[发明专利]用于改变光束特性的光纤耦合装置

说明书

本文公开了用于提供光束传送系统的方法、设备和系统，该光束传送系统包括光纤，该光纤包括：第一长度光纤，其包括第一RIP，该第一RIP被形成为能够通过扰动组件来修改光束的一个或多个光束特性，该扰动组件被设置为修改该一个或多个光束特性且耦合到第一长度光纤或与第一长度光纤成一体或是其组合；和第二长度光纤，其耦合到第一长度光纤并具有第二RIP，该第二RIP被形成为在一个或多个第一限制区域内保持由扰动组件修改的光束的一个或多个光束特性的至少一部分。光束传送系统可包括光学系统，该光学系统耦合到第二长度光纤且包括一个或多个自由空间光学器件，该光学器件被配置为接收和发送包含经修改的一个或多个光束特性的光束。

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

本公开涉及用于修改激光束特性的方法和设备。

背景技术

激光束空间和发散度分布(“光束特性”)的控制在许多应用中都很重要。在许多传统的光学加工系统中，激光束经由光纤和从光纤接收光束的光学器件引导至工件。虽然从光纤接收光束的光学器件可以产生选定的光束特性，但是在不将显著的复杂性、成本、尺寸、重量、光损耗或其他不期望的特性引入光学系统的情况下，这种光束特性往往难以改变。通常，光束传送光纤输出端的光束特性是固定的，并且传送光纤下游的光学器件(例如，加工头)将光束转换成具有另一组固定特性的光束(例如，通过对传送光纤的输出进行成像)。由于相同的原因，随着加工或其他应用需求的变化(或在需要多光束轮廓的应用中)，调整可用的激光器以满足变化的需求，这可能具有挑战性。

其他实际问题使得现场光束修改变得困难。许多高功率激光系统包括安全联锁和功率监控系统，以给操作员提供安全并控制信号，这些信号有助于检测激光输出异常，从而允许在光学损坏之前进行激光修复或调整。这种联锁和监控系统是内置的，并且许多期望的重新配置使这些安全措施无效，或者需要复杂、精细的调整来重置。

虽然光纤拼接在通信应用中非常简单，但将拼接引入高功率激光系统可能具有挑战性。用于将高功率激光耦合到其他光纤的拼接通常必须封装、消除应变、涂覆或以其他方式机械保护，并且拼接区域通常必须进行光学和热监控，以检测不可接受的操作条件。因此，在这种应用中拼接光纤往往是不切实际的，特别是对于通常无法接触到激光器制造商所使用的工艺和装配工具的最终用户。因此，需要改进的方法来提供可变和可控的光束轮廓，尤其是适合于重新配置已安装的高功率激光器的方法。

发明内容