CN107864672A - 激光处理装置和包括此装置的工作站 - Google Patents

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Iripa Laser Co
National Institute Of Applied Sciences
Universite de Strasbourg
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Abstract

本发明涉及一种激光处理装置和包括此装置的一种工作站。所述激光处理装置包括激光头，所述激光头包含光纤，所述光纤终止于由所述光纤的自由端部分(5')成形的光束聚焦端片中以便与其形成单个部分。所述装置(1)的特征在于所述聚焦端片(6)围绕轴线以旋转方式对称且具有外部由给定尺寸的大体上半椭圆形凸曲线界定的形状，且特征在于所述聚焦端片(6)的顶端(6”)与工作区域(9)之间的距离d以及所述端片(6)的所述形状和定位使得所述激光头(2)产生呈光子喷流形式的略微发散的经聚焦激光束，其在所述工作区域(9)处的直径约为波长的大小。

Description

激光处理装置和包括此装置的工作站
技术领域
本发明涉及用于工业、医学、艺术或其它应用的使用功率激光辐射的处理装备、方法和设施的领域。
更具体来说，本发明涉及激光处理装置、包括此装置的工作站和使用此装置的处理方法。
背景技术
用以对部分、项目或材料执行处理的激光束的使用是所属领域的技术人员所熟知的，且在此技术背景下已经提议了许多装置和***。
然而，在需要约1μm的工作精确度和在脉冲模式下约1012W/m2的递送到工作区域的平均功率密度(峰值功率密度约1016W/m2)的应用的背景下，存在对于在将光束输送到工作区域上方面简单、节约成本且自适应的解决方案的未满足的需求。
用以将激光束传输到工作区域的所属领域的技术人员已知的一个构件为光纤，其可与用于聚焦投影激光束的构件一起提供在其自由端处。
因此，例如文档EP2,056,144教示光纤和由与所述光纤的纤芯的材料相同的材料制成且希望聚焦光束的呈附接端片形式的元件。尽管如此，端片的安装必须极其精确，此使得其生产起来复杂且精密。此外，此导致所述光纤的所述端的硬化，从而限制其用于定向所发射光束的可能性。并未确保维持低于很大激光流量的能力。
由文档Petru Ghenuche等人的《Photonic nanojet focusing for hollow-corephotonic crystal fiber probes》，Applied Optics，第51卷，第36期，2012年12月20日，美国光学协会和Heykel Aouani等人的《Optical-fiber-microsphere for remotefluorescence correlation spectroscopy》，OPTICS EXPRESS，第17卷，第21期，2009年10月12日，OSA已知，其也是空心或部分空心光纤的实施方案，在光纤自由端上附接有希望聚焦发射光流量的微球体。然而，像之前一样，此组合件为精密的且在光纤的纤芯与微球体之间产生发射接口，其性质无法始终精确确定且其必定产生损耗。此外，这两个文档中所使用的光纤的类型并不允许应用大功率。
最后，文档JP 63-98977公开光通信领域中包含通过对这些光纤的所述端的材料的简单熔融而获得的半球形端的光纤的实施方案。光纤的所述端的此特定构造的目标仅仅是限制反射光的返回，且并未提及光束的任何聚焦或功率应用。
发明内容
本发明的主要目标由提供具有激光头的功能性激光处理装置组成，所述激光头具有易于制造的简单结构、耐受大功率且能够提供微测工作光束，所述装置进一步必须能够最佳地使用此激光头且有利地允许聚焦超出绕射界限的发射光束。
