通过变化的光纤间角度进行的光束参数积(BPP)控制制造技术

本发明专利技术提供了一种装置，所述装置包括激光系统，所述激光系统包括第一光纤和第二光纤，所述第一光纤具有输出端并且被定位成传播具有第一光束参数积(bpp)的第一激光束，所述第二光纤具有输入端，所述输入端在光纤接头处拼接至所述第一光纤的所述输出端，以便接收所述第一激光束并且形成具有比所述第一bpp大的第二bpp的第二激光束，其中所述第一光纤的所述输出端和所述第二光纤的所述输入端以一定倾斜角拼接，以便使所述第一bpp增加到所述第二bpp。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过变化的光纤间角度进行的光束参数积(BPP)控制相关专利申请的交叉引用本申请要求于2015年9月24日提交的美国临时专利申请No.62/232,379的权益，并且与2015年7月8日提交的美国临时专利申请No.62/190,047相关。这两篇临时专利申请全文以引用方式并入本文。
本公开关于光纤激光系统和光束递送系统。
技术介绍
在满足客户要求和市场需求的同时，光纤激光系统的特征通常在于系统与系统之间具有一系列不同的输出特性，包括输出功率和光束质量。例如，在一些激光应用中，完全衍射极限(或接近完全)光束质量是必要的，而在其他激光应用中，降低的光束质量足以满足加工要求(或甚至可能是优选的)。此外，激光加工供应链的各个步骤可以从具有可预测的光束质量中受益。另外，在设计光纤激光系统时，可能期望具有多组可以在平台和架构上共用的部件。尽管用于使激光束质量最大化的方法已经受到很多关注，但是仍然缺乏用于制造具有可选光束质量的激光系统的低成本方法。因此，需要克服这些缺陷的解决方案。
技术实现思路
根据本专利技术所公开的技术的一个方面，一种装置包括激光系统，该激光系统包括：第一光纤，该第一光纤具有输出端并且被定位成传播具有第一光束参数积(bpp)的第一激光束；以及第二光纤，该第二光纤具有输入端，该输入端在光纤接头处拼接至第一光纤的输出端，以便接收第一激光束并且形成具有比第一bpp大的第二bpp的第二激光束，其中第一光纤的输出端和第二光纤的输入端以一定倾斜角拼接，以便使第一bpp增加到第二bpp。根据本专利技术所公开的技术的另一方面，一种方法包括：选择光束参数积(bpp)增加量，所述光束参数积(bpp)增加量与从第一光纤到第二光纤的激光束传播相关联；基于所选择的bpp增加量选择第一光纤与第二光纤之间的倾斜角；并且以所选择的倾斜角将第一光纤耦合到第二光纤。根据本专利技术所公开的技术的另一方面，一种装置包括：光纤夹具，该光纤夹具被定位成接收并固定处于第一位置的第一光纤和处于第二位置的第二光纤的输出端；光纤末端对准机构，该光纤末端对准机构被定位成将第一光纤的输入端靠近第二光纤的输出端对准；以及拼接机构，该拼接机构被定位成拼接对准的输入端和输出端，以便形成具有倾斜角的光纤接头，该倾斜角对应于与通过光纤接头从第一光纤到第二光纤的光束传播相关联的所选择的光束参数积(bpp)增加量。根据本专利技术所公开的技术的又一方面，一种方法包括：选择光束参数积(bpp)增加量，所述光束参数积(bpp)增加量与从第一光纤到第二光纤的激光束传播相关联；定位第一光纤和第二光纤中的至少一者，使得对应的第一光纤或第二光纤的纵向轴线相对于第一光纤和第二光纤中的另一者的纵向轴线或相对于第一光纤与第二光纤之间的拼接位置偏移，其中所述偏移与所选择的bpp增加量相关联；并且将第一光纤和第二光纤拼接在一起。从下面参照附图进行的详细描述中，所公开技术的前述和其他目的、特征和优点将变得更加明显。附图说明图1是光纤拼接装置实施方案的侧视示意图。图2是示例性激光系统的示意图。图3是示例性融合拼接装置的透视图。图4是光束参数积相对于倾斜角的曲线图。图5是与图4中的曲线图有关的光束参数值表。图6A示出了与零角度接头相关联的强度分布。图6B示出了与非零角度接头相关联的强度分布。图7是相对于倾斜角的光束参数积的另一曲线图。图8是与图7中的曲线图有关的值表。图9A示出了与零角度接头相关联的强度分布。图9B示出了与非零角度接头相关联的强度分布。图10是作为倾斜角的函数的bpp的曲线图。图11示出了以非零倾斜角通过接头传输的光束的强度分布。