CN113594843A - 光纤激光器及激光控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种多波长辅助光纤激光器系统，具体是一套将两种或多种不同波长输出的半导体激光器通过一个光纤泵浦合束器合束后传输至光纤增益腔中,利用增益光纤对泵浦光有选择性吸收的特点,使激光器形成三种不同的工作状态。为了使得辅助激光更加的均匀或是满足特定的分布，建立了一套控制各个激光器的控制方法，实现优质的激光输出。
Description
技术领域
本申请涉及光纤激光技术领域，尤其涉及一种多波长辅助光纤激光器系统及激光控制方式。
背景技术
将光纤激光用于材料加工是相当普遍的，但在光纤激光对材料进行加热加工时，由于光纤激光加工热区小的特点，造成加工点与周围非加工区域的温差巨大，由此会产生激光频率与材料间的共振，引起材料飞溅的现象，严重影响加工效果，介于这个问题，产生了复合式激光加工工艺，即在高能量密度激光加工的同时，另外用均匀的激光能量改变加工点周围材料的温度，让材料避开与激光频率的共振点。现有的复合加工方式是分别使用两台光纤激光器与半导体激光器，通过聚焦镜片等外光路将两台激光器输出的光束聚焦在加工材料表面上。
现有的传统复合激光加工方式是分别使用两台光纤激光器与半导体激光器，通过聚焦镜片等外光路将两台激光器输出的光束聚焦在加工材料表面上，实现对材料的复合激光加工。需要两台不同的独立激光器，没有统一的控制软件，各自都需要单独进行控制，在精密的工艺调试中，无法实现较高的一致性；这种双机联动的形式必需要两组光学聚焦镜头，使用与维护成本较高。外光路的耦合方式决定了两种光束来自不同的入射角度，这会导致非焦点激光会在工件表面形成不规则的椭圆光斑，从而造成能量分布不均匀的现象。
在一些快速加工时，需要反复在不同位置精确的切换加热光场的状态，用以精确调节非加工区域的频率，即需要在特定的位置连续的切换加热光束的工作状态，而当采用两台不同独立激光器时，由于两种设备之间的协调具有延迟，没有办法在快速加工中，连续准确的切换加热模式。
另外现有的用均匀的激光能量改变加工点周围材料的温度，由于激光光场输出的分布往往具有一定的不均匀性和不规则性，可能导致能量的浪费，而均匀的光场分布或特定的辅助光场分布也许对光纤激光光束的加工具有更有益的辅助作用，通常采用均匀的光场分布，也可以接近光纤基模输出的0阶贝塞尔函数分布的辅助光束，可能具有与光纤激光的加工光束有更好的兼容性。
发明内容
一种多波长辅助光纤激光器系统，用于产生三种不同的激光输出光束，所述系统包括：N1个976nm半导体激光模块(N1为大于等于1的正整数，优选的大于1)；N2个可见光波长半导体模块(N2为大于等于1的正整数，优选的大于1)；一个正向(N1+N2)+1光纤泵浦合束器；光纤增益腔；一根光纤输出光缆；激光器控制系统；N1个976nm半导体激光模块用于提供激光器增益腔吸收的976nm泵浦激光；N2个可见光波长半导体激光模块用于提供激光器增益腔不吸收的激光,作为辅助光束；一个正向(N1+N2)+1光纤泵浦合束器用于将N1个976nm半导体激光模块与N2个可见光波长半导体模块输出的激光合束至一根包层低NA(小于等于0.22)的GDF光纤中；光纤增益腔由一对包层低NA(小于等于0.22)光纤光栅(HR与OC)与包层低NA(小于等于0.22)掺镱光纤(YDF)组成,用于吸收由正向(N1+N2)+1光纤泵浦合束器传输来的976半导体激光模块输出的泵浦激光,进行增益放大产生由纤芯传输的主光束(1070nm)；一