냉은 수용 유닛의 영역에만 제공된다. 링 세그먼트의 영역에서, 냉각은 주위 공기, 및 예를 들어 알루미늄으로 제조된 베이스에의 열전달을 통해 주로 일어난다. 파이버로부터 메인 세그먼트(102A)까지, 특히 단부 영역에서의 열전달을 향상시키기 위해, 커버 냉각 플레이트(148, 148')가 수용 요소(113, 113') 옆에 제공될 수 있다(또한, 도 17 참조). 예를 들면, 커버 냉각 플레이트(148')는 펌프측에서 수용 요소의 영역에 가능한 한 크게 제공될 수 있다. 대조적으로, 커버 냉각 플레이트(148)는 연결 섹션(135)의 영역에 제공된 절개부(141)로 인해 보다 작게 구성된다.

저출력을 위한 증폭기 시스템의 경우에, 수냉이 전혀 필요하지 않을 수도 다.

저출력 내지 중출력은 기체(101A)에 대한 열 부하가 낮아서, 특히 시드측의 수용 요소(113)가 플렉셔 베어링을 통해 파이버 안내 섹션(133)으로부터 분리되게 한다.

파이버 수용 요소의 열 변형이 또한 저출력으로 인해 보다 낮기 때문에, 파이버 수용 요소는 파이버 단부 부착 섹션(131, 131') 상에 직접적으로 나사 결합될 수 있다(도 16 및 도 17 참조).

예를 들면, 재료를 절약하기 위해, 기체(101A)의 Z 방향의 두께(D')는 (예를 들면, 수 밀리미터로) 감소될 수 있다. 그러나, 이것은 플렉셔 베어링의 Z 방향으로의 이동의 자유도를 야기할 수 있다. 이러한 자유도를 차단하기 위해, 예를 들어 도 16에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 안내 플레이트(150)가 제공될 수 있고, 이 안내 플레이트는 예를 들어 절개부(141)를 부분적으로 가교하고, 그에 따라 파이버 단부 부착 섹션(131)의 Z 방향으로의 이동을 방지한다. 예시적으로 도 16에는, 스크루(153)에 의한 안내 플레이트(150)의 고정이 도시되어 있다.

또한, 도 16에서, 리세스(120)의 지지면(152) 상에서 연장되는 파이버(119)를 볼 수 있고, 이에 의해 리세스(120)는 파이버 수용 요소(113, 113')의 방향으로 테이퍼진다.

도 17은 파이버 수용 요소(113)의 분해도를 도시하고 있다. 파이버 수용 요소(113)는 하부 유닛(161) 및 커버링 유닛(165)을 구비하며, 커버링 유닛(165)은 하부 유닛(161)에 나사 결합될 수 있고, 하부 유닛(161)은 스크루(153)에 의해 파이버 단부 부착 섹션(131)에 나사 결합될 수 있다.

지지 요소(173)는 하부 유닛(161)의 인커플링측에 제공된다. 예를 들면, 지지 요소(173) 및/또는 하부 유닛(161)은 화살표(154)로 나타낸 바와 같이 냉각 회로에 연결될 수 있다.

지지 요소(173)는 빔 축(168')을 따라 관통 구멍 개구부(156)를 갖는다. 예를 들면, 원통형 흡수체 슬리브(117E)가 관통 구멍 개구부(156)의 내벽 표면에 부착될 수 있다. 통상적으로, 장착은 특히 양호한 열 접촉에 적합하다. 고출력 버전에서와 같이, 흡수체 슬리브(117E)는 광학 시스템으로부터 빠져나가는 펌프 레이저 광의 높은 발산 성분을 제거하는데 사용된다.

인커플링측에서, 장착 링(158)은 관통 구멍 개구부(156) 주위로 연장된다. 장착 링(158)은 예를 들어 몇 개의 세그먼트를 구비할 수 있고, 렌즈 홀더(117D')의 열적으로 절연된 장착에 사용된다. 예를 들면, 렌즈 홀더(117D')는 커플링 렌즈(117D)가 그 전방에, 예를 들어 접착에 의해, 부착될 수 있도록 원통형 디자인을 갖는다.

이러한 배열은 흡수체 슬리브(117E)로부터의 렌즈(117D)의 열적 분리를 허용하여, 렌즈에 대한 열 영향이 감소되거나 심지어 회피될 수 있게 한다.

