CN103056513A - 一种激光加工系统 - Google Patents

一种激光加工系统 Download PDF

Info

Publication number
CN103056513A
CN103056513A CN201210545845XA CN201210545845A CN103056513A CN 103056513 A CN103056513 A CN 103056513A CN 201210545845X A CN201210545845X A CN 201210545845XA CN 201210545845 A CN201210545845 A CN 201210545845A CN 103056513 A CN103056513 A CN 103056513A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
clad
fibre
processing system
optical fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201210545845XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN103056513B (zh
Inventor
施建宏
闫大鹏
李成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co Ltd
Original Assignee
Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co Ltd filed Critical Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co Ltd
Priority to CN201210545845.XA priority Critical patent/CN103056513B/zh
Publication of CN103056513A publication Critical patent/CN103056513A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103056513B publication Critical patent/CN103056513B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Mechanical Coupling Of Light Guides (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

本发明涉及一种激光加工系统，包括一个激光功率合成器、一个或若干个激光模块、一个激光耦合器以及激光传输系统，所述激光功率合成器为一端多根输入光纤以及另一端一根多包层输出光纤，所述激光传输系统为一根多包层光纤，一个或若干激光模块分别通过一根激光耦合器输入光纤与激光耦合器相连，激光耦合器分别通过若干根激光耦合器输出光纤与激光功率合成器的多根输入光纤端相连，激光功率合成器的一根多包层输出光纤端与激光传输系统相连到输出件。本发明在同一激光加工系统中，能同时具备不同光束质量的激光，使得同一台激光系统，能同时具备多种加工功能，大大扩展了激光加工系统的灵活性，缩减了系统的成本。

