KR20210095688A - 제어 가능한 출력 빔 강도 프로파일을 갖는 초고 광섬유 레이저 시스템 - Google Patents

제어 가능한 출력 빔 강도 프로파일을 갖는 초고 광섬유 레이저 시스템 Download PDF

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유진 쉐르바코프
발렌틴 포민
안드레이 아브라모프
미카일 아브라모프
디미트리 야고드킨
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아이피지 포토닉스 코포레이션
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Abstract

개시된 초고출력 전광섬유 레이저 시스템은 각각의 경로를 따라 각각의 레이저 빔을 출력하는 다수의 이격된 광섬유 레이저로 구성된다. 개시된 시스템은 적어도 하나의 중앙 안내 광섬유 및 복수의 주변 안내 광섬유를 포함하는 테이퍼링된 광섬유-다발로 더 구성된다. 개시된 시스템은 이중 병목 형상의 단면으로 구성되고 적어도 두 개의 동심이며 반경 방향으로 이격된 내부 및 외부 코어를 구비한 다중 클래드 전달 광섬유를 더 갖는다. 내부 코어는 주변 안내 광섬유에 결합되는 한편 내부 코어는 중앙 안내 광섬유에 접합되어, 전달 광섬유의 내부 코어로부터 방출되는 시스템 출력이 외부 코어로부터 방출되는 시스템 출력과 상이한 빔 형상을 갖도록 한다.

Description

제어 가능한 출력 빔 강도 프로파일을 갖는 초고 광섬유 레이저 시스템
본 개시는 초고 전광섬유 레이저 시스템(ultrahigh all-fiber laser system)에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 상이한 강도 분포 프로파일을 갖는 빔을 동시에 또는 순차적으로 전달하도록 작동하는 초고출력 전광섬유 레이저 시스템에 관한 것이다.
초고 광섬유 레이저 시스템은 멀티-kW 고휘도 출력 광을 출력하는 것으로 알려져 있다. 전형적인 고출력 광섬유 레이저 시스템은 함께 결합되는 다수의 광섬유 레이저 모듈을 포함하여 그에 따라 용이하게 조작될 수 없기 때문에 큰 설치 공간(footprint)이 필요하다. 그러나 종종, 접근하기 어렵고 멀리 있는 위치로 고출력 광을 전달할 필요가 있다. 이러한 이유로, 고출력 레이저 시스템은 많은 비선형 효과로 인해 광의 품질 및 섬유의 무결성에 불리할 수 있는 긴 전달 광섬유를 갖는다.
광학에서 “비선형”이라는 용어는 강도에 의존적인 현상을 의미한다. 광섬유 내의 비선형 효과는 (1) 광학적 강도에 따른 매체의 굴절률 변화 및 (2) 비탄성 산란 현상으로 인해 발생된다. 비선형 효과는 투과 길이에 의존한다. 광섬유 링크 길이가 길수록, 광 상호작용이 커지고 비선형 효과가 커진다. 광섬유에서 비선형성에 영향을 미치는 다른 요인은 강도(intensity)이고, 강도는 코어의 면적에 반비례한다. 강도가 높을수록, 비선형 효과가 커진다. 이러한 요인들은 고출력 광섬유 레이저 시스템에 변함없이 존재하며 시스템의 파워와 품질을 모두 감소시킴으로써 시스템의 출력에 악영향을 미칠 수 있다.
재료를 절단 및 용접하기 위한 다양한 해결책은 종종 출력 빔의 다양한 빔 강도 프로파일을 필요로 한다. 예를 들어, 금속 절단의 경우, “링” 형상의 프로파일과 같은 보다 통상적인 빔 프로파일 대신에 “도넛” 형상의 프로파일을 이용할 때 훨씬 더 낮은 파워, 높은 절단 속도 및 고품질로 실행될 수 있다는 것이 관찰되었다. “도넛” 형상은 코어의 주변에서 상대적으로 높은 강도를 갖고, 코어의 중앙 (또는 축) 영역을 따라서 상대적으로 낮은 강도를 갖는 것을 특징으로 한다.
단일 전달 광섬유(delivery fiber)로 결합된 각각의 출력 광섬유를 갖는 다수의 광섬유 레이저 공급원으로 구성된 광섬유 레이저 시스템은 이러한 요건을 틀림없이 만족시킬 수 있다. 상이한 빔 프로파일을 갖는 각각의 빔을 출력하는 결합된 출력 광섬유는 다양한 산업의 영역에서 유리하다. 예를 들어, 보다 통상적인 빔 프로파일 대신에 도넛 빔을 이용할 때, 주어진 두께의 금속을 절단하는 경우에 훨씬 더 낮은 파워, 높은 절단 속도 및 증가된 품질로 수행될 수 있다는 것이 관찰되었다.
US8781269(US'269)는 출력 레이저 빔의 상이한 빔 형상을 만들도록 각각의 광원으로부터 다중-클래드(multi-clad) 광섬유로 여러 개의 입력 빔을 선택적으로 결합시키는 다양한 배열을 개시하고 있다. 입력 빔은 공급 다중-클래드 광섬유의 소정의 코어 및 클래딩 영역 내로 선택적으로 결합되기 전에 자유 공간 및 벌크(bulk) 스위칭 광학장치를 통해 전파된다. 선택하는 과정은 다중 입력 빔 중 하나만이 전달 광섬유에 결합될 수 있도록 하는 스위칭 광학장치에 의해 실현된다. 이러한 참조 문헌에 개시되는 레이저는, 벌크 부품을 이용하는 광학적 시스템에 유해한 높은 기계적 응력 및 열응력과 관련된 중공업에서 전형적으로 사용된다. 또한, 벌크 광학장치(bulk optics)를 통해서 전파되는 광 빔은 렌즈 표면의 반사로 인해 손실이 일어난다. 렌즈를 통해 투과되는 광출력의 감소에 기여하는 다른 요인은 표면의 거칠기에 의한 산란 및 그 체적 내의 유리의 결함이 있다.
