[發明專利]高功率全光纖望遠鏡

在審

• 申請號: 202010139430.7
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111650699A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: R.D.福爾哈伯;M.H.穆恩德爾
• 申請（專利權）人: 朗美通經營有限責任公司
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42;G02B27/09;H01S3/067
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 葛飛

一種光纖裝置可以包括光波導，用于將激光輸出從光波導的第一端引導到光波導的第二端。該光纖裝置可以包括光纖望遠鏡，其光學耦合到光波導的第二端以修改激光輸出。該光纖望遠鏡可以包括：第一漸變折射率光學元件，該第一漸變折射率光學元件的第一面熔合到光波導的第二端；以及第二漸變折射率光學元件，該第二漸變折射率光學元件的第一面熔合到第一漸變折射率光學元件的第二面。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2019年3月4日提交的美國臨時專利申請號62/813486的優先權，其全部內容通過引用合并于此。

技術領域

本公開涉及激光束輸送，更具體地，涉及使用全光纖望遠鏡的激光束輸送。

背景技術

激光材料處理可用于切割、鉆孔、焊接、釬焊、表面退火、合金化、硬化和其他應用。可以使用光纖將高功率和/或高強度的激光束輸送到要在其上進行激光材料處理的工件。激光材料處理的優點包括高生產率、處理的非接觸性質、改善的質量以及激光束的輸送點的高精度和遷移性。

光纖輸送的激光材料處理系統通常包括激光源(例如一個或多個光纖激光模塊)、光耦合器、輸送光纖(長度通常為10-50米并包括在兩端可插入的輸送纜線中)和處理頭。處理頭是光學組件，其包括用于輸送光纖的容納部、用于投射激光功率的光學器件以及基于激光的處理所需的任何部件，比如輔助氣體端口。在操作中，激光發射被傳輸到光耦合器單元中(例如通過自由空間或通過單獨光纖)。光耦合器單元將激光發射發送到輸送光纖中，然后輸送光纖將激光傳輸到處理頭。處理頭與執行處理任務相關地將激光投射到工件上。

如上所述，在某些情況下，激光源可以包括一個或多個光纖激光模塊。典型的高亮度單獨光纖激光模塊以約1.0毫米毫弧度(mm-mrad)的束參數乘積(BPP)運行至例如4千瓦(kW)的功率。這種單獨激光模塊通常具有例如在約30-50微米(μm)的范圍內的輸出光纖芯直徑，并且數值孔徑(NA)小于0.08。為了縮放功率，可以組合多個單獨光纖激光模塊(例如使用L:1(L1)配置的光纖組合器)以形成多模塊光纖激光引擎(engine)。典型的引擎以約3.0-5.0mm-mrad的BPP運行至例如16kW的組合功率。這種引擎的光學特性通常具有例如約50-100μm的芯直徑，并且NA小于0.16。

發明內容

根據一些可能的實施方式，一種光纖裝置可以包括：光波導，用于將激光輸出從光波導的第一端引導到光波導的第二端；和光纖望遠鏡，其光學耦合到光波導的第二端以修改激光輸出，該光纖望遠鏡包括：第一漸變折射率光學元件，該第一漸變折射率光學元件的第一面熔合到光波導的第二端；以及第二漸變折射率光學元件，該第二漸變折射率光學元件的第一面熔合到第一漸變折射率光學元件的第二面。

根據一些可能的實施方式，一種激光系統可以包括：激光源，用于提供激光輸出；光纖裝置，包括：光波導，用于引導激光輸出；和光纖望遠鏡，用于修改激光輸出，該光纖望遠鏡光學耦合到光波導的端部，并且該光纖望遠鏡包括：第一漸變折射率光學元件，該第一漸變折射率光學元件的第一面熔合到光波導的端部；以及第二漸變折射率光學元件，該第二漸變折射率光學元件的第一面熔合到第一漸變折射率光學元件的第二面。

根據一些實施方式，一種方法可以包括：將激光輸出從光波導的第一端引導到光波導的第二端；通過耦合到光波導的第二端的光纖望遠鏡修改激光輸出，其中，所述光纖望遠鏡包括第一漸變折射率光學元件和第二漸變折射率光學元件，并且其中，所述修改包括以下中的至少一個：激光輸出的放大，激光輸出的縮小，圖像平面相對于激光輸出的苛性腰(caustic waist)的移動，或激光輸出的束成形。

根據一些實施方式，一種光纖裝置可以包括：光波導，用于將激光輸出從光波導的第一端引導到光波導的第二端；和光纖望遠鏡，其光學耦合到光波導的第二端，以修改激光輸出，其中，所述光纖望遠鏡包括至少一個漸變折射率光學元件，其中，所述至少一個漸變折射率光學元件的總長度大于四分之一節距，并且其中，所述至少一個漸變折射率光學元件的面熔合到光波導的第二端。