为此，本发明涉及激光处理装置，一方面包括基本上由能够且希望由激光源和光纤供电的注入模块组成的激光头，所述光纤由被至少一个护套环绕的纤芯形成、连接到所述注入模块且以光束聚焦端片结束；且另一方面包括用于包含待由所述激光头处理的至少一个区域或工作区域的部分、项目或材料的支撑***，所述聚焦端片和所述部分、所述项目或所述材料能够以受控方式相对于彼此定位和移动，
所述装置的特征在于所述聚焦端片与属于实心纤芯类型的所述光纤以单个片件形式形成为所述光纤的自由端部分的成形部分，与其连接到所述注入模块的端相对，其特征在于所述聚焦端片具有旋转的轴向对称性，及在沿着含有所述光纤的所述自由端部分的中间轴或对称轴的平面的区段中可见外部由大体上半椭圆形凸曲线定界的形状，所述大体上半椭圆形凸曲线具有：垂直于所述中间轴延伸的第一半轴a，其使得a＝Dc/2；和与所述中间轴对准的第二半轴b，其使得DC/4≤b≤2DC/3，其中1,000λ≥DC≥40λ，其中DC为所述光纤的所述纤芯的直径且λ为所注入激光辐射的波长，且其特征在于所述聚焦端片的所述顶端与所述工作区域之间的所述距离d使得5DC≥d≥50λ，所述端片的所述几何形状和所述定位使得所述激光头产生呈光子喷流形式的经聚焦且略微发散的激光束，其中在所述工作区域处的直径约为波长λ的大小。
本发明还涉及工作站和在此装置中实施的处理方法。
附图说明
将由于涉及作为非限制性实例提供的优选实施例的以下描述而更好地理解本发明且参考随附示意图解释本发明，其中：
图1为安装在根据本发明的工作站中的根据本发明的激光处理装置的符号说明；
图2为属于图1中展示的装置的光纤的自由端的不同比例的部分示意性说明(此图的细节A)；
图3A和3B为可界定图2中部分展示的光纤的聚焦端片的外部形状的两个实例曲线的图解说明；
图4为展示属于图1中展示的装置的激光源与光纤之间的光学耦合装置的示意性细节说明，且
图5为图1中展示的装置的主要组成元件的一个可能的构造配置的示意性说明。
具体实施方式
图1、4和5说明激光处理装置，其一方面包括基本上由能够且希望由激光源4和光纤5供电的注入模块3组成的激光头2，所述光纤由被至少一个护套10'、10”环绕的纤芯10形成、连接到所述注入模块且以光束聚焦端片6结束；且另一方面包括用于包含待由激光头2处理的至少一个区域9或工作区域的部分、项目或材料8的支撑***7，所述聚焦端片6和所述部分、项目或材料8能够以受控方式相对于彼此定位和移动。
根据本发明，且更具体来说结合图1如图2中所示，此装置的特征在于聚焦端片6与属于具有实心纤芯的类型的光纤5以单个片件形式形成为所述光纤的自由端部分5'的成形部分，与其连接到注入模块3的端相对。此外，聚焦端片6具有旋转的轴向对称性，及在沿着含有光纤5的自由端部分5'的中间轴或对称轴AM的平面的区段中可见、外部由大体上半椭圆形凸曲线6'定界的形状，所述大体上半椭圆形凸曲线具有：垂直于所述中间轴延伸的第一半轴a，其使得a＝DC/2；和与所述中间轴AM对准的第二半轴b，其使得DC/4≤b≤2DC/3，其中1,000λ≥D≥40λ，其中DC为光纤5的纤芯10的直径且λ为注入激光辐射的波长。
优选地，b≠DC/2，因此b≠a。
最后，所述聚焦端片6的所述顶端6”与所述工作区域9之间的所述距离d使得5DC≥d≥50λ，所述端片6的所述几何形状和所述定位使得所述激光头2产生呈光子喷流形式的经聚焦且略微发散的激光束11，其中在所述工作区域9处的直径Dj约为波长λ的大小。
前述技术布置的特定组合(同时关于本质、构造、尺寸标定和相对于聚焦端片6的工作区域9的定位)使得本发明实现所要目标。
具体来说，这些各种特定布置使得有可能在极小表面区域(通常为直径Dj约1μm的光点)上直接在光纤输出5处产生具有高平均功率密度(通常大于1012W/m2)的光子喷流11，和足够距离d(通常在50与500μm之间，取决于材料的本质)，从而防止端片6被拉出材料的任何突出部分或升华气体沉积物弄脏。
此外，具有较大(通常横向尺寸Dc约为数十到数百μm)且实心纤芯10的光纤5的使用不仅允许传输大功率光流量，并且允许聚焦此流量以相隔一定距离产生光子喷流11且限制光纤5的自由端5'的脆化，由产生聚焦端片6的纤芯10的所述端的重新熔融和结构成形产生。