미국 특허 제 7,130,113호는 렌즈와 같은 벌크 광학장치를 사용하여 광섬유를 광학장치에 결합하는 것이 교시된 US'269와 유사한 구성을 교시한다. 이러한 결합은 시준 효과를 보상하는 경향이 있다.
WO2016198724(WO'724)는 하나의 동축 링 광섬유를 통해서 다수의 개별적으로 제어 가능한 레이저 빔을 전파시키는 것을 교시하나, US'269와는 대조적으로, 개시된 레이저가 전광섬유 설계이기 때문에 벌크 스위칭 광학장치가 존재하지 않는다. 참조문헌은 중앙 채널 및 주변 채널을 갖는 레이저 빔 인서트를 개시하며, 전달 광섬유의 적어도 하나의 클래딩(cladding) 및 코어로 추가로 슬라이싱된 각각의 전달 광섬유가 상기 채널들을 횡단한다. 결합기(combiner)의 구성은 복잡하여 노동 및 비용 면에서 비효율적이다.
본 출원인은 각각 2014년 8월 13일 및 2015년 5월 26일에 출원되고 전체로써 본 명세서에서 참조로 포함되는 WO 2016/025701US 및 WO 2016/200621에 개시된 다중빔 레이저 시스템의 개발에 이전에 관여하였다
그에 따라, 먼 위치에서 초고출력 레이저 빔을 출력하도록 구성된 긴 전달 광섬유를 갖는 초고출력 전광섬유 레이저에 대한 수요가 존재한다.
제어 가능한 복합 출력 빔을 제공하는 것을 가능케 하는 간단한 구성을 갖는 초고출력 전광섬유 레이저 시스템에 대한 또 다른 수요가 존재한다.
이러한 수요는 단지 실용적인 고려사항에 의해 제한되는, 다수의 광섬유 레이저 공급원을 포함하는 개시된 초고출력 전광섬유 레이저 시스템에 의해서 충족된다. 레이저 공급원은 하나 이상의 중앙 레이저 공급원 및 주변 공급원으로 지칭되는 다른 다수의 레이저 공급원을 가지도록 배열되고, 주변 공급원은 어떠한 특정한 순서 없이 중앙 공급원(들)의 측면에 위치되거나, 그를 둘러싸거나, 또는 그들로부터 단지 단순히 이격될 수도 있다.
레이저 공급원은 하류 단부가 각각의 공급 광섬유(feeding fiber)에 접합되는 각각의 중앙 및 주변 공급원 출력 광섬유를 통한 광 경로를 따라서 안내되는 각각의 레이저 출력을 생성한다. 상당한 손실을 방지하기 위해, 각각의 접합된 출력 및 공급 광섬유의 코어 단부는 서로 정렬되고 균일하게 치수 설정된다.
공급 광섬유는 함께 융합되어 광섬유 결합기를 형성하는 복수의 안내 광섬유(guiding fiber)를 포함하는 테이퍼링된 광섬유 다발에 결합된다. 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이, 광섬유 결합기는 중앙 공급 광섬유의 하류 단부에 접합되는 중앙 안내 광섬유와, 중앙 안내 광섬유를 둘러싸고 각각의 주변 공급 광섬유에 맞붙임 접합(butt-spliced)되는 복수의 주변 안내 광섬유로 구성된다. 그에 따라, 구조적으로 광섬유 결합기는 큰 입력면 및 입력면보다 작은 출력면을 갖는다.
개시된 시스템에서, 광섬유 결합기의 출력면은 다중코어 전달 광섬유에 접합되고, 이는 주변 광섬유를 통해 안내되는 광이 적어도 하나의 제2 코어에 결합되게 하고, 접합된 중앙 광섬유의 열(train)을 통해 전파되는 광은 전달 광섬유의 중앙 코어에 결합된다. 전달 광섬유의 종방향 단면은 바람직하게는 두 개의 비교적 작은 입력 및 출력 단부, 각각의 단부의 직경보다 큰 직경을 갖는 중간부 및 중간부의 양단부와 각각의 입력 및 출력 단부를 가교하는 두 개의 테이퍼링된 부분으로 구성되는 이중 병목 형상을 갖는다. 개시된 구조에서, 중앙 부분의 확대된 코어 직경으로 인해 비선형 효과에 대한 임계치가 균일한 치수의 전달 광섬유에서 관찰되는 임계치보다 높기 때문에, 전달 광섬유를 종래 기술의 것들보다 훨씬 길게 할 수 있다.
개시된 전광섬유 레이저 시스템은 WO'724와 대조적으로, 하나의 중앙 광섬유 단부 및 다수의 주변 광섬유 단부로 구성되는 테이퍼링된 결합기 내로 함께 결합되는, 각각의 공급 광섬유를 갖는 다수의 레이저 공급원을 포함한다. 테이퍼링된 결합기는, 각각의 중앙 및 주변 광섬유의 코어가 광섬유 결합기의 중앙 및 주변 코어와 정렬되는, 다중코어 전달 광섬유에 직접적으로 접합된다. 전달 광섬유의 출력 단부는 석영 블록과 광학적 및 기계적으로 접촉된다. 공급 광섬유 및 전달 광섬유 사이의 전광섬유 연결은 WO'724의 복잡하고 노동 집약적인 광섬유 커플러의 필요성을 제거한다. 각각의 레이저 공급원의 출력을 제어하는 것은 전달 광섬유가 다양한 빔 형상을 갖는 빔을 출력하게 한다.