본 명세서에 개시된 인커플링 유닛은 커플링 렌즈 시스템, 및 파이버 단부에 선택적으로 배열된 단부 캡(end cap)을 주로 포함하며; 단부 캡은 보다 높은 출력에서 특히 중요하다. 예를 들면, 수십 W 내지 수백 W(평균 출력) 범위의 보다 높은 레이저 출력이 생성되는 경우, 시준 렌즈 및 편향 미러와 같은 추가적인 광학 요소가 또한 커플링 유닛 상에 장착될 수 있다.

볼을 통한 수용 요소의 본 명세서에 개시된 지지부는 하면으로부터 수용 요소의 추가적인 열적 절연을 야기할 수 있다.

탁상부 위로 부상할 수 있는, 본 명세서에 개시된 플랫폼의 지지부는 펌프 레이저 방사선 및 시드 레이저 방사선을 위해 일 측부 또는 양 측부에서 사용될 수 있다.

방열을 향상시키기 위해, 파이버 수용 요소는 예를 들어 높은 열전도성(예를 들면, 구리)을 갖는 재료로 제조된다.

본 명세서에서 사용되는 "파이버 장착 유닛"이라는 용어는, 그 중에서도, 파이버 냉각 카트리지라고도 지칭되는 (특히 능동 냉각식) 파이버 유지 카트리지를 포함한다.

본 명세서에 개시된 다른 양태에서, 플렉셔 베어링 마운트는 광학 플레이트에 장착하기 위한 베이스, 및 광학 구성요소에 부착하기 위한 상측 부분과, 적어도 하나의 플렉셔 베어링을 구비한다. 일부 실시예에서, 플렉셔 베어링 마운트는 또한 그 일단부가 베이스에 연결되고 타단부가 플렉셔 베어링을 통해 상측 부분에 연결되는 중앙 부분을 구비한다.

일부의 다른 개발예에서, 흡수체 슬리브는 파이버 단부로부터 빠져나가는 광이 차단되도록 하는 방식으로 위치될 수 있다. 흡수체 슬리브는 특히 - 지지 요소 상에 배열된 - 원통형 섹션 및/또는 퍼넬 섹션을 구비하며, 퍼넬 섹션의 뾰족한 단부는 파이버 단부로부터 빠져나가는 광이 본질적으로 빔 슬리브 내에서 전파하도록 파이버 단부 위치에 대해 배열된 개구부를 구비할 수 있고, 및/또는 지지 요소는 특히 냉각 포트와 연결 가능한 냉각 구조체를 가지며, 및/또는 절연 요소를 통해 플랫폼에 장착된다.

상세한 설명 및/또는 청구범위에 개시된 모든 특징은 원래의 개시의 목적으로 뿐만 아니라, 실시예 및/또는 청구범위에서의 특징의 조합과 독립적으로 청구된 발명을 제한하는 목적으로 서로 독립적으로 그리고 개별적으로 개시되도록 의도된다는 것이 명백하게 기술된다. 모든 값의 범위 또는 엔티티(entity)의 그룹의 표시는 원래의 개시의 목적으로 뿐만 아니라, 청구된 발명을, 특히 값의 범위의 한계로서 제한하는 목적으로 모든 가능한 중간 값 또는 중간 엔티티를 개시한다는 것이 명백하게 기술된다.

1 : 파이버 장착 유닛 1A : 기체(基體)
1B : 커버 3A, 3B : 마운트
3C : 플렉셔 베어링 마운트 5 : 광학 플레이트
7A, 7B : 플랫폼 9 : 냉각(수) 연결부
9A : 냉각 회로 11 : 장착면
13 : 파이버 수용 요소 D, D' : 두께
15 : 광학 플랫폼 시스템 17A : 광학 망원경 유닛
17B : 편향 미러 17C : 빔 모니터링 장치
17D : 포커싱 렌즈 18, 19 : 광파이버
19A : (광파이버의) 파이버 단부 부분
20 : 홈 21 : 개구부
23 : 라멜라 구조체 25 : 교차점
31A, 31B : 파이버 단부 부착 섹션 33 : 파이버 안내 섹션
35A, 35B : 연결 섹션 37 : 구리 파이프
39A, 39B, 39C : 화살표 41A, 41B : 노치부
43 : 하면 45A, 45B, 45C : 중공부
47A, 47B, 47C : 나사부 49 : 관통 구멍
51 : 측벽 53 : 베이스
55 : 상측 부분 57 : 중앙 부분
59A, 59B : 플렉셔 베어링 61 : 하부 유닛
63 : 커버링 유닛 65 : 냉각 채널
67 : 파이버 단부 68A : 시드 레이저 광
68B : 펌프 광 69 : 장착 스크루
69A : 압축 스프링 71 : 원통형 섹션
73 : 지지 요소 75 : 절연 요소
81 : 리세스 83 : 개구부
84A 내지 84C : 볼 85A 내지 85C : 원통형 핀의 쌍
86A 내지 86C : 축 87 : 자유-빔 커플링 위치
88 : 영역의 중심 89 : 삼각형
90 : 횡축 101 : 파이버 장착 유닛
101A : 기체 102A : 메인 세그먼트
102B, 102C : 원형 섹션 세그먼트 104 : 세그먼트 연결부
113, 113' : 파이버 수용 요소 117D : 커플링 렌즈
117D' : 렌즈 홀더 117E : 흡수체 슬리브
119 : 파이버 증폭기 120 : 리세스
131, 131' : 파이버 단부 부착 섹션 133 : 파이버 안내 섹션
135 : 연결 섹션 140A : 커버 플레이트
140B : 베이스 플레이트 141 : 절개부
142 : 빗형 구조체 144 : 플렉셔 베어링
146 : 장착 영역 148, 148' : 냉각 플레이트
150 : 장착 플레이트 153 : 스크루
154 : 화살표 156 : 관통 구멍 개구부
158 : 장착 링 161 : 하부 유닛
165 : 커버링 유닛 168' : 빔 축
173 : 지지 요소

