本发明专利技术的激光装置具有：第一激光振荡器，出射第一激光；作为双包层光纤的无源光纤，通过芯体来传输上述第一激光；以及第二激光振荡器，出射被入射到该无源光纤的内侧包层的第二激光。另外，本发明专利技术的激光加工装置具备上述激光装置、以及具有准直透镜和聚光透镜的照射光学系统。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种在对金属材料等进行加工时使用的激光装置以及具备该激光装置的激光加工装置。
技术介绍
近年来，在高功率激光加工领域中，通过使用了掺稀土类元素光纤的激光装置进行加工备受关注。从激光装置输出的激光的波长是I μ m带，与以往一直使用的CO2激光不同，能够进行光纤传输。另外，能够比CO2激光更微小地聚光，因此适于切断、焊接等的高速加工、精细加工。关于该激光装置，已经有大量的公知技术(例如参照专利文献I)。图13中示意性地示出现有的激光加工装置100的一例。该激光加工装置100大致由激光装置101、光纤122以及照射光学系统(准直透镜105和聚光透镜106)构成。由激光装置101产生并通过光纤122导光及传输而从出射端103出来的激光104通过准直透镜105和聚光透镜106到达被加工材料107的照射点α。图14中示出上述激光装置101的现有例。该激光装置101大致由如下部分构成:在芯体的母材中添加有稀土类元素的作为双包层光纤的有源光纤(active fiber) 120 ；形成在该有源光纤120的两端附近并作为激光谐振器的镜而发挥功能的光纤布拉格光栅(fiber bragg grating)(以下简记为 FBG) 121 ;多路稱合器(multicoupler) 123 ;多个半导体激光光源126 ;以及经由连接点129连接至有源光纤120的光纤122。双包层光纤是在芯体的周围具有双重的包层的光纤。以往，该双包层光纤在芯体的母材中添加稀土类元素等而作为激光介质。内侧的包层具有将芯体内的光封入的作用和将激发芯体内的激光介质的激发光封入的作用这两种作用。外侧的包层具有将激发光封入的作用。从多个半导体激光光源126出射的激发光经由光纤125和多路耦合器123入射到有源光纤120的内侧包层。在有源光纤120的芯体中产生的激光在两个FBG121之间往复的期间被放大，其一部分从一个FBG121 (纸面右侧的FBG121)取出。该激光入射到比连接点129靠下游的光纤122，从输出端103出射到外部空间。此外，作为比连接点129靠下游的光纤122，使用包层为单层的通常的传输用的光纤。如上，将有源光纤用作激光介质的结构的激光装置被称为光纤激光器。作为光纤122内的光纤截面上的激光的功率密度的空间分布形状，有可能有接近高斯形状的单模式和接近顶帽(top hat)形状的多模式。在厚度Imm以上的钢的切断这样的微加工中使用2kW以上的输出的激光。在该输出区域中，在单模式下，由于光纤芯体内的受激布里渊散射、拉曼散射所引起的非线性效应，传输时的光损失变大。因此，导致能够传输光纤的距离限于几m左右。因此,在激光加工装置中通常使用能够获得大的光纤传输距离的多模式的光纤激光器。照射点α处的激光的功率密度的空间分布具有通过由准直透镜105和聚光透镜106形成的照射光学系统将光纤122的出口(激光装置101的出射端103)的功率密度的空间分布成像所得的形状。在光纤122中的功率密度的空间分布为多模式的光纤激光器的情况下，照射点α处的功率密度的空间分布如图15所示那样成为与光纤122内的分布相同的大致均匀的顶帽形状。此外，在图15中，X表示照射点α处的激光距中心O的距离，I表示激光的功率密度。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开平5-275792号公报非专利文献非专利文献1:P.Hilton, Proceedings of LAMP2009_the5th InternationalCongress on Laser Advanced Materials Processing, 2009 年