레이저 공급원은 다중모드, 단일 모드, 또는 MM 및 SM 공급원의 조합, 편광 그리고 비편광 공급원으로 구성될 수 있다. 레이저 공급원은 임의의 특정 파워 레벨로 제한되지 않고, 그에 따라 몇 와트 내지 수백 kW의, 그리고 임의의 주어진 레이저 공급원의 작동 체제에 따라서는 1 MW 이상까지의, 매우 넓은 출력 범위에서 작동된다. 작동 체제는 연속파(CW), 준연속파(QCW) 및 펄스 레이저 작동 중에서 선택될 수 있다. 본 개시 범위 내의 작동 체제는, 동일한 작동 체제 또는 상이한 작동 체제에서 동시에 또는 순차적으로 작동되는 모든 레이저 공급원을 포함할 수도 있다. 바람직하게는, 레이저 공급원은 광섬유 레이저이지만, 피그테일(pigtailed) 다이오드 레이저, YAG, 디스크 레이저 및 레이저 구성의 임의의 가능한 조합이 본 개시의 범주 내에 있다. 본 개시에 포함되는 모든 레이저 변형에 공통되는 것은 필수적으로 다중-코어 전달 광섬유로 구성되는 광섬유 전달 시스템이다. 앞서 개시되고 이하에서 구체적으로 설명되는 특징뿐만 아니라, 앞서 개시된 레이저 구성의 전부가 본 개시에 청구된 청구 대상을 벗어나지 않고도, 서로를 임의로 조합하여 이용될 수 있다.
개시된 광섬유 레이저 시스템의 전술한 특징 및 다른 특징들은 이하의 도면을 수반하는 상세한 설명으로 더욱 쉽게 명확해질 것이다.
도 1은 하나의 변형예에 따라 구성된 개시된 광섬유 레이저 시스템의 개략도이다.
도 2는 다른 변형예에 따라 구성된 개시된 레이저 시스템의 개략적인 종단면도이다.
도 3은 도 1및 도 2의 전달 광섬유와 그 굴절률 프로파일의 단면도이다.
도 4의 A는 7x1 광섬유 결합기의 출력면의 단면도이다.
도 4의 B는 도 1 내지 도 3의 전달 광섬유의 단면도이다.
도 4의 C는 결합기와 전달 광섬유 각각의 접합된 단부들 사이의 경계면이다.
도 4의 D는 도 4의 B의 전달 광섬유의 굴절률 프로파일이다.
도 5의 A 내지 D는 도 4의 A 내지 D의 각각의 도면에 대응하며, 이 경우는 19x1 광섬유 결합기에 대한 것이다.
도 6a 및 도 6b는 도 1 및 도 2의 전달 광섬유 및 세 개의 중앙 광섬유가 있는 결합기 사이의 경계면의 단면도를 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 도 6a 및 도 6b 각각과 유사하며, 이 경우의 결합기는 일곱 개의 중앙 광섬유를 갖는 결합기에 대한 것이다.
이제 본 발명의 실시예를 상세히 참조할 것이다. 가능한 경우에, 동일하거나 유사한 부분 또는 단계를 나타내기 위해 도면 및 설명에서 동일하거나 유사한 참조 번호가 사용된다. 도면은 단순화된 형태이고 정확한 축적으로 나타나지 않는다. 편의성 및 명료함만을 목적으로, 방향적(상/하 등) 또는 이동적(앞/뒤 등) 용어가 도면과 관련하여 사용될 수도 있다. “결합(couple)” 및 유사한 용어는 반드시 직접적 및 즉각적 연결을 나타내는 것이고 아니고, 중간 요소 또는 장치를 통한 연결도 포함한다.
도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 개념에 따르면, 개시된 초고출력 전광섬유 레이저 시스템(10)은 단지 실용적인 고려사항에 의해 제한되는 임의의 개수의 광섬유 레이저 공급원(14p-14c)을 포함할 수 있다. 레이저 공급원(14)은 하나 이상의 중앙 레이저 공급원(14c) 및 임의의 특정한 순서 없이 중앙 공급원(들)로부터 측면에 위치하거나, 그를 둘러싸거나 또는 그로부터 단순히 이격될 수 있는 다수의 주변 레이저 공급원(14p)을 갖는 구성으로 배열된다. 레이저 공급원(14)의 작동 체제는 연속파(CW) 또는 준연속파(QCW) 또는 펄스 체제 중 하나로부터 선택될 수 있다. 개시의 범위는 각각 상이한 체제로 작동하는 레이저 공급원(14)을 제공하거나, 모든 공급원이 동일한 체제를 가질 수도 있다. 예를 들어, 중앙 레이저(14c)는 QCW 레이저일 수 있는 반면, 주변 레이저 공급원(14c)은 CW 체제로 작동될 수 있다. 레이저 공급원은 SM 광섬유 또는 MM 광섬유를 필요로 하는 단일 횡방향 모드(SM) 또는 다중 횡방향 모드(MM)에서 각각의 레이저 빔을 동시에 또는 순차적으로 출력할 수 있다. 각각의 SM 및 MM 광섬유와 함께 SM 및 MM 레이저 공급원의 조합을 포함하는 구성은 또한 본 개시의 범위 내에서 고려된다. 각각의 레이저 공급원(14)의 출력 파워는 서로 동일하거나 상이할 수도 있다. 레이저 공급원은 소프트웨어 및 레이저 분야의 통상의 기술자에게 알려진 방식으로 중앙 처리 유닛(12)에 의해 제어된다.
레이저 공급원(14)은 하류 단부가 각각의 공급 광섬유(18c, 18p)에 접합되는 각각 중앙 및 주변 출력 광섬유(16c, 16p)를 통한 광 경로를 따라서 안내되는 각각의 레이저 출력을 생성한다. 손실을 방지하기 위해, 각각의 접합된 출력 및 공급 광섬유의 코어는 서로 정렬되고 균일하게 치수설정된다.
공급 광섬유(18p, 18c)는 하류 광섬유 결합기(20)를 형성하도록 함께 융합되는 복수의 안내 광섬유를 포함하는 테이퍼링된 광섬유 다발에 결합된다. 섬유 결합기는 통상의 기술자에게 공지되고 도 2에 도시된 바와 같이 중앙 공급 광섬유(18c)의 하류 단부에 접합되는 중앙 안내 광섬유(22c)와, 중앙 안내 광섬유(22c)를 둘러싸고 주변 공급 광섬유(18p)에 접합되는 복수의 주변 안내 광섬유(22p)로 구성된다. 입력면(24)과 출력면(26)은 각각 그 사이에 결합기(20)의 몸체를 형성한다.