根据本发明的一个特征，在允许本发明的基本参数中的一个的可靠再现性的情况下，有利地，其限制条件为聚焦端片6的具有围绕半轴b的旋转对称性的外部形状，即通过有理贝塞尔(Bezier)曲线Z(R)参数式地描述的外部形状使得：
其中t在0到1范围内变化，其中所述贝塞尔曲线的权重w0使得0.4≤w0≤0.75，有利地0.4≤w0≤0.5，优选地w0＝0.45，且其中控制点P0、P1和P2为：
且
产生与所要目标相关的高性能等级的本发明的有利的切实可行的替代实施例根据通过本发明人获得的结果提及以下额外选择性限制中的一个或几个：
-500λ≥DC≥40λ，优选地100λ≥DC≥40λ，
-DC/4≤b≤DC/2，优选地DC/4≤b≤DC/2(图3B)。
当后面的限制也经验证时，可确保工作距离d使得d>Dc，此保证在激光处理方法期间维持端片6的完整性，使得端片6与工作区域9之间的距离的受控性较不重要，以及实现由于在端片输出6处产生的光子喷流约为λ的横向分辨率l。
根据通过图3A展示的另一替代实施例，b使得DC/2<b≤2DC/3。
此替代方案使得有可能相较于先前替代方案(横向分辨率1＜λ)获得较高分辨率。当将激光处理方法应用于即使工作距离d使得d<Dc也没有伤害端片6的完整性的风险的给定材料(实例：微蚀硅晶片)时此第二替代方案受关注。
另外且关于在本发明的背景下可具有有利的技术特性以供有利使用的光纤5的类型的选择性选择，其限制条件可为：
-光纤5属于单模或多模类型，优选地具有有限数目的模式或少量模式经激发的多模，且有利地具有小数值孔径，优选地为具有被机械护套10”环绕的双重光学护套10'的光纤或具有半透明机械护套(未展示)的光纤，
-光纤5具有圆柱形形状，优选地具有圆形区段，和/或
-光纤5具有柔性结构从而允许最小曲线半径高达至少20mm，优选地高达10mm的弯曲。
与另一替代实施例一致，其限制条件可为光纤5具有纤芯10与环绕所述纤芯的护套10'之间的光学折射率梯度，所述折射率在光纤5的中心处的高值，例如1.3与3.5之间到护套10'处的低值，例如1.2与3之间范围内变化。此折射率梯度优选地属于抛物线类型且可通过光纤5的先前掺杂(已知制造梯度折射率光纤或梯度折射率透镜的技术-GRIN)或在端片6的成形期间通过热成型而获得。
根据通过图4展示的另一替代实施例，光纤5在其纵向轴线AM方向上可具有组合式结构，所述组合式结构一方面包括：第一部分16(包含输入或注入端5”)，其由具有相对较少的模式但具有较大直径，优选地具有小数值孔径的单模，例如属于具有较大模直径的光纤类型的光纤或较大模区域(LMA；Large Mode Area)光纤组成；且另一方面包括第二部分16'，其焊接到所述第一部分16、具有更大纤芯直径且在其自由端处包含以单个片件形式成形且能够产生所述光子喷流11的所述聚焦端片6。
由于这些布置，第一部分16使得有可能仅激发第二部分16'的低阶模式，且因此更好地促进输出处光子喷流11的现象，此使得有可能将超出绕射界限的光束聚集。此外，使得第一部分16中的注入更为容易(具有较大直径的纤芯)。
非限制性地，光纤5或至少第一部分16具有小数值孔径NA(例如0.05≤NA≤0.25)，且1μm的波长可例如属于以下类型：
-具有20微米的纤芯和0.08的数值孔径的LMA单模光纤；
-纤芯直径为50μm、具有呈同心环形式的形成布拉格(Bragg)结构的护套且数值孔径约为0.12的单模LMA光纤；
-大功率多模突变型光纤：二氧化硅纤芯/二氧化硅光学护套/聚合物涂层：相应尺寸为50/125/250μm；掺杂锗的纤芯；数值孔径为0.12。
非限制性地，经焊接与第一部分16对接的第二光纤部分16'可例如属于以下类型：
-纤芯直径为50μm或100μm且数值孔径为0.22的二氧化硅突变型光纤；
-大功率突变型光纤：二氧化硅纤芯/二氧化硅光学护套1/TEQS光学护套2/聚合物涂层：相应尺寸为200/240/260/400μm；掺杂锗的纤芯；数值孔径为0.22。