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，在使用现有的具有多模光纤的激光装置进行金属加工时，与利用CO2激光进行的加工相比，由于在切断、开槽加工中切断面的粗糙度劣化、或者在焊接、堆焊加工中被加工材料的飞散物量变多等原因，有时无法以期待的质量进行加工(例如参照非专利文献I)。该问题特别是在被加工材料厚的情况、切断速度为低速的情况下变得显著。本专利技术是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种激光装置和具备该激光装置的激光加 工装置，在使用通过光纤传输的高输出的激光对金属等进行加工的激光加工中，能够实现加工面的粗糙度的改善、而且能够实现被加工材料的飞散物量的降低。用于解决问题的方案本专利技术人们专心研究的结果，发现通过在与激光的传播方向正交的截面上的功率密度的空间分布上附加边缘，能够实现加工面的质量的改善以及从被加工材料飞散的飞散物的量的降低，开发出了适于实现这一点的激光装置和激光加工装置。(a)本专利技术的一个方式所涉及的激光装置具有:第一激光振荡器，出射第一激光；作为双包层光纤的无源光纤，通过芯体来传输上述第一激光；以及第二激光振荡器，出射被入射到该无源光纤的内侧包层的第二激光。(b)在上述(a)所述的激光装置中，也可以采用如下结构:上述第一激光振荡器具有:激光谐振器，具有在芯体中添加有稀土类元素的作为双包层光纤的有源光纤；以及激发用光源，出射被入射到上述有源光纤的内侧包层的激发光，在上述有源光纤的下游侧连接有上述无源光纤。(c)在上述(a)所述的激光装置中，入射到上述无源光纤的芯体的上述第一激光的入射角也可以小于入射到上述无源光纤的上述内侧包层的上述第二激光的入射角QLD0(d)在上述(a)所述的激光装置中，上述第一激光的波长λ I和上述第二激光的波长λ 2也可以满足0.6彡λ 2/ λ I彡0.97。(e)本专利技术的一个方式所涉及的激光加工装置将激光聚光后照射到被加工材料，具备:上述(a) (d)中的任一项所述的激光装置；以及照射光学系统，具有准直透镜和聚光透镜。(f)在上述(e)所述的激光加工装置中，上述第二激光的功率密度Ib也可以小于上述第一激光的功率密度Ia。(g)在上述(f)所述的激光加工装置的情况下，上述第二激光的上述功率密度Ib也可以满足下式(1)，Ib.(D2-Dl)/2>0.2.(1/A).κ.{ p Cp (Tm-T0) + P Lj...(I)其中，Dl:上述第一激光的聚光点直径D2:上述第二激光的聚光点直径A:对于上述被加工材料的上述第二激光的吸收率κ:上述被加工材料的热扩散系数P:上述被加工材料的密度Cp:上述被加工材料的比热Tm:上述被加工材料的熔点T0:上述被加工材料的初始温度(常温)Ln1:上述被加工材料的熔解潜热。专利技术效果在上述(a)所述的激光装置中，第一激光从无源光纤的芯体出射，第二激光从无源光纤的内侧包层出射。在一边移动激光一边进行加工时，在第二激光照射到加工部位之后，第二激光与第一激光的重叠成分照射到该加工部位。S卩，在被加工部件通过第二激光被预热之后，利用具有进行加工所需的充分的能量的激光进行被加工材料的加工。此时，在被预热的部位中产生激光的能量吸收，但是在上述(a)所述的激光装置中，第二激光的功率密度小于第一激光与第二激光的重叠成分的功率密度。因此，该能量吸收不会过度产生。其结果，即使在加工速度为低速的情况、被加工材料的厚度厚的情况下，也能够改善加工面的质量，而且能够实现飞散物量的降低。另外，在上述(e)所述的激光加工装置中，具有适于对被加工材料进行预热的能量的第二激光、以及具有对被加工材料进行加工所需的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种激光装置，其特征在于，具有: 第一激光振荡器，出射第一激光； 作为双包层光纤的无源光纤，通过芯体来传输上述第一激光；以及 第二激光振荡器，出射被入射到该无源光纤的内侧包层的第二激光。2.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于， 上述第一激光振荡器具有: 激光谐振器，具有在芯体中添加有稀土类元素的作为双包层光纤的有源光纤；以及 激发用光源，出射被入射到上述有源光纤的内侧包层的激发光， 在上述有源光纤的下游侧连接有上述无源光纤。3.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于， 入射到上述无源光纤的芯体的上述第一激光的入射角Θ %，小于入射到上述无源光纤的上述内侧包层的上述第二激光的入射角θω。4.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于， 上述第一激光的波长λ I和上述第二激光的波长λ 2满足0.6 < λ 2/ λ I < 0.97。5.一种激光加...
【专利技术属性】
技术研发人员：今井浩文，平野弘二，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：
国别省市：
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