[发明专利]带角度调节的可替换激光谐振器模块

说明书

在各种实施例中，发射器模块包括激光源和(a)折射光学器件，(b)输出耦合器，或(c)折射光学器件和输出耦合器。这些中的一个或两个都可以位于便于两轴旋转的安装座上。该安装座可以是例如常规的、可旋转调节的“tip/tilt”安装座或万向架装置。对于折射光学器件，可以调节光学器件本身或光束路径；也就是说，光学器件可以在tip/tilt安装座上，或者光学器件可以用两个或更多个分别在tip/tilt安装座上的反射镜代替。

相关申请

本申请要求2018年5月24日提交的美国临时专利申请No.62/676,041的权益和优先权，其全部公开内容通过引用并入本申请。

技术领域

在各种实施例中，本发明涉及激光系统，特别是具有可互换谐振器的高功率激光系统。

背景技术

高功率激光系统用于许多不同的工业应用，例如焊接、切割、钻孔和材料加工。这种激光系统通常包括激光发射器和光学系统，从所述激光发射器发出的激光被耦合到光学纤维(或简称为“光纤”)中，所述光学系统将来自光纤的激光聚焦到待加工的工件上。波长光束组合(WBC)是一种用于缩放来自激光二极管、激光二极管条、二极管条堆叠或以一维或二维阵列布置的其他激光的输出功率和亮度的技术。已经开发出能沿着发射器阵列的一个或两个维度组合光束的WBC方法。典型的WBC系统包括多个发射器，例如一个或多个二极管条，其利用色散元件组合起来，形成多波长光束。WBC系统中的每个发射器单独谐振，并且通过来自公共部分反射输出耦合器的波长特定的反馈来稳定，该耦合器由色散元件沿着光束组合维度进行滤波。示例性的WBC系统在美国专利号6,192,062、6,208,679、8,670,180和8,559,107中有详细描述，每件专利的全部公开内容通过引用并入本申请。

在某些多发射器配置中，各个发射器可以分别移除和更换。例如，高功率激光系统可具有多个可单独更换的发射器模块，每个发射器模块包含至少一个激光源，例如一个或多个基于二极管的源。发射器模块可以从系统中移除，并由最终用户“在现场”更换。但是更换发射器模块需要正确对准新模块。大多数高功率激光系统都在不整洁的环境中使用，不适合激光对准。因此，如果在现场对准不切实际，则必须确保在发射器模块的制造过程中在公差范围内。这可能具有挑战性，但是如果可以将激光谐振器之间的光束指向和光束位置的变化降低到临界水平以下，则发射器模块将能够在组合系统中更换，而无需进一步调整。

发明内容

根据本发明的实施例的发射器模块，也称为激光源或谐振器模块，可以包括电接口和光接口，与光束组合外壳上的互补特征配合，来自模块的各个光束在外壳中组合成单个输出光束(并且在一些实施例中，耦合到光纤中)。这些光接口和电接口有助于以最小程度的光源对准(如果有的话)轻松更换输入激光源。发射器模块可以是能够插入设置在外壳内或外壳上的输入插座中的并与之配合，输入光束在外壳中组合在一起以形成输出光束。

发射器模块包括激光源和(a)折射光学器件，(b)输出耦合器，或(c)折射光学器件和输出耦合器。这些中的一个或两个都可以位于便于两轴旋转的安装座上。该安装座可以是例如常规的、可旋转调节的“tip/tilt”安装座或万向架装置。对于折射光学器件，可以调节光学器件本身或光束路径；也就是说，光学器件可以在tip/tilt安装座上，或者光学器件可以用一对分别在tip/tilt安装座上的反射镜代替。在各种实施例中，输出耦合器是部分反射的，有利于从发射器模块发射一部分输出光束，并将另一部分输出光束反射回到原始光束发射器，从而在发射器模块内产生外腔发射。

与仅仅用光探测表面(例如，反射率测量)的光学技术相比，根据本发明的实施例产生的输出光束可用于加工工件，使得工件的表面被物理地改变和/或使得在表面上或表面内形成特征。根据本发明实施例的示例性加工包括切割、熔接、钻孔和焊接。本发明的各种实施例还可以在一个或多个点处或沿着一维线性或曲线加工路径加工工件，而不是用来自激光束的辐射充满全部或基本上全部工件表面。这种一维路径可以由多个段组成，每个段可以是线性的或曲线的。