一种用于极耳切割的大光斑输出激光器及其切割方法技术

本发明专利技术提出了一种用于极耳切割的大光斑输出激光器及其切割方法，采用8mm～12mm光斑代替传统的7mm光斑，一方面可以在同等配置下获得更小的聚焦光斑，另一方面可以直接省掉外接扩束镜的安装，减少外部不确定因素的干扰，保证直接由激光器输出的良好光束质量；通过限定切割速度和激光脉宽，并基于关于涂覆层热影响区域的第一回归方程、关于箔材铝宽的第二回归方程以及关于平面漏铝的第三回归方程求解在该限定速度和脉宽下使切割效果最好的激光功率和激光频率，切割品质可以达到最佳。切割品质可以达到最佳。切割品质可以达到最佳。

【技术实现步骤摘要】
一种用于极耳切割的大光斑输出激光器及其切割方法


[0001]本专利技术涉及极耳切割领域，尤其涉及一种用于极耳切割的大光斑输出激光器及其切割方法。

技术介绍

[0002]目前在极耳切割应用上，多数采用的是输出约7mm光斑的激光器，而后通过外接扩束镜使得输出光斑变大；又或者采用短焦距的聚焦场镜，以保证作用于材料的光斑满足切割需求。此两种方案中，外接扩束镜后无法保证光斑光束质量的优异，短焦距场镜的焦深不足，切割品质无法保证。因此，为了解决上述问题，本专利技术提供一种用于极耳切割的大光斑输出激光器及其切割方法，直接输出用于极耳切割的大光斑激光，可以直接省掉外接扩束镜以保证激光器直接输出光束质量优的激光，并且可以获得更小的聚焦光斑，以保证良好的切割品质。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提出了一种用于极耳切割的大光斑输出激光器及其切割方法，直接输出用于极耳切割的大光斑激光，可以直接省掉外接扩束镜以保证激光器直接输出光束质量优的激光，并且可以获得更小的聚焦光斑，以保证良好的切割品质。
[0004]本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供了一种用于极耳切割的大光斑输出激光器，其包括激光控制卡、种子源、光纤放大器、准直隔离器，激光控制卡将设定的功率信号传输给光纤放大器，将设定的频率信号和脉宽信号传递给种子源；
[0005]种子源产生符合设定频率和脉宽要求的激光，并输出至光纤放大器；
[0006]光纤放大器对输入的激光按照设定的功率信号进行功率放大，放大后的激光经准直隔离器输出至扫描振镜，经扫描振镜改变路径轨迹后再经聚焦场镜聚焦；
[0007]准直隔离器输出的光斑直径为8mm～12mm；
[0008]准直隔离器输出光斑的轴线与扫描振镜入射圆孔的轴线重合。
[0009]在以上技术方案的基础上，优选的，光纤放大器包括一级功率放大器、二级功率放大器和末级功率放大器；
[0010]种子源产生的激光通过顺次连接的一级功率放大器、二级功率放大器和末级功率放大器输入至准直隔离器；
[0011]一级功率放大器、二级功率放大器和末级功率放大器分别与激光控制卡电性连接；
[0012]一级功率放大器、二级功率放大器和末级功率放大器的增益依次递减。
[0013]在以上技术方案的基础上，优选的，一级功率放大器包括第一光隔离器、第二光隔离器、第一增益光纤、第一泵浦和第一合束器；
[0014]种子源产生的激光依次通过第一光隔离器、第一增益光纤与第一合束器的第一输入端光纤连接，第一泵浦的输出端与第一合束器的第二输入端光纤连接，第一合束器的输
出端通过第二光隔离器与二级功率放大器光纤连接；
[0015]激光控制卡输出的功率信号传输至第一泵浦的输入端。
[0016]在以上技术方案的基础上，优选的，二级功率放大器包括第三光隔离器、第二增益光纤、第二泵浦和第二合束器；
[0017]一级功率放大器输出的激光通过第二增益光纤与第二合束器的第一输入端光纤连接，第二泵浦的输出端与第二合束器的第二输入端光纤连接，第二合束器的输出端通过第三光隔离器与末级功率放大器光纤连接；
[0018]激光控制卡输出的功率信号传输至第二泵浦的输入端。
[0019]在以上技术方案的基础上，优选的，末级功率放大器包括红光源、波分复用器、模场适配器、第三增益光纤、第三泵浦和第三合束器；
[0020]二级功率放大器输出的激光输入至波分复用器的第一输入端，红光源输出的红光输出至波分复用器的第二输入端，波分复用器的输出端依次通过模场适配器第三增益光纤与第三合束器的第一输入端光纤连接，第三泵浦的输出端与第三合束器的第二输入端光纤连接，第三合束器的输出端输出激光至准直隔离器；
[0021]激光控制卡输出的功率信号传输至第三泵浦的输入端。
[0022]在以上技术方案的基础上，优选的，第一合束器、第二合束器、第三合束器与光纤进行熔接时，采用的胶水折射率小于光纤包层折射率。
[0023]在以上技术方案的基础上，优选的，第一增益光纤、第二增益光纤和第三增益光纤的弯曲直径为10cm～20cm。
[0024]另一方面，本专利技术提供一种用于极耳切割的大光斑输出激光器的切割方法，包括以下步骤：
[0025]S1、基于待切割极耳材料的属性确定激光器的切割速度和激光脉宽；