在本发明的所有实施情境中，有人试图使用具有较大纤芯直径(有利地大于10μm，优选地至少20μm)和极少模式，优选地大体上单模以及小数值孔径(例如，小于0.20)的光纤5或第一部分16。
在此背景下，LMA类型的光纤为有利的。
因此，如上文所界定的根据本发明的激光处理装置1使得有可能结合功率激光源4(即，在连续或脉冲模式下工作功率P大于或等于100MW，优选地至少约1W)和能够发射此功率的实心光纤5(呈单个片件形式或由通过焊接连接的两个部分16、16'形成)在包括在λ2与5λ之间的高横向分辨率情况下执行材料的处理，具体地说表面处理(表面蚀刻、材料的表面熔融、表面氧化、标记、表面结晶、光聚合、薄层穿孔等)。
此外，通过实施柔性且装备有经集成(形成在纤芯10的块体中)且小的聚焦端片6的光纤5，所得激光头2在其自由操作端处极其紧凑且展示极大侵入性可能，从而使得有可能达到和处理难以访问的区域：在内窥镜应用中对组织或器官的作用、对金属管内部的机械加工、在底切处的表面处理等等。
为了促进装置1的维护和优化耦合[注入模块3/光纤5]，注入模块3有利地包括(参见图4)：用于光纤5的输入端5”的快速耦合构件3'，从而确保保护所述光纤的输入区段；和能够且希望将所述输入区段布置在所述模块3的聚焦透镜的焦点处的三维微型定位构件3”。快速耦合构件3'优选地为能够被冷却的大功率光纤连接器。微型定位构件3”可例如具有聚焦透镜3”'，由此其确保相对于输入端5”的精确定位以实现经优化光学耦合。
注入模块3有利地被配置成能够被固定在功率激光器或功率激光二极管的输出处，或能够替代现有蚀刻***的光学头部(例如通过替代振镜头部)。
由于前述供应件，本发明使得有可能通过聚焦超出绕射界限的辐射而产生光子喷流。
辐射注入的控制和来自低阶模式的光的有利使用尤其可促进此现象。
通过改变和调适先前指示的尺寸参数中的一些，同时保持先前提及的基本结构和构造特性，仍通过最佳地采用所提议特定激光头，还可针对除引言中所提及的应用之外的应用而实施本发明。
因此，对于试图在低于上文所提及的分辨率的分辨率(例如，5λ与10λ之间)的情况下进行蚀刻的应用，在直径为5λ≤D≤10λ的光纤端片处通过光子喷流聚焦光束的能力使得有可能对较小功率、且因此节约成本和生态上更受关注的源起作用。此满足当前技术解决方案在此时不能解决的需要。对于这些应用，可通过以下考虑端片6和装置1的构造配置：
5DC≤d≤10DC(距离：端片/工作区域)且
0.75≤w0≤2(贝塞尔曲线的权重)。
以下实例4说明对应于本发明的此故障的切实可行的非限制性实施例。
如图1中示意性地且象征性地所示且如图5中部分所示，本发明还涉及用于机械加工部分、项目或材料8，具体地说用于表面处理、蚀刻、切割、穿孔或标记的工作站12。
此工作站12包括具有脉冲或连续发射的功率激光源4，连接到传感器(未展示)、致动器(具体地说针对头部2与支撑件7之间的相对移动)、激光源4和任选地控制和/或编程接口14的控制单元13，耦合到激光源4且由控制单元13控制的激光处理装置1，和结构或支撑框架15。
此工作站12的特征在于激光处理装置1对应于如先前描述的装置，光纤5的端部部分5'上成形的聚焦端片6与待处理的部分、项目或材料8之间的相对定位和移动通过使用装配激光头2和/或支撑***7的对应传感器和致动器(未展示-因而所属领域的技术人员已知)由控制单元13控制。
优选地，通过实施对聚焦端片6与工作区域9之间的距离d的受控性保证控制而由控制单元13控制一方面所述部分、项目或材料8与另一方面激光头2或光纤5之间的连续或间歇性相对移动，在对应于有效处理循环或阶段的此相对移动期间通过保持最初调整值或通过对此距离进行一个或多个调整而控制所述距离d。
站12还可包括通信、显示和编程接口14，从而允许操作者配置、命令和控制所述站的操作，具体地说随待处理的部分、项目或材料8和待进行的处理而变。
有利的是，激光源4为有效功率激光源，其工作功率大于100mW，优选地至少约1瓦特或约10瓦特。