개시된 시스템에서, 하류 광섬유 결합기(20)(도 1)의 출력면(26)은 다중코어 전달 광섬유(28)에 접합되며, 다중코어 전달 광섬유는 주변 광섬유(16p, 18p, 22p)를 통해 안내되는 광이 적어도 하나의 제2 코어(32)에 결합되게 하는 한편, 접합된 중앙 광섬유(16c, 18c, 22c)의 열을 통해 전파되는 광은 전달 광섬유의 중앙 코어(34)에 결합된다. 중앙 코어(32) 및 제2 코어(34)는 내부 클래딩(36)에 의해 각각 분리되고, 내부 클래딩은 외부 클래드(38)와 함께 제2 코어(32)를 사이에 두고 있다. 공급 광섬유(18)의 개수에 따라, 결합기(20)는 3x1 또는 7x1 또는 19x1의 구성을 가질 수 있고, 이는 전달 광섬유(28)의 하나보다 많은 제2 코어에 결합된 더 많은 공급 광섬유(18)를 가질 수도 있다. 기술적 상황이 허용하는 경우, 더 많은 광섬유가 결합기 본체에 수용될 수도 있다.
전달 광섬유(28)의 종방향 단면은 바람직하게는 서로를 향해 연장하고 서로로부터 일정 거리에서 종결되는 입력 및 출력 테이퍼링된 섹션 또는 부분(44, 46)으로 구성된 이중 병목 형상을 갖는다. 중간 섹션(42)은 각각 전달 광섬유 및 브리지 섹션(44, 46)의 각각의 입력면 및 출력면의 직경보다 큰 직경을 갖는다. 입력 섹션(44) 및 출력 섹션(46) 각각은 도 1에 도시된 바와 같이 전달 광섬유(28)의 면으로부터 직접 바깥쪽으로 테이퍼링될 수도 있다. 대안적으로, 전달 광섬유(28)는 도 2에 도시된 바와 같이, 각각이 상기 면과 테이퍼링된 부분(44, 46) 사이에서 각각 연장되는 대향되는 입력 및 출력 세장형 원통형 단부들(48, 50)을 구비할 수도 있다. 전달 광섬유(28)는 100kW CW 레이저 시스템(10)에서는 어떠한 열화도 나타내지 않으면서 적어도 20m의 길이까지 될 수도 있다. 보호 슬리브(52)는 전달 광섬유(28)를 둘러싸고 결합기의 출력 광섬유와 전달 광섬유 사이의 이음부(splice)(54)(도 2)를 덮는다. 단부 블록 또는 빔 확장기(40)는 전달부(28)의 출력면에 접합되고 공지된 방식으로 환경 위험을 최소화하도록 구성된다.
공급 광섬유(18c, 18p)는 하류 결합기(20)의 각각의 중앙 및 주변 안내 광섬유에 직접적으로 결합되는 것으로 전술되어 있다. 대안적으로, 복수의 중앙 레이저 공급원(14c) 및 복수의 주변 레이저 공급원(14p)은 도 1에 도시된 바와 같이, 함께 그룹화 될 수도 있다. 각각의 그룹의 각각의 레이저 공급원으로부터 광을 안내하는 공급 광섬유(18)는, 다시 각각의 제2 또는 상류 결합기(60)에 결합된다. 따라서, 시스템(10)은 결합기(20)의 중앙 및 주변 안내 광섬유에 접합된 각각의 출력 광섬유(62c, 62p)를 갖는 중앙 및 주변 결합기(60c, 60p)를 구비할 수도 있다. 다수의 레이저 출력을 각각의 결합기의 단일 출력 광섬유로 결합하는 것은 하류 결합기(20)로 전달되는 광의 강도를 증가시킬 수 있다. 각각의 그룹의 공급 광섬유(18)의 수는 단지 기술적 및 실용적 고려사항에 의해 변경 및 제한될 수 있다. 예를 들어, 도 1은 각각의 결합기(60c, 60p)의 3x1 구성을 도시한다. 전달 광섬유(28)에는 전달 광섬유(28)의 보호 레이어에 해로울 수 있는, 외부 클래드를 따라 전파되는 모드를 제거하기 위해 구성되는, 본 기술분야에서 공지된 클래드-모드 흡수기가 제공될 수도 있다.
도 4의 A는 중앙 광섬유(20c)와 여섯 개(6)의 주변 광섬유(20p)가 있는 7x1 하류 광섬유 결합기(20)의 단면도를 도시한다. 결합기의 광섬유(22c, 22p)는 공급 광섬유(18)의 각각의 출력부에 접합된다. 도 4의 B에 도시된 2-코어 전달 광섬유(28)는 중앙 안내 광섬유(22c)의 직경과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 중앙 코어(34)를 갖는다. 전달 광섬유(28)의 제2 코어(32)는 도 4의 C에 도시된 결합기(20)의 주변 안내 광섬유(22p)를 수용하도록 치수가 설정된다. 전달 광섬유(28)의 굴절률 프로파일은 도 4의 D에 도시되어 있다.
도 5의 A 내지 D는 도 4의 A 내지 D의 도면에 각각 대응하는 각각의 도면을 도시한다. 그러나 도시된 결합기(20)의 구성은 중앙 안내 광섬유(20c)에 대응하는 내측 원 및 열두 개(12)의 주변 안내 광섬유(20p)를 갖는 외부 원과 동심으로 배열되는 열아홉 개(19)의 안내 광섬유(20c, 20p)를 포함한다. 안내 광섬유 수의 증가는 전달 광섬유(28)의 변형을 유발할 수도 있다. 도 5의 B, D에 도시된 바와 같이, 후자는 중앙 코어(34) 및 두 개의 제2 코어(32, 35)로 구성된다. 세 개의 클래딩(36, 38, 39)은 도 5의 B의 구성과 대응하는 구성이 될 수 있다(compete). 도 4의 A 내지 D의 구성과 비슷하게, 각각의 안내 광섬유(20c)의 코어 직경과 전달 광섬유(28)의 중앙 코어(34)의 직경은 서로 일치하도록 치수가 설정된다.