Claims (16)

1. 파이버 레이저 시스템을 위한 광파이버(19, 119)를 제공하는 파이버 장착 유닛(1)으로서,
   파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B, 131), 파이버 안내 섹션(33, 133), 및 상기 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B, 131)과 상기 파이버 안내 섹션(33, 133) 사이의 연결 섹션(35A, 35B, 135)을 갖는 기체(基體)(1A, 101A)를 포함하며,
   상기 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B, 131)은 상기 광파이버(19, 119)의 파이버 단부(19A)를 장착하는 수용 요소(13, 113)를 부착하도록 되어 있고,
   상기 파이버 안내 섹션(33, 133)은 상기 광파이버(19, 119)의 파이버 중앙 부분을 안내하도록 되어 있으며,
   상기 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B)과 상기 파이버 안내 섹션(33) 사이의 상기 연결 섹션(35A, 35B, 135)은 플렉셔 베어링으로서 형성되는 것인 파이버 장착 유닛(1).
2. 제1항에 있어서, 상기 기체는 하나의 평면에서 연장되고, 상기 파이버 안내 섹션은 파이버 지지면(152)을 구비하고, 상기 파이버 지지면 상에는 링형, 특히 코일형/나선형으로 형성되는 방식으로 상기 광파이버(19, 119)가 배치되며,
   특히 상기 플렉셔 베어링은 상기 평면에서 상기 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B, 131)에 대한 상기 파이버 안내 섹션(33, 133)의 이동의 자유도를 제공하는 것인 파이버 장착 유닛(1).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플렉셔 베어링은 상기 파이버 안내 섹션과 상기 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B, 131)을 공간적으로 분리하는 것에 의해, 그리고 상기 연결 섹션(35A, 35B, 135)의 재료 감소에 의해 형성되는 것인 파이버 장착 유닛(1).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B)은, 상측부에, 상기 수용 요소(13, 113)의 볼(84A, 84B, 84C)을 위치시키고 상기 수용 요소(13, 113)를 부착하기 위한 지지면으로서의 오목부(45)를 구비하고, 및/또는
   추가적으로 상기 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B, 131)은 광학 요소를 수용하기 위한 플랫폼(7A, 7B, 173)을 부착하도록 되어 있고, 및/또는
   상기 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B, 131)은, 특히 하부측에, 마운트(3A, 3B)를 부착하기 위한 장착면(11A, 11B)을 포함하고, 및/또는
   상기 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B)은 측벽(51)에 의해 획정된 하면(43)을 갖는 리세스를 포함하며, 특히 상기 리세스(45)는 상기 하면(43)에 제공되고, 상기 플랫폼(7A, 7B)의 부착이 상기 측벽(51)에 제공되는 것인 파이버 장착 유닛(1).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파이버 안내 섹션(33, 133)은, 특히 광파이버 경로를 따라, 그리고 특히 기체(1A, 101A)의 하부측에서, 적어도 부분적으로 연장되는 냉각 회로(37), 및/또는
   상기 광파이버를 수용하기 위한 홈 구조체(20)로서, 상기 홈 구조체(20)는 특히 광파이버 경로의 직경을 파이버 길이에 적합화시키기 위한 라멜라 구조체(23)를 구비하는 것인 홈 구조체(20)를 더 포함하며, 및/또는
