CN105846296A - 光纤激光器及其激光打标机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光打标技术领域,公开了一种光纤激光器,所述光纤激光器至少包括依次连接的谐振腔或种子源、一级光路和二级光路;所述二级光路中的输出隔离器的回光损耗大于或等于预定的回光损耗阈值;和/或所述一级光路的增益大于或等于预定的第一增益阈值,并且所述二级光路的增益小于或等于预定的第二增益阈值。本发明还提供一种包括上述激光器的激光打标机。借此,本发明能够解决高低温时激光器的漏打标问题,同时可以提高机器的稳定性和可靠性能。

Description

光纤激光器及其激光打标机
技术领域
本发明涉及激光打标技术领域,尤其涉及一种光纤激光器及其激光打标机。
背景技术
激光打标是激光加工行业中最大的应用领域之一。激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射,使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应,从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等,字符大小可以从毫米到微米量级,这对产品的防伪有特殊的意义。
根据不同的使用环境而言,一般都要求是在-10℃到50℃都能正常工作。而在-10℃以下,50℃以上的工作环境下,激光器易于出现漏打现象,漏打时不但影响打标工艺而且还易引发激光器的异常工作,比如激光器不出光,有源光纤烧毁和光学器件的烧毁等。
综上可知,现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷,所以有必要加以改进。
发明内容
针对上述的缺陷,本发明的目的在于提供一种光纤激光器及其激光打标机,能够解决高低温时激光器的漏打标问题,同时可以提高机器的稳定性和可靠性能。
为了实现上述目的,本发明提供一种光纤激光器,所述光纤激光器至少包括依次连接的谐振腔或种子源、一级光路和二级光路;
所述二级光路中的输出隔离器的回光损耗大于或等于预定的回光损耗阈值;和/或
所述一级光路的增益大于或等于预定的第一增益阈值,并且所述二级光路的增益小于或等于预定的第二增益阈值。
根据本发明所述的光纤激光器,所述光纤激光器的所述谐振腔或所述种子源的谱宽大于或等于预定的谱宽阈值;和/或
所述一级光路中设有带通滤波器;和/或
所述一级光路中设有在线隔离器。
根据本发明所述的光纤激光器,所述一级光路依次包括有第一光隔离器、第一有源光纤、第一合束器以及第二光隔离器,所述第一光隔离器与所述谐振腔或所述种子源连接;
所述带通滤波器设置在所述第一合束器和所述第二光隔离器之间,所述第一光隔离器、所述第一有源光纤、所述第一合束器、所述带通滤波器以及第二光隔离器依次连接;和/或
所述在线隔离器连接在所述第二光隔离器之后,且所述在线隔离器与所述二级光路连接。
根据本发明所述的光纤激光器,所述二级光路包括有依次连接的第二有源光纤、第二合束器和输出隔离器,所述第二有源光纤与所述第一光路连接,且所述第二合束器的分束端连接所述输出隔离器,所述第二合束器的合束端连接所述第二有源光纤;或者
所述二级光路包括有依次连接的所述第二合束器、所述第二有源光纤和所述输出隔离器,所述第二合束器与所述第一光路连接,且所述第二合束器的分束端连接所述第一光路,所述第二合束器的合束端与所述第二有源光纤连接。
根据本发明所述的光纤激光器,所述第一合束器和所述第二合束器的多模光纤端连接有至少一个激光二极管。
根据本发明所述的光纤激光器,所述第一有源光纤和所述第二有源光纤为双包层掺镱光纤。
根据本发明所述的光纤激光器,所述谱宽阈值为1纳米。
根据本发明所述的光纤激光器,所述回光损耗阈值为51个数量值;和/或
所述第一增益阈值为80倍,所述第二增益阈值为25倍。
