[發明專利]高功率激光系統

有效

• 申請號: 201380012279.9
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN104136961B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 斯科特·R·卡爾森;羅伯特·J·馬丁森;基斯·W·肯尼迪
• 申請（專利權）人: 恩耐有限公司
• 主分類號: G02B27/48
• 分類號: G02B27/48;H01S3/10
• 代理公司: 上海申新律師事務所31272
• 代理人: 董科

相關申請的交叉引用

此申請是基于在2011年1月4提交的申請號為12/984,085,的專利申請，該專利申請的相關內容在下文被完整的引入作為參考。

技術領域

本發明的領域涉及光束均勻器。更具體地，本發明涉及具有光纖連接的光源的均勻器。

背景技術

隨著半導體激光器的發展，制造商可以提供越來越多的具有不同波長的更強大的激光源，以適于不同的應用。典型的半導體激光器的應用包括材料加工（切割和劃刻材料），通訊系統，醫學設備，照明系統和分析儀器。在許多應用中，多個設備使用包括透鏡，反光鏡，大量光束分離器和帶保險的光纖連接器在內的器件輸出，以提供更強大的光源。在許多情況下，由半導體激光器產生的激光束并非是圓形的，而是橢圓型的，并且在延長的激光發射區形狀的基礎上，激光束典型的具有不同的光束腰。

一些應用對于光束均勻度具有嚴苛的要求。在對激光器的輸出付出巨大的努力，用以產生均勻的光束后，所用的系統仍然持續的顯示某些顯著的限制。這需要大量復雜的，昂貴的光學元件的序列，而這些元件需要精確的，穩定的排列以產生一個可接受的組合光束。

因而，盡管多年來付出了巨大的努力，仍舊長期需要提供高度均勻組合光束的激光束組合系統。

發明內容

照射系統包括多個激光連接光源，每個光源被配置產生沿著相應傳播軸傳播的相應光束，那些傳播軸有一個共同的方向如一個公共平面并與一個光軸有關。這些照射光束被各自放置，并且使光學元件位于沿著使光束易于朝著光軸的方向收斂。收斂的光學元件可以是一個折射的，反射的，或其它具有正光功率的光學元件。在某些實施例中，收斂的元件是一個柱面鏡或透鏡。照射系統也包括一個透鏡，它用于接收從收斂的光學元件發送來的照射光束并形成相應的光束焦距，這些光束焦距沿著光軸直角的方向和一個公共的平面各自放置。一個光導管被放置在接收聚集的光束的位置并多重反射這些聚集的光束至光導管輸出以形成一個輸出光束。此輸出光束是一個典型的均勻的光束，它具有比沿著至少一個光軸好至少10%的高度均勻性。

在某些實施例中，每個光纖連接光源包括至少兩個激光二級管，這兩個激光二級管連接至一個多模光纖。在其它的實施例中，收斂的光學元件是一個圓柱形的收斂光學元件并且光學焦距為線焦距，它垂直的擴展在公共平面上。在進一步的實施例中，光導管包括一個固體的透明底層，它定義了一個具有寬度W和高度H的矩形斷面的傳播值。在其它的實施例中，光導管包括一個高度H的正面，用于配置接收聚集的光束，和至少兩個外表面，用于配置多重反射的輸入光束的方向，這些光束源于一個正面的輸入部分至一個正面的輸出部分以用于產生一個輸出放射流。在額外的典型實施例中，配置了一個光束處理透鏡，以產生一個處理過的光束，它是基于來自正面輸出部分的輸出放射流并把處理過的光束指向一個工作面。在典型的實施例中，光導管正面的輸入部分和輸出部分是矩形的，并且處理透鏡被配置在工作面上產生一個矩形照明光束。在某些實施例中，光導管基于在公共平面上聚集的光束數值孔徑以配置便于多重反射聚集的光束。

產生均勻的光束的方法包括接收多個沿著一個軸線以不同角度傳播的光束。多個光束中的每個光束都指向軸線，并且接收的光束被處理過，以增加至少一個方向的光束的數值孔徑。處理過的光束被指向一個光導管，以便于產生一個輸出光束。在某些實施例中，多個光束中的每個在一個公共平面內傳播并在公共平面內指向軸線。在進一步的實施例中，多個光束中的每個光束有一個被處理過的至少一個方向的初始的光束數值孔徑，因此輸出的至少在一個方向的數值孔徑至少5倍于初始輸入光束的數值孔徑。在額外的典型實施例中，選中光導管，以便于處理過的光束在光導管內與一個和增加的光速數值孔徑相關的方向被多重反射。仍在其它的實施例中，光束數值孔徑在公共平面內被增加，且光導管被選擇，以便在公共平面垂直的平面上進行多重反射。在其它的實施例中，光導管被選擇，以便于擁有和公共平面平行的平面并且位于此位置，以至于被處理過的光束在光導管內傳播而不被這些平面多重反射。