图12示出了已通过零角度接头传播的光束的强度分布。图13示出了已通过非零角度接头传播的光束的强度分布。图14是若干接头样本的bpp相对于倾斜角的曲线图。图15和图16是示例性拼接方法的流程图。图17A至图17B是示例性拼接装置的侧视示意图。图18示出了示例性光纤夹具的端视剖面图。图19至图21示出了布置在待拼接位置中的一组光纤的示例。具体实施方式如在本申请和权利要求书中所使用的，除非上下文另有明确指出，否则单数形式的词语“一个”、“一种”和“该”包括复数形式。此外，术语“包括”表示“包含”。此外，术语“耦合”不排除耦合项之间中间元件的存在。在此描述的系统、装置和方法不应被解释为以任何方式进行限制。相反，本公开涉及各种公开的实施方案的所有新颖的和非显而易见的特征和方面，单独地以及彼此的各种组合和子组合。所公开的系统、方法和装置不限于任何特定方面或特征或其组合，所公开的系统、方法和装置也不要求存在任何一个或多个特定优点或解决问题。任何操作理论都是为了便于解释，但所公开的系统、方法和装置不限于这种操作理论。尽管为了便于表示，以特定的先后顺序描述了某些公开的方法的操作，但是应该理解的是，除非在下文中通过特定语言要求特定的顺序，否则这种描述的方式包含重新安排。例如，顺序描述的操作在一些情况下可以被重新安排或同时执行。而且，为了简单起见，附图可能没有示出所公开的系统、方法和装置可与其他系统、方法和装置结合使用的各种方式。此外，该描述有时使用术语诸如“产生”和“提供”来描述所公开的方法。这些术语是对所执行的实际操作的高度抽象。对应于这些术语的实际操作将根据具体实施而有所不同，并且容易被本领域的普通技术人员识别。在一些示例中，值、过程或装置被称为“最低”、“最佳”、“最小”等。应该理解，这样的描述旨在表示可以对许多所使用的功能替代项进行选择，并且这样的选择不需要更好、更小或以其他方式优于其他选择。参照“上方”、“下方”、“上”、“下”等指示的方向来描述示例。这些术语用于方便描述，但并不意味着任何特定的空间取向。如本文所用，光学辐射是指波长介于约100nm与10μm之间，并且典型地介于约500nm与2μm之间的电磁辐射。基于可用激光二极管源和光纤的示例通常与约800nm和1700nm之间的波长相关联。在一些示例中，传播的光学辐射被称为具有直径、不对称快轴和慢轴、光束横截面积以及光束散度的一条或多条光束，所述项可取决于光束波长和用于光束成形的光学系统。为了方便，在一些示例中，光学辐射被称为光，并且不需要在可见波长。参照光纤来描述代表性实施方案，但是也可以使用具有正方形、矩形、多边形、卵形、椭圆形或其他横截面的其他类型的光波导管。光纤典型地由掺杂(或不掺杂)的二氧化硅(玻璃)形成，以便提供预定的折射率或折射率差。在一些示例中，光纤或其他波导管由其他材料制成，诸如氟锆酸盐、氟铝酸盐、氟化物或磷酸盐玻璃、硫属化合物玻璃或诸如蓝宝石的晶体材料，具体取决于所感兴趣的波长。二氧化硅和氟化物玻璃的折射率通常约为1.5，但是诸如硫属化合物的其他材料的折射率可以是3或更大。在其他示例中，光纤可以部分地由塑料所构成。在典型示例中，诸如光纤芯的掺杂波导管芯提供响应于泵浦的光学增益，并且芯和包层近似同心。在其他示例中，芯和包层中的一个或多个是偏心的，并且在一些示例中，芯和包层取向和/或位移沿波导管长度而变化。如本文所用，数值孔径(NA)是指相对于光学波导管所限定的传播轴的最大入射角，传播光学辐射被大体上限制在该传播轴。在光纤中，光纤芯和光纤包层可以具有相关联的NA，通常分别由芯和包层或相邻包层之间的折射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：激光系统，所述激光系统包括第一光纤和第二光纤，所述第一光纤具有输出端并且被定位成传播具有第一光束参数积(bpp)的第一激光束，所述第二光纤具有输入端，所述输入端在光纤接头处拼接至所述第一光纤的所述输出端，以便接收所述第一激光束并且形成具有比所述第一bpp大的第二bpp的第二激光束；其中所述第一光纤的所述输出端和所述第二光纤的所述输入端以一定倾斜角拼接，以便将所述第一bpp增加到所述第二bpp。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.24 US 62/232,3791.