光纤弯曲机构的制作方法

本公开涉及光纤中的光束成形。

背景技术：

1、高功率光纤耦合激光器的使用在各种应用中继续受到欢迎，例如，材料加工、切割、焊接和/或增材制造。这些激光器包括例如光纤激光器、圆盘激光器、二极管激光器、二极管泵浦固态激光器和灯泵浦固态激光器。在这些系统中，光功率经由光纤从激光器传送到工件。

2、各种光纤耦合激光器材料加工任务需要不同的光束特性(例如，空间轮廓和/或发散度轮廓)。例如，切割厚金属和焊接通常需要比切割薄金属更大的光斑尺寸。理想情况下，激光束的特性是可调整的，以实现对这些不同任务的优化加工。常规上，用户有两种选择：(1)采用具有固定光束特性的激光系统，该系统可以用于不同的任务，但对大多数任务来说不是最佳的(即，在性能和灵活性之间折衷)；或者(2)购买激光系统或附件，其提供可变光束特性，但增加了显著的成本、尺寸、重量、复杂性，并且可能会导致性能下降(例如，光损耗)或可靠性下降(例如，鲁棒性降低或可运行时间缩短)。当前可用的能够改变光束特性的激光系统需要使用自由空间光学器件或其他复杂且昂贵的附加机构(例如，变焦透镜、反射镜、可平移或机动化的透镜、组合器等)，以改变光束特性。没有一种解决方案能够提供所需的光束特性可调整性，从而最大限度地减少或消除对使用自由空间光学器件或其他附加部件的依赖，这些部件在成本、复杂性、性能和/或可靠性方面带来了相当大的损失。所需要的是一种用于提供变化的光束特性的光纤内装置，该装置不需要或最小化自由空间光学器件的使用，并且可以避免显著的

3、成本、复杂性、性能折衷和/或可靠性降低。

技术实现思路

1、设备包括被定位成接收输入光束的第一光纤，第一光纤具有第一折射率轮廓。光纤成形表面被定位成使得至少第一光纤的一部分被推动以符合(顺应，conform)光纤成形表面。弯曲控制器被定位成选择第一光纤的被推动以符合光纤成形表面的一部分的长度，或者选择光纤成形表面的曲率，以扰动输入光束并产生经修改的光束。第二光纤耦合到第一光纤并且被定位成接收经修改的光束，第二光纤具有第二折射率轮廓，该第二折射率轮廓被选择成保持经修改的光束的至少一个光束特性。在一些示例中，光纤成形表面是柔性板的主表面，柔性板包括离子聚合物复合材料。在其他替代方案中，使用压电弯曲致动器，该致动器可以包括结合在一起的一个或多个压电板。通常，第一电极和第二电极被定位成使得离子聚合物的至少一部分位于第一电极和第二电极之间。在一些示例中，第一电极和第二电极是基本覆盖第一主表面和第二主表面的导电层，并且弯曲控制器是电压源。在进一步的示例中，第二组电极位于离子聚合物周围，并且传感器联接到第二组电极，以检测柔性板的变形。弯曲控制器联接到传感器，并基于由第二组电极检测的电压建立施加到离子聚合物的电压。

2、根据一些示例，第一光纤被定位成沿着光纤成形表面的曲率方向延伸。在其他示例中，第一光纤包括一个或多个细长的回圈，并且光纤的符合光纤成形表面的一部分包括回圈的被定位成在光纤成形表面的曲率方向上延伸的细长部分。在其他实施例中，位移构件联接到柔性板，以通过推压柔性板或拉动柔性板来改变光纤成形表面的曲率。在典型的示例中，柔性板被固定在两个位置，且位移构件在这两个位置之间联接到柔性板。在代表性实施例中，柔性板沿光纤成形表面的曲率方向在相应的端部被固定住。根据一些示例，光纤成形表面具有固定的曲率，并且是环的表面、环的一部分的表面、或者圆柱体(例如，直圆柱体)的外表面。

