[发明专利]光纤弯曲机构

说明书

光纤弯曲机构通过偏转或弯曲一根或多根光纤、通过将一根或多根光纤的若干部分推向具有可选曲率的光纤成形表面、或者通过选择将被推向光纤成形表面的光纤长度来改变束特性。在一些示例中，光纤被固定到柔性板，以符合柔性板的可变曲率。在其他示例中，将可变长度的光纤拉向或推向光纤成形表面，并且光纤的长度或柔性板的曲率提供光纤光束特性的修改。

本申请是申请号为201880047650.8、申请日为2018年3月28日、发明名称为“光纤弯曲机构”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请是2017年5月26日提交的美国专利申请No.15/607,399、2017年5月26日提交的美国专利申请No.15/607,410、2017年5月26日提交的美国专利申请No.15/607,411和2017年5月26日提交的专利合作条约申请PCT/US2017/034848的部分延续，这些申请都要求2016年9月29日提交的美国临时专利申请No.62/401,650的权益。所有这些申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本公开涉及光纤中的光束成形。

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，材料加工、切割、焊接和/或增材制造。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，光损耗)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。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。所需要的是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。

发明内容

设备包括被定位成接收输入光束的第一光纤，第一光纤具有第一折射率轮廓。光纤成形表面被定位成使得至少第一光纤的一部分被推动以符合(顺应，conform)光纤成形表面。弯曲控制器被定位成选择第一光纤的被推动以符合光纤成形表面的一部分的长度，或者选择光纤成形表面的曲率，以扰动输入光束并产生经修改的光束。第二光纤耦合到第一光纤并且被定位成接收经修改的光束，第二光纤具有第二折射率轮廓，该第二折射率轮廓被选择成保持经修改的光束的至少一个光束特性。在一些示例中，光纤成形表面是柔性板的主表面，柔性板包括离子聚合物复合材料。在其他替代方案中，使用压电弯曲致动器，该致动器可以包括结合在一起的一个或多个压电板。通常，第一电极和第二电极被定位成使得离子聚合物的至少一部分位于第一电极和第二电极之间。在一些示例中，第一电极和第二电极是基本覆盖第一主表面和第二主表面的导电层，并且弯曲控制器是电压源。在进一步的示例中，第二组电极位于离子聚合物周围，并且传感器联接到第二组电极，以检测柔性板的变形。弯曲控制器联接到传感器，并基于由第二组电极检测的电压建立施加到离子聚合物的电压。