用于激光加工材料的装置制造方法及图纸

技术编号：40699854 阅读：2 留言：0更新日期：2024-03-22 10:57

一种用于激光加工材料的装置，该装置包括至少一个第一激光器、至少一个第二激光器、光学组合器和多芯光纤，其中：每个第一激光器经由第一输送光纤连接到光学组合器；每个第二激光器经由第二输送光纤连接到光学组合器；光学组合器将第一传输输送光纤连接到多芯光纤的第一芯，并且将第二传输输送光纤连接到多芯光纤的第二芯；光学组合器提供从第一激光器到多芯光纤的第一芯的第一光学路径；光学组合器提供从第二激光器到多芯光纤的第二芯的第二光学路径；并且光学组合器还包括一个沿其长度逐渐变细的光纤束。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于材料激光加工的装置。

技术介绍

1、激光广泛用于切割和焊接工业材料。不同的工艺和应用对激光束参数有不同的要求，例如加工点处的聚焦直径、光强度分布或光束质量。激光加工装备是市售的，其中输出激光束可以在不同的激光束参数(例如，来自激光切割工艺所需的具有清晰聚焦点的相对良好的光束质量以及具有不太清晰聚焦点和光束横截面中均匀强度分布的较低的光束质量(例如，用于焊接和厚截面切割工艺))之间切换。

2、此类激光加工装备在用于激光切割和其他激光材料加工的最佳光束质量下具有更大的可用功率将是期望的。此类激光加工装备将实现更快的切割速度，这将降低制造成本，因此在商业上是有利的。

3、本专利技术旨在提供一种用于材料激光加工的装置，该装置解决了上述问题。

技术实现思路

1、根据本专利技术的非限制性实施例，提供了一种用于激光加工材料的装置，该装置包括至少一个第一激光器、至少一个第二激光器、光学组合器和多芯光纤，其中：

2、●每个第一激光器经由第一输送光纤连接到光学组合器；

3、●每个第二激光器经由第二输送光纤连接到光学组合器；

4、●光学组合器将第一输送光纤连接到多芯光纤的第一芯，并且将第二输送光纤连接到多芯光纤的第二芯；

5、●光学组合器提供从第一激光器到多芯光纤的第一芯的第一光学路径；

6、●光学组合器提供从第二激光器到多芯光纤的第二芯的第二光学路径；以及

7、●光学组合器包括一个熔融

8、光纤束可包括至少一个间隔光纤，其中该第一输送光纤或一第一输送光纤通过该间隔光纤或一间隔光纤与该第二输送光纤或一第二输送光纤分隔开。这种束几何形状是有益的，因为它能够产生分开/非毗邻的第一和第二输送光纤，而不需要将内毛细管引入束组件。因此，束几何形状可以与多芯光纤的几何形状更好地匹配。因此，它可以提高组合器的传输效率，而没有与使用将第一输送光纤与第二输送光纤分开的内毛细管相关联的附加成本和复杂性。

9、第一输送光纤、第二输送光纤和间隔光纤可以以一构造布置，并且第一输送光纤可以偏离该构造的中心。该构造可以是方形或三角形或六边形构造。其他构造也是可能的。

10、光纤束可包括两个第一输送光纤、两个第二输送光纤和三个间隔光纤，并且第一输送光纤、第二输送光纤和间隔光纤可以以六边形构造布置。间隔光纤之一可以在六边形的中心处。

11、光纤束可包括以一构造布置的至少一个第一输送光纤、至少两个第二输送光纤以及至少三个间隔光纤。间隔光纤之一可以在该构造的中心处。这种构造使得一个或多个第一输送光纤能够耦合到多芯光纤的第一芯，并且使得第二输送光纤能够耦合到多芯光纤的第二芯。在这种布置中可以提供两个、三个、四个或更多个第二输送光纤，使得由该装置发射的光学功率能够被缩放。中心间隔光纤可以比该构造中的其他光纤具有更大的直径。

12、光纤束可包括一个第一输送光纤、三个第二输送光纤和两个间隔光纤。输送光纤、第二输送光纤和间隔光纤可以以六边形构造布置。可提供附加的第二输送光纤。间隔光纤之一可以在该构造的中心处。这种束几何形状是有益的，因为它使得基lp0,1光学模式能够从第一输送光纤耦合到多芯光纤的第一芯，随后指向被加工的材料。应用于第一输送光纤和/或输出光纤的模式转换器可以根据正在对材料执行的激光加工将基模转换为更高阶模。