根光纤输出光缆是由一根包层NA约为0.22的传输光纤制成的QBH输出光缆,用于将光纤增益腔中产生的1070nm主激光光束(经纤芯)与可见光波长半导体模块发出的辅助可见光光束(经包层)传输至工件表面；激光器控制系统分为控制系统硬件(电路板)与控制系统软件两部分,其中控制系统软件由两个各自独立控制系统组成——控制976nm半导体激光模块的主光束控制系统与控制可见光波长半导体激光模块的辅助光束控制系统，通过两种光束控制系统的配合实现三种不同激光光束的能量强度、工作时间、脉冲频率等输出方式的多种搭配。
该系统的工作方式为，由所述的激光器控制系统中的主光束控制系统控制N1个976nm半导体激光模块输出波长为976nm的泵浦激光；976nm泵浦激光由正向(N1+N2)+1泵浦合束器合束至光纤增益腔中；光纤增益腔会吸收976nm泵浦激光,由光栅选择增益放大至1070nm,并通过光纤输出光缆纤芯输出,形成单波长(1070nm)能量密度高的小光斑光束,为工件加工的主光束；与此同时通过激光器控制系统中的辅助光束控制系统控制可见光半导体激光模块输出可见光波长激光,由正向(N1+N2)+1泵浦合束器合束至光纤增益腔中,由于可见光部分无法被增益光纤(YDF)吸收,因此可见光光束将会沿着光纤增益腔的包层继续传输,最终通过光纤传输光缆的包层输出,成为单波长(可见光波长)能量密度低的大光斑,并与通过光纤输出光缆纤芯输出的1070nm高能量密度的小光斑光束共同形成双波长复合光斑光束；如将激光控制系统中的辅助光束控制系统关闭(输出设定为0％),则可见光波长激光模块停止工作；仅有976nm半导体激光模块工作,仅产生1070nm单波长高能量密度小光斑光束；如将激光控制系统中的主光束控制系统关闭(输出设定为0％),则976nm半导体激光模块停止工作；仅有可见光波长半导体激光器工作,仅产生可见光单波长低能量密度大光斑光束；从而实现三种完全不同的光斑光束输出；光纤传输光缆包层输出的可见光光束可为复合激光应用中的辅助光束,会对所述工件加工区域附近进行辅助加热，改变该非加工区域的频率，避免与主功率激光频率相近产生的共振现象，操作者可通过激光控制软件对976nm半导体激光模块与可见光波长激光模块发出不同的输出方式指令，可使该激光器系统产生多种激光配合输出的模式，以适应不同的材料特性与加工需求。
由于持续的辅助加热光束的存在会导致温度的持续上升,加工点附近的材料温度较难控制,容易出现不期望的共振。
激光器能够在毫秒级别范围内连续切换激光输出的输出模式，在一些实施例下，激光器具有三种输出模式，模式1为双波长复合光斑(光纤增益腔增益放大的光纤激光光束叠加可见光波长半导体模块发出的辅助可见光光束)，模式2为单波长高密度小光斑(光纤增益腔增益放大的光纤激光光束)，模式3为单波长低密度大光斑(可见光波长半导体模块发出的辅助可见光光束)，为了更精确的调整加热区域的材料性能，以实现更准确的防止共振，可以在特定的位置快速连续切换激光输出模式，如在一个激光加工输出时间内具有多个输出时间子周期T，每个输出时间子周期T的激光输出模式一致，但在一个单独的输出时间子周期T内，分为三个时间区间，第一时间区间内选择模式3输出，第二时间区间内选择模式1输出，第三时间区间内选择模式2输出，第三时间区间的时间不为0，第一时间区间和第二时间区间的至少一者时间不为0，精确调整各个时间区间的比例，可以实现加热温度的精确控制，更难出现共振。
在准直聚焦镜组的两个透镜之间的辅助激光分为与光纤激光位置重叠的第一辅助光场区域和外围的第二辅助光场区域。
