[發明專利]光纖彎曲機構

在審

• 申請號: 202310066799.3
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN115963601A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: D·A·V·克萊爾;R·法羅
• 申請（專利權）人: 恩耐公司
• 主分類號: G02B6/26
• 分類號: G02B6/26
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 王永建

光纖彎曲機構通過偏轉或彎曲一根或多根光纖、通過將一根或多根光纖的若干部分推向具有可選曲率的光纖成形表面、或者通過選擇將被推向光纖成形表面的光纖長度來改變束特性。在一些示例中，光纖被固定到柔性板，以符合柔性板的可變曲率。在其他示例中，將可變長度的光纖拉向或推向光纖成形表面，并且光纖的長度或柔性板的曲率提供光纖光束特性的修改。

本申請是申請號為201880047650.8、申請日為2018年3月28日、發明名稱為“光纖彎曲機構”的發明專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請是2017年5月26日提交的美國專利申請No.15/607,399、2017年5月26日提交的美國專利申請No.15/607,410、2017年5月26日提交的美國專利申請No.15/607,411和2017年5月26日提交的專利合作條約申請PCT/US2017/034848的部分延續，這些申請都要求2016年9月29日提交的美國臨時專利申請No.62/401,650的權益。所有這些申請的全部內容通過引用結合于此。

技術領域

本公開涉及光纖中的光束成形。

背景技術

高功率光纖耦合激光器的使用在各種應用中繼續受到歡迎，例如，材料加工、切割、焊接和/或增材制造。這些激光器包括例如光纖激光器、圓盤激光器、二極管激光器、二極管泵浦固態激光器和燈泵浦固態激光器。在這些系統中，光功率經由光纖從激光器傳送到工件。

各種光纖耦合激光器材料加工任務需要不同的光束特性(例如，空間輪廓和/或發散度輪廓)。例如，切割厚金屬和焊接通常需要比切割薄金屬更大的光斑尺寸。理想情況下，激光束的特性是可調整的，以實現對這些不同任務的優化加工。常規上，用戶有兩種選擇：(1)采用具有固定光束特性的激光系統，該系統可以用于不同的任務，但對大多數任務來說不是最佳的(即，在性能和靈活性之間折衷)；或者(2)購買激光系統或附件，其提供可變光束特性，但增加了顯著的成本、尺寸、重量、復雜性，并且可能會導致性能下降(例如，光損耗)或可靠性下降(例如，魯棒性降低或可運行時間縮短)。當前可用的能夠改變光束特性的激光系統需要使用自由空間光學器件或其他復雜且昂貴的附加機構(例如，變焦透鏡、反射鏡、可平移或機動化的透鏡、組合器等)，以改變光束特性。沒有一種解決方案能夠提供所需的光束特性可調整性，從而最大限度地減少或消除對使用自由空間光學器件或其他附加部件的依賴，這些部件在成本、復雜性、性能和/或可靠性方面帶來了相當大的損失。所需要的是一種用于提供變化的光束特性的光纖內裝置，該裝置不需要或最小化自由空間光學器件的使用，并且可以避免顯著的

成本、復雜性、性能折衷和/或可靠性降低。

發明內容

設備包括被定位成接收輸入光束的第一光纖，第一光纖具有第一折射率輪廓。光纖成形表面被定位成使得至少第一光纖的一部分被推動以符合(順應，conform)光纖成形表面。彎曲控制器被定位成選擇第一光纖的被推動以符合光纖成形表面的一部分的長度，或者選擇光纖成形表面的曲率，以擾動輸入光束并產生經修改的光束。第二光纖耦合到第一光纖并且被定位成接收經修改的光束，第二光纖具有第二折射率輪廓，該第二折射率輪廓被選擇成保持經修改的光束的至少一個光束特性。在一些示例中，光纖成形表面是柔性板的主表面，柔性板包括離子聚合物復合材料。在其他替代方案中，使用壓電彎曲致動器，該致動器可以包括結合在一起的一個或多個壓電板。通常，第一電極和第二電極被定位成使得離子聚合物的至少一部分位于第一電極和第二電極之間。在一些示例中，第一電極和第二電極是基本覆蓋第一主表面和第二主表面的導電層，并且彎曲控制器是電壓源。在進一步的示例中，第二組電極位于離子聚合物周圍，并且傳感器聯接到第二組電極，以檢測柔性板的變形。彎曲控制器聯接到傳感器，并基于由第二組電極檢測的電壓建立施加到離子聚合物的電壓。