Description

一种激光加工系统
技术领域
本发明属于激光加工系统领域，尤其涉及一种基于多包层光纤功率合成器和传输系统的激光加工系统。 
背景技术
光纤激光器有着光束质量优、转换效率高、全光路结构、维护方便等优点，目前被广泛运用于很多工业领域，诸如:材料切割、钻孔、焊接、打标、熔覆等。对于不同材料，不同工业应用，不同加工工艺，通常需要不同的光束质量与模式。通常调Q脉冲激光器，常常用来达标，高光束质量（M2<2）的中高功率连续激光器常常用来切割、钻孔等精密加工，而焊接、熔覆等加工常常需要多模光束来完成。以往，不同的加工工序，需要不同的激光器去完成，或者通过更换输出光纤传输系统来完成，这样大大增加了调试时间与运营成本。诸如像汽车制造领域，在汽车加工过程中常常需要不断运用到切割、钻孔、焊接、熔覆等加工工艺，一般产线会配备多台机器，或者完成一种工序后，通过更换传输光纤来进行下一道工序，这大大降低了运行效率与成本。 
本发明通过一根多包层光纤来完成多种加工应用，同一根光纤中，当需要切割、钻孔等精密操作时，能传输高光束质量的激光来完成；当需要焊接、熔覆等操作时，也能传输多模激光。该结构的激光加工系统，能够保证激光能以合适的加工深度与激光模式、激光光斑达到被加工工件。 
发明内容
本发明为了克服上述现有技术存在的缺陷和问题，提供了一种光纤功率合成器和激光加工系统，本发明的多根输入光纤中，位于中部的输入光纤与多包层光纤纤芯熔接，位于外层的输入光纤与多包层光纤包层熔接，使得在同一根多包层光纤中，能同时传播单模激光、少模激光与多模激光，本发明在同一激光加工系统中，能同时具备不同光束质量的激光，使得同 一台激光系统，能同时具备多种加工功能，大大扩展了激光加工系统的灵活性，缩减了系统的成本。
为实现本发明目的所采用的技术方案为： 
一种激光加工系统，包括一个激光功率合成器、一个或若干激光模块、一个激光耦合器以及激光传输系统，其特征在于：所述激光功率合成器为一端多根输入光纤以及另一端一根多包层输出光纤，所述激光传输系统为一根多包层光纤，一个或若干激光模块分别通过一根激光耦合器输入光纤与激光耦合器相连，激光耦合器分别通过若干根激光耦合器输出光纤与激光功率合成器的多根输入光纤端相连，激光功率合成器的一根多包层输出光纤端与激光传输系统相连到输出件。 
所述的激光功率合成器的多根输入光纤通过打绞、捆绑、热缩或者穿于同一石英管内，经熔融拉锥，使其成为一束光纤束。  
所述的光纤功率合成器的多根输入光纤密排于同一金属或者陶瓷套管内，通过磨抛或镀膜方式成为一光纤束。 
所述的光纤功率合成器的多根输入光纤束与一根多包层输出光纤通过熔接或机械固定方法结合在一起。 
所述的光纤功率合成器的光纤束的中部的光纤与多包层光纤的纤芯结合，光纤束的外部光纤与多包层光纤的包层结合。 
所述激光传输系统为多包层光纤，且多包层光纤与镀膜的石英棒熔接。 
所述激光加工系统包括激光功率合成器、激光模块、激光耦合器以及激光传输系统，所述激光功率合成器由多根输入光纤以及一根多包层输出光纤组成，所述激光耦合器连接激光模块与激光功率合成器，所述激光传输系统由多包层光纤组成。 
本发明的多根输入光纤中，位于中部的输入光纤与多包层光纤纤芯熔接，位于外层的输入光纤与多包层光纤包层熔接，使得在同一根多包层光纤中，能同时传播单模激光、少模激光与多模激光，本发明在同一激光加工系统中，能同时具备不同光束质量的激光，使得同一台激光系统，能同时具备多种加工功能，大大扩展了激光加工系统的灵活性，缩减了系统的 成本。 
附图说明
图1是本发明的总体结构图； 
图2a-1、图2a-2、图2a-3分别为一端7根光纤的激光功率合成器打开中间一根光纤的激光在纤芯与包层传输的示意图。 
图2b-1、图2b -2、图2b-3分别为一端7根光纤的激光功率合成器关闭中间一根光纤的激光在周围六根光纤的纤芯与包层传输的示意图。 
图3是多包层光纤折射率分布图； 
图4是多包层光纤端帽结构图； 
图5是本发明的单模块激光加工系统结构示意图； 
图6a-1、图6a-2分别为一端7根光纤的激光功率合成器在单模块激光加工系统中激光在纤芯与包层传输的示意图。 
图6b-1、图6b-2分别为一端7根光纤的激光功率合成在单模块激光加工系统中激光在纤芯与包层传输的示意图。 
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 
如图1所示，本发明包括一个激光功率合成器120、三个激光模块、一个激光耦合器以及激光传输系统130，所述激光功率合成器为一端7根输入光纤以及另一端一根多包层输出光纤，所述激光传输系统为一根多包层光纤，三个激光模块分别三根激光耦合器输入光纤(100，101，102)与激光耦合器相连，激光耦合器分别通过三根根激光耦合器输出光纤(110，111，112)与激光功率合成器120的7根输入光纤端相连，激光功率合成器120的一根多包层输出光纤端与激光传输系统130相连到输出件131。如图1所示激光耦合器输入光纤100、101、102，输出光纤110、111、112，激光耦合器通过光路控制，使输入光纤能够耦合入任意输出光纤中，如输入光纤100可以与输出光纤110、111、112任意光纤耦合，耦合效率一般大于95%以上。激光耦合输出光纤通过激光功率合成器120，如激光输出光纤是 7根20-400um双包层光纤，纤芯NA=0.07，通过熔融拉锥，使得7根光纤成为一束，其中7根光纤中间一根光纤拉锥完后直径在16～17um，外围6根光纤直径也在16～17um，一束光纤最大外径在48～52um左右，其中每根光纤内的激光束缚在光纤纤芯以内，不能逃逸出包层。输出光纤为多包层光纤，如上例所说，输出光纤为3包层光纤，如纤芯为20um，NA=0.06-0.11，第一包层为50um，NA=0.15-0.22，第三包层为250～500um，涂覆层为低折射率胶或者硅胶，NA>0.38，把光纤束与多包层光纤切割齐平后，通过电极放电或者CO2 激光使得光纤束与多包层光纤熔接，这样7根20-400光纤，中间的光纤与多包层光纤20um纤芯结合，外围6根光纤与多包层光纤50um第一包层结合。 
当加工需要高光束质量激光时，光纤束中间一根光纤内通激光，如图2a-1、图2a-2、图2a-3所示；当需要熔覆、焊接等需要多模激光时，关闭中间一根光纤内激光，打开周围6根光纤激光，如图2b-1、图2b-2、图2b-3所示。依然，可以有选择性的打开7根光纤中任意一根或者多根光纤内激光，或者7根全部通激光。举例说明，7个激光模块，每个模块功率1kW，每个模块输出尾纤20-400um双包层光纤，M2<1.3,当需要高光束质量激光用来切割金属时，打开中间一根1kW模块，可以用来切割10mm以内金属钣金，如果需要用来焊接钣金时，可以打开外围6个模块，可以达到7kw功率。如图5所示，亦可使用单个激光模块，激光耦合器能够使得输入光纤耦合至任意一根输出光纤，当需要高光束激光是，通过控制激光耦合器，使得激光模块耦合至中间一根激光束输入光纤，如图6a-1、图6a-2所示；当需要多模激光时，使得激光模块耦合至激光束外围的一根光纤，图6b-1、图6b-2所示。这种一体化多包层光纤来完成多种加工应用，同一根光纤中，当需要切割、钻孔等精密操作是，能传输高光束质量的激光来完成；当需要焊接、熔覆等操作时，也能传输多模激光。该结构的激光加工系统，能够保证激光能以合适的加工深度与激光光斑达到被加工工件。 
如图3所示，图示为上例中3包层光纤的折射率分布图，横坐标代表光纤直径，纵坐标代表折射率分布。纤芯为20um掺杂Ge的纯石英，第一包层为50um不掺杂纯石英，第二包层为500um掺杂F纯石英，纤芯NA=0.06-0.11，能够传输少模激光，同时由于是大模场结构光纤，能够克服高功率、长距离传输时的非线性效应，一般能够传输4kW以内的少模激 光，第一包层NA=0.15-0.22，能够传输多模激光，同时也能保持非常优异的光束质量，通常光纤激光传输的BPP 要数倍优于同功率的YAG与CO2  激光器。 
如图4所示，图示为多包层结构的光纤端帽，多包层光纤140与端帽141熔接，多包层光纤的纤芯激光沿端帽中心传播，多包层光纤的包层激光沿端帽以更大的发散角传播，纤芯激光与包层激光能够同时在端帽中传播，互不影响。该结构的端帽能够使单模激光与多模激光在同一端帽中传播，结构紧凑简单。 
通过把7根输入光纤精密排布于套筒内，再通过机械固定的方式与输出多包层光纤精密贴合。该合束器亦可用熔融拉锥的方式制作。 
本发明的激光功率合成器亦可制作为19x1，共3层光纤，输出光纤为4包层光纤，纤芯20um，第一包层50um，第二包层100um～200um，该结构19x1可以输出功率20kW。 

