光纖和光纖傳輸?shù)募す馄髦械谋诚蚍瓷浔Ｗo(hù)與監(jiān)控的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2014年8月1日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.62/032,043的優(yōu)先權(quán)，其通 過(guò)全文引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開內(nèi)容涉及光纖和光纖傳輸激光器系統(tǒng)中的背向反射保護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0004] 高功率工業(yè)激光器系統(tǒng)通常產(chǎn)生輸出功率在幾百瓦到幾千瓦范圍中的光束。常常 希望經(jīng)由光纖將激光功率傳輸?shù)教幚眍^或被加工件?？梢择詈系焦饫w中以便傳輸?shù)募す馄?系統(tǒng)包括光纖激光器、盤形激光器、二極管或燈栗浦固態(tài)激光器(例如Nd:YAG)。在這些系統(tǒng) 中，將希望的光功率引導(dǎo)到光纖芯部中，但一些功率也會(huì)出現(xiàn)在光纖包層中；這個(gè)包層光是 不希望出現(xiàn)的，因?yàn)樗梢詫?dǎo)致對(duì)下游部件或光學(xué)器件的過(guò)度加熱或損害，要不然它就會(huì) 干擾被加工件處理。
[0005] 在典型的光纖激光器系統(tǒng)中，通過(guò)以栗浦波長(zhǎng)將栗浦光束傳輸?shù)郊せ罟饫w的包層 而在包括摻雜稀土元素的光纖芯部的激活光纖中產(chǎn)生信號(hào)光束，栗浦波長(zhǎng)比信號(hào)光束波長(zhǎng) 短。在光纖激光器的輸出，包層光可以由未吸收的栗浦光和透射出芯部的信號(hào)光組成。對(duì)于 光纖激光器及其他激光器，如果激光束的發(fā)射將一些光耦合到包層中而不是芯部中，就會(huì) 將包層光引入到光束傳輸光纖中。指向目標(biāo)或被加工件的處理光束會(huì)受到反射或散射，變 為背向耦合到光束傳輸光纖中。這個(gè)背向耦合的光可以耦合到激活光纖或光束傳輸光纖的 芯部和包層中，并使得激光器系統(tǒng)不穩(wěn)定、受損或干擾激光器系統(tǒng)。
[0006]因此，需要可以去除并監(jiān)控前向傳播和背向傳播的包層光以及背向傳播的芯部光 的系統(tǒng)，尤其是用以免受高功率背向反射的系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)一個(gè)方面，提供了一種系統(tǒng)，包括:光纖，被設(shè)置為將從激光源接收到的激光 束傳播到光纖的輸出；第一包層光剝離器，光耦合到光纖，且被設(shè)置為提取光纖中前向傳播 的包層光的至少一部分；以及，第二包層光剝離器，在第一包層光剝離器與光纖輸出之間光 耦合到光纖，設(shè)且被置為提取光纖中的背向傳播的包層光的至少一部分。
[0008] 根據(jù)另一個(gè)方面，提供了一種方法，包括:將來(lái)自激光源的材料處理激光束從光束 傳輸光纖的輸出端向目標(biāo)引導(dǎo);接收從目標(biāo)返回的材料處理激光束的返回部分;將所述返 回部分耦合到光束傳輸光纖中；在光耦合到光束傳輸光纖的第一包層光剝離器中提取與材 料處理激光束相關(guān)聯(lián)的包層光；以及，在光學(xué)地設(shè)置在第一包層光剝離器與光束傳輸光纖 的輸出端之間的第二包層光剝離器中提取與材料處理激光束的返回部分相關(guān)聯(lián)的包層光。
[0009] 根據(jù)另一個(gè)方面，提供了一種方法，包括:檢測(cè)與以包層光剝離器從光束傳輸光纖 提取的背向傳播的包層光相關(guān)聯(lián)的特性，所述光束傳輸光纖傳輸激光源所產(chǎn)生的激光束； 檢測(cè)與光束傳輸光纖中的背向傳播的光纖芯部光相關(guān)聯(lián)的特性；以及，響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè) 檢測(cè)到的背向傳播的包層光的特性和背向傳播的光纖芯部光特性來(lái)調(diào)整一個(gè)或多個(gè)激光 器系統(tǒng)特性。
[0010]根據(jù)另一個(gè)方面，提供了一種系統(tǒng)，包括:第一包層光剝離器，所述第一包層光剝 離器被布置在激光源與相關(guān)于目標(biāo)設(shè)置的光束傳輸光纖輸出之間，所述第一包層光剝離器 被設(shè)置為接收材料處理光束，并從所述光束傳輸光纖提取與所述材料處理光束相關(guān)聯(lián)的前 向傳播的包層光；以及，第二包層光剝離器，所述第二包層光剝離器被布置在所述第一包層 光剝離器與所述光束傳輸光纖輸出之間，并且被設(shè)置為從所述第一包層光剝離器接收材料 處理光束以及接收與所述目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的背向傳播的包層光，所述第二包層光剝離器被設(shè)置 為從所述光束傳輸光纖提取背向傳播的包層光。