   상기 파이버 장치 유닛(1)은 커버(1B)를 포함하는 것인 파이버 장착 유닛(1).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체(1, 101)는, 상기 파이버 안내 섹션(33, 133)의 일부로서, 또는 다른 또는 동일한 연결 섹션(35A, 35B, 135)을 통해, 상기 파이버 안내 섹션(33)에 연결되는 다른 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B, 131)을 더 포함하는 것인 파이버 장착 유닛(1).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파이버 안내 섹션(133)은, 상기 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B, 131)을 갖는 메인 세그먼트(102A) 및 적어도 하나의 원형 섹션 세그먼트(102B, 102C)뿐만 아니라, 세그먼트 연결부(104)를 포함하고, 세그먼트 연결부(104)는, 특히 광파이버 경로의 직경을 파이버 길이에 적합화시키기 위해 상기 광파이버(119)를 파이버 지지면(152) 상에 가압하는 빗형 구조체(142)를 포함하고, 및/또는
   상기 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B, 131), 특히 그것의 메인 세그먼트(102A)와, 상기 파이버 안내 섹션(33, 133) 사이에 운동 제한 장치가 추가적으로 마련되며, 상기 운동 제한 장치는 원하는 이동 자유도를 허용하고, 원치 않는 이동의 자유도를 제한하는 것인 파이버 장착 유닛(1).
8. 파이버 수용 요소(13, 113, 113')로서,
   길이 방향을 따라 연장되는 하부 유닛(61)으로서, 상기 하부 유닛은 특히 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 파이버 장착 유닛(1)의 파이버 단부 부착 섹션(31A, 31B, 131)에 부착되도록 되어 있는 것인 하부 유닛(61), 및
   상기 하부 유닛(61)을 적어도 부분적으로 덮도록 상기 하부 유닛(61) 상에 장착 가능한 커버링 유닛(63)을 포함하며,
   상기 하부 유닛(61) 및 상기 커버링 유닛(63)은 광파이버(19, 119)의 단부 부분(19A)을 수용하도록 되어 있어, 상기 단부 부분(19A)이 상기 길이 방향을 따라 연장되고, 상기 광파이버(19, 119)의 파이버 단부(67)가 자유-빔 커플링 위치(87)에서 상기 하부 유닛(61)의 커플링측에 배치 가능한 것인 파이버 수용 요소(13, 113, 113').
9. 제8항에 있어서, 상기 하부 유닛(61) 및/또는 상기 커버링 유닛(63)은 상기 광 파이버의 단부 부분(19A)을 수용하기 위한 선형 리세스를 구비하고, 및/또는 방열 재료로 제조되는 것인 파이버 수용 요소(13, 113, 113').
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 흡수체 슬리브(117E) 및/또는 렌즈 유닛을 부착하기 위해 커플링측에서 상기 하부 유닛(61)에 부착 가능한 지지 유닛(173)을 더 포함하고,
    특히, 상기 지지 유닛은 상기 단부 섹션(19A), 특히 상기 선형 리세스의 연장 방향으로 관통 구멍 개구부(156)를 가지며,
    상기 흡수체 슬리브(117E)는 상기 하부 유닛(61)으로부터 멀어지게 상기 관통 구멍 개구부(156) 밖으로 연장되고, 특히 상기 관통 구멍 개구부(156)의 내벽 측면에 부착 가능하며,
    상기 렌즈 유닛은 포커싱 렌즈(117D) 및 원통형 렌즈 홀더(117D')를 포함하고, 추가로 상기 지지 유닛(173)은, 상기 포커싱 렌즈(117D)가 상기 선형 리세스의 연장선에 배열되게 상기 렌즈 홀더(117D')를 장착하도록 되어 있으며, 및/또는
    상기 지지 유닛(173) 및/또는 상기 하부 유닛(61)은 냉각 연결부에 연결 가능한 냉각 구조체를 구비하는 것인 파이버 수용 요소(13, 113, 113').
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커버링 유닛(63)은 냉각제 연결부(9')에 연결 가능한 냉각 구조체를 구비하고, 및/또는 상기 하부 유닛(61)은,
    제1 축(86A)을 따라 상기 파이버 수용 요소의 열팽창 이동을 안내하도록 되어 있는 제1 가이드 레일 시스템으로서, 상기 제1 축은 실질적으로 상기 단부 부분(19A)의 방향으로, 특히 상기 자유-빔 커플링 위치(87)를 향해 배향되는 것인 제1 가이드 레일 시스템,