一种装置，包括：激光系统，所述激光系统包括第一光纤和第二光纤，所述第一光纤具有输出端并且被定位成传播具有第一光束参数积(bpp)的第一激光束，所述第二光纤具有输入端，所述输入端在光纤接头处拼接至所述第一光纤的所述输出端，以便接收所述第一激光束并且形成具有比所述第一bpp大的第二bpp的第二激光束；其中所述第一光纤的所述输出端和所述第二光纤的所述输入端以一定倾斜角拼接，以便将所述第一bpp增加到所述第二bpp。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一光纤是第一增益光纤，并且所述第二光纤是第二增益光纤。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第二增益光纤具有比所述第一增益光纤的芯直径大的芯直径。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一光纤是所述激光系统的最终增益光纤，并且所述第二光纤是无源输出光纤。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一光纤是无源光纤，并且所述第二光纤是系统递送光纤。6.根据权利要求1所述的装置，其中基于所述bpp增加量，所述倾斜角在0.2度与5.0度之间。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述倾斜角对应于所述第一光纤的所述输出端的表面与所述第二光纤的所述输入端的表面之间的角度。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述倾斜角对应于在所述输出端处的所述第一光纤的纵向轴线与在所述输入端处的所述第二光纤的纵向轴线之间的角度。9.根据权利要求1所述的装置，其中所述倾斜角对应于第一角度、第二角度、或者所述第一角度和所述第二角度两者，所述第一角度在所述第一光纤的所述输出端的表面与在所述输出端处垂直于所述第一光纤的纵向轴线的平面之间，所述第二角度在所述第二光纤的所述输入端的表面与在所述输入端处垂直于所述第二光纤的纵向轴线的平面之间。10.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一光纤的所述输出端和所述第二光纤的所述输入端包括相应的断裂表面。11.一种方法，包括：选择光束参数积(bpp)增加量，所述光束参数积(bpp)增加量与从第一光纤到第二光纤的激光束传播相关联；基于所述所选择的bpp增加量选择所述第一光纤与所述第二光纤之间的倾斜角；并且以所述所选择的倾斜角将所述第一光纤耦合到所述第二光纤。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述耦合包括将所述第一光纤拼接到所述第二光纤。13.根据权利要求12所述的方法，还包括在拼接之前定位所述第一光纤和所述第二光纤，使得所述第一光纤的纵向轴线与所述第二光纤的纵向轴线或与拼接器能量源轴向偏移，其中所述偏移与所述所选择的倾斜角相关联。14.根据权利要求13所述的方法，其中通过将所述第一光纤和所述第二光纤中的至少一者定位在光纤夹具中而产生所述偏移，所述光纤夹具与不同于所述第一光纤和所述第二光纤中的所述至少一者的所选择的几何形状的光纤的固定相关联。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述所选择的几何形状是所选择的光纤直径。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述光纤夹具包括V形凹槽，所述V形凹槽被定位成定位具有所述所选择的光纤直径的夹具匹配光纤的纵向轴线，所述所选择的光纤直径被定位于在垂直于所述夹具匹配光纤的所述纵向轴线的预定高度处的所述V形凹槽中，其中所述预定高度对应于所述拼接器能量源的高度。17.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·洛根，R·霍克，D·R·巴尔斯利，R·史蒂文斯，
申请(专利权)人：恩耐公司，
类型：发明
国别省市：美国,US