纤维激光束加工设备制造技术

本发明专利技术提供一种纤维激光束处理装置，其包括：纤维激光振荡器、激光能量源单元、激光入射单元、纤维传输系统、激光束发射单元、处理台等。纤维激光振荡器包括用于振荡的光导纤维、将用于光学激励的激励光束施加到用于振荡的光导纤维的端面上的电气光学激励单元，以及通过用于振荡的光导纤维彼此光学相对的一对光学振荡镜。所述用于振荡的光导纤维包括：沿其中心轴延伸的芯，围绕芯的铠层，围绕铠层的气体层，以及围绕和支撑气体层的支撑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用激光束进行激光束处理的纤维激光束处理装置。
技术介绍
最近，通过将由纤维激光产生的激光束施加到待处理的产品上，纤维激光束处理装置已被实用地用于进行需要的激光束处理。传统的纤维激光束处理装置使用具有双层铠层结构的双铠层纤维(DCF)作为振荡的光导纤维，其中，该双层铠层结构包括内铠层和外铠层；通过在铠层之间的交界面上的全反射，促使激励光束在内铠层中沿限制光束的轴向方向传播；并且从芯的端面沿轴向发出具有预定波形的振荡光束或纤维激光束。所述装置使用激光二极管(LD)作为激励光源，并用于将LD的激励激光束通过光学透镜会聚和入射到DCF的端面上。除了上述LD端面激励方案的DCF激光外，传统纤维激光束处理装置还使用称为“引线方案”的纤维激光，该“引线方案”具有以下结构多个光学引导(例如光导纤维)已树枝形式从振荡光导纤维的侧面分支，且用于激励的LD被集成连接到所述每个引导的顶端。如上所述，使用小而亮且具有高发光效率的LD激光束作为纤维激光激励光束。然而，LD光束在光束模式和会聚方面具有较差质量。因此，在传统纤维激光束处理装置中的LD端面激励方案的DCF激光具有激励LD和DCF之间的低光学耦合效率，结果，很难使用DCF激光获得高输出纤维激光束。根据引线方案，来自LD用于激励的激光束通过光导纤维(分支型)被施加至用于振荡的光导纤维。从而，其耦合效率或激励效率高，并可相对容易地获得高输出纤维激光束。相反，激励单元(光学引导和用于激励的LD)复杂且笨重。另外，由于所述单元被物理集成连接至用于振荡的光导纤维，会出现以下问题很难对其中的组件(尤其是用于激励的LD)进行维护和修理。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述传统技术中的上述问题，且其目的是提供一种其上安装有纤维激光器的纤维激光束处理装置，所述纤维激光器具有简单且小巧的结构，并具有良好的可维护性，另外，可容易地获得适用于激光束处理的高输出激光束。为了达到以上目的，根据本专利技术的主要方面，提供一种纤维激光束处理装置，其包括用于振荡的光导纤维，其包括包括发光元件的芯，围绕芯的铠层，围绕铠层的气体层，以及围绕和支撑气体层的支撑；激励光源，其产生激励光束以激励用于振荡的光导纤维的芯；光学透镜，其会聚来自激励光源的光束并将激励光束入射到用于振荡的光导纤维的一个端面或两个端面上；以及激光束发射单元，其将用于振荡的光导纤维产生的激光束会聚并施加到要处理的产品的处理点上。为了光学激励所述用于振荡的光导纤维，本专利技术采用端面激励方案，通过该方案，可有助于简化激励单元和缩小激励单元的尺寸，且其微小型良好。即，来自激励光源的激励光束通过光学透镜被会聚和入射到用于振荡的光导纤维的端面上。在该用于振荡的光导纤维中，激励光束在铠层中沿轴向传播，且重复在铠层和空气层之间的交界面上的全反射。在端面激励方案中，用于振荡的纤维能够接收激励光束的最大入射角或数值孔径由铠层的折射率和铠层周围的材料的折射率确定，随着所述系数变得相对较大，数值孔径变大，且激励光束可进入铠层的端面的入射角的范围变得更宽。本专利技术采用以下结构用具有极小折射率的空气层围绕铠层，从而可使得激励光束的数值孔径显著增加，且可以高效耦合将激励光束施加至用于振荡的光导纤维。从而，在端面激励方案中，可轻松且简单地实现激光束的输出的增加，并且可以很好地进行需要的激光束焊接处理。根据本专利技术的优选方面，芯由掺有稀土元素的粒子的石英玻璃制成以作为发光元件，且铠层由石英玻璃制成。根据本专利技术的另一优选方面，气体层由具有等于或接近铠层的折射率的材料制成并密集地设置在周边方向的中空纤维构造而成。当铠层为石英玻璃时，中空纤维的材料优选为石英。