    제2 축(86B)을 따라 열팽창 이동을 안내하도록 되어 있는 제2 가이드 레일 시스템으로서, 상기 제2 축은 상기 제1 축(86A)에 대해 실질적으로 90°미만의 각도로, 특히 상기 자유-빔 커플링 위치(87)를 향해 배향되는 것인 제2 가이드 레일 시스템, 및
    제3 축(86C)을 따라 열팽창 이동을 안내하도록 되어 있는 제3 가이드 레일 시스템으로서, 상기 제3 축은 상기 제1 축(86A)에 대해 실질적으로 90°미만의 각도로, 특히 상기 자유-빔 커플링 위치(87)를 향해 배향되는 것인 제3 가이드 레일 시스템을 포함하고,
    상기 제2 축(86B) 및 상기 제3 축(86C)은 실질적으로 상기 자유-빔 커플링 위치(87)로부터 상기 하부 유닛(61)의 일 측부 및 지지 측부까지 각각 연장되는 것인 파이버 수용 요소(13, 113, 113').
12. 제11항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 축은 상기 자유-빔 커플링 위치(87)에서 실질적으로 서로 교차하거나 접근하여, 특히 상기 파이버 수용 요소(13)의 체적에 있어서 열적으로 유도된 변화가 존재할 때, 및 상기 파이버 수용 요소(13)가 상기 제1 가이드 레일과 연관된 제1 고정점, 상기 제2 가이드 레일과 연관된 제2 고정점, 및 상기 제3 가이드 레일과 연관된 제3 고정점에서, 특히 제2 고정점 및 제3 고정점에 대한 상기 파이버 수용 요소(13)의 하강 또는 상승에 의해, 지지되는 경우에, 상기 자유-빔 커플링 위치(87)의 위치가 실질적으로 고정된 상태로 유지되게 하는 것인 파이버 수용 요소(13, 113, 113').
13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 추가적으로 상기 파이버 수용 요소(13)는, 상기 커플링측에서의 상기 파이버 수용 요소(13)의 하강 또는 상승, 및 체적의 변화를 허용하고, 특히 3개의 고정점에 의해 형성된 무게 중심(88)의 영역에서 장착력을 제공하는 마운트로서 구성되는 것인 파이버 수용 요소(13, 113, 113').
14. 파이버 레이저 유닛으로서,
    광학 플레이트(5),
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 파이버 안내 섹션 및 파이버 단부 부착 섹션을 갖는 파이버 장착 유닛(1, 101),
    광파이버(19, 119), 및
    상기 광파이버의 단부를 수용하도록 되어 있는 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 수용 요소(13, 113, 113')를 포함하며,
    상기 수용 요소는 상기 파이버 단부 부착 섹션에 부착되는 것인 파이버 레이저 유닛.
15. 제14항에 있어서, 상기 광학 플레이트(5)를 상기 파이버 단부 부착 섹션에 부착하는 적어도 하나의 강성 마운트(3A, 3B), 및 특히 상기 광학 플레이트를 상기 파이버 안내 섹션에 부착하는 적어도 하나의 플렉셔 베어링 마운트(3C)를 더 포함하며, 상기 플렉셔 베어링 마운트(3C)는, 특히 상기 파이버 장착 유닛(1)의 열 변형으로 인한 상기 광학 플레이트(5)에 대한 상기 파이버 장착 유닛(1)의 상대 이동을 허용하는 플렉셔 베어링을 구비하고,
    특히 상기 플렉셔 베어링 마운트(3C)의 플렉셔 베어링은 상기 파이버 장착 유닛의 연결 섹션(35)의 플렉셔 베어링에 의해 제공되지 않는 자유도를 제공하는 것인 파이버 레이저 유닛.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 파이버 장착 유닛(1)의 파이버 단부 부착 섹션에 고정적으로 연결된 광학 플랫폼 시스템(15), 및
    특히, 플랫폼(7A, 7B) 및 광학 요소를 더 포함하며,
    상기 광학 요소는 자유-빔 커플링으로서 형성되고, 상기 파이버 단부 부착 섹션에 대해 고정된 레이저 빔을 획정된 파이버 단부 위치 상에 포커싱시키고,
    상기 자유-빔 커플링은 특히 광학 망원경(17A), 편향 미러(17B), 포커싱 커플링 렌즈(17D), 및/또는 흡수체 슬리브(17E)를 포함하는 것인 파이버 레이저 유닛.

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