根据本发明所述的光纤激光器,所述光纤激光器为MOPA(Master OscillatorPower-Amplifier,主控振荡器的功率放大器)激光器或调Q结构激光器。
本发明还提出一种包括以上所述光纤激光器的激光打标机。
本发明采用减少机器本身的回光和/或降低机器中的ASE的技术手段,来解决高低温漏打的技术问题。所述采用减少机器本身的技术手段包括:二级光路的输出隔离器采用高回损隔离器、在所述一级光路中增加在线隔离器来减少回光的产生等。所述降低机器本身的ASE的技术手段包括有:在激光器的一级光路中增加带通滤波器件,使用反泵方案,增加一级光路的增益并减少二级光路的增益,增大种子源的谱宽等。借此,本发明能够解决高低温时激光器的漏打标问题,同时可以提高机器的稳定性和可靠性能。
附图说明
图1为本发明的第一实施例中MOPA光纤激光器的光路结构示意图;
图2为本发明的第二实施例中MOPA光纤激光器的光路结构示意图。
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。
通过对不锈钢等高反材料(即高反光材料)进行打标过程中同时监测前向光的实验,监测并对比出现高低温漏打和不漏打的机器,可以发现出现漏打的机器大多都会有很强的尖峰输出脉冲,而且漏打面积与出现尖峰脉冲的几率成正比。
而高低温尖峰脉冲的形成有两种情况:
1、由于在打高反材料时机器本身的回光损耗低,造成脉冲信号光沿着原来的光路反向传输被放大,进而形成强脉冲。
2、由于在低温时有其他波段的光脉冲(1064nm的自发辐射光,即ASE)存在,在有源光纤的放大作用下形成强的ASE(Amplified Spontaneous Emission,放大自发辐射),进而造成尖峰脉冲的出现,造成漏打更有甚者导致光纤和光学器件的烧毁,最终导致激光器异常。
针对上述两个原因,本发明采用以下措施来解决:
一、避免机器本省的回光,由于现在的光学器件的光学性能(比如插损,回光损耗,隔离度等)由于工艺和材料的限制,都是相对于常温下某个特定波长而言的,而在其他温度其他波长下相应的性能参数会变得很差,容易造成回光现象,进而会有强脉冲现象。为此,本发明提供减少机器本身的回光的方法包括:所述二级光路的输出隔离器采用高回损隔离器以及在所述一级光路中增加在线隔离器来减少回光的产生。
二、降低机器中的ASE,而由于低温时有源光纤内存在其他波段光,也在消耗高能粒子,此状态下信噪比下降,信号脉冲放大受到干扰,这可以通过对比常温时和低温时的输出光谱,低温时的输出光谱会出现多个波峰致使整机信噪比下降从而影响整机稳定性。为此,本发明提供的降低机器本身的ASE的解决方法包括有:在激光器的一级光路中增加带通滤波器件,使用反泵方案,增加一级光路的增益并减少二级光路的增益,增大种子源的谱宽。
所述光纤激光器包括依次连接的谐振腔或种子源10、一级光路和二级光路;为了解决高低温时激光器的漏打标问题,本发明激光器采用如下技术手段:
所述谐振腔或所述种子源10的谱宽大于或等于预定的谱宽阈值;和/或
所述一级光路中增设有带通滤波器20(Band-Pass Filter,BPF);和/或
所述一级光路中增加设有在线隔离器13;和/或
所述二级光路中的输出隔离器30的回光损耗大于或等于预定的回光损耗阈值,所述回光损耗阈值优选为51个数量值;和/或
所述一级光路的增益大于或等于预定的第一增益阈值,并且二级光路的增益小于或等于预定的第二增益阈值。第一增益阈值优选为80倍,第二增益阈值优选为25倍。
上述技术手段可以由独自采用或者任意个数的多项组合。
图1示出本发明的第一种实施例的,所述光纤激光器为MOPA结构激光器,至少包括依次连接的种子源10、一级光路和二级光路;当然可以选用调Q激光器,则至少包括依次连接的谐振腔、一级光路和二级光路;优选的是,所述一级光路依次包括有第一光隔离器11、第一有源光纤21、第一合束器31以及第二光隔离器12,所述第一光隔离器11与所述种子源10连接;