Claims (6)

1.一种激光加工系统，包括一个激光功率合成器、一个或若干个激光模块、一个激光耦合器以及激光传输系统，其特征在于：所述激光功率合成器为一端多根输入光纤以及另一端一根多包层输出光纤，所述激光传输系统为一根多包层光纤，一个或若干激光模块分别通过一根激光耦合器输入光纤与激光耦合器相连，激光耦合器分别通过若干根激光耦合器输出光纤与激光功率合成器的多根输入光纤端相连，激光功率合成器的一根多包层输出光纤端与激光传输系统相连到输出件。
2.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于：所述的激光功率合成器的多根输入光纤通过打绞、捆绑、热缩或者穿于同一石英管内，经熔融拉锥，使其成为一束光纤束。
3.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于：所述的光纤功率合成器的多根输入光纤密排于同一金属或者陶瓷套管内，通过磨抛或镀膜方式成为一光纤束。
4.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于：所述的光纤功率合成器的多根输入光纤束与一根多包层输出光纤通过熔接或机械固定方法结合在一起。
5.如权利要求2或3所述的激光加工系统，其特征在于：所述的光纤功率合成器的光纤束的中部的光纤与多包层光纤的纤芯结合，光纤束的外部光纤与多包层光纤的包层结合。
6.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于：所述激光传输系统为多包层光纤，且多包层光纤与镀膜的石英棒熔接。
CN201210545845.XA 2012-12-14 2012-12-14 一种激光加工系统 Active CN103056513B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210545845.XA CN103056513B (zh) 2012-12-14 2012-12-14 一种激光加工系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210545845.XA CN103056513B (zh) 2012-12-14 2012-12-14 一种激光加工系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103056513A true CN103056513A (zh) 2013-04-24
CN103056513B CN103056513B (zh) 2014-12-10

