光纤激光合成器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤激光合成器。更具体地，它涉及用于使几个激光器的输出合成为单一输出光纤的合成器以及用于控制从该光纤射出的空间光束分布的控制设备和控制方法。
【背景技术】
[0002]许多激光加工方案依靠通过光纤的光束传输。该光纤通常是径向对称的(具有圆形横截面)，并且具有一致的折射率分布图(以别的方式成为阶跃型折射率)。从这样的光纤射出的光束因而也是圆形对称的并且在通过光束传输光纤接收激光光束的工件上产生基本一致的光分布。
[0003]对于许多应用而言，需要在工件上产生定制的不一致的光分布，例如环形分布或者具有中心峰值的分布。能获取到用于产生这种分布的方案，但是其通常是复杂的并且涉及自由空间光学器件的使用。特别对于高功率光纤-激光器系统而言这些的使用是不需要的。
[0004]产生高功率光纤激光器系统的一种方法是通过拼接成输出光纤的锥形光纤束使多个激光器的输出合成。每个激光器通过单独的输入光纤传送束，在单独的输入光纤中的激光光束然后被合成，并且所有的它们的输入通过同一单一输出光纤输出。这些是通常已知的输出合成器。这种合成方案的一个方面在于，虽然各个输入光纤定位成彼此紧密接近，但是当它们保持为锥形束时的输入是不同的。标准输出光纤收集所有的输入并且产生一致的输出，因为所有输入由同一圆形对称单一折射率区重叠。
[0005]W02011/048398公开了一种具有锥形输入光纤束的系统。
【发明内容】
[0006]本发明试图提供一种能够在工件上产生不均匀或者定制的光分布的合成配置。
[0007]根据本发明的一个方面，提供一种光合成器，包括拼接成输出光纤的输入光纤束，所述输出光纤包括具有折射率n0和等于或者大于所述输入光纤束直径的直径的第一区域和在所述第一区域内的一个或者多个第二区域，每个所述第二区域具有不同于n0的折射率，每个所述第二区域不叠置所有的所述输入光纤。
[0008]第二区域由此被配置成使得它们提供仅从输入光纤的辅助组耦接。
[0009]如果输入光纤的端面被封装或者部分地被封装在第二区域的端面中，那么第二区域叠置输入光纤。
[0010]第一区域的直径优选地等于或者基本等于输入光纤束在拼接点处的直径。
[0011]输出光纤可以是双覆层输出光纤。
[0012]第一区域可以是覆层。
[0013]第二区域可以包括中心芯。
[0014]第二区域可以可选地或者另外地包括一个或者多个环形区域。
[0015]在所述第二区域包括至少一个环形区域的情况下，所述输入光纤束包括至少一个径向外部输入光纤组，并且，所述环形区域叠置所述径向外部输入光纤。
[0016]输出光纤可具有由第一区域包围的第二区域，并且输入光纤束可具有中心芯和径向围绕它的多个光纤，使得输出光纤的第二区域的直径等于或者小于中心输入光纤的直径。优选的是，它定位成使得它的进入面位于由所述中心输入光纤的输出面限定的区域内。它可以与其共轴。在该实施例或者其它实施例中的第二区域可例如为圆形或者椭圆形，或者具有其它形状。
[0017]可以使用输出光纤的其它构造。在输出光纤具有中心第二区域和周围第一区域，例如具有中心芯和周围覆层的实施例中，可以看到中心芯用于获取来自中心输入光纤的大部分光，因而趋于在输出光束分布的中心提供显著的峰。此外，来自外部输入“端口”(即，输入光纤)的光的一部分也能被输出光纤的中心芯获取。这能导致具有中心峰的分布，这对于一定范围的激光加工操作是有利的。
[0018]在输出光纤具有环形第二区域，例如与输入束的外部光纤叠置的圆形高折射率环的实施例中，输入光的大部分直接耦接到由高折射率环形成的环形基架。这导致输出光的强度分布与具有环形峰的直径的相反。产生环形光束的这种方法与其它体光方案相比是稳固且简单的方法。另外，亮度通常根据从总光纤面积与环形基架面积的比率增加。这种分布对于广泛范围的激光加工应用也是有利的。