根据图5中示意性地展示的本发明的额外特征，工作站12一方面可包括用于测量由所述光纤5中的所述工作区域9回射通过所述端片6的光的传感器17且另一方面包括安装在所述光纤5的所述输入端5”处且能够回收已从所述端片6穿过所述光纤5的所述回射光和将其发送到所述传感器17的耦合器(未展示)，这些所测量值被所述控制单元13使用，优选地实时使用以使所述端片6与所述工作区域9之间的所述距离d受控。
根据另一替代实施例，工作站12可包括呈相机形式的测量传感器17，所述传感器具有观测所述端片6和所述工作区域9的被一个或若干专用光源(未展示)照亮的区域的微距透镜，由所述相机17提供的图像被所述控制单元13采用，优选地实时地采用以使所述端片6与所述工作区域9之间的所述距离d受控。
专用光源中的一个可以任选地对应于与功率激光源4相关联且照亮工作区域9的激光指示器。
最后，本发明还涉及用于处理实施于如先前描述的激光处理装置1中，优选地属于如上文所提及的工作站12的项目、部分或材料8的方法。
此方法的特征在于其由在实际处理循环或阶段之前将具有聚焦端片6、以单个片件形式成形且能够和希望产生光子喷流11的光纤5固定在所述工作区域9中的所述部分、项目或材料8上组成，从而调整所述光纤5的所述输入区段的相对定位以便优化(来自源4的激光束的)注入，任选地使所述光纤5遵循随待处理的所述部分、项目或材料8的形状、所述工作区域9的位置、为了执行所述处理循环而行进的路径或类似几何和/或表面形状考虑因素而变；具体来说至少随所述部分、项目或材料8或其表面的本质而变调整所述激光源4的功率、所述端片6与所述部分、所述项目或所述材料8之间的所述最佳距离d和相对移动速度；且最后在所述控制单元13的控制下，优选地遵循预编程行程或处理循环而开始所述处理。
通过熔融光纤5的端片6的模型化方法可例如类似于经实施以在近场光学显微镜(SNOM；near field optical microscopy)中产生探测器且由公司Lovalite和Laseoptics提议的方法。
现将本发明的不同切实可行的实例实施例描述为非限制性替代实施例的说明。
实例1
制得工作站12，其具有工作功率P≈20W、λ≈1μm、脉冲持续时间为150ns且重复频率为5kHz的近红外线中的纳秒脉冲激光器4且具有二氧化硅光纤5，所述光纤具有光学双重护套、纤芯直径DC＝200μm。光纤5包含半轴b＝100μm且贝塞尔曲线的权重w0＝0.45的成形端片6。工作区域9位于距所述端片150μm的距离d处且蚀刻分辨率为1≈3μm。
通过此工作站12，有可能蚀刻玻璃表面，尽管其在光谱域中的低吸收率。
实例2(两个替代方案)
产生工作站12，其具有工作功率P≈5W且λ≈1μm(例如Nd：YAG或掺杂镱的光纤)、脉冲持续时间为20ns且重复频率为20kHz的近红外线中的纳秒脉冲激光器，且具有二氧化硅光纤5：
-纤芯直径DC＝100μm：在此状况下，可有可能获取端片长度b＝33μm且贝塞尔曲线的权重w0＝0.45。工作区域接着将与所述端片相隔90μm的距离d且蚀刻分辨率将为1≈2μm；
-或纤芯直径DC＝50μm：在此状况下，可有可能获取端片长度b＝13μm且贝塞尔曲线的权重w0＝0.45。工作区域接着将与所述端片相隔60μm的距离d且蚀刻分辨率将为1≈2μm。
也在这两种状况下，可在所述表面上蚀刻玻璃。
实例3
产生工作站12，其具有工作功率P≈20W且λ≈248nm的紫外线中的纳秒脉冲激光器(例如，KrF准分子激光器)且具有纤芯直径DC＝50μm的二氧化硅光纤5。在此状况下，可有可能获取端片长度b＝38μm且贝塞尔曲线的权重w0＝0.45。工作区域9接着将与所述端片相隔38μm的距离d且蚀刻分辨率将为1≈0.5μm。
实例4
产生工作站12，其具有工作功率P≈100MW、λ≈1μm的近红外线中的脉冲或连续激光二极管4。使用二氧化硅光纤5，其纤芯直径DC＝400μm且端片6的长度b＝150μm。通过权重w0＝1.7的有理贝塞尔曲线来描述端片6的外部形状。工作区域9位于距所述端片相隔800μm的距离d处且蚀刻分辨率为1≈5到10μm。
上文所描述的五个替代方案(实例1到4)的特性数据，以及两个额外替代方案(并不特定描述)的特性数据在下表中概述：