13、第一输送光纤和第二输送光纤可以以方形构造布置，该方形构造包括第一输送光纤、第二输送光纤和两个间隔光纤。第一输送光纤和第二输送光纤可以彼此对角相对。

14、光纤束可包括多个第二输送光纤和多个间隔光纤。第一输送光纤、第二输送光纤和间隔光纤可以以六边形构造布置。第一输送光纤可以设置在六边形构造的中心。这种束几何形状也能够产生分开/非毗邻的第一和第二输送光纤，而不需要将内毛细管引入束组件。当提供四个第二输送光纤时，束几何形状允许至多达四个第二激光器连接到光纤束，这取决于需要多少激光器而为不同的生产工艺提供功率缩放。附加的第二输送光纤可以纳入到围绕中心六边形构造的束中，从而使得附加的第二激光器能够连接到光纤束，并因此实现附加的功率缩放。

15、光纤束可包括多个第一输送光纤。多个第一输送光纤通过取决于多芯光纤的第一芯所需的功率而增加附加的第一激光器来实现从多芯光纤的第一芯发射的激光束的功率缩放。光纤束可包括与第一输送光纤的包层毗邻的低折射率环，其中该低折射率环的折射率小于该包层的折射率。低折射率环可以是环绕包层的第一输送光纤的包层。

16、光纤束可包括内毛细管。内毛细管可包括至少一个凹槽。该凹槽是有利的，因为它有助于光纤束的组装。

17、光纤束可包括第一输送光纤、以及第二输送光纤中的至少一者。第一输送光纤和第二输送光纤可以位于毛细管中。第一输送光纤可以毗邻于毛细管孔的壁。这种布置可以简化光纤束的结构，并且对于具有2到5个第二激光器的产品特别有用。该孔可以偏离毛细管的中心轴，使得第一输送光纤与毛细管的中心轴对齐。

18、光纤束可包括环绕该至少一个第二输送光纤的外毛细管。外毛细管可以是方形毛细管。外毛细管可采用其他构型。当以没有内毛细管的方形构造布置时，方形毛细管有利于填充第一和第二输送光纤。可以包括间隔光纤以将毗邻的第一和第二输送光纤间隔开。

19、第一激光器可包括单模激光器。单模激光器在相同波长下比多模激光器具有更高的光束质量，因此能够优化从多芯光纤的第一芯发射的激光辐射。第一激光器可包括多模激光器。

20、第一输送光纤可以是多模光纤，第一激光器可包括输出光纤，并且输出光纤和第一输送光纤可以利用熔融接头来熔接在一起，使得在输出光纤中传播的基模耦合到在第一输送光纤中传播的基模。输出光纤和/或第一输送光纤可以在熔融接头处或熔融接头附近逐渐变细，以便匹配两个基模的轮廓，从而减少熔接损耗以及耦合到更高阶模。

21、第一输送光纤可以逐渐变细，使得第一输送光纤在光学组合器的输出处的芯直径小于临界直径，在临界直径处第一输送光纤的基模的模场直径达到光学组合器中的最小模场直径。优选地，锥形端头是绝热的，以便减少从第一输送光纤的基模到更高阶模的耦合。

22、第一输送光纤可以是双包层光纤。双包层光纤可具有比内包层具有更低折射率的外包层。这使得从第一输送光纤的芯耦合到其内包层的光学辐射能够通过全内反射被内包层引导。

23、第二激光器可包括单模激光器。

24、第二输送光纤可以是多模光纤，第二激光器可包括输出光纤，并且输出光纤和第二输送光纤可以利用熔融接头熔接在一起，使得在输出光纤中传播的基模耦合到在第二输送光纤中传播的基模。输出光纤和/或第二输送光纤可以在熔融接头处或熔融接头附近逐渐变细，以便匹配两个基模的轮廓，从而减少熔接损耗以及减少在熔融接头处耦合到更高阶模。