[0019]在另一方面，本发明提供了一种从多个激光器提供单一输出的方法，包括:提供具有从多个激光器中的每个接收激光器输出的多个输入光纤的输入光纤束，和使所述束在拼接点拼接成单一输出光纤；所述输出光纤包括具有折射率n0和等于或者大于输入光纤束直径的直径的第一区域，并且也包括在所述第一区域内部的一个或者多个第二区域，每个所述第二区域具有不同于n0的折射率，每个所述第二区域不叠置所有的输入光纤。
[0020]第二区域可以是环形区域或者多个环形区域，中心芯和一个或者多个环形区域的组合，或者设置有多于一个的高折射率区域(该区域可具有不同的折射率)的其它构造。
[0021]在另一方面，本发明提供包括所述的输出合成器的激光器系统。
[0022]在另一方面，本发明提供使用所述的方法或者设备的材料加工方法或者在材料加工期间定制光束分布的方法。
【附图说明】
[0023]现在将参照所附的示意性附图仅通过示例的方式说明本发明的实施例，在附图中:
[0024]图1不出了输入光纤束的端视图；
[0025]图2示出了没有第二区域的匹配的输出光纤；
[0026]图3示出了输出强度的曲线；
[0027]图4示出了光纤束的端视图；
[0028]图5示出了具有第二区域的匹配的输出光纤；
[0029]图6示出了采用边缘输入的输出强度的曲线；
[0030]图7示出了采用中心输入的输出强度的曲线；
[0031]图8示出了输入线束的端视图；
[0032]图9示出了具有第二区域的匹配的输出光纤；
[0033]图10示出了输出强度的曲线；
[0034]图11示出了类似于图5的输出光纤；
[0035]图12示出了与锥形输入光纤束叠置的输出光纤；
[0036]图13示出了类似于图9的环形高折射率区域输出光纤；
[0037]图14示出了与锥形输入光纤束叠置的图13的输出光纤；和
[0038]图15示出了用于材料加工的系统。
【具体实施方式】
[0039]图1至3示出了在先提出的系统。输入光纤束包括七个光纤的束，所述束包括第一中心光纤I和六个外部光纤2a至2f。每个光纤具有覆层4(直径为d)和芯3。光纤束以已知的方式成锥形。它在近端处从七个单独的光纤激光器接收输入，并且远端示出在附图中，各个激光器的输出通过单独的光纤从远端射出。这被拼接成通常具有覆层直径3d的匹配输出光纤5。在输出光纤中，已经被应用通过在图1中示出的光纤束的各个光纤的来自单独的激光器的各输出被合成为最终光束，并且在输出光纤4的输出端被输出。图3近似示出了越过光纤的输出阶段的直径的输出的相对强度，并且可看到跨越整个直径相对强度通常是一致的。当然，视图被简化，实际上可能存在稍微的变化。
[0040]图4示出了类似于图1的输入光纤束。注意到，输入光纤束本身是已知的，并包括中心芯3和外部覆层区域。这被拼接成图5中所示的输出光纤6，其与图2的区别在于具有中心芯7和周围覆层8。因此，覆层区域8是折射率n0的第一区域，并且芯7是不同于n0的折射率nl的第二区域。覆层直径约等于锥形输入光纤束的外径，因此直径约为3d。中心芯具有比覆层高的折射率。在一个实施例中折射率如下:
[0041]芯=1.459
[0042]覆层=1.455
[0043]NA = O-1l
[0044]图11也示出了图5的输出，图12示出了在锥形输入光纤的横截面图上的这种叠置，不出各个输入光纤Ila至llg，和具有芯13的输出光纤12，芯13与中心光纤Ilg基本同心(共轴)或者至少位于其内部(或者与其共同延伸)。可观察到，内芯(7，13)用于从中心输入光纤Ilf获取大部分光，因而在图6中所不的输出光束分布中具有显