[发明专利]激光系统和方法

说明书

公开了激光系统和方法。一种激光系统包括：多个激光谐振器，每个谐振器可操作来放出输入激光束；中继组件，其包括至少一个弯曲的反射表面，所述至少一个弯曲的反射表面对每个输入激光束进行重新导向，并减小重新导向后的光束的光束尺寸；检流计，其包括弯曲的反射表面，所述弯曲的反射表面接收每个重新导向后的光束，并以比每个输入激光束的功率水平大的功率水平来输出组合激光束；以及耦接组件，其减小所述组合激光束中的球面像差，并将所述组合激光束引导至光纤中。在该系统中，所述组合激光束可以具有比所述光纤的最小光束参数乘积低的最大光束参数乘积。还公开了相关系统和方法。

技术领域

本公开的各方面一般地涉及激光系统和与其相关的方法。

背景技术

光束质量的一种度量是光束参数乘积(或“BPP”)。激光束的BPP可以等于光束半径(在束腰处测量)乘以光束的发散角(半角)的乘积。较小的BPP代表较好的光束质量。由于增益介质的热透镜效应，灯泵浦激光系统可能难以维持具有低BPP、高脉冲能量和高频率的激光束。

光纤的BPP可以等于纤芯半径乘以光纤的数值孔径(或“NA”)的乘积。当输出激光束的BPP非常接近光纤的BPP时，预期会有非常低的对准公差。通常用于将输入激光束引导至光纤的光学器件会进一步降低光束质量，使激光束的BPP更加接近光纤的BPP，并进一步降低对准公差。在高脉冲能量和频率下，低对准公差会使激光系统更不可靠。

本公开的各方面解决了这些和相关挑战。

发明内容

本公开的一个方面是一种激光系统。所述激光系统可以包括：多个激光谐振器，每个谐振器可操作来放出输入激光束；中继组件，其包括至少一个弯曲的反射表面，所述至少一个弯曲的反射表面对每个输入激光束进行重新导向，并减小重新导向后的光束的光束尺寸；检流计，其包括弯曲的反射表面，所述弯曲的反射表面接收每个重新导向后的光束，并以比每个输入激光束的功率水平大的功率水平来输出组合激光束；以及耦接组件，其减小所述组合激光束中的球面像差，并将所述组合激光束引导至光纤中，其中所述组合激光束具有比所述光纤的最小光束参数乘积低的最大光束参数乘积。

在一些方面中，所述中继组件的所述至少一个弯曲的反射表面可以具有第一曲率半径，所述检流计的所述弯曲的反射表面可以具有第二曲率半径，并且所述第一和第二曲率可以不同。所述第一曲率半径可以大于所述第二曲率半径。例如，所述第二曲率半径可以减小所述组合激光束中的球面像差。每个输入激光束可以沿着光束路径被放出，所述光束路径包括：(i)从所述多个激光谐振器中的一个谐振器延伸至所述中继组件的所述至少一个弯曲的反射表面的第一距离；(ii)从所述中继组件的所述至少一个弯曲的反射表面延伸至所述检流计的所述反射表面的第二距离；以及(iii)从所述检流计的所述反射表面延伸至光纤的第三距离。所述第一和第二曲率半径可以相对于所述第一距离、所述第二距离和所述第三距离被确定尺寸。例如，所述第一距离可以大致等于所述第二距离；并且所述第三距离可以大于所述第一距离和所述第二距离之和。

所述耦接组件可以包括一个非球面透镜或两个球面透镜。所述激光系统还可以包括位于所述检流计与所述耦接组件之间的附加光学部件。所述附加光学部件可以包括以下中的至少一个：分束器；合束器；光闸；或黑色屏蔽件。所述耦接组件可以将所述组合激光束输出至光纤的输入表面上，并且所述组合激光束的所述光束参数乘积可以比所述光纤在所述输入表面处的光束参数乘积至少小10％。