在准直聚焦镜组的两个透镜中间加入衍射光学元件相位板，衍射光学元件相位板可为集成纳米结构周期阵列的相位板，衍射光学元件相位板上设置与光轴垂直的纳米结构周期阵列面，衍射光学元件相位板位于中部的与光纤激光光束对应的中心区域不设置纳米结构周期阵列或是中空结构，在周围的纳米结构周期阵列用于将外围第二辅助光场区域的辅助光场的光强分布转化为符合0阶贝塞尔函数的光强分布(纳米结构周期阵列结构为现有技术,可以参见中国专利文献CN111090147A、CN111025454A等)。
由于其加热场的分布，首先能够降低能量消耗，其次，由于加热光的光场分布接近光纤输出模式，其与光纤激光光束的配合性和相容性更好，更能辅助好光纤激光加工光束。
但是使用衍射光学元件转换光场的分布对于输入的光场分布是敏感的，即入射到衍射光学元件的辅助可见光光束的输入光场分布必须是可控的，优选是均匀的，而由于前端半导体激光器各自的输出光的不一致外加耦合结构的影响，将导致入射到衍射光学元件的辅助可见光光束的光场分布不足够均匀，因此会影响到输出光场。
因此，采用一种激光器的控制方法，使得辅助可见光束的光场分布是可控的，优选是均匀的。
首先，在光纤输出光缆的输出侧，尤其是在准直聚焦镜组的两个透镜之间设置用于检测光强分布的CCD结构，对于N2个可见光波长半导体激光模块，分别控制每一束可见光波长半导体激光模块进行独立打开，激光功率均采用通常会使用的设定功率Pr，分别独立采集N2个可见光波长半导体激光模块在此CCD位置的输出光场光强图像，假设具有4束可见光波长半导体激光模块，那么采集的光强图像分别为A1、A2、A3、A4，由于在一定的功率范围内，光强的输出与功率呈线性关系，那么假设在一定功率范围内，设定各个激光功率为一个独立的调整系数e(n)乘以Pr，即A总＝e(1)*A1+e(2)*A2+e(3)*A3+e(4)*A4,计算最终的光强分布图像A总的光强不均匀度Ma，每个调整系数e(n)的取值范围为0.8-1.2，取步长为0.001，模拟计算当e(1)、e(2)、e(3)、e(4)取不同值时的图像A总的光强不均匀度Ma，计算得到Ma取值最小时的e(1)、e(2)、e(3)、e(4)组合，在之后的激光加工输出时，控制半导体激光器的功率依次为e(1)*Pr、e(2)*Pr…e(n)*Pr，以此类推，以实现均匀的入射到衍射光纤元件的辅助激光输出，实现可控的辅助光束稳定输出。在采用模式1激光输出时，控制各个可见光半导体激光器的功率为e(n)*Pr。
优选的，激光器系统中采用了9个半导体激光模块，如有特殊的应用需求，可采用N(任意)个半导体激光器配合正向N+1泵浦合束器进行组合。
优选的，该激光器系统中的半导体激光模块采用了976nm半导体激光模块,还可以根据不同的增益光纤种类匹配不同波长的半导体激光模块,如915nm等。
优选的，该激光器系统采用了一种可见光半导体激光模块,还可以根据加工需求需求,选用一种或多种任意波长的半导体激光模块。
优选的，激光器系统中采用的光纤器件(正向(N1+N2)+1泵浦合束器；光纤增益腔；光纤输出光缆)的包层NA设计约为0.22,可根据需求,定制不同NA不同的包层光纤。
优选的，激光器系统中光纤增益腔中,采用约20m增益光纤(YDF),还可以根据增益光纤的吸收率设计不同长度的增益光纤来改变吸收饱和阈值。
优选的，激光器系统中，其中光纤增益腔输出为1070nm的激光，因为光纤增益腔中采用的有源光纤是Yb，但是设想了任何种类的波长，从而可以使用Er、Th、Ho、掺杂光纤或其他一些组合，甚至在输出中通过非线性光学晶体、拉曼光纤等频移的光纤激光器。
