CN103439773B - 高功率全固态连续激光合束系统 - Google Patents

Abstract

一种高功率全固态连续激光合束系统，包括：多个高功率全固态连续激光器模块，该多个高功率全固态连续激光器模块输出的激光采用并联方式；多个耦合透镜组，该耦合透镜组位于高功率全固态连续激光器模块输出的光路上，该多个耦合透镜组采用并联方式；一光纤合束器，其输入端分别位于耦合透镜后的聚焦光斑上。

Description

高功率全固态连续激光合束系统

技术领域

本发明属于激光技术领域，特别是一种高功率全固态连续激光合束系统。

背景技术

高光束质量高功率全固态激光器在激光加工领域中已有广泛应用，例如在汽车、飞机、船舶、石油管道等领域中进行激光切割、激光焊接及材料表面改性等加工应用。目前，国内高功率全固态激光模块研究和发展均较成熟，高功率全固态激光器通常是采用多个高功率全固态激光模块串联放大激光功率，由于激光模块中产生大量的热量，激光功率和光束质量大幅下降，此时需要复杂的热管理技术和光束质量控制技术才能实现高光束质量高功率激光输出。模块串联放大的光路结构复杂，并且激光器系统中的任何一个激光模块的性能将影响整机的性能，系统中任何激光模块的损坏将导致整机的瘫痪，所以模块串联的方法降低了高功率全固态激光器系统的稳定性，整机的维护成本也较高。所以为了提高系统的稳定性，并且使整机易于维护(更换模块)，本发明采用了一种高功率全固态激光合束的并联方法实现高光束质量高功率激光输出。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种简单、方便的高功率全固态激光功率放大的系统，即高功率全固态连续激光合束系统，此系统采用多个高功率全固态激光器模块并联的方式，将输出激光通过耦合透镜组聚焦到高功率光纤合束器中，实现多束激光合束输出。

本发明提供一种高功率全固态连续激光合束系统，包括：

多个高功率全固态连续激光器模块，该多个高功率全固态连续激光器模块输出的激光采用并联方式；

多个耦合透镜组，该耦合透镜组位于高功率全固态连续激光器模块输出的光路上，该多个耦合透镜组采用并联方式；

一光纤合束器，其输入端分别位于耦合透镜后的聚焦光斑上。

本发明与传统高功率全固态激光器系统相比，在激光输出功率和光束质量基本一致的前提下，本发明具有结构简单，系统稳定性高、维护成本低等优点。采用激光模块并联的方式合束输出激光，系统各部分的相对独立，可实现快捷、方便的模块控制和更换操作，并结合光纤输出可实现多维度激光加工，提高了高功率激光器整个系统的灵活性。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实例及附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明所述的高功率全固态连续激光合束系统的第一实施例结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种高功率全固态连续激光合束系统，包括：

多个高功率全固态连续激光器模块1，该多个高功率全固态连续激光器模块输出的激光采用并联方式，该高功率全固态连续激光器模块1的数量大于或等于2，所述每个高功率全固态连续激光器模块1包括：

一高反镜11、一全固态激光模块12和一输出镜13，所述高反镜11、全固态激光模块12和输出镜13位于同一光路上，该高反镜11、全固态激光模块12和输出镜13构成一激光谐振腔；

多个耦合透镜组2，该耦合透镜组2位于高功率全固态连续激光器模块1输出的光路上，该多个耦合透镜组2采用并联方式，该耦合透镜组2的数量大于或等于2，所述每个耦合透镜组2包括：

一第一透镜21和一第二透镜22或者一第一透镜21、一第二透镜22和一第三透镜23，该第一透镜21、第二透镜22和第三透镜23位于同一光路上。

一光纤合束器3，其输入端分别位于耦合透镜2后的聚焦光斑上，所述的光纤合束器3是由高损伤阈值传能光纤合束拉锥熔接制成的，该合束器类型为N×1的光纤合束器，其中N大于或等于2，其透过率大于96％，其输入光纤的尺寸和数值孔径与耦合透镜聚焦后的光斑参数匹配。

实施例：

参阅图1所示，7个高功率全固态连续激光器模块1，能够输出最大功率150W，光束质量为6mm·mrad，中心波长为1064nm的连续激光，每个高功率全固态连续激光器模块1均包括：一1064nm高反镜11、一高功率全固态激光模块12和一透过率为30％输出镜13，其中功率全固态激光模块12的泵浦、冷却结构和激光晶体均经过特殊设计并已封装完毕，高反镜11、全固态激光模块12和输出镜13位于同一光路上，构成一激光谐振腔，7个150W高功率全固态连续激光器模块1均封装且模块化。该7个高功率全固态连续激光器模块1输出的150W激光采用并联方式，通过7个耦合透镜组2聚焦，该耦合透镜组2位于高功率全固态连续激光器模块1输出的光路上，每个耦合透镜组2由3片透镜组成，分别为第一透镜21、一第二透镜22和一第三透镜23，位于同一光路上，各透镜均镀有1064nm波长高透膜，耦合透镜组是根据高功率激光参数与光纤合束器输入光纤的参数而设计参数的，使高功率激光通过耦合透镜组聚焦后完全耦合输入到一7×1光纤合束器3中，光纤合束器3其输入端分别位于耦合透镜2后的聚焦光斑上，输入端光纤参数为直径尺寸105μm，数值孔径0.15，其输入光纤的尺寸和数值孔径与耦合透镜聚焦后的光斑参数匹配。光纤合束器3是由7根直径尺寸105μm，数值孔径0.15高损伤阈值传能光纤合束拉锥熔接制成的，光纤合束器3的输出光纤直径为200μm，数值孔径为0.22，其耦合效率在98％以上，通过该7×1高功率全固态连续激光合束系统最终输出1012W，1064nm连续激光，光束质量在20mm·mrad左右，系统激光合束总效率为96.4％。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高功率全固态连续激光合束系统，包括：

多个高功率全固态连续激光器模块，该多个高功率全固态连续激光器模块输出的激光采用并联方式，所述每个高功率全固态连续激光器模块包括：

一高反镜、一全固态激光模块和一输出镜，所述高反镜、全固态激光模块和输出镜位于同一光路上，该高反镜、全固态激光模块和输出镜构成一激光谐振腔；

多个耦合透镜组，该耦合透镜组位于高功率全固态连续激光器模块输出的光路上，该多个耦合透镜组采用并联方式，所述每个耦合透镜组包括：

一第一透镜和一第二透镜或者一第一透镜、一第二透镜和一第三透镜，该耦合透镜组位于同一光路上；

一光纤合束器，其输入端分别位于耦合透镜后的聚焦光斑上。

2.如权利要求1所述的高功率全固态连续激光合束系统，其中该高功率全固态连续激光器模块和耦合透镜组的数量大于或等于2。

3.如权利要求1所述的高功率全固态连续激光合束系统，其中所述的光纤合束器是由高损伤阈值传能光纤合束拉锥熔接制成的，该合束器类型为N×1的光纤合束器，其中N大于或等于2，其透过率大于96％，其输入光纤的尺寸和数值孔径与耦合透镜聚焦后的光斑参数匹配。