25、第二输送光纤可以被拉锥并逐渐变细，使得第二输送光纤在光学组合器的输出处的芯直本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.用于材料激光加工(29)的装置，所述装置包括至少一个第一激光器(15)、至少一个第二激光器(16)、一个光学组合器(3)和多芯光纤(10)，其中：

2.根据权利要求1所述装置包括至少一个间隔光纤(141)，其中所述第一输送光纤(1)或一第一输送光纤(1)由所述间隔光纤(141)或一间隔光纤(141)与所述第二输送光纤(2)或一第二输送光纤(2)分隔开。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一输送光纤(1)、所述第二输送光纤(2)和所述间隔光纤(141)以一构造布置，并且所述第一输送光纤(1)偏离所述构造的中心。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述构造是方形或三角形或六边形构造。

5.根据权利要求3所述的装置，其中所述光纤束4包括两个第一输送光纤(1)、两个第二输送光纤(2)和三个间隔光纤(141)，并且所述第一输送光纤(1)、所述第二输送光纤(2)和所述间隔光纤(141)以六边形构造布置。

6.根据权利要求3所述的装置，其中所述光纤束(4)包括以一构造布置的至少一个第一输送光纤(1)、至少两个第二输送光纤(2)以及至少三个间隔光纤(141)。

7.根据权利要求3所述的装置，其中所述光纤束(4)包括一个第一输送光纤(1)、三个第二输送光纤(2)和两个间隔光纤(141)，并且所述第一输送光纤(1)、所述第二输送光纤(2)和所述间隔光纤(141)以六边形构造布置。

8.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一输送光纤(1)和所述第二输送光纤(2)以方形构造布置，所述方形构造包括所述第一输送光纤(1)、所述第二输送光纤(2)和两个间隔光纤(141)，并且其中所述第一输送光纤(1)和所述第二输送光纤(2)彼此对角相对。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述光纤束(4)包括多个第一输送光纤(1)。

10.如权利要求1所述的装置，其中所述光纤束(4)包括与所述第一输送光纤(1)的包层(206)毗邻的低折射率环(131)，其中所述低折射率环(131)的折射率小于所述包层(206)的折射率。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述低折射率环(131)是环绕所述包层(206)的所述第一输送光纤(1)的包层。

12.根据权利要求1所述的装置，其中所述光纤束(4)包括内毛细管(202)。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述内毛细管(202)包括至少一个凹槽(51)。

14.根据权利要求1所述的装置，其中所述光纤束(4)包括所述第一输送光纤(1)和至少一个第二输送光纤(2)，其中所述第一输送光纤(1)和所述第二输送光纤(2)位于毛细管(201)中，并且其中所述第一输送光纤(1)抵靠所述毛细管(201)的孔(181)的壁。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述孔(181)偏离所述毛细管(201)的中心轴，使得所述第一输送光纤(1)与所述毛细管(201)的中心轴对齐。

16.根据权利要求1所述的装置，其中所述光纤束(4)包括环绕所述至少一个第二输送光纤(2)的外毛细管(201)。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述外毛细管(201)是方形毛细管(161)。

18.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一激光器(15)包括一个单模激光器。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述第一输送光纤(1)是多模光纤，所述第一激光器(15)包括输出光纤(38)，并且所述输出光纤(38)和所述第一输送光纤(1)用熔融接头(37)熔接在一起，使得在所述输出光纤(38)中传播的基模耦合到在所述第一输送光纤(1)中并保持基模传输。

20.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一输送光纤(1)被拉锥并逐渐变细，使得所述第一输送光纤(1)在所述光学组合器(3)的输出(6)端的芯直径(209)小于临界直径(243)，在此条件下所述临界直径处所述第一输送光纤(1)的基模的模场直径(241)达到最小模场直径(242)。

21.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一输送光纤(1)是双包层光纤。

22.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二激光器(16)包括一个单模激光器。

23.根据权利要求22所述的装置，其中所述第二输送光纤(2)是多模光纤，其中所述第二激光器(16)包括输出光纤(38)，并且其中所述输出光纤(38)和所述第二输送光纤(2)用熔融接头(37)熔接在一起，使得在所述输出光纤(38)中传播的基模耦合到在所述第二输送光纤(2)中传播的基模。

24.根据权利要求23...

【技术特征摘要】