[发明专利]优选使用微结构光纤转换光束强度的横向空间轮廓的装置

说明书

一种优选使用微结构光纤的用于改变光束的强度的横向空间轮廓的装置。在此装置中，光纤(10)的横向尺寸纵向地变化并且光纤的端部(12、14)具有被设计为使得光纤在光束的波长上具有在两个端部具有不同轮廓形状的基模的光学几何参数。因此通过通过两个端部中的一个引入具有其中一种轮廓的波束(24)，波束通过另一个端部以与引入波束的轮廓形状不同形状的另一个轮廓出射。

技术领域

本发明涉及一种用于转换光束的强度的横向空间轮廓的装置。

其可应用于光纤激光系统领域中，并且特别允许高斯光束无损地变形为扁平(所谓的顶帽)光束或者环形光束，用于例如标记和焊接的激光微加工，或者用于需要在光和生物组织之间相互作用的医疗应用。

背景技术

激光束的强度轮廓从高斯形状至任何其它形状的转换通常在自由空间中进行：

–要么根据光束孔径作用技术通过使用掩膜或者隔膜系统修正振幅。

–要么根据场映射技术通过使用衍射或折射元件调制空间相位。

在非相干光束的情况中使用构成波束积分器的均化元件。

为了在紧凑和易于校准方面从光纤提供的优点中获益，已经开发出使用高度多模光纤来均化光束的技术。

扁平的基模光纤是已知的。在此问题上应当参考文献[1]至[4]，像后面所引用的其它文献一样在本说明书的末尾列出。在此情况中，在入射波束被引入光纤中后(见图5)，通过激励扁平的基模而实现空间波束成形。

在自由空间中实现的变形是基于振幅修正的，这导致重大损失。基于空间相调制的那些变形导致低损失，但是对于校准极其敏感并且是高成本的。

不论是在自由空间或者在积分的或者光纤中，具有均化组件的装置的使用导致来自这些装置的出口的波束的低空间相干性。

具有扁平基模的光纤的使用允许得到健壮和紧凑的空间波束形状，并且无需校准。然而，光纤的基模不具有和入射波束相同的形状的事实这导致在入射上的损失。此外，由于生产连续地单模光纤极其困难(见文献6)，所使用的光纤事实上是十分轻微多模的，这意味着出射处的形状取决于入射的条件。

因此目前没有解决方案用于将激光束的强度轮廓从高斯形状改变成紧凑、稳定且低成本的扁平形状或者环形(或者反之亦然)。

发明内容

本发明的目的是克服以上缺点。

精确地讲，本发明的目的是一种用于转换具有给定的波长光束的强度的横向空间轮廓，以使得横向空间轮廓从具有第一形状的第一轮廓改变成具有与第一形状不同的第二形状的第二轮廓的装置，其特征在于，装置包括光纤，光纤具有第一端和第二端，并且光纤包括内核、围绕内核并且折射指数大于内核的折射指数的环、和围绕环并且折射指数小于内核的折射指数的光纤包层，并且特征在于，光纤的横向尺寸纵向地变化，并且第一端和第二端具有以这样一种方式设计的光学几何参数，其中，该方式使得光纤在给定波长上具有在第一端具有第一轮廓并且在第二端具有第二轮廓的基模，使得当具有第一轮廓的光束通过光纤的第一端引入时，光束通过第二端以第二轮廓出射，第二轮廓的形状不同于第一轮廓的形状。

根据本发明的装置的优先实施例，光纤是微结构或光子晶体纤维。

根据本发明的一个具体实施例，第一轮廓是包括准高斯轮廓、扁平轮廓和环形轮廓组成的集合中的三个轮廓中的一个，第二轮廓是集合中的另外两个轮廓中的一个。

在本发明中，光纤的横向尺寸除了第一端和第二端中的至少一个之外在光纤的整个长度上保持基本恒定。

另外，在本发明中，光纤从放大光纤和非放大光纤中选择。

根据一个具体实施例，根据本发明的装置另外包括光学耦合至第一端和第二端中的一个的辅助光纤。