光纖和光纖傳輸?shù)募す馄髦械谋诚蚍瓷浔Ｗo與監(jiān)控的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2014年8月1日提交的美國臨時申請No.62/032,043的優(yōu)先權(quán)，其通 過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。
【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。可以耦合到光纖中以便傳輸?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到光纖芯部中，但一些功率也會出現(xiàn)在光纖包層中；這個包層光是 不希望出現(xiàn)的，因為它可以導致對下游部件或光學器件的過度加熱或損害，要不然它就會 干擾被加工件處理。
[0005] 在典型的光纖激光器系統(tǒng)中，通過以栗浦波長將栗浦光束傳輸?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)生信號光束，栗浦波長比信號光束波長 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光組成。對于 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 將包層光引入到光束傳輸光纖中。指向目標或被加工件的處理光束會受到反射或散射，變 為背向耦合到光束傳輸光纖中。這個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)一個方面，提供了一種系統(tǒng)，包括:光纖，被設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)另一個方面，提供了一種方法，包括:將來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引導;接收從目標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，在光學地設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)另一個方面，提供了一種方法，包括:檢測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，響應于一個或多個 檢測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調(diào)整一個或多個激光 器系統(tǒng)特性。
[0010]根據(jù)另一個方面，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)于目標設置的光束傳輸光纖輸出之間，所述第一包層光剝離器 被設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) 射的光束向目標引導，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， 至少一個背向反射包層光檢測器，所述至少一個背向反射包層光檢測器耦合到所述第二包 層光剝離器，且用于檢測所述背向反射的包層光的特性。
[0012] 依據(jù)參考附圖而進行的以下詳細說明，前述及其他目的、特征和優(yōu)點會變得更為 顯而易見。
【附圖說明】
[0013] 圖1是具有背向反射保護的激光器系統(tǒng)的實施例的示意圖。
[0014] 圖2是具有背向反射保護的激光器系統(tǒng)的另一個實施例的示意圖。
[0015] 圖3是具有背向反射保護的激光器系統(tǒng)的另一個實施例的示意圖。
[0016] 圖4是具有背向反射保護的激光器系統(tǒng)的另一個實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 如本申請和權(quán)利要求書中所用的，單數(shù)形式的"一"、"一"和"這個"包括復數(shù)形式， 除非上下文明確地另有表示。另外，術(shù)語"包括"意味著"包含"。此外，術(shù)語"耦合的"不排除 在耦合的項目之間的中間元件的存在。
[0018] 本文所述的系統(tǒng)、裝置和方法不應以任何方式解釋為限制性的。相反，本公開內(nèi)容 針對多個公開的實施例的單獨的和彼此的多個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)、方法和裝置也無需呈現(xiàn)任意一個或多個特定優(yōu)點或解決特定問題。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明了所公開的方法的某些操作，但應 當理解，這個方式的說明包含了重新排列，除非借助以下闡述的具體語言要求了特定順序。 例如，順序說明的操作在一些情況下可以重排列或同時執(zhí)行。此外，為了簡單，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，說明有 時使用術(shù)語如"產(chǎn)生"和"提供"來說明公開的方法。這些術(shù)語是執(zhí)行的實際操作的高度抽象 概念。對應于這些術(shù)語的實際操作會取決于特定的實現(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、過程或裝置稱為"最低的"、"最佳的"、"最小的"等。應當意 識到，這種說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 方向而說明了示例。使用這些術(shù)語是為了方便說明，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 長相關(guān)。在某些示例中，將傳播光輻射稱為一個或多個光束，具有直徑、不對稱快軸和慢軸、 光束橫截面面積和光束發(fā)散，它們?nèi)Q于光束波長和用于波束成形的光學系統(tǒng)。為了方便， 在某些示例中將光輻射稱為光或光束，不必是在可見波長的。前向傳播的光或光束或光束 部分指代在與指向目標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] 參考光纖來說明代表性實施例，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。光纖典型地由摻雜(或未摻雜）的硅石(玻璃)構(gòu)成， 以便提供預定的折射率或