优选的，激光器系统中采用了光纤激光模块最终输出时为多模，如有特定应用时，可提供单模输出。
优选的，激光器系统中采用了在两个增益光纤端面直接镀膜的方式形成增益振荡腔体,还可以采用在增益光纤两端光纤用紫外刻制光栅的方式形成增益振荡腔体。
优选的，激光器系统采用了增益光纤直接进行耦合的方式,还可以在增益光纤端面熔接一个端帽(镀反射膜)。
优选的，激光输出中不具备可检测的未被吸收的泵浦激光输出，但也可以是，激光输出中具有的未被吸收的泵浦激光输出作为辅助光束。
在此基础上，本申请还解决了如下的问题：
(1).本激光器系统拥有统一的控制系统，可实现两种不同的输出激光拥有最快的联动响应速度，这会大大增加工件加工表面起始点和结束点的加工质量；
(2).本激光器系统是将两种激光光束均从一根光纤输出光缆输出，在对所述工件进行垂直加工时，所有光斑均为均匀的圆形，从而使辅助激光可以更加均匀地对工件表面进行辅助加热，保证了热分布的一致性，会有效缩小共振范围；
(3).可实现一台激光器输出三种不同的的光束形态：1.复合光斑光束；2.高能量密度小光斑光束；3.低能量密度的大光斑光束；单台激光器就可以分别实现光纤激光器、复合激光系统与半导体激光器的功能；
(4).仅需一组光学聚焦镜头配合使用，极大地减少了使用成本与维护成本；
(5).可在系统中设置预设好的参数包，应对不同的加工材料。
(6).使用衍射光学元件改变同轴的加热光束的光场分布为0阶贝塞尔分布，使得加热光束不仅减少能耗更能配合好同样输出模式的光纤激光光束。
(7).一个输出时间子周期T内具有第一时间和一个第二时间，实现在第一时间内1070nm+976nm的双模长复合光斑输出，在第二时间内1070nm高能量密度小光斑输出，精确控制两个子时间的比例用以精确调节非加工区域的频率，如此毫秒级的调节更加精确的调整了材料的加热后性能，使之更难出现共振现象。
(8)、使用检测CCD获取每个可见光半导体激光器的独立输出光强图像，根据模拟，计算出光强最均匀时各个激光器的功率，实现光场更优质的输出。
附图说明
图1为多波长辅助复合光纤激光系统结构示意图；
图2为三种光斑能量分布示意图；
图3为复合加工状态示意图；
图4为激光器控制系统示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本申请的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
一种多波长辅助光纤激光器系统，用于产生三种不同的激光输出光束，所述系统(如附图1所示)包括：N1个976nm半导体激光模块(1)；N2个可见光波长半导体模块(2)；一个正向(N1+N2)+1光纤泵浦合束器(3)；光纤增益腔(4)；一根光纤输出光缆(5)；激光器控制系统(6)；N1个976nm半导体激光模块用于提供激光器增益腔吸收的976nm泵浦激光；N2个可见光波长半导体激光模块用于提供激光器增益腔不吸收的激光,作为辅助光束；一个正向(N1+N2)+1光纤泵浦合束器用于将N1个976nm半导体激光模块与N2个可见光波长半导体模块输出的激光合束至一根包层低NA(小于等于0.22)的GDF光纤中；光纤增益腔由一对包层低NA(小于等于0.22)光纤光栅(HR与OC)与包层低NA(小于等于0.22)掺镱光纤(YDF)组成,用于吸收由正向(N1+N2)+1光纤泵浦合束器传输来的976半导体激光模块输出的泵浦激光,进行增益放大产生由纤芯传输的主光束(1070nm)；一根光纤输出光缆是由一根包层NA约