用于对准波长光束组合谐振器的系统和方法技术方案

在各种实施例中，用于激光谐振器的对准系统生成由激光谐振器产生的输入光束的近场和/或远场图像以实现输入光束的对准。或远场图像以实现输入光束的对准。或远场图像以实现输入光束的对准。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对准波长光束组合谐振器的系统和方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2019年1月28日提交的美国临时专利申请No.62/797,438的权益和优先权，其全部公开内容通过引用并入本申请。


[0003]在各种实施例中，本专利技术涉及激光系统，特别是用于将激光系统与多个光束发射器对准的方法和系统。

技术介绍

[0004]高功率激光系统用于许多不同的应用，例如焊接、切割、钻孔和材料加工。这种激光系统通常包括激光发射器和光学系统，从所述激光发射器发出的激光被耦合到光学纤维(或简称为“光纤”)中，所述光学系统将来自光纤的激光聚焦到待加工的工件上。用于激光系统的光学系统通常设计成能产生最高质量的激光束或者相当于具有最小光束参数乘积(BPP)的光束。BPP是激光束发散角(半角)和光束在其最窄点(即光束腰，最小光斑尺寸)处的半径的乘积。即，BPP＝NA
×
D/2，其中D是聚焦点(腰部)直径，NA是数值孔径；因此，可以通过改变NA和/或D来改变BPP。BPP量化了激光束的质量以及它能聚焦到小点的程度，并且通常以毫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种对准系统，用于与激光谐振器一起使用，所述激光谐振器沿着波长光束组合(WBC)维度在空间上重叠多个输入光束并且从光束输出端输出产生的输出光束，所述对准系统包括：色散元件，用于接收输出光束并色散输出光束以在WBC维度生成多个色散光束；光束分析器，用于接收所述多个色散光束并生成由所述光束分析器接收的色散光束的相对位置的图像；第一透镜，其具有在垂直于WBC维度的非WBC维度的光功率，设置在光束输出端的光学下游和光束分析器的光学上游；以及第二透镜，其具有WBC维度的光功率，用于将色散光束聚焦在光束分析器上，设置在色散元件的光学下游和光束分析器的光学上游。2.根据权利要求1所述的对准系统，其中，所述色散元件包括衍射光栅。3.根据权利要求1所述的对准系统，其中，所述第一透镜设置在所述色散元件的光学上游。4.根据权利要求1所述的对准系统，其中，所述第一透镜仅具有在非WBC维度上的光功率。5.根据权利要求1所述的对准系统，其中，所述第一透镜的焦距大于所述第二透镜的焦距。6.根据权利要求1所述的对准系统，其中，所述第一透镜或第二透镜中的至少一个包括柱面透镜。7.根据权利要求1所述的对准系统，其中，所述第一透镜与所述光束分析器之间的光学距离近似等于所述第一透镜的焦距。8.根据权利要求1所述的对准系统，其中，所述第一透镜与所述光束分析器之间的光学距离大于第一透镜的焦距。9.根据权利要求1所述的对准系统，其中，所述第一透镜与所述光束输出端之间的光学距离近似等于第一透镜的焦距。10.根据权利要求1所述的对准系统，其中，所述第二透镜与所述光束分析器之间的光学距离近似等于第二透镜的焦距。11.根据权利要求1所述的对准系统，其中，所述第二透镜与所述色散元件之间的光学距离近似等于第二透镜的焦距。12.根据权利要求1所述的对准系统，其中，所述第二透镜仅具有在WBC维度的光功率。13.根据权利要求1所述的对准系统，其中，所述第一透镜能够在(i)输出光束的路径内的第一位置从而通过光束分析器生成远场图像和(ii)输出光束的路径外的第二位置之间移动，由此通过光束分析器生成近场图像。14.根据权利要求1所述的对准系统，进一步包括第三透镜，其中：第三透镜的焦距小于第一透镜的焦距；且第一透镜和第三透镜在输出光束的路径内能够互换，使得(i)当第一透镜在输出光束的路径内时，通过光束分析器生成远场图像，以及(ii)当第三透镜在输出光束的路径内时，通过光束分析器生成近场图像。15.根据权利要求1所述的对准系统，进一步包括设置在光束输出端的光学下游以及第
