光纤激光系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及光纤激光系统及其控制方法。实现一种不使用空间光学系统就能够改变输出光的发散角的功率累积分布的光纤激光系统。由输出合波器(OC)生成包含NA的功率累积分布不同的激光的输出光，由控制部(CU)设定来自各光纤激光单元(FLUi)的激光的功率，使得输出光中与N‑1个以下被预先决定的功率累积比率的每一个对应的上限NA和分别被指定的值一致。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光纤激光系统及其控制方法
本专利技术涉及具备多个光纤激光单元的光纤激光系统。另外，涉及这样的光纤激光系统的控制方法。
技术介绍
作为加工用的激光装置，具备多个光纤激光单元的光纤激光系统被使用。优选在这样的光纤激光系统中，包含用于根据加工的种类、加工对象物的形状等来改变输出光的发散角的构造。例如，在加工对象物的切断时要求发散角相对小的输出光，在加工对象物的焊接时，需要发散角相对大的输出光。若包含用于改变输出光的发散角的构造，则能够实现无论在加工对象对物的切断还是在加工对象物的焊接中都能够使用的光纤激光系统。在专利文献1中记载了包含用于改变输出光的发散角的构造的光纤激光装置。在专利文献1记载的光纤激光装置中，使用被插入在放大用光纤与输送光纤之间的空间光学系统，来改变输出光的发散角。专利文献1：日本公开专利公报“特开2009-178720(公开日：2009年8月13日)”然而，专利文献1记载的光纤激光装置，在使用空间光学系统来改变输出光的发散角的情况下，产生以下的问题。第一个问题是为了确保所期望的性能，需要空间光学系统的定期校准这样的问题。第二个问题是由于空间光学系统的占有体积较大，所以装置的小型化是困难的这样的问题。
技术实现思路
本专利技术正是鉴于上述问题而完成的，其目的是实现不使用空间光学系统就能够改变输出光的发散角的光纤激光系统。为了实现上述目的，本专利技术的光纤激光系统的特征在于，具备：N个(N≥2)光纤激光单元，分别生成激光；输出合波器，是对来自各光纤激光单元的激光进行合波的输出合波器，并生成包含NA的功率累积分布不同的激光的输出光，其中NA的功率累积分布不同的激光作为来自各光纤激光单元的激光；以及控制部，设定来自各光纤激光单元的激光的功率，以便上述输出光满足：与N-1个以下被预先决定的功率累积比率的每一个对应的上限NA和分别被指定的值一致。另外，上为了实现述目的，本专利技术的控制方法是光纤激光系统的控制方法，光纤激光系统具备：N个(N≥2)光纤激光单元，分别生成激光；以及输出合波器，是对来自各光纤激光单元的激光进行合波的输出合波器，并生成包含NA的功率累积分布不同的激光的输出光，其中功率累积分布不同的激光作为来自各光纤激光单元的激光，其特征在于，包含以下工序：设定来自各光纤激光单元的激光的功率，以便上述输出光满足：与N-1个以下被预先决定的功率累积比率的每一个对应的上限NA和分别被指定的值一致。根据本专利技术，能够实现不使用空间光学系统就能够改变输出光的NA的功率累积分布的光纤激光系统。换言之，能够实现不使用空间光学系统就能够改变输出光的发散角的功率累积分布的光纤激光系统。附图说明图1是表示本专利技术的第一实施方式的光纤激光系统的构造的框图。图2是表示图1所示的光纤激光系统具备的各光纤激光单元的构造的框图。图3是表示图1所示的光纤激光系统具备的输出合波器的构造的立体图。图4是例示了来自图1所示的光纤激光系统所具备的各光纤激光单元的激光的NA的功率累积分布的图表。图5是表示本专利技术的第二实施方式的光纤激光系统的构造的框图。图6是例示了来自图5所示的光纤激光系统所具备的各光纤激光单元的激光的NA的功率累积分布的图表。图7是表示在满足与功率累积比率86％对应的NA的上限值NAmax(86％)与指定值0.08一致这样的条件时，来自图5所示的光纤激光系统的输出光能够取得的NA的功率累积分布的范围(的边界)的图表。图8是表示在满足与功率累积比率86％对应的NA的上限值NAmax(86％)与指定值0.08一致，与功率累积比率50％对应的NA的上限值NAmax(50％)与最小值0.036一致这样的条件，以及与功率累积比率86％对应的NA的上限值NAmax(86％)与指定值0.08一致，输出光中与功率累积比率50％对应的NA的上限值NAmax(50％)与最大值0.049一致这样的条件时得到的、来自图5所示的光纤激光系统的输出光的光束轮廓的图表。