旋转光束发生器制造技术

一种光纤装置可以包括芯，该芯包括主要部分和次要部分。次要部分可以包括至少一个插入元件，该插入元件在相对于主要部分的中心的偏心位置处插入主要部分内。次要部分可沿着光纤装置的长度绕光纤装置的轴线扭转。从光纤装置的第一端朝向光纤装置的第二端，次要部分绕轴线扭转的扭转率可以增加。绕轴线扭转的次要部分可以使在光纤装置的第一端发射的光束至少部分地转换为在光纤装置的第二端的旋转光束。

【技术实现步骤摘要】
旋转光束发生器相关申请的交叉引用本申请要求2019年9月16日提交的美国临时专利申请号62/900992的优先权，并且是2019年6月28日提交的美国专利申请号16/457018的部分继续(CIP)，该申请要求2018年8月6日提交的美国临时专利申请号62/715040的优先权，并且是2017年11月3日提交的美国专利申请号15/802897(现为美国专利号10429584)的CIP，该申请要求2016年11月22日提交的美国临时专利申请号62/425431的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
本公开涉及一种用于产生具有环形束形状的光束的光纤装置以及一种用于直接在光纤中(即不使用自由空间光学器件)产生具有环形束形状的旋转光束的光纤装置。
技术介绍
光束的束轮廓对与使用光束执行的材料处理相关的处理性能有重大影响。例如，具有环形束轮廓的光束可以实现出色的金属切割。然而，大多数纤维传输光束的束轮廓相对简单。例如，束轮廓可以是用于低束参数乘积(BPP)激光的高斯或近高斯轮廓(例如BPP小于或等于约3毫米乘以毫弧度(mm-mrad))，其可以用于使用紧密聚焦的光束来处理薄金属板(例如厚度小于或等于约3mm的金属板)。作为另一示例，束轮廓可以是可用于使用较大束来处理厚金属板(例如厚度大于约3mm的金属板)的高BPP激光(例如大于约3mm-mrad的BPP)的礼帽轮廓(有时称为平顶)轮廓。
技术实现思路
根据一些可能的实施方式，光纤装置可以包括具有主要部分和次要部分的一体式芯，其中次要部分的至少一部分从一体式芯的中心偏移，其中一体式芯沿着光纤装置的长度绕光纤装置的光轴扭转，并且其中主要部分的折射率大于次要部分的折射率；以及围绕一体式芯的包层。根据一些可能的实施方式，一种光纤装置可以包括具有主要部分的一体式芯，其中一体式芯的主要部分具有非圆形形状，并且其中一体式芯沿着光纤装置的长度绕光纤装置的光轴扭转；以及围绕一体式芯的包层。根据一些可能的实施方式，一种方法可以包括：通过旋转器纤维在旋转器纤维的第一端接收光束，其中旋转器纤维包括一体式芯，该一体式芯沿着旋转器纤维的长度绕旋转器纤维的光轴扭转；通过旋转器纤维至少部分地将光束转换为旋转光束，其中光束由于一体式芯绕光轴扭转而被至少部分地转换为旋转光束；以及通过旋转器纤维输出旋转光束。根据一些可能的实施方式，一种方法可以包括：制造具有一体式芯的旋转器纤维预成型件，该一体式芯的折射率结构相对于旋转器纤维预成型件的中心成角度地变化；固结旋转器纤维预成型件，以形成固结的旋转器纤维预成型件；同时拉伸和旋制固结的旋转器纤维预成型件，以形成旋制的旋转器纤维；以及使旋制的旋转器纤维逐渐变细，以形成锥形旋制的旋转器纤维，其中在锥形旋制的旋转器纤维内，一体式芯沿着锥形旋制的旋转器纤维的长度绕锥形旋制的旋转器纤维的光轴旋转。根据一些可能的实施方式，一种方法可以包括：制造具有一体式芯的旋转器纤维预成型件，该一体式芯的折射率结构相对于旋转器纤维预成型件的中心成角度地变化；固结旋转器纤维预成型件，以形成固结的旋转器纤维预成型件；拉伸固结的旋转器纤维预成型件，以形成拉伸的旋转器纤维；以及扭转拉伸的旋转器纤维，以形成扭转的旋转器纤维，其中在扭转的旋转器纤维内，一体式芯沿着扭转的旋转器纤维的长度绕扭转的旋转器纤维的光轴旋转。