[发明专利]使用光束进行材料加工的方法和系统

说明书

一种使用光束进行材料加工的方法包括：将光束发射到具有第一折射率轮廓(RIP)的第一长度光纤中；将来自第一长度光纤的光束耦合到具有第二RIP的第二长度光纤中；在第一长度光纤中、在第二长度光纤中或在第一和第二长度光纤中修改光束的一个或多个光束特性；和/或从第二长度光纤生成输出光束，该输出光束具有光束的经修改的一个或多个光束特性。第一RIP可以与第二RIP相同或不同。一个或多个光束特性的修改可以包括将一个或多个光束特性从第一状态改变到第二状态。第一状态可以不同于第二状态。

相关申请

本申请是2017年5月26日提交的国际申请PCT/US2017/034848的部分延续，该国际申请要求2016年9月29日提交的美国临时申请No.62/401,650的权益。本申请是2017年5月26日提交的美国专利申请No.15/607,411的部分延续，该美国专利申请要求2016年9月29日提交的美国临时申请No.62/401,650的权益。本申请是2017年5月26日提交的美国专利申请No.15/607,410的部分延续，该美国专利申请要求2016年9月29日提交的美国临时申请No.62/401,650的权益。本申请是2017年5月26日提交的美国专利申请No.15/607,399的部分延续，该美国专利申请要求2016年9月29日提交的美国临时申请No.62/401,650的权益。以上申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本文公开的主题总体上涉及使用光束进行材料加工的方法和系统。本文公开的主题还涉及使用激光束的使用光束进行材料加工的方法和系统，例如光纤耦合激光器(例如，二极管激光器、光纤激光器、钇铝石榴石(“YAG”)激光器)或二极管激光器(例如，光纤耦合二极管激光器、自由空间二极管激光器)。

背景技术

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，涉及钎焊、包覆、上釉、热处理和焊接的材料加工。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。

各种光纤耦合激光器材料加工任务可能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，例如，光损耗或由于在改变光束特性时所涉及的延迟而导致的速度降低)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通常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。似乎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。因此，该行业需要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成本、复杂性、性能折衷和/或可靠性降低。

此外，通过提供操纵适合手头任务的光束特性的能力，可以提高应用的有效性和效率，例如，涉及钎焊、包覆、上釉、热处理和焊接的材料加工。因此，该行业需要一种光纤内设备，用于一致地、可预测地和快速地提供变化的光束特性。

发明内容

本文至少公开了使用光束进行材料加工的方法和系统。