3、在一些示例中，弯曲控制器被定位成改变第一光纤的符合光纤成形表面的一部分的长度。在另外的示例中，引导件相对于柔性表面可滑动地固定并且被定位成接合光纤，使得第一光纤的被推动以符合光纤成形表面的一部分的长度能够响应于引导件沿着光纤成形表面的移动而变化。在一些示例中，引导件包括接合第一光纤的凹槽。在又一些实施例中，连接构件可旋转地固定在旋转轴处并固定到引导件，使得引导件围绕轴的旋转沿着所述光纤成形表面推动引导件。根据另外的示例，光纤成形表面具有包括多个圆形曲率的复合曲率，并且旋转轴对应于多个圆形曲率中的一个的曲率中心。

4、根据一些示例，光纤成形表面由心轴表面的一部分限定，并且弯曲控制器包括钳口，该钳口被定位成朝向心轴表面的一部分推动第一长度光纤，且第一光纤形成回圈的位于心轴周围的至少一部分。在一些情况下，弯曲控制器包括被定位成朝向第一长度光纤推动心轴的工作台。在另外的示例中，第一光纤和第二光纤形成回圈的至少一部分。接头

5、耦合第一光纤和第二光纤，且钳口被定位成朝向心轴表面的一部分推动第一长度光纤、第二光纤的一部分以及接头。在又一些示例中，钳口包括相对于工作台的位移轴相对地设置的第一钳口和第二钳口，第一钳口和第二钳口联接到第一弹性构件和第二弹性构件，每个弹性构件被定位成朝向心轴表面推动相应的钳口表面。在其他示例中，弯曲控制器被配置成朝向第一钳口表面和第二钳口表面推动心轴，以便选择第一光纤的被推动以符合光纤成形表面的一部分、第二光纤的被推动以符合光纤成形表面的一部分、以及回圈的不接触光纤弯曲表面、第一钳口或第二钳口的至少一部分的曲率。

6、在一些示例中，光纤部分固定在一个或两个端点，或者形成为弯曲的、回圈状的或直的部分，并且一个或多个表面(例如，销、杆或球的表面)与光纤部分接触，并且作为响应光纤发生弯曲。在一些示例中，朝向这样的表面推动光纤部分，或者朝向光纤部分推动该表面，或者这两者都可以朝向彼此移动。

7、从下面参考附图进行的详细描述中，所公开技术的前述和其他目的、特征和优点将变得更加显而易见。

技术特征：

1.一种设备，包括：

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光纤成形表面是柔性表面。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述光纤成形表面是柔性板的主表面。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述柔性板包括离子聚合物复合材料。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述柔性板包括第一主表面和第二主表面，并且所述设备还包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被定位成使得所述离子聚合物的至少一部分位于所述第一电极和所述第二电极之间。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第一电极和所述第二电极是基本覆盖所述第一主表面和所述第二主表面的导电层。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述弯曲控制器是电压源。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述设备还包括：

9.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一光纤被定位成沿着所述光纤成形表面的曲率方向延伸。

10.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一光纤包括一个或多个细长的回圈，并且所述光纤的符合所述光纤成形表面的所述一部分包括所述回圈的被定位成在所述光纤成形表面的曲率方向上延伸的一个或多个部分。

11.根据权利要求2所述的设备，其中，所述设备还包括位移构件，所述位移构件联接到所述柔性板，以改变所述光纤成形表面的曲率。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述位移构件被联接以推靠所述柔性板。

13.根据权利要求11所述的设备，其中，所述设备还包括联接到所述位移构件的压电致动器，其中，所述位移构件被联接以拉动所述柔性板。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光纤成形表面包括多个光纤成形表面，其中，所述多个光纤成形表面中的至少两个具有不同的表面曲率，并且所述多个光纤成形表面中的每一个被定位成使得至少所述第一光纤的多个部分被推动以符合至少两个相应的光纤成形表面，并且所述弯曲控制器被定位成选择至少所述第一光纤的待推动以符合所述多个光纤成形表面中相应的光纤成形表面的所述一部分的长度。