도 4의 D 및 도 5의 D를 간략히 참조하면, 각각의 중앙 코어 및 제2 코어(들)의 굴절률 n1은 서로 동일한 것으로 도시된다. 그러나, 본 개시의 범주는 서로 상이한 각각의 굴절률로 구성되는 중앙 코어 및 제2 코어를 포함한다. 비슷하게, 내부 및 외부 클래딩(38, 36, 39)이 균일한 굴절률 n2을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 클래딩은 각각 서로 동일하지 않는 굴절률을 가질 수도 있는 것으로 예상된다.
도 6a 및 도 6b는 결합기(20)와 전달 광섬유(28)의 단면도를 각각 도시한다. 이 변형예와 도 4 및 도 5에 도시된 것의 차이는 결합기(20)의 상이한 다수의 중앙 광섬유(20c)를 포함한다. 특히, 세 개(3)의 중앙 광섬유(20c)가 전달 광섬유(28)의 중앙 코어(34)의 코어 직경과 일치하는 외주를 함께 형성한다.
도 7a - 7b는 각각 도 6a - 6b와 유사하다. 그러나 광섬유 결합기(20)는 전달 광섬유(28)의 중앙 코어(32)의 코어 직경과 일치하는 외주를 형성하는 일곱 개(7)의 중앙 광섬유(20c)에 의해 형성되는 중앙 구역을 갖는다. 열두 개의 안내 주변 광섬유(20p)는 전달 광섬유(28)의 제2 코어(32)에 접합되고, 이전에 개시된 모든 변형과 유사하게, 전달 광섬유(28)의 각각의 클래딩(36, 38)의 인접한 영역 내로 반경 방향으로 연장될 수도 있다.
레이저 분야의 통상의 기술자에 의해 쉽게 이해되는 바와 같이, 결합기(20)의 중앙 광섬유(20c)의 개수는 증가될 수도 있다. 중앙 광섬유(20c)의 증가된 개수는 결국 전달 광섬유(28)의 중앙 코어(34)의 증가된 코어 직경을 필요로 할 수도 있다. 전달 광섬유(28)의 중앙 코어(34)의 코어 직경은 50μ와 100μ 사이에서 변할 수도 있는 반면, 전달 광섬유(28)의 외부 직경은 150μ와 300μ 사이의 범위에 있을 수도 있다. 물론 이러한 범위는 예시적이고, 임의의 주어진 조건에 따라 조정될 수도 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 예시적인 개략도를 설명하고 있으며, 여기서 레이저 시스템(10)은 중앙 전달 광섬유(20)를 둘러싸는, 아래에서 개시될, 각각의 공급 광학 광섬유(181 - 18n)를 통해 각각의 레이저(141 - 14n)로부터의 다수의 상이한 출력을 전달한다. 각각의 공급 광섬유의 하류 단부는 아래에서 개시되는 바와 같은 다중-코어 전달 광섬유(24)의 상류 단부에 직접적으로 접합되는 결합기를 형성한다. 다중-코어 전달 섬유는 차례로 석영으로 만들어지는 단부 블록(26)에 융합된다.
레이저(141 - 14n)는 콘솔(12) 내에 수납되거나 각각의 상이한 위치에 배치될 수도 있다. 전술한 바와 같이, 레이저는 유사하거나 상이한 특성을 갖는 동일하거나 상이한 구조물을 가질 수도 있고, 동일하거나 상이한 작동 체제에서 작동될 수도 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 각각의 공급 주변 광섬유(18) 및 중앙 광섬유(20)의 다수의 출력 단부는 함께 결합되어 7-구성요소 결합기(25) 또는 19-구성요소 결합기(도 5의 A, C 및 도 6), 또는 광섬유 레이저 분야의 통상의 기술자에게 공지된 방식으로 테이퍼링된 중간 섹션(27) 및 일반적으로 원통형 단부 섹션(29)을 갖도록 성형된 임의의 다른 적절한 수의 이러한 요소들을 형성한다. 단부 섹션(29)(도 3a)의 외부 직경(d)에 대해 이격되고 같이 연장하는 공급 광섬유(18)의 외부 주변부에 의해 결정되는 외부 직경(D-D)의 감소는 2배 내지 10배의 범위 내에서 변할 수도 있다. 실제 감소의 결정 요인은, (1) 중앙 공급 광섬유(20)(도 4)의 감소된 중앙 코어(20')(도 3a)와 전달 광섬유(24)의 코어(30)(도 3b)의 정렬 및 치수, 그리고 (2) 각각의 주변 공급 광섬유(18)(도 4)의 코어(18')(도 3a)와 공급 광섬유(24)의 클래딩(28)(도 3b)의 정렬 및 치수를 포함한다. 도 5 및 도 6의 구성의 경우에는, 중앙 광섬유(20)에 인접하는 주변 광섬유(18)는 전달 광섬유(24)(도 5의 B)의 코어(30')와 정렬되어야 하고, 그리고 중앙 코어와 인접한 것들을 둘러싸는 주변 공급 광섬유(18)는 전달 광섬유(24)의 코어(30'')에 정렬되어야 하는 등이 있다. 도 3 및 도 4에서 각각의 인접한 전달 주변 광섬유(18)의 단부 섹션(29)은 모두 서로에 대해서 그리고 공급 광섬유(20)의 중앙 단부 섹션에 대해서 기계적으로 접촉하고 있다는 것을 주의해야 한다. 도 5 및 도 6에서, 각각의 “외부” 인접한 주변 광섬유(18)의 단부 섹션, 즉 중앙 공급 광섬유(20)로부터 반경 방향으로 이격된 공급 광섬유(18)와 같은 것들은 명백히 서로에 대해 접촉되고, 인접한 “내부” 공급 광섬유의 각각의 단부 섹션과 접촉된다. 전체 구조를 완성하는 것은 통상의 기술자에게 공지된 방식으로 결합기(25)와 전달 광섬유(24) 사이의 접합 영역을 덮는 폴리머 재료로 만든 보호 슬리브(34)이다.
