[发明专利]用于波长光束组合激光系统的光学交叉耦合抑制系统

说明书

在各种实施例中，波长光束组合激光系统包括光学交叉耦合抑制系统和/或设计的部分反射输出耦合器以减小或基本上消除杂散光的不想要的背反射。

相关申请

本申请要求在2014年12月10日提交的美国临时专利申请No.62/089,839的权益和优先权。该申请的全部内容通过引用包含于此。

技术领域

在各种实施例中，本发明涉及激光系统，特别地包括用于抑制光束发射器之间的光学交叉耦合的系统的波长光束组合激光系统。

背景技术

高功率激光系统用于许多不同应用，诸如焊接、切割、钻孔和材料加工。这种激光系统通常包括激光发射器，来自激光发射器的激光被耦合到光学纤维(或简单地“光纤”)，以及光学系统，其将来自光纤的激光聚焦到待加工的工件上。光学系统通常被设计以产生最高质量的激光束或等价地具有最低光束参数积(BPP)的光束。BPP是激光束的发散角(半角)和光束在其最窄处的半径(即，束腰，最小光斑尺寸)的乘积。BPP对激光束的质量以及它如何可以聚焦到小的光斑进行量化，通常是以毫米-毫弧度的单位表示(mm-mrad)。高斯光束具有最低的可能的BPP，其由激光的波长除以圆周率给出。在同一波长的实际光束的BPP与理想高斯光束的BPP的比率表示为M²、或“光束质量因子”，其是光束质量的独立于波长的度量，“最好的”质量对应于“最低的”光束质量因子1。

波长光束组合(WBC)是用于对来自激光二极管条、二极管条堆栈、或以一维或二维阵列布置的其他激光器的输出功率和亮度进行调节的技术。WBC方法已经被开发来组合沿着发射器的阵列的一个或两个维度的光束。典型的WBC系统包括多个发射器，诸如一个或多个二极管条，它们使用色散元件来组合以形成多波长光束。WBC系统中的每个发射器单独地谐振，并且通过由色散元件沿着光束组合维度滤波的、来自通常部分反射的输出耦合器的波长特定反馈来稳定。示例性WBC系统在2000年2月4日提交的美国专利No.6,192,062、1998年9月8日提交的美国专利No.6,208,679、2011年8月25日提交的美国专利No.8,670,180、以及2011年3月7日提交的美国专利No.8,559,107中详细描述，所述专利的每一个的全部内容通过引用包含于此。

利用各种WBC技术来形成针对许多不同的应用的高功率激光器。然而，光束发射器之间的光学交叉耦合可能导致具有逊于最优亮度的传统的WBC系统。由此，需要用于WBC激光系统的交叉耦合抑制配置。

发明内容

根据本发明的实施例，波长光束组合(WBC)激光系统特征在于多个发射器(或“光束发射器”)，例如二极管条或二极管条的各个二极管发射器，它们被组合以形成多波长光束。激光系统中的每个发射器单独地谐振并经由来自共用部分反射输出耦合器的波长特定反馈来稳定，所述反馈通过色散元件(例如，衍射光栅、色散棱镜、棱栅(棱镜/光栅)、透射光栅，或中阶梯光栅)沿着光束组合维度来滤波。有利地，使用非狭缝交叉耦合抑制光学系统来抑制反馈光束之间的串扰。在各种实施例中，交叉耦合抑制系统或其至少一部分被定位在由色散元件传输的多波长光束的瑞利距离内，并且输出耦合器被定位在由交叉耦合抑制系统(或其至少一部分)传输的多波长光束的瑞利距离内。以这种方式，根据本发明实施例的激光系统产生具有高亮度和高功率的多波长输出光束。

在各种实施例中，交叉耦合抑制系统包括或主要由第一和第二光学元件(例如，透镜)组成，并且第一光学元件的焦距大于(或甚至远大于)第二光学元件的焦距。在这种实施例中，第一光学元件可以定位在由色散元件传输的多波长光束的瑞利距离内，并且输出耦合器可以被定位在由第二光学元件传输的多波长光束的瑞利距离内。