一种光纤激光合束器制造技术

本发明专利技术提供一种光纤激光合束器，包括：激光整形装置、激光合束装置、多光束输出光纤和输出不同波长的多个激光发射装置；激光整形装置包括：可调整准直透镜对、整形透镜对以及至少一个可调整聚焦透镜对；可调整准直透镜对设置于与激光发射模块的输出侧；可调整聚焦透镜对设置于多光束模式传能光纤的输入侧；激光合束装置用于将接收的多束激光光束进行合束，并输入至所述多光束模式传能光纤中的指定纤芯中；多光束输出光纤包括：位于轴心部位的圆形纤芯和至少一个环形纤芯，每个所述环形纤芯与所述圆形纤芯同轴。本发明专利技术提供一种光纤激光合束器通过激光合束装置，实现将多种波长的激光光束进行合束，且输出的激光光束质量好。

A fiber laser beam combiner

【技术实现步骤摘要】
一种光纤激光合束器
本专利技术涉及光纤激光器
，更具体地，涉及一种光纤激光合束器。
技术介绍
随着光纤激光器在民用工业、国防工业、以及医疗行业的运用逐渐增多，光纤激光器技术在近些年也有着飞速的发展，尤其是高功率光纤激光器在工业加工领域展现出独有的优势。目前已广泛应用于金属板材的切割，但同时在焊接、熔覆、清洗等领域都展现出巨大的潜力。但随着光纤激光器运用覆盖的领域的增多，对其光束模式的多样性也提出的更多的要求。目前，标准光纤激光器输出的光束模式基本上都是高斯型或类高斯型，但高斯型或类高斯型光束的运用范围有极大的局限性。例如，高斯型光束在厚板的切割、打孔中并不适用，而平顶光束却表现出较好的厚板切割能力；此外在需要进行激光打孔时，环形光束又表现出独特的优势。为了获取不同光束模式的光束，在实际应用中，需要进行复杂空间光学变换，从而要求每一种光束都需要对应一台激光器，这大大增加了使用成本和系统复杂度。而在需要两种以上激光光束对同一材料进行加工时，还没有相应的激光器能够实现。因此，提供过一种能够实现将多种模式的激光光束进行组合输出的光纤激光合束器成为本领域最为迫切的技术需求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的光纤激光合束器。本专利技术实施例的一方面提供一种光纤激光合束器，包括但不限于：激光整形装置、激光合束装置、多光束输出光纤以及至少两个激光发射装置；其中，每个激光发射装置输出的激光光束的波长不同。激光整形装置包括：可调整准直透镜对、整形透镜对以及至少一个可调整聚焦透镜对；其中，可调整准直透镜对与所述激光发射装置相对应。进一步，可调整准直透镜对设置于与其相对应的激光发射模块的输出侧；可调整聚焦透镜对设置于多光束模式传能光纤的输入侧。进一步，整形透镜对用于将经过的激光光束整形为环形光束，输入至激光合束装置。进一步，激光合束装置用于将接收的多束激光光束进行合束，并输入至多光束模式传能光纤中的指定纤芯中；其中，多光束输出光纤为同轴多芯光纤，包括：位于轴心部位的圆形纤芯和至少一个环形纤芯，每个环形纤芯与圆形纤芯同轴；圆形纤芯与每个所述环形纤芯之间设置有掺氟层，每两个相邻环形纤芯之间也设置有掺氟层。。本专利技术实施例提供的光纤激光合束器，通过将光谱合束技术与光束整形技术结合，使得该光纤激光合束器可以仅通过内部程序控制每个激光器发射装置的输出激光光束，实现光束模式的变化，而不需要人为的增加外部器件。快速的实现输出激光的模式变化以及合束，其输出模式包括：高斯光束，平顶光束，环形光束，及上述几种模式可以组合同时组合输出，使得一台激光器能用于多种不同激光加工应用中。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。