전달 광섬유(24)는 각각 도 3b의 두 개의 코어 영역(28, 30)[또는 도 5의 B의 세 개의 코어 영역(30 - 30'') 또는 그 이상]으로 구성된다. 코어 영역은 동심성이고 코어 영역을 분할하는 도 3d 및 도 5의 D에 도시된 바와 같이 코어-간의 동심 영역(36 - 36'') 각각의 굴절률(n2) 보다 높은, 동일한 굴절률(n1)을 갖는다.
단일 중앙 광섬유(20) 대신에, 도 3c와 조합하여 도 3e에 도시된 것을 참조하여, 다수의 광섬유(20, 42, 44)가 사용될 수도 있다. 이러한 광섬유는 동일하거나 상이한 레이저 공급원(도시되지 않음)으로부터 나오는 빔을 안내하도록 동심으로 위치된다. 주변 광섬유(18 - 18'')는 도 3a와 비슷한 방식으로 외부 중앙 광섬유(44)를 둘러싼다. 도 3e에 도시된 구성은 도 5의 A 내지 D에 도시된 구성에 명백히 사용될 수 있다.
사용 시에, 레이저 출력을 제어하면, 광 신호는 공급 광섬유(18)(도 3a, 4, 5의 A, 6)의 각각의 코어(18')를 통해 선택적으로 안내될 수 있고, 전달 광섬유(24)의 소정의 코어 또는 코어들에 결합될 수 있다. 그 결과, 전달 광섬유는 소정의 형상을 갖는 시스템 빔을 출력한다. 주변 전달 광섬유의 도움 없이 하나 이상의 중앙 공급 광섬유만이 이용되는 경우에, 레이저 처리하고자 하는 작업물 상으로 입사되는 빔의 형상이 단지 완전한 중앙 회로일 수도 있거나, 또는 단지 다수의 도넛-형상의 빔 또는 빔들 또는 전자와 후자가 함께 이용될 수도 있다. 반드시 필수적인 것은 아니지만 바람직하게는, 도 4 및 도 6의 결합기의 모든 광섬유는 다중모드(MM) 광섬유이다. 대안적으로, 중앙 광섬유(20)만이 MM인 반면, 모든 주변 광섬유(18)는 단일 모드(SM) 광섬유이다. 명백하게 MM 및 SM 광섬유의 다른 조합들이 요구되는 과제에 부합하도록 이용될 수 있다.
도 1의 레이저 공급원(141 - 14n) 조합의 하나의 유리한 조합은 “중앙” 레이저는 준연속(QCW) 체제에서 작동하는 반면에 “주변” 레이저 각각은 CW 빔을 출력하는 것을 포함할 수 있다. 중앙 및 주변 레이저는 동시에 또는 순차적으로 작동할 수도 있다. 예를 들어, QCW 레이저가 천공 도구로서 이용될 수도 있는 반면, CW 주변 레이저는 절단을 위해 이용될 수 있다. 도 3c 및 도 3e의 구성에서, 작업물의 천공 및 절단은 중앙 동심 공급 광섬유를 이용함으로써 수행될 수도 있다. 작동 레이저 체제의 다른 가능한 조합은 펄스 레이저를 CW 레이저 또는 QCW 레이저와 조합하는 것을 포함할 수도 있다. 주변 레이저는 빔을 출력하지 않는 하나 이상의 주변 레이저와 함께 선택적으로 이용될 수도 있다.
따라서, 적어도 하나의 예의 몇몇 양태를 설명하였지만, 여러 가지 변경, 변형 및 개선이 통상의 기술자에 의해서 용이하게 이루어질 것임을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 명세서에서 개시된 예는 또한 다른 맥락에서 사용될 수도 있다. 그러한 변경, 변형 및 개선은 본 개시의 일부가 될 것이고, 그리고 본 명세서에서 논의된 범위에 포함된다. 따라서, 전술한 설명 및 도면은 단지 예시일 뿐이다.

Claims (16)

  1. 초고출력 전광섬유 레이저 시스템이며,
    각각의 레이저 빔을 선택적으로 출력하도록 제어되는 적어도 하나의 중앙 및 복수의 주변 광섬유 레이저 공급원;
    각각의 중앙 및 주변 광섬유 레이저 공급원으로부터 레이저 빔을 수용 및 안내하는 각각의 코어를 갖는 중앙 및 주변 공급 광섬유;
    중앙 안내 광섬유 및 중앙 안내 광섬유를 둘러싸는 복수의 주변 안내 광섬유의 테이퍼링된 광섬유-다발로서, 중앙 및 주변 안내 광섬유는 광섬유 결합기를 형성하도록 서로 융합되며, 각각의 중앙 및 주변 안내 광섬유의 입력 단부는 각각의 중앙 및 주변 공급 광섬유의 출력 단부에 접합되는, 테이퍼링된 광섬유 다발; 및
    다중코어 전달 광섬유를 포함하고,
    전달 광섬유는
    입력 및 출력 단부,
    입력 및 출력 단부 사이에서 연장되고 내향 이격되는 중간부로서, 입력 및 출력 단부들의 직경보다 더 큰 직경을 구비하는 중간부, 및
    중간부의 양단부 각각과 입력 및 출력 단부를 가교하는 입력 및 출력 테이퍼링된 부분을 포함하고,
    전달 광섬유는,
    서로에 대해 반경 방향으로 이격되고 결합기의 각각의 중앙 및 주변 안내 광섬유에 결합되는 동심의 중앙 및 제2 코어로서, 중앙 코어는 중앙 안내 광섬유의 직경과 일치하거나 그보다 큰 외부 코어 직경을 갖는, 중앙 및 제2 코어, 및
    제2 코어와 동심이고 제2 코어를 사이에 두고 있는 내부 및 외부 클래딩(cladding)을 갖도록 구성되고;
    레이저 빔 중 하나는 각각의 중앙 공급, 안내 및 전달 광섬유의 접합된 코어에 의해 한정되는 제1 고정 경로를 따라서 전파되고, 그리고 잔여 레이저 빔은 주변 공급 및 안내 광섬유의 각각의 코어를 통해 그리고 추가로 전달 광섬유의 제2 코어를 통해 제2 고정 경로를 따라서 전파되는, 초고출력 전광섬유 레이저 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 결합기의 각각의 중앙 안내 광섬유에 결합되는 복수의 중앙 공급 광섬유를 추가로 포함하는, 초고출력 전광섬유 레이저 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 중앙 안내 광섬유는 전달 광섬유의 중앙 코어에 맞붙힘 접합되고, 주변 안내 광섬유는 전달 광섬유의 제2 코어에 맞붙힘 접합되며 전달 광섬유의 중앙 코어와 중첩되지 않는, 초고출력 전광섬유 레이저 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 다수의 제2 광섬유 결합기를 더 포함하고, 상기 다수의 제2 광섬유 결합기 각각은 적어도 두 개의 공급 광섬유의 그룹을 결합하여 중앙 공급 광섬유가 중앙 제2 광섬유 결합기에 결합되고 주변 공급 광섬유는 복수의 주변 제2 광섬유 결합기 내에 결합되도록 하고, 제2 중앙 및 주변 광섬유 결합기는 결합기의 중앙 및 주변 안내 광섬유에 접합된 각각의 출력 광섬유를 갖는, 초고출력 전광섬유 레이저 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 광섬유 레이저 공급원에 결합된 제어기를 더 포함하고, 제어기는
    중앙 광섬유 레이저 공급원만이 제1 고정 경로를 따라 전달 광섬유의 중앙 코어 내로 전파되는 레이저 빔을 방출하도록, 또는
    하나 또는 그 이상의 주변 광섬유 레이저 공급원만이 제2 고정 경로를 따라 전파되어 전달 광섬유의 제2 코어로 결합되는 각각의 레이저 빔을 방출하도록, 또는
    중앙 및 적어도 하나 이상의 주변 광섬유 레이저 공급원이, 전달 광섬유의 각각의 중앙 및 제2 코어에 결합되는 각각의 레이저 빔을 방출하고, 전달 광섬유의 각각의 중앙 및 제2 코어로부터의 레이저 빔 출력이 각각의 상이한 빔 강도 프로파일을 갖도록