为0.22的传输光纤制成的QBH输出光缆,用于将光纤增益腔中产生的1070nm主激光光束(经纤芯)与可见光波长半导体模块发出的辅助可见光光束(经包层)传输至工件表面；激光器控制系统分为控制系统硬件(电路板)与控制系统软件两部分,其中控制系统软件由两个各自独立控制系统组成——控制976nm半导体激光模块的主光束控制系统与控制可见光波长半导体激光模块的辅助光束控制系统(如附图4所示)，通过两种光束控制系统的配合实现三种不同激光光束的能量强度、工作时间、脉冲频率等输出方式的多种搭配；
该系统的工作方式为，由所述的激光器控制系统(6)中的主光束控制系统控制N1个976nm半导体激光模块(1)输出波长为976nm的泵浦激光；976nm泵浦激光由正向(N1+N2)+1泵浦合束器(3)合束至光纤增益腔中(4)；光纤增益腔会吸收976nm泵浦激光,由光栅选择增益放大至1070nm,并通过光纤(5)输出光缆纤芯输出,形成单波长(1070nm)能量密度高的小光斑光束,为工件加工的主光束；与此同时通过激光器控制系统中的辅助光束控制系统控制可见光半导体激光模块输出可见光波长激光,由正向(N1+N2)+1泵浦合束器合束至光纤增益腔中,由于可见光部分无法被增益光纤(YDF)吸,因此可见光光束将会沿着光纤增益腔的包层继续传输,最终通过光纤传输光缆的包层输出,成为单波长(可见光波长)能量密度低的大光斑,并与通过光纤输出光缆纤芯输出的1070nm高能量密度的小光斑光束共同形成双波长复合光斑光束；如将激光控制系统中的辅助光束控制系统关闭(输出设定为0％),则可见光波长激光模块停止工作；仅有976nm半导体激光模块工作,仅产生1070nm单波长高能量密度小光斑光束；如将激光控制系统中的主光束控制系统关闭(输出设定为0％),则976nm半导体激光模块停止工作；仅有可见光波长半导体激光器工作,仅产生可见光单波长低能量密度大光斑光束；从而实现三种完全不同的光斑光束输出；光纤传输光缆包层输出的可见光光束可为复合激光应用中的辅助光束,会对所述工件加工区域附近进行辅助加热，改变该非加工区域的频率，避免与主功率激光频率相近产生的共振现象，操作者可通过激光控制软件对976nm半导体激光模块与可见光波长激光模块发出不同的输出方式指令，可使该激光器系统产生多种激光配合输出的模式，以适应不同的材料特性与加工需求。
由于持续的辅助加热光束的存在可能会导致温度的持续上升,加工点附近的材料温度较难控制,容易出现不期望的共振。
激光器能够在毫秒级别范围内连续切换激光输出的输出模式，在一些实施例下，激光器具有三种输出模式，模式1为双波长复合光斑(光纤增益腔增益放大的光纤激光光束叠加可见光波长半导体模块发出的辅助可见光光束)，模式2为单波长高密度小光斑(光纤增益腔增益放大的光纤激光光束)，模式3为单波长低密度大光斑(可见光波长半导体模块发出的辅助可见光光束)，为了更精确的调整加热区域的材料性能，以实现防止共振，可以在特定的位置快速连续切换激光输出模式，如在一个激光加工输出时间内具有多个输出时间子周期T，每个输出时间子周期T的激光输出模式一致，但在一个单独的输出时间子周期T内，分为三个时间区间，第一时间区间内选择模式3输出，第二时间区间内选择模式1输出，第三时间区间内选择模式2输出，第三时间区间的时间不为0，第一时间区间和第二时间区间的至少一者时间不为0，精确调整各个时间区间的比例，可以实现加热温度的精确控制，更难出现共振。
参照图3，在准直聚焦镜组的两个透镜之间的辅助激光分为与光纤激光位置重叠的第一辅助光场区域和外围的第二辅助光场区域。