[0026]S2、基于激光功率和激光频率建立关于涂覆层热影响区域的第一回归方程、关于箔材铝宽的第二回归方程以及关于平面漏铝的第三回归方程，联立第一回归方程、第二回归方程和第三回归方程取最小值，将最小值对应的功率和频率反馈给激光控制卡，激光控制卡控制种子源输出相应脉宽、功率和频率的激光；
[0027]S3、扫描振镜摆动行程为从涂覆层到箔材或从箔材到涂覆层的切割路径，并按照选定的切割路径切割极耳材料。
[0028]在以上技术方案的基础上，优选的，若S1中选取切割速度为1000mm/s，切割激光脉宽为120ns时，第一回归方程、第二回归方程和第三回归方程分别为：
[0029]ln(HAZ)＝18.22+0.1767P+0.00744f；
[0030]Z
D
＝12.9+0.221P+0.0221f；
[0031]ln(Al)＝0；
[0032]其中，HAZ表示涂覆层热影响区域；Z
D
表示箔材铝宽；P表示激光器输出的激光功率；f表示激光器输出的激光频率；Al表示平面漏铝。
[0033]在以上技术方案的基础上，优选的，若S1中选取切割速度为500mm/s，切割激光脉宽为30ns时，第一回归方程、第二回归方程和第三回归方程分别为：
[0034]ln(HAZ)＝2.328+4.7
×
10
‑3P+17.19
×
10
‑4f+6.7
×
10
‑4P2‑
0.41
×
10
‑6f2‑
5.87
×
10
‑6fP；
[0035]Z
D
＝
‑
25+1.606P+1.64
×
10
‑2f
‑
1.151
×
10
‑2P2‑
10
‑6f2‑
1.82
×
10
‑4fP；
[0036]ln(Al)＝1.686+9.08
×
10
‑3P+6.59
×
10
‑4f；
[0037]其中，HAZ表示涂覆层热影响区域；Z
D
表示箔材铝宽；P表示激光器输出的激光功率；f表示激光器输出的激光频率；Al表示平面漏铝。
[0038]本专利技术的一种用于极耳切割的大光斑输出激光器及其切割方法相对于现有技术具有以下有益效果：
[0039](1)采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于极耳切割的大光斑输出激光器，其包括激光控制卡、种子源、光纤放大器、准直隔离器，其特征在于：所述激光控制卡将设定的功率信号传输给光纤放大器，将设定的频率信号和脉宽信号传递给种子源；所述种子源产生符合设定频率和脉宽要求的激光，并输出至光纤放大器；所述光纤放大器对输入的激光按照设定的功率信号进行功率放大，放大后的激光经准直隔离器输出至扫描振镜，经扫描振镜改变路径轨迹后再经聚焦场镜聚焦；所述准直隔离器输出的光斑直径为8mm～12mm；所述准直隔离器输出光斑的轴线与扫描振镜入射圆孔的轴线重合。2.如权利要求1所述的一种用于极耳切割的大光斑输出激光器，其特征在于：所述光纤放大器包括一级功率放大器、二级功率放大器和末级功率放大器；所述种子源产生的激光通过顺次连接的一级功率放大器、二级功率放大器和末级功率放大器输入至准直隔离器；所述一级功率放大器、二级功率放大器和末级功率放大器分别与激光控制卡电性连接；所述一级功率放大器、二级功率放大器和末级功率放大器的增益依次递减。3.如权利要求2所述的一种用于极耳切割的大光斑输出激光器，其特征在于：所述一级功率放大器包括第一光隔离器、第二光隔离器、第一增益光纤、第一泵浦和第一合束器；所述种子源产生的激光依次通过第一光隔离器、第一增益光纤与第一合束器的第一输入端光纤连接，第一泵浦的输出端与第一合束器的第二输入端光纤连接，第一合束器的输出端通过第二光隔离器与二级功率放大器光纤连接；所述激光控制卡输出的功率信号传输至第一泵浦的输入端。4.如权利要求3所述的一种用于极耳切割的大光斑输出激光器，其特征在于：所述二级功率放大器包括第三光隔离器、第二增益光纤、第二泵浦和第二合束器；所述一级功率放大器输出的激光通过第二增益光纤与第二合束器的第一输入端光纤连接，第二泵浦的输出端与第二合束器的第二输入端光纤连接，第二合束器的输出端通过第三光隔离器与末级功率放大器光纤连接；所述激光控制卡输出的功率信号传输至第二泵浦的输入端。5.如权利要求4所述的一种用于极耳切割的大光斑输出激光器，其特征在于：所述末级功率放大器包括红光源、波分复用器、模场适配器、第三增益光纤、第三泵浦和第三合束器；所述二级功率放大器输出的激光输入至波分复用器的第一输入端，红光源输出的红光输出至波分复用器的第二输入端，波分复用器的输出端依次通过模场适配器第三增益光纤与第三合束器的第一输入端光纤连接，第三泵浦的输出端与第三合束器的第二输入端光纤连接，第三合束器的输出端输出激光至准直隔离器；所述激光控制卡输出的功率信号传输至第三泵浦的输入端。6.如权利要求5所述的一种用于极耳切割的大光斑输出激光器，其特征在于：所述第一合束器、第二合束器、第三合束器与光纤进行熔接时，采用的胶水折射率小于光纤包层折射率。7.如权利要求5所述的一种用于极耳切割的大光斑输出激光器，其特征在于：所述第一增益光纤、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李超，黄志华，朱星，
申请(专利权)人：武汉光至科技有限公司，
类型：发明
国别省市：