具体实施方式[用语的定义]在光纤的纤芯中传导的光的NA是指将该纤芯的折射率设为n，将该光的传播角设为θ，而由NA＝nsinθ定义的量。在光纤的纤芯中传导的光向折射率n′的介质(例如空气)入射的情况下，若测定该介质的光的扩散角θ′，则能够通过NA＝n′sinθ′(＝nsinθ)来评价在光纤的纤芯中传导的光的NA。在光纤的纤芯中传导的光包含具有各种NA的成分光。若决定NA的上限值NAmax，则功率累积比率x＝P(NAmax)/Ptotal[％]被确定。这里，Ptotal是在光纤的纤芯中传导的光的功率，P(NAmax)是在光纤的纤芯中传导的光中、具有上限值NAmax以下的NA的成分光的功率。即功率累积比率x能够视为NA的上限值NAmax的函数x(NAmax)。该函数x(NAmax)是单调递增函数，所以可以考虑其反函数NAmax(x)。以下将其反函数NAmax(x)称为“NA的功率累积分布”。另外，以下将针对特定的功率累积比率x0的该反函数NAmax(x)的值NAmax(x0)称为“与功率累积比率x0对应的NA的上限值”。此外，在激光加工的领域中，与功率累积比率86％对应的NA的上限值NAmax(86％)经常作为输出光的光束品质的指标而被使用。例如，输出光的NAmax(86％)相对小的光纤激光适合于加工对象物的切断，输出光的NAmax(86％)相对大的光纤激光适合于加工对象物的焊接。[第一实施方式](光纤激光系统的构造)参照图1对本专利技术的第一实施方式的光纤激光系统FLS的构造进行说明。图1是表示光纤激光系统FLS的构造的框图。如图1所示，光纤激光系统FLS具备：两个光纤激光单元FLU1～FLU2、输出合波器OC、激光头LH、3根输送光纤DF1～DF3以及控制部CU。各光纤激光单元FLUi(i＝1，2)是用于生成激光的构造。由光纤激光单元FLUi生成的激光的功率Pi是可变的，由控制部CU控制。光纤激光单元FLUi经由输送光纤DFi与输出合波器OC的输入端口Pini连接，由光纤激光单元FLUi生成的激光在输送光纤DFi中传导后，被向输出合波器OC输入。此外，关于光纤激光单元FLUi的构造例将更换参照的附图而后述。输出合波器OC是用于对由各个光纤激光单元FLU1～FLU2生成的激光进行合波由此得到输出光的构造。由输出合波器OC得到的输出光中包含NA的功率累积分布不同的激光，作为来自各光纤激光单元FLUi的激光。输出合波器OC的输出端口Pout经由输送光纤DF3与激光头LH连接，由输出合波器OC得到的输出光在输送光纤DF3中传导后，被向激光头LH输入。此外，关于输出合波器OC的构造例将更换参照的附图而后述。激光头LH是用于防止从输送光纤DF3射出的输出光被加工对象物反射，而再次向输送光纤DF3入射的构造，例如由玻璃块、以及收纳该玻璃块的筐体构成。从激光头LH射出的输出光被向加工对象物照射。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤激光系统，其特征在于，具备：/nN个光纤激光单元，这些光纤激光单元分别生成激光，其中N≥2；/n输出合波器，该输出合波器是对来自各光纤激光单元的激光进行合波的输出合波器，并生成包含NA的功率累积分布不同的激光的输出光，其中所述功率累积分布不同的激光作为来自各光纤激光单元的激光；以及/n控制部，该控制部设定来自各光纤激光单元的激光的功率，以便所述输出光满足：与N-1个以下的被预先决定的功率累积比率的每一个对应的上限NA和分别被指定的值一致。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光纤激光系统，其特征在于，具备：
N个光纤激光单元，这些光纤激光单元分别生成激光，其中N≥2；
输出合波器，该输出合波器是对来自各光纤激光单元的激光进行合波的输出合波器，并生成包含NA的功率累积分布不同的激光的输出光，其中所述功率累积分布不同的激光作为来自各光纤激光单元的激光；以及
控制部，该控制部设定来自各光纤激光单元的激光的功率，以便所述输出光满足：与N-1个以下的被预先决定的功率累积比率的每一个对应的上限NA和分别被指定的值一致。


2.根据权利要求1所述的光纤激光系统，其特征在于，
所述控制部设定来自各光纤激光单元的激光的功率，以便所述输出光满足：与N-1个被预先决定的功率累积比率的每一个对应的上限NA和分别被指定的值一致。


3.根据权利要求1所述的光纤激光系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：松冈祐司，
申请(专利权)人：株式会社藤仓，
类型：发明
国别省市：日本;JP