图1为现有技术中标准传能光纤的结构示意图及其折射率分布图；图2为本专利技术实施例提供的光纤激光合束器中的一种多光束模式传能光纤的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种采用两片多层介质膜光栅的双模式光纤激光合束器的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种采用单片多层介质膜光栅的双模式光纤激光合束器的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种采用单片体布拉格光栅的双模式光纤激光合束器的结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的一种采用两片多层介质膜光栅的三模式光纤激光合束器的结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的光纤激光合束器输出为高斯激光光束的光斑形状及其能量分布示意图；图8为本专利技术实施例提供的光纤激光合束器输出为环形激光光束的光斑形状及其能量分布示意图；图9本专利技术实施例提供的光纤激光合束器输出为高斯激光光束与环形激光光束的激光合束的光斑形状及其能量分布示意图；其中：101-输出波长为λ1的激光器模块；102-输出波长为λ2的激光器模块；103-准直透镜组；104-整形透镜对；105-多层介质膜光栅对；106-端帽；107-双头激光传输光缆；501-反射镜；502-体布拉格光栅；601-平顶光束整形透镜组；602-反射镜组。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为现有技术中标准传能光纤的结构示意图及其折射率分布图，如图1所示，现有技术中的标准传能光纤由位于中心部位的纤芯，包层、涂覆层和掺氟层等四层结构组成，其中，纤芯和包层为纯二氧化硅，属于高折射率区，即激光传输区域。掺氟层的材质一般为掺氟二氧化硅，掺氟层和涂覆层为低折射率区，用于束缚激光光束在纤芯或包层中的传输。虽然标准传能光纤的包层也可以用作激光光束的传输，但由图1中的标准传能光纤折射率分布可以获知，标准传能光纤主要存在：输出激光光束发散角大、涂覆层易发热以及支持的光束模式较少等缺点。本专利技术实施例提供一种光纤激光合束器，包括：激光整形装置、激光合束装置、多光束输出光纤以及至少两个激光发射装置；其中，每个激光发射装置输出的激光光束的波长不同。进一步地，激光整形装置包括：可调整准直透镜对、整形透镜对以及至少一个可调整聚焦透镜对；其中，可调整准直透镜对与所述激光发射装置相对应。其中，可调整准直透镜对设置于与其相对应的激光发射模块的输出侧；可调整聚焦透镜对设置于多光束模式传能光纤的输入侧。进一步地，整形透镜对用于将经过的激光光束整形为环形光束，输入至所述激光合束装置。进一步地，激光合束装置用于将接收的多束激光光束进行合束，并输入至多光束模式传能光纤中的指定纤芯中。其中，本专利技术实施例提供的多光束输出光纤为同轴多芯光纤，包括：位于轴心部位的圆形纤芯和至少两个环形纤芯，每个环形纤芯与所述圆形纤芯同轴；圆形纤芯与每个环形纤芯之间设置有掺氟层，每两个相邻环形纤芯之间也设置有掺氟层。图2是本专利技术实施例提供的一种光纤激光合束器中的一种多光束模式传能光纤的结构示意图，需要说明的是，图2为本专利技术实施例提供的一种两芯多光束模式传能光纤的结构示意图，为便于表述，本专利技术所有实施例均是以该两芯多光束模式传能光纤作为多光束模式传能光纤进行说明，本专利技术实施例对多光束模式传能光纤的层数不作限定，但至少包括该两芯多光束模式传能光纤的所有结构。具体地，本专利技术实施例中提供的多光束模式传能光纤为同轴多芯光纤，其位于轴心部位的为圆形纤芯，其材质可以是纯二氧化硅。随着直径的外延，该同轴多芯光纤还包括至少一个同轴环形纤芯。