图3中可以看出激光器系统还包括准直镜组，在一些实施例中，在准直聚焦镜组的两个透镜中间加入衍射光学元件相位板，衍射光学元件相位板为集成纳米结构周期阵列的相位板，衍射光学元件相位板上设置与光轴垂直的纳米结构周期阵列面，衍射光学元件相位板位于中部的与光纤激光光束对应的中心区域不设置纳米结构周期阵列或是中空结构，在周围的纳米结构周期阵列用于将外围第二辅助光场区域的辅助光场的光强分布转化为符合0阶贝塞尔函数的光强分布(纳米结构周期阵列结构为现有技术,可以参见中国专利文献CN111090147A、CN111025454A等)。由于其加热场的分布，首先能够降低能量消耗，其次，由于加热光的光场分布接近光纤输出模式，其与光纤激光光束的配合性和相容性更好，更能辅助好光纤激光加工光束。
但是使用衍射光学元件转换光场的分布对于输入的光场分布是敏感的，即入射到衍射光学元件的辅助可见光光束的输入光场分布必须是可控的，优选是均匀的，而由于前端半导体激光器各自的输出光的不一致外加耦合结构的影响，将导致入射到衍射光学元件的辅助可见光光束的光场分布不足够均匀，因此会影响到输出光场。
因此，采用一种激光器的控制方法，使得辅助可见光束的光场分布是可控的，优选是均匀的。
首先，在光纤输出光缆的输出侧，尤其是在准直聚焦镜组的两个透镜之间设置用于检测光强分布的CCD结构，对于N2个可见光波长半导体激光模块，分别控制每一束可见光波长半导体激光模块进行独立打开，激光功率均采用通常会使用的设定功率Pr，分别采集N2个可见光波长半导体激光模块在此CCD位置的输出光场光强图像，假设具有4束可见光波长半导体激光模块，那么采集的光强图像分别为A1、A2、A3、A4，由于在一定的功率范围内，光强的输出与功率呈线性关系，那么假设在一定功率范围内，控制各个激光功率为一个独立的调整系数e(n)乘以Pr，即A总＝e(1)*A1+e(2)*A2+e(3)*A3+e(4)*A4,计算最终的光强分布图像A总的光强不均匀度Ma，每个调整系数e(n)的取值范围为0.8-1.2，取模拟步长为0.001，模拟计算当e(1)、e(2)、e(3)、e(4)取不同值时的图像A总的光强不均匀度Ma，计算得到Ma取值最小时的e(1)、e(2)、e(3)、e(4)组合，在之后的激光输出时，控制可见光半导体激光器的功率依次为e(1)*Pr、e(2)*Pr……e(n)*Pr，以此类推，以实现均匀的入射到衍射光纤元件的辅助激光输出，实现可控的辅助光束稳定输出。在采用模式1激光输出时，控制各个可见光半导体激光器的功率为e(n)*Pr。
在一些实施例中，激光器系统中(如附图1所示)采用了9个半导体激光模块，如有特殊的应用需求，可采用N(任意)个半导体激光器配合正向N+1泵浦合束器进行组合。
在一些实施例中，该激光器系统中的(1)半导体激光模块采用了976nm半导体激光模块,还可以根据不同的增益光纤种类匹配不同波长的半导体激光模块,如915nm等。
在一些实施例中，该激光器系统采用了一种(2)可见光半导体激光模块,还可以根据加工需求需求,选用一种或多种任意波长的半导体激光模块。
在一些实施例中，激光器系统中采用的光纤器件((2)正向(N1+N2)+1泵浦合束器；(3)光纤增益腔；(4)光纤输出光缆)的包层NA设计约为0.22,可根据需求,定制不同NA不同的包层光纤。
在一些实施例中，激光器系统中(3)光纤增益腔中,采用约20m增益光纤(YDF),还可以根据增益光纤的吸收率设计不同长度的增益光纤来改变吸收饱和阈值。
