[發明專利]用于波長光束組合激光系統的光學交叉耦合抑制系統

在審

• 申請號: 201911301910.2
• 申請日: 2015-12-10
• 公開（公告）號: CN110957637A
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: B·陳
• 申請（專利權）人: 特拉迪歐德公司
• 主分類號: H01S5/40
• 分類號: H01S5/40;H01S5/00
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

本發明公開了用于波長光束組合激光系統的光學交叉耦合抑制系統。在各種實施例中，波長光束組合激光系統包括光學交叉耦合抑制系統和/或設計的部分反射輸出耦合器以減小或基本上消除雜散光的不想要的背反射。

本申請是2017年5月4日提交的申請號為201580060011.1、發明名稱為“用于波長光束組合激光系統的光學交叉耦合抑制系統”的專利申請的分案申請。

相關申請

本申請要求在2014年12月10日提交的美國臨時專利申請No.62/089,839的權益和優先權。該申請的全部內容通過引用包含于此。

技術領域

在各種實施例中，本發明涉及激光系統，特別地包括用于抑制光束發射器之間的光學交叉耦合的系統的波長光束組合激光系統。

背景技術

高功率激光系統用于許多不同應用，諸如焊接、切割、鉆孔和材料加工。這種激光系統通常包括激光發射器，來自激光發射器的激光被耦合到光學纖維(或簡單地“光纖”)，以及光學系統，其將來自光纖的激光聚焦到待加工的工件上。光學系統通常被設計以產生最高質量的激光束或等價地具有最低光束參數積(BPP)的光束。BPP是激光束的發散角(半角)和光束在其最窄處的半徑(即，束腰，最小光斑尺寸)的乘積。BPP對激光束的質量以及它如何可以聚焦到小的光斑進行量化，通常是以毫米-毫弧度的單位表示(mm-mrad)。高斯光束具有最低的可能的BPP，其由激光的波長除以圓周率給出。在同一波長的實際光束的BPP與理想高斯光束的BPP的比率表示為M²、或“光束質量因子”，其是光束質量的獨立于波長的度量，“最好的”質量對應于“最低的”光束質量因子1。

波長光束組合(WBC)是用于對來自激光二極管條、二極管條堆棧、或以一維或二維陣列布置的其他激光器的輸出功率和亮度進行調節的技術。WBC方法已經被開發來組合沿著發射器的陣列的一個或兩個維度的光束。典型的WBC系統包括多個發射器，諸如一個或多個二極管條，它們使用色散元件來組合以形成多波長光束。WBC系統中的每個發射器單獨地諧振，并且通過由色散元件沿著光束組合維度濾波的、來自通常部分反射的輸出耦合器的波長特定反饋來穩定。示例性WBC系統在2000年2月4日提交的美國專利No.6,192,062、1998年9月8日提交的美國專利No.6,208,679、2011年8月25日提交的美國專利No.8,670,180、以及2011年3月7日提交的美國專利No.8,559,107中詳細描述，所述專利的每一個的全部內容通過引用包含于此。

利用各種WBC技術來形成針對許多不同的應用的高功率激光器。然而，光束發射器之間的光學交叉耦合可能導致具有遜于最優亮度的傳統的WBC系統。由此，需要用于WBC激光系統的交叉耦合抑制配置。

發明內容

根據本發明的實施例，波長光束組合(WBC)激光系統特征在于多個發射器(或“光束發射器”)，例如二極管條或二極管條的各個二極管發射器，它們被組合以形成多波長光束。激光系統中的每個發射器單獨地諧振并經由來自共用部分反射輸出耦合器的波長特定反饋來穩定，所述反饋通過色散元件(例如，衍射光柵、色散棱鏡、棱柵(棱鏡/光柵)、透射光柵，或中階梯光柵)沿著光束組合維度來濾波。有利地，使用非狹縫交叉耦合抑制光學系統來抑制反饋光束之間的串擾。在各種實施例中，交叉耦合抑制系統或其至少一部分被定位在由色散元件傳輸的多波長光束的瑞利距離內，并且輸出耦合器被定位在由交叉耦合抑制系統(或其至少一部分)傳輸的多波長光束的瑞利距離內。以這種方式，根據本發明實施例的激光系統產生具有高亮度和高功率的多波長輸出光束。

在各種實施例中，交叉耦合抑制系統包括或主要由第一和第二光學元件(例如，透鏡)組成，并且第一光學元件的焦距大于(或甚至遠大于)第二光學元件的焦距。在這種實施例中，第一光學元件可以定位在由色散元件傳輸的多波長光束的瑞利距離內，并且輸出耦合器可以被定位在由第二光學元件傳輸的多波長光束的瑞利距離內。