    광섬유 레이저 공급원을 선택적으로 여기시키는, 초고출력 전광섬유 레이저 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 전달 광섬유의 출력 단부에 융합되는 석영 빔 확장기를 더 포함하는, 초고출력 전광섬유 레이저 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 중앙 및 주변 레이저 공급원 모두는 동일한 체제 또는 상이한 체제에서 작동되고, 상기 체제는 연속파(CW), 준연속파(QCW), 펄스 또는 상이한 체제의 조합을 포함하는, 초고출력 전광섬유 레이저 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 주변 광섬유 레이저 공급원은 CW 체제에서 작동되는 한편, 중앙 광섬유 레이저 공급원은 QCW 체제에서 작동하는, 초고출력 전광섬유 레이저 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 중앙 및 주변 광섬유 레이저 공급원은 서로 동시에 여기되거나, 또는 중앙 광섬유 레이저 공급원은 주변 광섬유 레이저 공급원 이전에 또는 이후에 여기되는, 초고출력 전광섬유 레이저 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 주변 광섬유 레이저 공급원은 선택적으로 여기되는, 초고출력 전광섬유 레이저 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 중앙 및 주변 레이저 공급원은 단일 횡방향 모드(SM) 또는 다중모드(MM)로 각각의 레이저 빔을 출력하며, 레이저 공급원 각각은 마스터 발진기 출력 광섬유 증폭기(MOPFA)의 구성 또는 발진기를 갖는, 초고출력 전광섬유 레이저 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 전달 광섬유의 중앙 및 제2 코어는 각각의 굴절률을 갖는 반면, 내부 및 외부 클래딩은 각각의 중앙 및 제2 코어의 굴절률보다 낮은 각각의 굴절률을 갖도록 구성되는, 초고출력 전광섬유 레이저 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 전달 광섬유의 각각의 중앙 및 주변 코어의 굴절률은 서로 동일하거나 상이하고, 각각의 내부 및 외부 클래딩의 각각의 굴절률은 서로 동일하거나 상이한, 초고출력 전광섬유 레이저 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 결합기는 3x1, 7x1, 19x1 또는 38x1의 포트 구성을 갖는, 초고출력 전광섬유 레이저 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 전달 광섬유의 중앙 코어의 직경은 50μm 내지 100μm의 범위에 있고, 제2 코어는 100μm 내지 300μm 범위의 코어 직경을 갖는, 초고출력 전광섬유 레이저 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 결합기와 공급 광섬유 사이의 결합 영역 그리고 결합기와 전달 광섬유 사이의 결합 영역을 각각 보호하기 위해 결합기를 둘러싸고 입력면 및 출력면을 넘어 연장되는 보호 슬리브를 추가로 포함하고, 보호 슬리브는 전달 광섬유의 내부 및 외부 클래딩의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 폴리머로 제조되는, 초고출력 전광섬유 레이저 시스템.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11517978B2 (en) * 2012-10-19 2022-12-06 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Laser cutting machine and method for cutting workpieces of different thicknesses
DE102021133851A1 (de) 2021-12-20 2023-06-22 Messer Cutting Systems Gmbh Vorrichtung für die thermische Bearbeitung eines Werkstücks mit Laserstrahlung sowie dafür geeignete Schutzhaube
WO2024003551A1 (en) * 2022-06-29 2024-01-04 Trumpf Laser Uk Limited Apparatus for laser processing a material
WO2024072738A1 (en) * 2022-09-27 2024-04-04 Nlight, Inc. Optical combiner for distributing laser light/power to a multl-core output fiber and laser system incorporating the optical combiner

Family Cites Families (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5566196A (en) * 1994-10-27 1996-10-15 Sdl, Inc. Multiple core fiber laser and optical amplifier
US7028899B2 (en) * 1999-06-07 2006-04-18 Metrologic Instruments, Inc. Method of speckle-noise pattern reduction and apparatus therefore based on reducing the temporal-coherence of the planar laser illumination beam before it illuminates the target object by applying temporal phase modulation techniques during the transmission of the plib towards the target
EP1155258A1 (en) * 1998-12-30 2001-11-21 Oseir Oy Method and device for coupling light sources to a light guide
EP2028734B1 (en) 2003-02-07 2011-01-19 SPI Lasers UK Limited Apparatus for providing optical radiation
GB0328370D0 (en) * 2003-12-05 2004-01-14 Southampton Photonics Ltd Apparatus for providing optical radiation
US7742512B2 (en) * 2004-02-02 2010-06-22 Raytheon Company Scalable laser with robust phase locking
US7130113B2 (en) 2004-12-20 2006-10-31 Northrop Grumman Corporation Passive phasing of fiber amplifiers
US7391561B2 (en) * 2005-07-29 2008-06-24 Aculight Corporation Fiber- or rod-based optical source featuring a large-core, rare-earth-doped photonic-crystal device for generation of high-power pulsed radiation and method
JP2007041342A (ja) 2005-08-04 2007-02-15 Fujifilm Corp 合波光源