15.根据权利要求11所述的设备，其中，所述柔性板沿所述光纤成形表面的曲率方向在相应的端部被固定住。

16.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光纤成形表面具有固定的曲率。

17.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光纤成形表面是环的表面或环的一部分的表面。

18.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光纤成形表面是圆柱体的外表面。

19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述圆柱体是直圆柱体。

20.根据权利要求16所述的设备，其中，所述弯曲控制器被定位成改变所述第一光纤的符合所述光纤成形表面的所述一部分的长度。

21.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备还包括引导件，所述引导件相对于所述柔性表面可滑动地固定并且被定位成接合所述光纤，使得所述光纤的被推动以符合所述光纤成形表面的所述一部分的长度能够响应于所述引导件沿着所述光纤成形表面的移动而变化。

22.根据权利要求20所述的设备，其中，所述引导件包括接合所述第一光纤的凹槽。

23.根据权利要求21所述的设备，其中，所述引导件是能够滑动的，使得所述光纤的符合所述光纤成形表面的所述一部分的长度大于由所述光纤成形表面限定的周长。

24.根据权利要求20所述的设备，其中，所述设备还包括连接构件，所述连接构件可旋转地固定在旋转轴处并固定到所述引导件，使得所述引导件围绕所述轴的旋转沿着所述光纤成形表面推动所述引导件。

25.根据权利要求24所述的设备，其中，所述光纤成形表面具有包括多个圆形曲率的复合曲率，并且所述旋转轴对应于所述多个圆形曲率中的一个的曲率中心。

26.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光纤成形表面由心轴表面的一部分限定，并且所述弯曲控制器包括钳口，所述钳口被定位成朝向所述心轴表面的所述一部分推动所述第一长度光纤。

27.根据权利要求26所述的设备，其中，所述第一光纤形成回圈的位于所述心轴周围的至少一部分。

28.根据权利要求27所述的设备，其中，所述弯曲控制器包括被定位成朝向所述第一长度光纤推动所述心轴的工作台。

29.根据权利要求28所述的设备，其中，所述第一光纤和所述第二光纤形成所述回圈的所述至少一部分，所述设备还包括耦合所述第一光纤和所述第二光纤的接头，其中，所述钳口被定位成朝向所述心轴表面的所述一部分推动所述第一长度光纤、所述第二光纤的一部分以及所述接头。

30.根据权利要求29所述的设备，其中，所述钳口包括相对于所述工作台的位移轴相对地定位的第一钳口和第二钳口，所述第一钳口和第二钳口联接到第一弹性构件和第二弹性构件，每个弹性构件被定位成朝向所述心轴表面推动相应的钳口表面。

31.根据权利要求30所述的设备，其中，所述弯曲控制器被配置为朝向所述第一钳口表面和所述第二钳口表面推动所述心轴，以便选择所述第一光纤的被推动以符合所述光纤成形表面的所述一部分、所述第二光纤的被推动以符合所述光纤成形表面的一部分、以及所述回圈的不接触所述光纤弯曲表面、所述第一钳口或所述第二钳口的至少一部分的曲率。

32.一种设备，包括：

33.根据权利要求32所述的设备，其中，所述第一光纤的所述一部分从光纤支撑件延伸。

34.根据权利要求32所述的设备，其中，所述第一光纤的所述一部分位于第一光纤支撑件和第二光纤支撑件之间。

技术总结
光纤弯曲机构通过偏转或弯曲一根或多根光纤、通过将一根或多根光纤的若干部分推向具有可选曲率的光纤成形表面、或者通过选择将被推向光纤成形表面的光纤长度来改变束特性。在一些示例中，光纤被固定到柔性板，以符合柔性板的可变曲率。在其他示例中，将可变长度的光纤拉向或推向光纤成形表面，并且光纤的长度或柔性板的曲率提供光纤光束特性的修改。

技术研发人员：D·A·V·克莱尔,R·法罗
受保护的技术使用者：恩耐公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13