当然，本发明不限于附图中所描述和展示的实施例。具体地说，在不超出本发明的保护范围的情况下，在各种元件的组成方面或通过等效技术取代的修改仍为可能的。

Claims (18)

1.一种激光处理装置，
一方面包括基本上由能够且希望由激光源和光纤供电的注入模块组成的激光头，所述光纤由被至少一个护套环绕的纤芯形成、连接到所述注入模块且以光束聚焦端片结束；且另一方面包括用于包含待由所述激光头处理的至少一个区域或工作区域的部分、项目或材料的支撑***，
所述聚焦端片与所述部分、所述项目或所述材料能够以受控方式相对于彼此定位和移动，
所述装置(1)
的特征在于所述聚焦端片(6)与属于实心纤芯类型的所述光纤(5)以单个片件形式形成为所述光纤的自由端部分(5')的成形部分，与其连接到所述注入模块(3)的端相对，
特征在于所述聚焦端片(6)具有旋转的轴向对称性，及在沿着含有所述光纤(5)的所述自由端部分(5')的中间轴或对称轴(AM)的平面的区段中可见、外部由大体上半椭圆形凸曲线(6')定界的形状，所述大体上半椭圆形凸曲线具有：垂直于所述中间轴(AM)延伸的第一半轴a，其使得a＝Dc/2；和与所述中间轴对准的第二半轴b，其使得DC/4≤b≤2DC/3，其中1,000λ≥D≥40λ，其中DC为所述光纤(5)的所述纤芯(10)的直径且λ为所注入激光辐射的波长，
且特征在于所述聚焦端片(6)的所述顶端(6”)与所述工作区域(9)之间的距离d使得5DC≥d≥50λ，所述端片(6)的所述几何形状和所述定位使得所述激光头(2)产生呈光子喷流形式的经聚焦且略微发散的激光束(11)，其中在所述工作区域(9)处的直径Dj约为所述波长λ的大小。
2.根据权利要求1所述的激光处理装置，其特征在于通过有理贝塞尔曲线Z(R)参数式地描述所述聚焦端片(6)的所述外部形状使得：
其中t在0到1范围内变化，其中所述贝塞尔曲线的权重w0使得0.4≤w0≤0.75，有利地0.4≤w0≤0.5，优选地w0＝0.45，且其中控制点P0、P1和P2为：
且
3.根据权利要求1和2中任一项所述的激光处理装置，其特征在于所述光纤(5)属于多模类型，优选地具有被机械护套(10”)环绕的双重光学护套(10')，或为具有半透明机械护套的光纤。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的激光处理装置，其特征在于所述光纤(5)具有圆柱形形状，优选地具有圆形区段和柔性结构从而允许最小曲线半径高达至少20mm，优选地高达10mm的弯曲。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的激光处理装置，其特征在于100λ≥DC≥40λ，且特征在于λ2≥Dj≥5λ。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的激光处理装置，其特征在于所述第二半轴(b)使得DC/4≤b≤2DC/3且b≠DC/2。
7.根据权利要求1到5中任一项所述的激光处理装置，其特征在于所述第二半轴(b)使得DC/4≤b≤DC/2。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的激光处理装置，其特征在于所述第二半轴(b)使得DC/4≤b<DC/2。
9.根据权利要求1到6中任一项所述的激光处理装置，其特征在于所述第二半轴(b)使得DC/2≤b≤2DC/3。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的激光处理装置，其特征在于所述光纤(5)具有所述纤芯(10)与环绕所述纤芯的所述护套(10')之间的光学梯度折射率，所述折射率在所述光纤(5)的中心处的高值到所述护套(10')处的较低值范围内变化。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的激光处理装置，其特征在于所述光纤(5)在其纵向轴线(AM)的方向上具有组合式结构，所述组合式结构一方面包括第一部分(16)，其由具有相对较少的模式，优选地单模、较大直径和小数值孔径的光纤，例如属于具有较大模直径的光纤类型的光纤或LMA光纤组成；且另一方面包括第二部分(16')，其焊接到所述第一部分(16)、具有更大纤芯直径且在其自由端处包含以单个片件形式成形且能够产生所述光子喷流(11)的所述聚焦端片(6)。
