[发明专利]用于改变激光束的光束参数积的光学器件和方法

摘要

本发明公开了一种用于材料激光加工系统的光传送波导，包括在传送波导的输出端处的小透镜，其将波导内部的激光束发散度转换成在透镜之后的光斑尺寸。通过改变发射到波导中的激光束的输入会聚角和/或发射角，可连续改变输出光斑尺寸，从而实现在工件上的连续和实时的激光光斑尺寸调节，而不必更换传送波导或加工头。激光束的发散度也可与光斑尺寸一致地被动态地调节。

主权项

1.一种用于改变激光束的光束参数积的光学器件，所述光学器件包括：输入端口，其用于将所述激光束输入到所述光学器件中；光束发射器，其被光学地耦合到所述输入端口；以及光波导子组件，其被光学地耦合到所述光束发射器，所述光波导子组件包括：光波导，其具有第一端和第二端、芯和包围所述芯的包层，所述芯和所述包层在所述光波导的所述第一端和第二端之间延伸；以及出射透镜，其被耦合到所述第二端，并具有不大于10.0mm的焦距，其中所述出射透镜包括耦合到所述光波导的第一梯度折射率光学元件和耦合到所述第一梯度折射率光学元件的第二梯度折射率光学元件，其中所述第一梯度折射率光学元件的径向梯度折射率分布实质上是非抛物线的，用于产生像差；以及，其中所述第二梯度折射率光学元件的径向梯度折射率分布实质上是抛物线的，用于产生所述激光束的可变发散度和可变激光束腰直径的所期望的混合；其中所述光束发射器被配置成用于将所述激光束以会聚角和发射角发射到在所述光波导的所述第一端处的所述光波导的所述芯中，其中所述光束发射器被配置成改变所述会聚角和所述发射角中的一个或多个；其中在操作中，所发射的激光束从所述光波导的所述第一端传播到所述光波导的所述第二端，并穿过所述出射透镜，形成接近所述出射透镜的第一激光束腰，所述第一激光束腰具有直径，其中在所述光波导的所述第二端处的局部射线角的分布，关于接近所述第二端的波导轴，实质上是旋转对称的，其中当所述光束发射器改变所述会聚角和/或所述发射角时，所述第一激光束腰的直径改变，从而改变离开所述出射透镜的所述激光束的光束参数积。