Family

ID=48099559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210545845.XA Active CN103056513B (zh) 2012-12-14 2012-12-14 一种激光加工系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103056513B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104035166A (zh) * 2014-05-23 2014-09-10 武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司 基于多芯光纤的高功率激光合束器
CN107924023A (zh) * 2015-07-08 2018-04-17 恩耐公司 具有用于增加的光束参数乘积的中心折射率受抑制的纤维
US10656330B2 (en) 2016-09-29 2020-05-19 Nlight, Inc. Use of variable beam parameters to control solidification of a material
US10673198B2 (en) 2016-09-29 2020-06-02 Nlight, Inc. Fiber-coupled laser with time varying beam characteristics
US10673197B2 (en) 2016-09-29 2020-06-02 Nlight, Inc. Fiber-based optical modulator
US10673199B2 (en) 2016-09-29 2020-06-02 Nlight, Inc. Fiber-based saturable absorber
US10730785B2 (en) 2016-09-29 2020-08-04 Nlight, Inc. Optical fiber bending mechanisms
US10971885B2 (en) 2014-06-02 2021-04-06 Nlight, Inc. Scalable high power fiber laser
US10971884B2 (en) 2015-03-26 2021-04-06 Nlight, Inc. Fiber source with cascaded gain stages and/or multimode delivery fiber with low splice loss
CN112965170A (zh) * 2021-03-18 2021-06-15 东北大学 一种利用玻璃套管制备光纤模式选择性耦合器的方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4578791A (en) * 1982-12-20 1986-03-25 Trw Inc. High-power injection laser diode structure
CN1387626A (zh) * 1999-11-09 2002-12-25 康宁股份有限公司 多模光纤系统的模式匹配
CN1845403A (zh) * 2006-05-08 2006-10-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 双波长脉冲光纤激光系统
CN1873450A (zh) * 2006-06-30 2006-12-06 清华大学 全光纤倏逝波生物传感器
CN101271176A (zh) * 2008-03-31 2008-09-24 中国科学院光电技术研究所 激光钠导星技术中的一种激光束光纤传输器件
JP4483456B2 (ja) * 2004-07-27 2010-06-16 リコープリンティングシステムズ株式会社 光記録装置
CN101833132A (zh) * 2010-05-18 2010-09-15 中国科学院上海光学精密机械研究所 光纤之间激光耦合的方法
CN201955492U (zh) * 2010-11-18 2011-08-31 杭州华威药业有限公司 一种双包层光纤激光耦合装置
CN102636840A (zh) * 2011-02-12 2012-08-15 莱特尔科技（深圳）有限公司 一种光纤功率合成器及激光加工系统
CN202984911U (zh) * 2012-12-14 2013-06-12 武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司 一种激光加工系统

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4578791A (en) * 1982-12-20 1986-03-25 Trw Inc. High-power injection laser diode structure
CN1387626A (zh) * 1999-11-09 2002-12-25 康宁股份有限公司 多模光纤系统的模式匹配
JP4483456B2 (ja) * 2004-07-27 2010-06-16 リコープリンティングシステムズ株式会社 光記録装置
CN1845403A (zh) * 2006-05-08 2006-10-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 双波长脉冲光纤激光系统
CN1873450A (zh) * 2006-06-30 2006-12-06 清华大学 全光纤倏逝波生物传感器
CN101271176A (zh) * 2008-03-31 2008-09-24 中国科学院光电技术研究所 激光钠导星技术中的一种激光束光纤传输器件
CN101833132A (zh) * 2010-05-18 2010-09-15 中国科学院上海光学精密机械研究所 光纤之间激光耦合的方法
CN201955492U (zh) * 2010-11-18 2011-08-31 杭州华威药业有限公司 一种双包层光纤激光耦合装置
CN102636840A (zh) * 2011-02-12 2012-08-15 莱特尔科技（深圳）有限公司 一种光纤功率合成器及激光加工系统
CN202984911U (zh) * 2012-12-14 2013-06-12 武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司 一种激光加工系统

