[发明专利]用于在光纤中组合激光束的设备和相应的方法

说明书

本申请涉及一种在多包层光纤中引导激光辐射的组合以便改变通过光纤本身传播的激光束的光学特性以在镜头焦点中产生不同能量分布的设备，以及一种利用在该设备中的波前轮廓选择而产生激光束的方法。该设备包括：多包层光纤，光开关模块，以及一组激光模块。

技术领域

本公开涉及在多包层（multi-clad）光纤中的引导激光辐射的组合，以便改变通过光纤本身传播的激光束的光学特性（例如，横模和/或数值孔径），以在镜头焦点中产生不同能量分布。

一个或多个实施例可以应用于高功率激光器领域。

背景技术

在通过施加包括不同过程和应用的激光束来处理材料时，能够采用具有能适应应用环境和特定过程的特性的激光束可能是有用的。

用于调整激光器的传播轮廓的上述参数的已知技术可以包括使用多包层光纤，该多包层光纤包括至少一个芯，以及至少一个内包层和外包层，它们被设计为引导（即传播）在其中传输的光。

通常，已知用于产生具有不同的波前轮廓特性的激光束的方法，其中，将激光束注入到多包层有源光纤（特别是双包层（double-clad）光纤）的一端，并在该多包层光纤的另一端处发射，并且其中，为了产生输出激光束的轮廓的不同特性，将输入激光束注入多包层光纤的芯或多包层光纤的包层中。该方法通常用在激光发生器的输出光纤上，并且因此用在引导激光器自身的总功率的光纤上，这相应地限制了高功率激光器的使用。

可以使用将激光束引导到芯或包层（cladding layer）中的光学组件来获得这种解决方案。特别地，此解决方案最初用于在空间中合并光束的激光器（例如盘形激光器（disk laser）），其中采用上述光学装置更为简单。对于不存在自由空间传播元件而光束的传播完全发生在光纤内部的光纤激光器，使用上述装置需要中断光纤中的传播，以便插入自由空间耦合装置，结果是效率低下且复杂性更高。

为了避免这种一贯的限制，光纤激光器制造商已经提出了一些解决方案。为此目的，已经采用了弯曲输出光纤以能够将光束从芯引导到包层的方法，或者是能够改变光纤的折射率以便将光束从芯移动到包层的致动器，反之亦然。然而，这些方法已被证明是复杂且昂贵的。例如，在文档WO2018/104575 A1中描述了另一种更简单和明显的方法，该方法涉及激光加工设备及其用途，该设备包括具有第一馈送光纤的第一激光装置和具有第二馈送光纤的第二激光装置。连接到第一和第二馈送光纤以及多包层光纤的光束组合部件被设计成通过使第一馈送光纤与多包层光纤的芯对准并且使第二馈送光纤与所述多包层光纤的至少一个包层对准而形成复合激光束。通过芯和/或包层的传播使得能够发射复合激光束。在给定情况下，控制单元控制复合光束的第一激光束和第二激光束中的至少一个的功率密度以调节功率密度。

该解决方案除了别的方面外使得有可能获得在芯中较低且在包层中较高的光束参数积（BPP）（即发散的半角与激光束的最小半径（或腰部）之间的乘积）使得有可能提供全玻璃设备，即传播完全发生在光纤中的设备，但是存在一些缺点，其中事实是不能在两种情况下都使用总功率，而只能在芯或在包层中使用可用功率的一部分。

尽管在该领域中进行了广泛的研究活动（例如，如上文所述通过各种文献所证明的那样），但是仍期望改进的解决方案。

发明内容

一个或多个实施例的目的是有助于提供这种改进的解决方案。

根据一个或多个实施例，上述目的可以通过具有所附权利要求书中阐述的特性的设备来实现。

包括用于将一组光纤耦合到多包层光纤的接口的可选光路的设备可以是这种设备的示例。

一个或多个实施例可以涉及一种相应的方法。

利用选择波前轮廓来产生激光束的方法可以提供这种方法的示例。