所述带通滤波器20设置在第一合束器31和第二光隔离器12之间,所述第一光隔离器11、第一有源光纤21、第一合束器31、带通滤波器20以及第二光隔离器12依次连接;和/或
所述在线隔离器13连接在第二光隔离器12之后,且所述在线隔离器13与激光器的二级光路连接。
所述二级光路包括有依次连接的第二有源光纤22、第二合束器32和输出隔离器30,所述第二有源光纤22与第一光路连接,且所述第二合束器32的分束端连接输出隔离器30,所述第二合束器32的合束端连接第二有源光纤22。此结构为激光器的反泵方案。
图2示出本发明的第二实施例,该实施例的一级光路与第一实施例相同,而第二实施例的二级光路包括有依次连接的所述第二合束器32、所述第二有源光纤22和输出隔离器30,所述第二合束器32与第一光路连接,且所述第二合束器32的分束端连接第一光路,所述第二合束器32的合束端与第二有源光纤22连接。此结构为激光器的正泵方案。
在单独的高低温实验测试中,正泵的情况下打高反材料(比如不锈钢),检测到的回光很严重而且容易烧掉二级有源光纤;使用反泵方案则并未出现二级有源光纤烧毁情况,增加了机器的稳定性和可靠性能,且使用反泵方案可以极大地减少激光漏打和尖峰脉冲的出现。因此,第一实施例作为本发明优选的一种实施例。
所述第一合束器31和第二合束器32的多模光纤端连接有至少一个激光二极管。在第一实施例与第二实施例中,所述第一合束器31为(1+1)×1型光纤合束器,所述第二合束器32为(1+2)×1型光纤合束器;且所述第一合束器31的单模光纤与带通滤波器10连接,所述第二合束器的单模光纤与输出隔离器连接。所述第一合束器31连接有第一激光二极管101,所述第二合束器32分别连接第二激光二级管102和第三激光二极管103。
优选的是,所述第一有源光纤21和第二有源光纤22为双包层掺镱光纤。
在高低温的独立实验测试中,选用5W的在线隔离器13接入到激光器的一级光路中,并且在高低温(50℃,-10℃)的多次单独测试下发现一级光路里面的回光大幅减少(降到原来的0.01%),且在打标的过程中未发现尖峰脉冲,进而减少激光器漏打标的概率。
另外在单独增加所述带通滤波器10的高低温(50℃,-10℃)测试中,发现在一级光路中接入带通滤波器10时,没有尖峰脉冲的产生且打标过程不出现漏打的现象;在测试中发现,在不加带通滤波器件10的光路中1040nm和1115nm波段的噪声光比较强;而增加带通滤波器10后,1040nm和1115nm波段的噪声光极大地降低,提高了机器的信噪比,进而提高机器的稳定性和可靠性。由此可见,增加带通滤波器10可以改善高低温漏打和尖峰脉冲现象。
优选的是,所述谱宽阈值为1纳米。在高低温的独立实验测试中,种子源10的谱宽增大到大于或等于1纳米时,能够很好的减少激光器出现尖峰脉冲的概率。实验中发现,当所述种子源10谱宽由原来的0.5nm增大到4nm,并在低温-10℃的测试中检测尖峰脉冲的出现,结果显示,所述种子源10的谱宽为4nm并未检测到尖峰脉冲的出现。而在常温下,种子源的谱宽为0.5nm的激光器更容易产生SBS(Stimulated Brillouin Scattering,受激布里渊散射),而种子源10的谱宽为1nm的激光器则不容易产生SBS,因此通过增大种子源10的谱宽能够减少尖峰脉冲以及SBS的出现,减少激光器漏打标的概率。则种子源10的谱宽增大到4纳米以上时,能够显著地减少尖峰脉冲出现的概率,从而能够很好的防止激光器在高低温的漏打标情况。实验测试,增大调Q激光器的谐振腔的谱宽也取得同样的有益效果。
优选的是,所述回光损耗阈值为51个数量值。在高低温的独立实验测试中,原最终输出隔离器30的回光损耗为45dB,分别在高低温50℃和-10℃的实验测试下对尖峰脉冲进行检测可发现在打标过程中容易产生尖峰脉冲,而将最终输出隔离器30的回光损耗增大为51dB时,经过在高低温的实验测试并未发现尖峰脉冲的出现,因此,高回损的最终输出隔离器30可以在高低温中减少尖峰脉冲的出现,进而可以降低激光器漏打标出现的概率。