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104035166A (zh) * 2014-05-23 2014-09-10 武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司 基于多芯光纤的高功率激光合束器
US10971885B2 (en) 2014-06-02 2021-04-06 Nlight, Inc. Scalable high power fiber laser
US10971884B2 (en) 2015-03-26 2021-04-06 Nlight, Inc. Fiber source with cascaded gain stages and/or multimode delivery fiber with low splice loss
CN107924023B (zh) * 2015-07-08 2020-12-01 恩耐公司 具有用于增加的光束参数乘积的中心折射率受抑制的纤维
CN107924023A (zh) * 2015-07-08 2018-04-17 恩耐公司 具有用于增加的光束参数乘积的中心折射率受抑制的纤维
US10520671B2 (en) 2015-07-08 2019-12-31 Nlight, Inc. Fiber with depressed central index for increased beam parameter product
US10656330B2 (en) 2016-09-29 2020-05-19 Nlight, Inc. Use of variable beam parameters to control solidification of a material
US10673199B2 (en) 2016-09-29 2020-06-02 Nlight, Inc. Fiber-based saturable absorber
US10730785B2 (en) 2016-09-29 2020-08-04 Nlight, Inc. Optical fiber bending mechanisms
US10673197B2 (en) 2016-09-29 2020-06-02 Nlight, Inc. Fiber-based optical modulator
US10673198B2 (en) 2016-09-29 2020-06-02 Nlight, Inc. Fiber-coupled laser with time varying beam characteristics
US10663767B2 (en) 2016-09-29 2020-05-26 Nlight, Inc. Adjustable beam characteristics
CN112965170A (zh) * 2021-03-18 2021-06-15 东北大学 一种利用玻璃套管制备光纤模式选择性耦合器的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103056513B (zh) 2014-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103056513B (zh) 一种激光加工系统
CN202984911U (zh) 一种激光加工系统
CN108493750B (zh) 一种基于套管的光纤端面泵浦耦合器的制作方法
JP5327108B2 (ja) 光ファイバ形集光器およびそれを用いたレーザ装置
CN100555012C (zh) 毛细管光纤与标准光纤的连接方法
CN103412369A (zh) 一种光纤合束器及其制备方法
CN204790085U (zh) 光纤合束器
CN102169209A (zh) 光子晶体光纤低损耗熔接及端面处理方法
CN107544137A (zh) 高功率光纤激光器用光闸
KR20210095688A (ko) 제어 가능한 출력 빔 강도 프로파일을 갖는 초고 광섬유 레이저 시스템
CN201656240U (zh) 光纤泵浦合束器
CN113820787A (zh) 一种单模多模调模器件及其制备方法
CN202837591U (zh) 一种膜片式光纤激光耦合器
CN101833132A (zh) 光纤之间激光耦合的方法
CN107340271A (zh) 一种在线调节光纤马赫‑曾德干涉仪获得高质量干涉光谱的方法
CN210924014U (zh) 一种激光合束器
CN203480085U (zh) 一种光纤激光合束器
CN204790068U (zh) 一种大功率光纤准直器
CN109387904A (zh) 一种光纤激光合束器及其制造方法
CN203480073U (zh) 一种光纤合束器
CN114280803B (zh) 一种光纤激光合束器的制作方法
CN110646886A (zh) 一种激光合束器及其制作方法
CN201378213Y (zh) 单纤双向波分复用器混合集成组件
CN203025420U (zh) 光纤合束器
CN113219591B (zh) 一种空芯反谐振光纤分束器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C56 Change in the name or address of the patentee
CP03 Change of name, title or address

Address after: 430074 East Lake science and technology zone, Wuhan province high tech Avenue, No. 999, the future of science and technology city of the city of Hubei

Patentee after: WUHAN RAYCUS FIBER LASER TECHNOLOGIES CO., LTD.

Address before: 430223 East Lake New Technology Development Zone, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan science and technology park innovation base, building No. 10, building No.

Patentee before: Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co., Ltd.