一透镜的光学上游的第三透镜。16.根据权利要求15所述的对准系统，其中，所述第三透镜具有在非WBC维度的光功率。17.根据权利要求15所述的对准系统，其中，所述第三透镜仅具有在非WBC维度的光功率。18.根据权利要求15所述的对准系统，其中，所述第三透镜的焦距小于所述第一透镜的焦距。19.根据权利要求15所述的对准系统，其中，所述第三透镜与所述光束输出端之间的光学距离近似等于第三透镜的焦距。20.根据权利要求15所述的对准系统，其中，所述第三透镜与所述光束分析器之间的光学距离大于第三透镜的焦距。21.根据权利要求15所述的对准系统，其中，所述第三透镜能够在(i)输出光束的路径内的第一位置从而通过光束分析器生成近场图像和(ii)输出光束的路径外的第二位置之间移动，由此通过光束分析器生成远场图像。22.根据权利要求1所述的对准系统，进一步包括设置在光束输出端的光学下游的光束旋转器。23.根据权利要求22所述的对准系统，其中，所述光束旋转器配置为将输出光束旋转大约90
°
。24.根据权利要求22所述的对准系统，其中，所述光束旋转器包括(i)两个共焦柱面透镜，(ii)道威棱镜，或(iii)两个反射器。25.根据权利要求1所述的对准系统，其中，所述光束输出端包括部分反射的输出耦合器。26.一种能够对准的激光系统，包括：激光谐振器，其包括(i)用于发射多个输入光束的多个光束发射器，(ii)用于操纵输入光束的多个光学元件，以及(iii)光束输出端，其中激光谐振器被配置为沿波长光束组合(WBC)维度在空间上重叠输入光束并从所述光束输出端输出生成的输出光束；以及对准系统，其包括光束分析器，用于生成由光束发射器发射的输入光束的图像。27.根据权利要求26所述的激光系统，进一步包括控制器，配置为至少基于由光束分析器生成的图像来调整光学元件以对准输入光束。28.根据权利要求27所述的激光系统，其中，所述光学元件包括一个或多个交错反射镜和/或一个或多个准直透镜。29.根据权利要求28所述的激光系统，其中，所述控制器配置为通过倾斜一个或更多个所述交错反射镜和/或平移一个或更多个所述准直透镜来调整所述光学元件。30.根据权利要求28所述的激光系统，其中，准直透镜中的至少一个为慢轴准直透镜。31.根据权利要求26所述的激光系统，其中，所述激光谐振器包括：色散元件，用于接收和波长色散输入光束，从而形成多波长光束；以及部分反射的输出耦合器，用于(i)传输多波长光束的第一部分作为输出光束，以及(ii)将多波长光束的第二部分反射回色散元件。32.根据权利要求31所述的激光系统，其中，所述激光谐振器包括：与每个光束发射器相关联的
快轴准直器；以及光学旋转器，用于引起大约90
°
的光束旋转。33.根据权利要求31所述的激光系统，其中，所述色散元件包括衍射光栅。34.根据权利要求31所述的激光系统，其中，所述激光谐振器包括：多个第一准直器，每个第一准直器接收和准直来自光束发射器中的一个的一个或更多个光束；多个交错器，每个交错器从所述第一准直器中的一个接收所述一个或更多个光束；以及第二准直器，用于接收来自所述多个交错器的所有的光束，准直所述光束，以及将所述光束传输到色散元件。35.根据权利要求34所述的激光系统，其中，每个第一准直器包括慢轴准直透镜。36.根据权利要求31所述的激光系统，其中，所述激光谐振器包括设置在所述色散元件的光学下游和所述部分反射的输出耦合器的光学上游的折叠反射镜。37.根据权利要求31所述的激光系统，其中，所述部分反射的输出耦合器为光束输出端。38.根据权利要求26所述的激光系统，其中，所述光束分析器设置在光束输出端的光学下游。39.