高功率激光系统技术方案

一种激光系统，能够产生一稳定和精确的高功率输出光束，所述输出光束来自一个或多个相应激光源的输入光束，所述系统包括：一个或多个光学元件，用以接收所述输入光束，其特征在于：至少一个所述一个或多个光学元件由高纯度的熔融石英所组成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高功率激光系统相关申请的交叉引用此申请是基于在2011年1月4提交的申请号为12/984,085,的专利申请，该专利申请的相关内容在下文被完整的引入作为参考。
本专利技术的领域涉及光束均匀器。更具体地，本专利技术涉及具有光纤连接的光源的均匀器。
技术介绍
随着半导体激光器的发展，制造商可以提供越来越多的具有不同波长的更强大的激光源，以适于不同的应用。典型的半导体激光器的应用包括材料加工（切割和划刻材料），通讯系统，医学设备，照明系统和分析仪器。在许多应用中，多个设备使用包括透镜，反光镜，大量光束分离器和带保险的光纤连接器在内的器件输出，以提供更强大的光源。在许多情况下，由半导体激光器产生的激光束并非是圆形的，而是椭圆型的，并且在延长的激光发射区形状的基础上，激光束典型的具有不同的光束腰。一些应用对于光束均匀度具有严苛的要求。在对激光器的输出付出巨大的努力，用以产生均匀的光束后，所用的系统仍然持续的显示某些显著的限制。这需要大量复杂的，昂贵的光学元件的序列，而这些元件需要精确的，稳定的排列以产生一个可接受的组合光束。因而，尽管多年来付出了巨大的努力，仍旧长期需要提供高度均匀组合光束的激光束组合系统。
技术实现思路
照射系统包括多个激光连接光源，每个光源被配置产生沿着相应传播轴传播的相应光束，那些传播轴有一个共同的方向如一个公共平面并与一个光轴有关。这些照射光束被各自放置，并且使光学元件位于沿着使光束易于朝着光轴的方向收敛。收敛的光学元件可以是一个折射的，反射的，或其它具有正光功率的光学元件。在某些实施例中，收敛的元件是一个柱面镜或透镜。照射系统也包括一个透镜，它用于接收从收敛的光学元件发送来的照射光束并形成相应的光束焦距，这些光束焦距沿着光轴直角的方向和一个公共的平面各自放置。一个光导管被放置在接收聚集的光束的位置并多重反射这些聚集的光束至光导管输出以形成一个输出光束。此输出光束是一个典型的均匀的光束，它具有比沿着至少一个光轴好至少10%的高度均匀性。在某些实施例中，每个光纤连接光源包括至少两个激光二级管，这两个激光二级管连接至一个多模光纤。在其它的实施例中，收敛的光学元件是一个圆柱形的收敛光学元件并且光学焦距为线焦距，它垂直的扩展在公共平面上。在进一步的实施例中，光导管包括一个固体的透明底层，它定义了一个具有宽度W和高度H的矩形断面的传播值。在其它的实施例中，光导管包括一个高度H的正面，用于配置接收聚集的光束，和至少两个外表面，用于配置多重反射的输入光束的方向，这些光束源于一个正面的输入部分至一个正面的输出部分以用于产生一个输出放射流。在额外的典型实施例中，配置了一个光束处理透镜，以产生一个处理过的光束，它是基于来自正面输出部分的输出放射流并把处理过的光束指向一个工作面。在典型的实施例中，光导管正面的输入部分和输出部分是矩形的，并且处理透镜被配置在工作面上产生一个矩形照明光束。在某些实施例中，光导管基于在公共平面上聚集的光束数值孔径以配置便于多重反射聚集的光束。产生均匀的光束的方法包括接收多个沿着一个轴线以不同角度传播的光束。多个光束中的每个光束都指向轴线，并且接收的光束被处理过，以增加至少一个方向的光束的数值孔径。处理过的光束被指向一个光导管，以便于产生一个输出光束。在某些实施例中，多个光束中的每个在一个公共平面内传播并在公共平面内指向轴线。在进一步的实施例中，多个光束中的每个光束有一个被处理过的至少一个方向的初始的光束数值孔径，因此输出的至少在一个方向的数值孔径至少5倍于初始输入光束的数值孔径。在额外的典型实施例中，选中光导管，以便于处理过的光束在光导管内与一个和增加的光速数值孔径相关的方向被多重反射。仍在其它的实施例中，光束数值孔径在公共平面内被增加，且光导管被选择，以便在公共平面垂直的平面上进行多重反射。在其它的实施例中，光导管被选择，以便于拥有和公共平面平行的平面并且位于此位置，以至于被处理过的光束在光导管内传播而不被这些平面多重反射。产生均匀光束的器件包括一个收敛的光学元件，它被配置以接收多个光束，每个光束都有一个初始光束数值孔径。一个透镜被配置以从收敛的光学元件中接收收敛的光束，并增加每个光束在至少一个方向上的数值孔径。一个光导管被配置以接收增加的数值孔径光束，并且多重反射此接收的光束至一个光导管输出平面。在进一步的实施例中，透镜被配置以沿着一个第一光束横断面轴增加光束的数值孔径，并且光导管包括垂直于第一光束横断面轴相对的平面，以便于多重反射接收的光束至光导管输出平面。在其它的典型实施例中，一个光束交织器被配置以接收光束，这些光束来自一个沿着一个第一轴线传播的第一多个光束和一个沿着一个第二轴线传播的第二多个光束，光束交织器也指示第一多个光束和第二多个光束的方向，以便于光束沿着一个公共轴线朝向收敛的光学元件传播。在额外的实施例中，交织器被配置以指示光束靠近传播至收敛的光学元件的方向。在其它的实施例中，光束被多重反射以便照射一个输出平面的矩形区域，并且一个透镜被提供以基于照射的矩形区域指示一个矩形输出光束至一个工作面。参考相关的附图，先前的和其它的对象，特征和优点将会在以下的详细描述中变得更加清晰。附图说明图1A-1C分别为一个典型的照明系统的透视图、平面图和侧面图，其中源于一个多个源光束在一个光导管内组合和均匀化。图2A-2B分别为一个光束交织器的平面图和透视图。图3A-3B分别为棒形透镜的一个透视图和平面图，例如在图1A-1C的系统中使用。