根据另一优选方面，光学共振器树脂成用于振荡和放大由芯产生的具有预定波形的振荡线。作为一优选方面，光学振荡器构造成包括一反射镜，该反射镜面对通过光学透镜用于振荡的光导纤维的端面。在这种情况下，所述光学透镜会聚从用于振荡的光导纤维的端面射出成平行光束的振荡线，并会聚被反射镜反射和回到用于振荡的纤维的端面上的振荡线。根据另一优选方面，激励光源由激光二极管构成。激光二极管的数量时任意的，并且可采用阵列结构或层叠结构。作为另一优选方面，实时能量反馈控制机构由以下单元构成设定单元，其设定用于激光束的激光输出的预期参考值或参考波形；激光输出测量单元，其测量由用于振荡的光导纤维振荡和输出的激光束的激光输出；以及激光能量源单元，其驱动激励光源以使得从激光输出测量单元获得的激光输出测量值与参考值或参考波形一致。即使出现任何激励光源的减弱、波形的变化等时，激光束的激光输出也被保持在设定值，且通过能量反馈控制机构的操作的设定可精确执行任意波形的控制。根据另一优选方面，由用于振荡的波形纤维产生的纤维激光束通过用于传输的被传输到激光束发射单元。在这个结构中，纤维激光束的光束模式和激光输出都稳定，因此，向用于传输的光导纤维上的会聚良好，且入射数值孔径(NA)和发射NA稳定。因此，可以实现高精度和高效率的纤维传输，且可改善远距离的激光束处理的质量。另外，用于振荡的光导纤维或纤维激光振荡器可从处理位置移走，从而可保护纤维激光振荡器不受处理位置产生的影响，如振动、热、环境光等的影响。根据本专利技术的纤维激光束处理装置，由于以上结构和作用，可以简单且小巧的结构轻松获得具有优良维护性且适用于激光束处理的高输出纤维激光束。附图说明本专利技术的上述和其它目的、方面、特点和优点将通过下面结合附图的详细描述而更加显见。所述附图中图1描绘了本专利技术实施例中的纤维激光束处理装置的结构；图2描绘了该实施例中用于振荡的光导纤维的结构的简化示意性截面图；图3描绘了该实施例中，光束在用于振荡的光导纤维中的传播的机械结构； 图4描绘了根据该实施例的修改例的用于振荡的光导纤维的结构的简化示意性截面图；以及图5描绘了比较例中，光束在用于振荡的光导纤维结构中的传播的机械结构。具体实施例方式现在参考附图说明本专利技术的优选实施例。图1描绘了本专利技术实施例中的纤维激光束处理装置的结构。纤维激光束处理装置构造成包括纤维激光振荡器10、激光能量源单元12、激光束入射单元14、纤维传输系统16、激光束发射单元18、加工台20等。纤维振荡器10包括用于振荡的光导纤维(在下文中称“振荡纤维”)22；电气光学激励单元24，其将用于光学激励的激励光束MB施加至振荡纤维22的端面上；以及一对通过振荡纤维22彼此光学相对的光学共振器26、28。电气光学激励单元24包括激光二极管(LD)30和聚光的光学透镜32。LD30被来自激光能量源单元12的激励电流开启和驱动，并振荡和输出用于激励的激光束MB。可任选构成LD30的LD元件的数量，且可采用阵列结构或叠置结构。光学透镜32将来自LD30用于激励的激光束MB会聚并入射到振荡纤维22的端面上。设置在LD30和光学透镜32之间的光学共振器26用于传播从LD30入射的用于激励的激光束MB，并用于将从振荡纤维22入射的振荡线全部反射在共振器的光轴上。如下所述，振荡纤维22包括结合有预置发光元件的芯，以及同轴围绕该芯的金属包层，使用该芯作为其激活介质，金属包层作为激励光的传播光路。如上入射到振荡纤维22的端面上的激励激光束MB沿轴向在振荡纤维22中传播，该振荡纤维22被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维激光束处理装置，其包括：用于振荡的光导纤维，其包括：包括发光元件的芯，围绕芯的铠层，围绕铠层的气体层，以及围绕和支撑气体层的支撑；激励光源，其产生激励光束以激励用于振荡的光导纤维的芯；光学透镜，其会聚来自激励光源的光束并将激励光束入射到用于振荡的光导纤维的一个端面或两个端面上；以及激光束发射单元，其将用于振荡的光导纤维产生的激光束会聚并施加到要处理的产品的处理点上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：松田恭，岛田秀宽，中山伸一，
申请(专利权)人：宫地技术株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]