[0011]根據(jù)另一個(gè)方面，提供了一種在高功率激光器系統(tǒng)中的激光器反饋監(jiān)控系統(tǒng)，所 述高功率激光器系統(tǒng)被配置為:從激光源產(chǎn)生激光束;從傳輸光纖輸出發(fā)射激光束;將所發(fā) 射的光束向目標(biāo)引導(dǎo)，其中，所述激光器反饋監(jiān)控系統(tǒng)包括:第一包層光剝離器，所述第一 包層光剝離器位于所述激光源與所述傳輸光纖輸出之間，接收激光束并去除與光束相關(guān)聯(lián) 的包層光;第二包層光剝離器，所述第二包層光剝離器位于所述第一包層光剝離器與所述 傳輸光纖輸出之間，從所述第一包層光剝離器接收光束，并去除與光束相關(guān)聯(lián)的殘留的包 層光，接收從目標(biāo)背向反射并耦合回到傳輸光纖輸出的光，去除背向反射的包層光；以及， 至少一個(gè)背向反射包層光檢測(cè)器，所述至少一個(gè)背向反射包層光檢測(cè)器耦合到所述第二包 層光剝離器，且用于檢測(cè)所述背向反射的包層光的特性。
[0012] 依據(jù)參考附圖而進(jìn)行的以下詳細(xì)說(shuō)明，前述及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得更為 顯而易見。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是具有背向反射保護(hù)的激光器系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖。
[0014] 圖2是具有背向反射保護(hù)的激光器系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0015] 圖3是具有背向反射保護(hù)的激光器系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0016] 圖4是具有背向反射保護(hù)的激光器系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 如本申請(qǐng)和權(quán)利要求書中所用的，單數(shù)形式的"一"、"一"和"這個(gè)"包括復(fù)數(shù)形式， 除非上下文明確地另有表示。另外，術(shù)語(yǔ)"包括"意味著"包含"。此外，術(shù)語(yǔ)"耦合的"不排除 在耦合的項(xiàng)目之間的中間元件的存在。
[0018] 本文所述的系統(tǒng)、裝置和方法不應(yīng)以任何方式解釋為限制性的。相反，本公開內(nèi)容 針對(duì)多個(gè)公開的實(shí)施例的單獨(dú)的和彼此的多個(gè)組合與子組合中的全部創(chuàng)新且非明顯的特 征和方面。所公開的系統(tǒng)、方法和裝置不限于其任何特定方面或特征或組合，所公開的系 統(tǒng)、方法和裝置也無(wú)需呈現(xiàn)任意一個(gè)或多個(gè)特定優(yōu)點(diǎn)或解決特定問(wèn)題。操作的任何理論都 是為了有助于解釋，但是所公開的系統(tǒng)、方法和裝置并不限于這種操作的理論。
[0019] 盡管為了便于呈現(xiàn)而按照特定順序的次序說(shuō)明了所公開的方法的某些操作，但應(yīng) 當(dāng)理解，這個(gè)方式的說(shuō)明包含了重新排列，除非借助以下闡述的具體語(yǔ)言要求了特定順序。 例如，順序說(shuō)明的操作在一些情況下可以重排列或同時(shí)執(zhí)行。此外，為了簡(jiǎn)單，附圖沒有顯 示公開的系統(tǒng)、方法和裝置可以結(jié)合其他系統(tǒng)、方法和裝置使用的各種方式。另外，說(shuō)明有 時(shí)使用術(shù)語(yǔ)如"產(chǎn)生"和"提供"來(lái)說(shuō)明公開的方法。這些術(shù)語(yǔ)是執(zhí)行的實(shí)際操作的高度抽象 概念。對(duì)應(yīng)于這些術(shù)語(yǔ)的實(shí)際操作會(huì)取決于特定的實(shí)現(xiàn)方式而改變，并且易于本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員區(qū)分。
[0020] 在某些示例中，將數(shù)值、過(guò)程或裝置稱為"最低的"、"最佳的"、"最小的"等。應(yīng)當(dāng)意 識(shí)到，這種說(shuō)明并非旨在表示可以做出在許多使用的功能性可替代物中的選擇，這種選擇 相對(duì)于其他選擇不必是較好的、較小的或是優(yōu)選的。參考表示為"上"、"下"、"高"、"低"等的 方向而說(shuō)明了示例。使用這些術(shù)語(yǔ)是為了方便說(shuō)明，并非暗示任何特定空間定向。
[0021] 本文中使用的光輻射指代波長(zhǎng)在約100nm到10M1之間，典型地在約500nm到2_之 間的電磁輻射。基于可用激光二極管源和光纖的示例通常與在約800nm到1700nm之間的波 長(zhǎng)相關(guān)。在某些示例中，將傳播光輻射稱為一個(gè)或多個(gè)光束，具有直徑、不對(duì)稱快軸和慢軸、 光束橫截面面積和光束發(fā)散，它們?nèi)Q于光束波長(zhǎng)和用于波束成形的光學(xué)系統(tǒng)。為了方便， 在某些示例中將光輻射稱為光或光束，不必是在可見波長(zhǎng)的。前向傳播的光或光束或光束 部分指代在與指向目標(biāo)的處理光束共同的方向上傳播的光、光束或光束部分。背向傳播的 光或光束或光束部分指代在與指向目標(biāo)的處理光束共同且相反的方向上傳播的光、光束或 光束部分。
[0022] 參考光纖來(lái)說(shuō)明代表性實(shí)施例，但也可以使用具有方形、矩形、多邊形、卵形、橢圓 形或其他橫截面的、其他類型的光波導(dǎo)。光纖典型地由摻雜(或未摻雜）的硅石(玻璃)構(gòu)成， 以便提供預(yù)定的折射率或