图4A-4B分别为折叠的光导管平面图和透视图，例如在图1A-1C的系统中使用。图5A为图1A-1C的光学系统运行示意图。图5B-5C为图5A的光学系统内的所选光束的光线传播示意图。图6为一个显示半成品变成样品的系统结构图。图7为一个光束交织器的透视图。图8为一个不同于图1A-1C的另一个照明系统的示意图。图9为图8照明系统的另一种视图。图10为一个登上台架的系统示意图。具体实施方式除非上下文有清晰的说明，在此声明和要求中使用的单数形式“一”，“一个”和“该”包括复数形式。此外，短语“包含”代表“包括”。另外，短语“连接”并不排除连接条目中间出现的成分。本文所用的一个光通量是指波长范围在大约300nm至2000nm内，并且通常在700nm至1600nm内的传播光辐射。典型的，这些光通量可以以固态光波导的方式传播，例如基于二氧化硅的光纤。然而在其它的实施例中，更长或更短的波长都可以使用，并且诸如光纤之类的波导可以由其它合适的材料组成。此外，在一个方便的实施例中，一个提供至一个光纤或其它波导的光通量可以由一个激光器或其它光源产生，此激光器或其它光源会产生一个空间相干通量，但是发光二级管或其它光源可以被使用，且输入光通道不必是空间相干的。本文所用的产生辐射的波长范围在大约300nm至2000nm内的设备和系统，指的是照明系统或照射系统。在一些实施例中，光束或其它光通量和波导如光纤是指沿着一个轴线或一个光轴或公共方向或公共平面扩展。这些轴线，方向或平面并不需笔直的，而是可以弯曲的，折叠的，有弧度的，或相反由光学元件成型，如反光镜，透镜，棱镜，或由于一个波导例如一个光纤的灵活性决定。光束沿着一个轴线传播，此光束与轴线之间的传播角度分布有关。为了简便以下的描述，一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光系统，能够产生一稳定和精确的高功率输出光束，所述输出光束来自一个或多个相应激光源的输入光束，所述系统包括：一个或多个光学元件，用以接收所述输入光束，其特征在于：至少一个所述一个或多个光学元件由高纯度的熔融石英所组成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.27 US 13/431,8571.一种激光系统，包括：用于产生一个或多个输入光束的一个或多个光纤连接激光源；用于接收输入光束的柱形透镜，以及一个用于接收来自于柱形透镜的输入光束的光导管，并且产生输出光束；其特征在于：柱形透镜和/或光导管由高纯度的熔融石英所组成，所述高纯度的熔融石英具有一浓度小于10ppm的OH-，一浓度小于0.5ppm的微量杂质；所述输出光束的功率为500W或更大；具有与热透镜相关联的焦点变化范围小于50μm。2.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于：所述高纯度的熔融石英具有的一浓度小于1ppmOH-，一种浓度小于0.005ppm的微量杂质。3.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于：还包括由所述高纯度的熔融石英制成的聚光透镜，所述聚光透镜直接输出光束到一个焦点位置。4.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于：所述输出光束基本上是均匀的。5.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于：所述输出光束的功率为10KW或更大。6.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于：所述输出光束的功率为20KW或更大。7.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于：所述输入光束有一个在300nm到2000nm间的波长。8.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于：所述输入光束有一个970nm到980nm间的波长。9.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于：所述焦点变化范围小于5μm。10.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于：所述焦点变化范围小于2μm。11.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于：所述光纤连接激光源是一个或多个单发光二极管包，条状二极管包，光纤激光器，或固态激光器。12.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于：所述输出光束用于配置激光诱导热成像应用。13.一种激光系统，包括：多个光纤连接激光源，发射相应的激光光束；一个用于接收激光光束的柱形透镜，以及一个用于接收来自于所述柱形透镜的激光光束的光导管，并且所述光导管通过其均匀化的激光光束并产生一个均匀的输出光束，所述光导管由高纯度的熔融石英所组成，以使所述均匀的输出光束在传播方向上的焦平面变化小于50μm，在均匀的输出光束的选定的焦点位置。14.根据权利要求13所述的激光系统，其特征在于：所述柱形透镜由高纯度...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯科特·R·卡尔森，罗伯特·J·马丁森，基斯·W·肯尼迪，
申请(专利权)人：恩耐激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US