[发明专利]用于材料的工业加工的装置和方法

说明书

用于材料的工业加工的装置，该装置包括：激光器(1)、波束递送系统(91)、以及输出端口(92)，其中：波束递送系统(91)包括光学隔离器(8)和光纤(2)；激光器(1)由峰值功率(21)定义；激光器(1)发射处于信号波长(19)的激光辐射(13)；激光辐射(13)经由波束递送系统(91)从激光器(1)耦合到输出端口(92)；并且光纤(2)包括由芯(101)、包覆层(102)、信号波长(19)处的模场面积(104)、长度(86)、以及拉曼(Raman)波长(25)定义的光学波导(100)；并且该装置的特征在于：拉曼波长(25)长于信号波长(19)；波束递送系统(91)使信号波长(19)处的激光辐射(13)衰减，以使得由激光器(1)发射的激光辐射(13)的功率大于输出端口(92)处的激光辐射(13)的功率；该装置不包括用于在激光辐射(13)沿光纤(2)传播时泵浦信号波长(19)处的激光辐射(13)的泵；光学隔离器(8)在信号波长(19)处与拉曼波长(25)相比具有更大的后向光学隔离(33)和更大的前向传输(28)；并且光纤(2)包括用于抑制受激拉曼散射的抑制装置(94)。

发明领域

本发明涉及用于光学隔离的装置和方法。本发明尤其应用于光纤激光器中的激光束递送以及用于工业材料的激光处理的装备。

发明背景

高功率激光器在工业材料的激光处理中具有重要应用。功率超过10kW的脉冲式激光器被用于标记、雕刻、切割、焊接、以及钻探应用。功率超过1kW的连续波激光器被用于切割和焊接应用。

这些高功率激光器有利地具有用于将激光辐射从激光器地送到工件的光纤波束递送系统。不幸的是，非线性效应(诸如拉曼散射和刺激拉曼散射)会限制光纤波束递送系统的最大输出功率以及长度以及影响激光器对来自工件的后向反射的忍耐能力。一些系统的最大长度可能只有1m到2m那么小。这对激光处理机器(诸如平板切割器)的设计、或制造商场地板的设计、以及激光源本身的架构造成了严重的限制。

存在对避免上述问题的用于光学隔离的装置和方法的需要。

本发明

根据本发明的一个非限制性实施例，提供了用于光学隔离的装置，该装置包括激光器、波束递送系统以及输出端口，其中：

■该波束递送系统包括光学隔离器和光纤；

■该激光器由峰值功率来定义；

■该激光器发射处于信号波长的激光辐射；

■该激光辐射经由波束递送系统从激光器被耦合到输出端口；以及

■该光纤包括由芯、包覆层、处于信号波长处的模场面积、长度以及拉曼波长定义的光学波导；

并且该装置的特征在于：

■拉曼波长长于信号波长；

■该波束递送系统使信号波长处的激光辐射衰减，以使得由激光器发射的激光辐射的功率大于输出端口处激光辐射的功率；

■该装置不包括用于在激光辐射沿光纤传播时泵浦处于信号波长处的激光辐射的泵；

■该光学隔离器在信号波长处与拉曼波长相比具有更大的后向光学隔离和更大的前向传输；以及

■该光纤包括用于抑制受激拉曼散射的抑制装置。

本发明尤其有用于抑制脉冲式激光器中的受激拉曼散射效应。这是因为脉冲形状常常是非常重要的，并且如果在拉曼波长处后向反射的光学辐射在时间上或空间上与在波束递送系统或激光器中前向行进的脉冲交叠，则脉冲形状可能在实质上受到影响。受激拉曼散射还可能导致在拉曼波长处已经被散射并且接着朝向激光器被后向反射的辐射。该辐射可以被进一步放大并且可能破坏激光器。

“前向”指的是光学辐射远离激光器的传播，而“后向”指的是光学辐射朝向激光器的传播。