优选的是,所述第一增益阈值为80倍,所述第二增益阈值为25倍。在高低温的独立实验测试中,将激光器一级光路的增益由原来的25倍增加到80倍,二级光路的增益由原来的80倍减少为25倍;由于增大了一级光路的放大功率并减少了二级光路的放大倍数,减少了二级光路的非线性光的产生;从而在打标的过程中均未出现尖峰脉冲,即通过增加一级光路的增益并减少二级光路的增益可以减少尖峰脉冲的出现。即所述一级光路的增益增到80倍或80倍以上,所述二级光路的增益减少到25倍或25倍以下,可防止激光器出现漏打标的情况。
优选的是,所述激光器为MOPA激光器或调Q结构激光器。
本发明还提出一种包括以上所述光纤激光器的激光打标机。
上述解决方法的测试实验都是各自在独立的测试条件下多次进行,以上高温都为50℃,低温为-10℃,测试过程并不限定为共同测试或部分共同测试。
综上所述,本发明采用减少机器本身的回光和/或降低机器中的ASE的技术手段,来解决高低温漏打的技术问题。所述采用减少机器本身的技术手段包括:二级光路的输出隔离器采用高回损隔离器、在所述一级光路中增加在线隔离器来减少回光的产生等。所述降低机器本身的ASE的技术手段包括有:在激光器的一级光路中增加带通滤波器件,使用反泵方案,增加一级光路的增益并减少二级光路的增益,增大种子源的谱宽等。借此,本发明能够解决高低温时激光器的漏打标问题,同时可以提高机器的稳定性和可靠性能。
当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种光纤激光器,其特征在于,所述光纤激光器至少包括依次连接的谐振腔或种子源、一级光路和二级光路;
所述二级光路中的输出隔离器的回光损耗大于或等于预定的回光损耗阈值;和/或
所述一级光路的增益大于或等于预定的第一增益阈值,并且所述二级光路的增益小于或等于预定的第二增益阈值。
2.根据权利要求1所述的光纤激光器,其特征在于,所述光纤激光器的所述谐振腔或所述种子源的谱宽大于或等于预定的谱宽阈值;和/或
所述一级光路中设有带通滤波器;和/或
所述一级光路中设有在线隔离器。
3.根据权利要求2所述的光纤激光器,其特征在于,所述一级光路依次包括有第一光隔离器、第一有源光纤、第一合束器以及第二光隔离器,所述第一光隔离器与所述谐振腔或所述种子源连接;
所述带通滤波器设置在所述第一合束器和所述第二光隔离器之间,所述第一光隔离器、所述第一有源光纤、所述第一合束器、所述带通滤波器以及第二光隔离器依次连接;和/或
所述在线隔离器连接在所述第二光隔离器之后,且所述在线隔离器与所述二级光路连接。
4.根据权利要求3所述的光纤激光器,其特征在于,所述二级光路包括有依次连接的第二有源光纤、第二合束器和输出隔离器,所述第二有源光纤与所述第一光路连接,且所述第二合束器的分束端连接所述输出隔离器,所述第二合束器的合束端连接所述第二有源光纤;或者
所述二级光路包括有依次连接的所述第二合束器、所述第二有源光纤和所述输出隔离器,所述第二合束器与所述第一光路连接,且所述第二合束器的分束端连接所述第一光路,所述第二合束器的合束端与所述第二有源光纤连接。
5.根据权利要求4所述的光纤激光器,其特征在于,所述第一合束器和所述第二合束器的多模光纤端连接有至少一个激光二极管。
6.根据权利要求4所述的光纤激光器,其特征在于,所述第一有源光纤和所述第二有源光纤为双包层掺镱光纤。
7.根据权利要求2所述的光纤激光器,其特征在于,所述谱宽阈值为1纳米。
8.根据权利要求1所述的激光器,其特征在于,所述回光损耗阈值为51个数量值;和/或
所述第一增益阈值为80倍,所述第二增益阈值为25倍。
9.根据权利要求1所述的光纤激光器,其特征在于,所述光纤激光器为MOPA激光器或调Q结构激光器。
10.一种包括有如权利要求1~9任一项所述光纤激光器的激光打标机。
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