GB2439345A (en) * 2006-06-23 2007-12-27 Gsi Group Ltd Annular tapered fibre coupler for cladding pumping of an optical fibre
GB2450116A (en) 2007-06-13 2008-12-17 Gsi Group Ltd Termination of an optical fibre comprising angled capillary and cladding mode stripper
WO2007148127A2 (en) * 2006-06-23 2007-12-27 Gsi Group Limited Fibre laser system
JP4762833B2 (ja) 2006-09-05 2011-08-31 浜松ホトニクス株式会社 光学部品
JP2008275996A (ja) 2007-05-01 2008-11-13 Fujifilm Corp 光導波部材
JP4982330B2 (ja) 2007-11-02 2012-07-25 株式会社フジクラ 光ファイバ融着接続構造、残留励起光除去方法、光増幅器及び光ファイバレーザ
JP4855429B2 (ja) 2008-02-25 2012-01-18 三菱電線工業株式会社 ダブルクラッドファイバの接続方法
US7839901B2 (en) * 2008-12-03 2010-11-23 Ipg Photonics Corporation High power fiber laser system with cladding light stripper
US8081667B2 (en) * 2009-09-14 2011-12-20 Gapontsev Valentin P Single-mode high power multimode fiber laser system
US8068705B2 (en) * 2009-09-14 2011-11-29 Gapontsev Valentin P Single-mode high-power fiber laser system
EP2477284B1 (en) * 2009-10-27 2019-09-18 Fujikura Ltd. Light combiner and fiber laser device using same
DE102010003750A1 (de) * 2010-04-08 2011-10-13 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren und Anordnung zum Verändern der Strahlprofilcharakteristik eines Laserstrahls mittels einer Mehrfachclad-Faser
DE102011085840B3 (de) * 2011-11-07 2013-03-28 Trumpf Laser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zum Einstellen eines Strahlprofils, Laserbearbeitungsmaschine und Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung
JP6244308B2 (ja) * 2011-12-09 2017-12-06 ルーメンタム オペレーションズ エルエルシーＬｕｍｅｎｔｕｍ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ＬＬＣ レーザービームのビームパラメータ積を変動させること
EP2662939B1 (en) 2012-05-08 2020-08-19 Fianium Limited Laser systems having tapered elements
GB2510370A (en) * 2013-01-31 2014-08-06 Gsi Group Ltd Fibre Optical Laser Combiner
WO2014133904A1 (en) * 2013-02-28 2014-09-04 Ipg Photonics Corporation Low-mode high power fiber combiner
KR101569441B1 (ko) * 2013-09-06 2015-11-16 (주)코셋 레이저 다이오드 모듈
EP3074801A4 (en) * 2013-11-26 2017-07-05 IPG Photonics Corporation Optical fiber with mosaic fiber
US9366872B2 (en) * 2014-02-18 2016-06-14 Lockheed Martin Corporation Apparatus and method for fiber-laser output-beam shaping for spectral beam combination
KR102251657B1 (ko) 2014-08-13 2021-05-12 아이피지 포토닉스 코포레이션 다중빔 섬유 레이저 시스템
RU2708727C2 (ru) 2015-05-26 2019-12-11 АйПиДжи Фотоникс Корпорейшен Многолучевая лазерная система и способы сварки
US10807190B2 (en) 2015-06-09 2020-10-20 Corelase Oy Laser processing apparatus and method and an optical component therefor
WO2017008022A1 (en) * 2015-07-08 2017-01-12 Nlight, Inc. Fiber with depressed central index for increased beam parameter product
JP6662397B2 (ja) 2016-02-05 2020-03-11 村田機械株式会社 レーザ加工機およびレーザ加工方法
EP3430692B1 (en) * 2016-03-18 2022-05-25 NLIGHT, Inc. Spectrally multiplexing diode pump modules to improve brightness
US10088632B2 (en) * 2016-04-06 2018-10-02 TeraDiode, Inc. Optical fiber structures and methods for varying laser beam profile
JP6602860B2 (ja) 2016-07-15 2019-11-06 コアレイズ オーワイ レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP2018034184A (ja) 2016-08-31 2018-03-08 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 レーザ発振器およびレーザ加工装置
JP2018045168A (ja) 2016-09-16 2018-03-22 株式会社Ｓｍｍプレシジョン ピグテールファイバモジュール及びその製造方法並びに光伝送装置
EP3519871A1 (en) * 2016-09-29 2019-08-07 NLIGHT, Inc. Adjustable beam characteristics
JP2018055043A (ja) 2016-09-30 2018-04-05 株式会社アマダホールディングス 光ファイバコンバイナ及びレーザ装置
JP2018190918A (ja) 2017-05-11 2018-11-29 株式会社フジクラ コンバイナ、ファイバレーザ装置、およびコンバイナの製造方法

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