根据一些可能的实施方式，一种方法可以包括：制造具有一体式芯的旋转器纤维预成型件，该一体式芯的折射率结构相对于旋转器纤维预成型件的中心成角度地变化；固结旋转器纤维预成型件，以形成固结的旋转器纤维预成型件；拉伸固结的旋转器纤维预成型件，以形成拉伸的旋转器纤维；以及扭转拉伸的旋转器纤维，以形成扭转的旋转器纤维，其中在扭转的旋转器纤维内，一体式芯沿着扭转的旋转器纤维的长度绕扭转的旋转器纤维的光轴旋转。根据一些可能的实施方式，一种光纤装置可以包括芯部分，该芯部分沿着光纤装置的长度绕光纤装置的轴线扭转，其中芯部分的中心沿着光纤装置的长度偏移光纤装置的轴线，其中芯部分绕轴线扭转的扭转率从光纤装置的第一端的第一扭转率增加到光纤装置的第二端的第二扭转率，并且其中绕轴线扭转的芯部分将使在光纤装置的第一端发射的光束至少部分地转换为在光纤装置的第二端的旋转光束；以及围绕芯部分的包层。根据一些可能的实施方式，一种方法可以包括：通过旋转器纤维在旋转器纤维的第一端接收光束，其中旋转器纤维包括芯部分，该芯部分沿着光纤装置的长度绕光纤装置的轴线扭转，使得芯部分的中心沿着旋转器纤维的长度偏移旋转器纤维的轴线，其中芯部分绕轴线扭转的扭转率从旋转器纤维的第一端的第一扭转率增加到旋转器纤维的第二端的第二扭转率；通过旋转器纤维至少部分地将光束转换为旋转光束，其中光束由于芯部分绕轴线扭转而被至少部分地转换为旋转光束；以及通过旋转器纤维输出旋转光束。根据一些可能的实施方式，一种环形束发生器可以包括：光纤装置，该光纤装置包括芯部分，该芯部分沿着光纤装置的长度绕光纤装置的轴线扭转，该芯部分沿着光纤装置的长度偏移光纤装置的轴线，其中芯部分绕轴线扭转的扭转率沿着光纤装置的长度从光纤装置的第一端到光纤装置的第二端增加；以及围绕芯部分的包层。根据一些可能的实施方式，一种方法可以包括获得纤维预成型件，该纤维预成型件包括芯和围绕该芯的包层，该芯大致定心于纤维预成型件的中心轴线上；沿着纤维预成型件的长度去除围绕芯的一部分包层；重新套管化纤维预成型件，以形成旋转器纤维预成型件，其中在旋转器纤维预成型件内，芯的中心偏移旋转器纤维预成型件的中心轴线；以及使用旋转器纤维预成型件形成旋转器纤维，其中在旋转器纤维内，芯的中心沿着旋转器纤维的长度偏移旋转器纤维的轴线，并且其中在旋转器纤维内，芯沿着旋转器纤维的长度绕旋转器纤维的轴线扭转。根据一些可能的实施方式，一种方法可以包括：沿着包层棒的长度形成开口，该开口偏移包层棒的中心轴线；沿着包层棒的长度将芯棒插入开口中；固结芯棒和包层棒，以形成固结的旋转器纤维预成型件；以及使用旋转器纤维预成型件形成旋转器纤维，其中在旋转器纤维内，芯的中心沿着旋转器纤维的长度从旋转器纤维的轴线偏移，并且其中在旋转器纤维内，芯沿着旋转器纤维的长度绕旋转器纤维的轴线扭转。根据一些可能的实施方式，一种光纤装置可以包括芯，该芯包括主要部分和次要部分，其中次要部分包括至少一个插入元件，其插入在主要部分内，至少一个插入元件在相对于主要部分的中心的偏心位置处插入，其中次要部分沿着光纤装置的长度绕光纤装置的轴线扭转，其中次要部分绕轴线扭转的扭转率从光纤装置的第一端的第一扭转率增加到光纤装置的第二端的第二扭转率，并且其中绕轴线扭转的次要部分将使在光纤装置的第一端发射的光束至少部分地转换为在光纤装置的第二端的旋转光束；以及围绕芯的包层。根据一些可能的实施方式，一种方法可以包括：通过旋转器纤维在旋转器纤维的第一端接收光束，其中旋转器纤维包括芯，所述芯包括主要部分和次要部分，其中次要部分包括至少一个插入元件，其插入在主要部分内，至少一个插入元件在相对于主要部分的中心的偏心位置处插本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤装置，包括：/n芯，其包括主要部分和次要部分，/n其中，所述次要部分包括至少一个插入元件，其插入在所述主要部分内，所述至少一个插入元件在相对于主要部分的中心的偏心位置处插入，/n其中，所述次要部分沿着光纤装置的长度绕光纤装置的轴线扭转，/n其中，所述次要部分绕轴线扭转的扭转率从在光纤装置的第一端的第一扭转率增加到在光纤装置的第二端的第二扭转率，并且/n其中，绕轴线扭转的次要部分将使在光纤装置的第一端发射的光束至少部分地转换为在光纤装置的第二端的旋转光束；以及/n围绕所述芯的包层。/n

