[发明专利]共振光纤光束操纵器

说明书

具有使光束以规则周期在渐变折射率光纤中重新成像的折射率分布的渐变折射率光纤可以包括一组弯曲部，其弯曲周期与渐变折射率光纤的节距匹配或几乎匹配。例如，可以使用一个或多个弯曲设备在渐变折射率光纤中形成该一组弯曲部，该弯曲设备包括一个或多个突起，该突起具有与渐变折射率光纤的节距匹配或几乎匹配的周期性。一个或多个弯曲设备的第一部分可以被致动以朝向一个或多个弯曲设备的第二部分移动，使得一个或多个突起导致在渐变折射率光纤中形成弯曲部。

相关申请

本申请要求2020年5月29日提交的题目为“RESONANT FIBER OPTIC BEAMMANIPULATOR”的美国临时专利申请号63/032,219的权益，其内容通过引用整体结合于此。

技术领域

本公开总体上涉及操纵或以其他方式路由光束通过光纤，更具体地，涉及操纵或以其他方式路由光束通过具有一组弯曲部的渐变折射率光纤(graded index fiber)，该一组弯曲部具有与渐变折射率光纤的节距(pitch)匹配或几乎匹配的弯曲周期。

背景技术

激光材料处理可用于切割、钻孔、焊接、钎焊、表面退火、合金化、硬化和/或其他应用。具体而言，激光材料处理通常包括使用一根或多根光纤将高功率和/或高强度激光束传送到将在其上执行激光材料处理的工件。例如，典型的光纤传送激光材料处理系统可以包括激光源(例如，一个或多个光纤激光模块)、光学耦合器单元、传送光纤(通常长度为10-50米，并且包含在可以在一端或两端插接的传送缆中)和处理头。处理头是一光学组件，包括输送光纤的接收器、用于投射激光功率的光学器件以及基于激光的处理所需的任何部件。在操作中，激光源将激光发射传输到光学耦合器单元中(例如，通过自由空间或通过单独的光纤)，并且可以通过光纤或通过自由空间在内部传输发射并且可以放大或缩小发射的光学耦合器单元将激光发射耦合到传送光纤中。然后，传送光纤将激光传输到处理头，处理头将激光投射到与执行材料处理任务相关联的工件上。因此，激光材料处理的优点可以包括高生产率、处理的非接触性质、提高的质量、激光束的传送点的高精度和移动性等。

在激光材料处理的背景下出现的一个挑战涉及到光纤束成形(例如，用于切割、焊接等)，这是高功率激光材料处理的一个日益重要的方面。例如，在某些情况下，可以利用光纤激光器的高功率和优异的光束质量，在具有低变形和最小热影响区的窄熔合区中进行具有高纵横比穿透分布的“锁眼焊接”。在其他示例中，具有较低功率密度的较大激光光斑(spot)尺寸可用于执行可用于美观焊接的较浅“传导焊接”，以最小化对后处理步骤等的需求。在其他示例中，处理不同的材料或具有不同厚度的材料可能需要光束的不同属性(例如，一些材料可能需要高亮度、小光斑尺寸，而其他材料可能需要更大、更高发散度的光束)。因此，可能需要一种激光系统，其具有光束成形能力和在多个状态之间循环或转换的能力，以便控制和/或改变光束的特性。

发明内容

根据一些实施方式，光学组件可以包括：提供光束的输入光纤；以及耦合到输入光纤的渐变折射率光纤，其折射率分布使得光束以具有节距长度的规则周期在渐变折射率光纤中重新成像，其中渐变折射率光纤包括一组弯曲部，其弯曲周期与渐变折射率光纤的节距长度匹配或几乎匹配。

根据一些实施方式，一种方法可以包括：将渐变折射率光纤路由(routing)通过一个或多个弯曲设备，其中所述一个或多个弯曲设备包括一个或多个突起，所述突起具有与渐变折射率光纤的节距匹配或几乎匹配的周期性；以及致动所述一个或多个弯曲设备的第一部分，以朝向所述一个或多个弯曲设备的第二部分移动，使得所述一个或多个突起导致在所述渐变折射率光纤中形成一系列弯曲部，其中所述一个或多个突起的周期性导致所述一系列弯曲部具有与所述渐变折射率光纤的节距匹配或几乎匹配的弯曲周期。