[发明专利]多光束光纤激光器系统

说明书

本发明提供了一种从单个处理光缆传输多光束输出的光纤激光器系统。本发明允许控制多个光纤激光器模块并且以预定顺序但在单个加工光缆中传输它们相应的输出，从而在工件上提供多个加工步骤，所述工件迄今需要针对每一个光束的分开的光学器件。由于本发明，可以容易地提供组合针对特定工业应用而裁剪的加工步骤(例如预热、切割、清洁、焊接、钎焊、烧蚀、退火、冷却、抛光等)的定制光纤激光器系统。

本申请是申请日为2015年08月13日且题为“多光束光纤激光器系统”的国际申请PCT/US2015/045037所对应的中国国家申请(申请号：201580043023.3，进入中国国家阶段日期：2017年02月10日)的分案申请。

技术领域

本公开涉及将来自多个光纤激光器设备的光耦合到单个光学部件中并且控制来自这种激光器设备的输出，使得不同的光纤激光器输出可以被向下游传输到工件或光学器件。

背景技术

将多光束设备用于材料加工是相当普遍的。例如，传输单个激光输出的单个光纤可以与衍射光学元件光连通，该衍射光学元件可以提供针对多个光斑的非相干输出，如在http：//www.tailorweld.eu/overview/concept处所发现的。不幸的是，这种配置仅在应用要求工件上的每一个位置经受包括与另一个激光束相同的波长、功率和脉冲宽度的激光束时才起作用。所需要的是能够将多个光束传输到工件的激光器系统，其中多个光束关于它们的性质是不相干且不同的。

光纤激光器已经发展到在宽范围的功率、脉冲宽度和重复率(rep rate)方面存在多个可用波长。实际上，已经发展了利用多种可用激光的优势的许多应用。例如，在WO/2013/019204中，发明人考虑了多激光器系统以去除不锈钢的涂层，然后切割钢，所有都利用组合的光束。最终，发现单个激光器系统使得该多激光器系统不必要。然而，与其商业化有关的障碍是需要激光头中精密复杂的光学器件来传输所组合的加工光束。此外，由于激光器是分离的系统，因此发现使用CPU来控制系统不是足够动态的控制环境以改变激光器的加工参数以满足应用要求。

然而，组合多个激光器输出的概念得到了充分发展，包括将不同的激光器输出组合成单个光纤光缆。美国专利No.5,048,911提供使用反射镜来创建并行输出，然后并行输出被随后聚焦到将传输并行输出的单个光纤光缆中。然而，这样的系统要求多个光学器件，其引入复杂性，进一步增加它们的成本，更不用说进一步增加输出劣化的可能。

美国专利No.6,229,940要求使用多个耦合器和透镜来产生以级联方法组合的非相干激光输出。此外，其仅对单模光的限制并没有反映其中如果不期望则多模光是可接受的各种应用。

尽管现有技术提供对准的光纤光学结构，但是它们与工业环境的需要不一致，其中成本敏感性和对鲁棒性的需要使得这些现有技术解决方案不能维持的。实际上，US20040081396要求登记引导(registration guide)以将光纤和下游光学器件对准来使光束准直。

此外，虽然已经教导了光纤到光学器件的接合，但是它们与透镜组合以补偿准直效应，其中光学器件是透镜，或者其中光纤阵列及其相应的输出被组合，例如在美国专利No.7,130,113中那样。

存在对通过低成本但鲁棒的光学器件配置的多光束激光器系统的需要，其可以以预定结构提供非相干激光束，其中可以控制输出的参数。

发明内容

本发明提供了一种用于产生独立受控的多个非相干激光束输出的光纤激光器系统。在本发明的优选实施例中，用于多个光束输出的相应光纤被熔接到与加工光纤末端端面相邻的体光学器件。

本发明允许不同类型的激光器输出的组合以同时处理工件，所述变体包括光束特性，所述光束特性包括光斑形状、波长、波长带宽、脉冲或连续波或准连续波操作、脉冲宽度、峰值功率、平均功率、重复率和诸如光束质量或M²测量之类的光束参数；即单模、低模(小于20个高阶模)或更大的多模输出。