12.根据权利要求1到11中任一项所述的激光处理装置，其特征在于所述注入模块(3)包括：用于所述光纤(5)的输入端(5”)的快速耦合构件(3')，从而确保保护所述光纤的输入区段；和能够且希望将所述输入区段布置在所述模块(3)的聚焦透镜(3”')的焦点处的三维微型定位构件(3”)。
13.一种用于机械加工部分、项目或材料，具体地说用于表面处理、蚀刻、切割、穿孔或标记的工作站，包括具有脉冲或连续发射的功率激光源，连接到传感器、致动器、所述激光源和任选地控制和/或编程接口的控制单元，耦合到所述激光源且由所述控制单元控制的激光处理装置，以及结构或支撑框架，
此工作站(12)的特征在于所述激光处理装置(1)对应于根据权利要求1到12中任一项所述的装置，所述光纤(5)的所述端部部分(5')上成形的所述聚焦端片(6)与待处理的所述部分、项目或材料(8)之间的相对定位和移动通过使用装配所述激光头(2)和/或所述支撑***(7)的对应传感器和致动器由所述控制单元(13)控制。
14.根据权利要求13所述的工作站，其特征在于通过实施对所述聚焦端片(6)与所述工作区域9之间的所述距离d的受控性保证控制而由所述控制单元(13)来控制一方面所述部分、项目或材料(8)与另一方面所述激光头(2)或所述光纤(5)之间的连续或间歇性的所述相对移动，在对应于有效处理循环或阶段的此相对移动期间通过保持最初调整值或通过对此距离进行一个或多个调整而控制所述距离d。
15.根据权利要求13或14所述的工作站，其特征在于所述激光源(4)为功率激光源，其工作功率大于100mW，优选地至少约1瓦特或约10瓦特。
16.根据权利要求13到15中任一项所述的工作站，其特征在于所述工作站包括：传感器(17)，其用于测量由所述光纤(5)中的所述工作区域(9)回射通过所述端片(6)的光；和耦合器，其安装在所述光纤(5)的所述输入端(5”)处且能够回收已从所述端片(6)穿过所述光纤(5)的所述回射光且将其发送到所述传感器(17)，这些所测量值被所述控制单元(13)使用，优选地实时使用以使所述端片(6)与所述工作区域(9)之间的所述距离(d)受控。
17.根据权利要求13到15中任一项所述的工作站，其特征在于所述工作站包括呈相机形式的测量传感器(17)，所述传感器具有观测所述端片(6)和所述工作区域(9)的被一个或若干专用光源照亮的区域的微距透镜，由所述相机(17)提供的图像被所述控制单元(13)采用，优选地实时地采用以使所述端片(6)与所述工作区域(9)之间的所述距离(d)受控。
18.一种用于处理实施于根据权利要求1到12中任一项所述的激光处理装置中，优选地属于根据权利要求13到17中任一项所述的工作站的项目、部分或材料的方法，
所述方法的特征在于其由在实际处理循环或阶段之前将具有聚焦端片(6)、以单个片件形式成形且能够和希望产生光子喷流(11)的光纤(5)固定在所述工作区域(9)中的所述部分、项目或材料(8)上组成，从而调整所述光纤(5)的所述输入区段的所述相对定位以便优化注入，任选地使所述光纤(5)遵循随待处理的所述部分、项目或材料(8)的形状、所述工作区域(9)的位置、为了执行所述处理循环而行进的路径或类似几何和/或表面形状考虑因素而变；具体来说至少随所述部分、项目或材料(8)或其表面的本质而变来调整所述激光源(4)的功率、所述端片(6)与所述部分、所述项目或所述材料(8)之间的所述最佳距离d和相对移动速度；且最后在所述控制单元(13)的控制下，优选地遵循预编程行程或处理循环而开始所述处理。
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