【技术特征摘要】
20190916 US 62/900,992;20191204 US 16/703,7231.一种光纤装置，包括：
芯，其包括主要部分和次要部分，
其中，所述次要部分包括至少一个插入元件，其插入在所述主要部分内，所述至少一个插入元件在相对于主要部分的中心的偏心位置处插入，
其中，所述次要部分沿着光纤装置的长度绕光纤装置的轴线扭转，
其中，所述次要部分绕轴线扭转的扭转率从在光纤装置的第一端的第一扭转率增加到在光纤装置的第二端的第二扭转率，并且
其中，绕轴线扭转的次要部分将使在光纤装置的第一端发射的光束至少部分地转换为在光纤装置的第二端的旋转光束；以及
围绕所述芯的包层。


2.根据权利要求1所述的光纤装置，其中，所述至少一个插入元件具有圆形横截面。


3.根据权利要求1所述的光纤装置，其中，所述次要部分包括插入在所述主要部分内的两个或更多个插入元件。


4.根据权利要求1所述的光纤装置，其中，所述至少一个插入元件由掺杂的二氧化硅或未掺杂的二氧化硅形成。


5.根据权利要求1所述的光纤装置，其中，所述至少一个插入元件包括容纳在所述主要部分的开口内的流体或真空。


6.根据权利要求1所述的光纤装置，其中，所述至少一个插入元件的横截面直径小于所述主要部分的直径的约5％。


7.根据权利要求1所述的光纤装置，其中，所述至少一个插入元件的横截面尺寸在从光纤装置的第一端朝向光纤装置的第二端的方向上沿着光纤装置的长度的一部分增大。


8.根据权利要求1所述的光纤装置，其中，所述至少一个插入元件的横截面尺寸在从光纤装置的第一端朝向光纤装置的第二端的方向上沿着光纤装置的长度的一部分减小。


9.根据权利要求1所述的光纤装置，其中，所述至少一个插入元件的横截面尺寸在光纤装置的第一端接近零。


10.根据权利要求1所述的光纤装置，其中，所述至少一个插入元件的横截面尺寸在光纤装置的第二端接近零。


11.一种方法，包括：
通过旋转器纤维在旋转器纤维的第一端接收光束，
其中，所述旋转器纤维包括芯，所述芯包括主要部分和次要部分，
其中，所述次要部分包括至少一个插入元件，其插入在所述主要部分内，所述至少一个插入元件在相对于主要部分的中心的偏心位置处插入，
其中，所述次要部分沿着所述旋转器纤维的长度绕旋转器纤维的轴线扭转，并且
其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：MH穆恩德尔，RD福尔哈伯，JJ莫尔黑德，V佩蒂特，P格雷格，
申请(专利权)人：朗美通经营有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US