根据权利要求26所述的激光系统，其中，所述对准系统包括：色散元件，用于接收输出光束并色散输出光束以在WBC维度生成多个色散光束；第一透镜，其具有在垂直于WBC维度的非WBC维度的光功率，设置在光束输出端的光学下游和光束分析器的光学上游；以及第二透镜，其具有WBC维度的光功率，用于将色散光束聚焦在光束分析器上，设置在色散元件的光学下游和光束分析器的光学上游，其中光束分析器配置为接收所述多个色散光束并生成由光束分析器接收的色散光束的相对位置的图像。40.根据权利要求39所述的激光系统，其中，所述第一透镜能够在(i)输出光束的路径内的第一位置从而通过光束分析器生成远场图像和(ii)输出光束的路径外的第二位置之间移动，由此通过光束分析器生成近场图像。41.根据利要求39所述的激光系统，其中：所述对准系统包括第三透镜；第三透镜的焦距小于第一透镜的焦距；且第一透镜和第三透镜在输出光束的路径内能够互换，使得(i)当第一透镜在输出光束的路径内时，通过光束分析器生成远场图像，以及(ii)当第三透镜在输出光束的路径内时，通过光束分析器生成近场图像。42.根据权利要求39所述的激光系统，其中，所述对准系统包括设置在光束输出端的光学下游以及第一透镜的光学上游的第三透镜。43.根据权利要求42所述的激光系统，其中，所述第三透镜的焦距小于所述第一透镜的焦距。44.根据权利要求42所述的激光系统，其中，所述第三透镜能够在(i)输出光束的路径
内的第一位置从而通过光束分析器生成近场图像和(ii)输出光束的路径外的第二位置之间移动，由此通过光束分析器生成远场图像。45.根据权利要求39所述的激光系统，其中，所述对准系统包括设置在光束输出端的光学下游的光束旋转器。46.根据权利要求45所述的激光系统，其中，所述光束旋转器配置为将输出光束旋转大约90
°
。47.根据权利要求45所述的激光系统，其中，所述光束旋转器包括(i)两个共焦柱面透镜，(ii)道威棱镜，或(iii)两个反射器。48.一种对准系统，用于与激光谐振器一起使用，所述激光谐振器沿着波长光束组合(WBC)维度在空间上重叠多个输入光束并且从光束输出端输出产生的输出光束，所述对准系统包括：色散元件，配置为色散WBC维度的光束；光束分析器，用于接收光束并生成其相对位置的图像；第一透镜，其具有在垂直于WBC维度的非WBC维度的光功率，设置在光束输出端的光学下游和光束分析器的光学上游；第二透镜，其具有WBC维度的光功率，用于将色散光束聚焦在光束分析器上，设置在色散元件的光学下游和光束分析器的光学上游；第三透镜，其具有在非WBC维度的光功率，设置在光束输出端的光学下游和光束分析器的光学上游；以及多个光学元件，配置为(i)接收输出光束，(ii)将输出光束的第一部分引导至第三透镜，以及(iii)将输出光束的第二部分引导至第一透镜。49.根据权利要求48所述的对准系统，其中，输出光束的第二部分不被引导到第三透镜。50.根据权利要求48所述的对准系统，其中，第一透镜定位成接收输出光束的第一部分和输出光束的第二部分。51.根据权利要求50所述的对准系统，其中，所述光学元件被配置为以不同的角度将所述输出光束的第一部分和第二部分引导至所述第一透镜。52.根据权利要求48所述的对准系统，其中，色散元件定位成接收和色散输出光束的第一部分，由此经由光束分析器生成输入光束的近场图像。53.根据权利要求48所述的对准系统，其中，色散元件定位成接收和色散输出光束的第二部分，由此经由光束分析器生成输入光束的远场图像。54.根据权利要求48所述的对准系统，其中，所述色散元件包括衍射光栅。55.根据权利要求48所述的对准系统，其中，所述第一透镜设置在所述色散元件的光学上游。56.根据权利要求48所述的对准系统，其中，所述第三透镜设置在所述第一透镜的光学上游。57.根据权利要求48所述的对准系统，其中，所述第一透镜的焦距大于所述第二透镜的焦距。58.根据权利要求48所述的对准系统，其中，第一透镜、第二透镜或第三透镜中的至少
一个包括柱面透镜。59.根据权利要求48所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：