进一步地，在圆形纤芯与环形纤芯之间设置有掺氟层，该掺氟层的材质可以是掺氟二氧化硅。进一步地，还可以在环形纤芯可以为多层，但每两个相邻环形纤芯之间均设置有掺氟层。在多光束模式传能光纤的外部还包括涂覆层，在涂覆层和最外层的圆形纤芯之间也设置有掺氟层。其中，标准传能光纤的纤芯的数值孔径一般为0.22，外包层103的数值孔径一般为0.46。本专利技术实施例提供的光纤激光合束器中的多光束模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤激光合束器，其特征在于，包括：激光整形装置、激光合束装置、多光束输出光纤以及至少两个激光发射装置；每个所述激光发射装置输出的激光光束的波长不同；所述激光整形装置包括：可调整准直透镜对、整形透镜对以及至少一个可调整聚焦透镜对；所述可调整准直透镜对与所述激光发射装置相对应；所述可调整准直透镜对设置于与其相对应的所述激光发射模块的输出侧；所述可调整聚焦透镜对设置于所述多光束模式传能光纤的输入侧；所述整形透镜对用于将经过的所述激光光束整形为环形光束，输入至所述激光合束装置；所述激光合束装置用于将接收的多束激光光束进行合束，并输入至所述多光束模式传能光纤中的指定纤芯中；所述多光束输出光纤为同轴多芯光纤，包括：位于轴心部位的圆形纤芯和至少一个环形纤芯，每个所述环形纤芯与所述圆形纤芯同轴；所述圆形纤芯与每个所述环形纤芯之间设置有掺氟层，每两个相邻所述环形纤芯之间也设置有掺氟层。

【技术特征摘要】
1.一种光纤激光合束器，其特征在于，包括：激光整形装置、激光合束装置、多光束输出光纤以及至少两个激光发射装置；每个所述激光发射装置输出的激光光束的波长不同；所述激光整形装置包括：可调整准直透镜对、整形透镜对以及至少一个可调整聚焦透镜对；所述可调整准直透镜对与所述激光发射装置相对应；所述可调整准直透镜对设置于与其相对应的所述激光发射模块的输出侧；所述可调整聚焦透镜对设置于所述多光束模式传能光纤的输入侧；所述整形透镜对用于将经过的所述激光光束整形为环形光束，输入至所述激光合束装置；所述激光合束装置用于将接收的多束激光光束进行合束，并输入至所述多光束模式传能光纤中的指定纤芯中；所述多光束输出光纤为同轴多芯光纤，包括：位于轴心部位的圆形纤芯和至少一个环形纤芯，每个所述环形纤芯与所述圆形纤芯同轴；所述圆形纤芯与每个所述环形纤芯之间设置有掺氟层，每两个相邻所述环形纤芯之间也设置有掺氟层。2.根据权利要求1所述的光纤激光合束器，其特征在于，每个所述激光发射装置还包括与其相对应的发射控制单元，用于控制所述激光发射装置的启停以及输出的激光光束的参数调整。3.根据权利要求1所述的光纤激光合束器，其特征在于，所述激光合束装置包括至少一个多层介质膜光栅；所述多束激光光束汇聚于所述多层介质模光栅上的同一点进行合束，并将合束后的激光光束输入至所述多光束模式传能光纤中的指定纤芯中。4.根据权利要求3所述的光纤激光合束器，其特征在于，当所述多层介质膜光栅为多个时，所述多束激光光束汇聚于最接近所述多光束模式传能光纤的多层介质模光栅进行合束。5.根据权利要求1所述的光纤激光合束器，其特征在于，所述激光合束装置包括体布拉格光栅；所述多束激光光束汇聚于所述体布拉格光栅的同一点进行合束，并将合束后的激光光束输入至所述多光束模式传能光纤；其中，所述多束激光光束中的波长为λ1的激光光束被所述体布拉格光栅反射，...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈翔，闫大鹏，李榕，祝启欣，黄中亚，施建宏，汤立磊，赵文利，雷星，李成，
申请(专利权)人：武汉锐科光纤激光技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42