在一些实施例中，激光器系统中，其中(4)光纤增益腔输出为1070nm的激光，因为(4)光纤增益腔中采用的有源光纤是Yb，但是设想了任何种类的波长，从而可以使用Er、Th、Ho、掺杂光纤或其他一些组合，甚至在输出中通过非线性光学晶体、拉曼光纤等频移的光纤激光器。
在一些实施例中，激光器系统中采用了光纤激光模块最终输出时为多模，如有特定应用时，可提供单模输出。
在一些实施例中，激光器系统中采用了在两个增益光纤端面直接镀膜的方式形成增益振荡腔体,还可以采用在增益光纤两端光纤用紫外刻制光栅的方式形成增益振荡腔体。
在一些实施例中，激光器系统采用了增益光纤直接进行耦合的方式,还可以在增益光纤端面熔接一个端帽(镀反射膜)。
在一些实施例中，激光输出中不具备可检测的未被吸收的泵浦激光输出，在另外一些实施例中，激光输出中具有的未被吸收的泵浦激光输出作为辅助光束。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本申请的保护之内。
Claims (10)
1.一种光纤激光器，其特征在于，包括N1个泵浦光激光模块、N2个辅助光激光模块用于产生辅助激光，正向(N1+N2)+1光纤泵浦合束器、光纤增益腔、输出光纤，正向(N1+N2)+1光纤泵浦合束器用于将N1个泵浦光激光模块与N2个辅助光激光模块输出的激光合束，光纤增益腔用于吸收由正向(N1+N2)+1光纤泵浦合束器传输来的泵浦光激光模块输出的泵浦激光，进行吸收增益放大，产生光纤激光；辅助激光不经过光纤增益腔吸收；输出光纤用于输出激光器产生的激光，N1为大于等于1的正整数，N2为大于等于1的正整数。
2.如权利要求1所述的光纤激光器，具有激光器控制系统可以控制激光器输出三种模式，模式1为双波长复合光斑，模式2为单波长高密度小光斑，模式3为单波长低密度大光斑。
3.如权利要求2所述的光纤激光器，模式1的双波长复合光斑为光纤增益腔增益放大的光纤激光光束叠加辅助激光模块发出的辅助光束，模式2的单波长高密度小光斑为光纤增益腔增益放大的光纤激光光束，模式3的单波长低密度大光斑为辅助激光模块发出的辅助光束。
4.如权利要求1所述的光纤激光器，激光器还包括准直镜组，在准直聚焦镜组的两个透镜之间的辅助激光分为与光纤激光位置重叠的第一辅助光场区域和外围的第二辅助光场区域，在准直聚焦镜组的两个透镜中间加入衍射光学元件相位板，衍射光学元件相位板为集成纳米结构周期阵列的相位板，衍射光学元件相位板上设置与光轴垂直的纳米结构周期阵列面，衍射光学元件相位板位于中部的与光纤激光光束对应的中心区域不设置纳米结构周期阵列或是中空结构，在周围的纳米结构周期阵列用于将外围第二辅助光场区域的辅助光场的光强分布转化为符合0阶贝塞尔函数的光强分布。
5.如权利要求1所述的光纤激光器，泵浦光激光模块为半导体激光器,辅助激光模块为可见光半导体激光器,泵浦光半导体激光模块由N1个976nm半导体激光模块组成，激光器系统中采用的正向(N1+N2)+1光纤泵浦合束器、光纤增益腔、光纤输出光缆的包层NA设计为0.22，光纤增益腔由一对光纤光栅与掺镱光纤组成,光纤增益腔中,采用20m增益光纤，光纤激光模块中采用的有源光纤是Er、Th、Ho、掺杂光纤中的一种或是多种的组合。
6.如权利要求1所述的光纤激光器，N1为大于1的正整数，N2为大于1的正整数。
7.如权利要求1所述的光纤激光器，激光器为输出中通过非线性光学晶体和/或拉曼光纤频移的光纤激光器。
8.如权利要求2所述的光纤激光器，激光器控制系统由系统硬件与控制软件组成,其中控制系统软件由两个各自独立控制系统组成——控制976nm半导体激光模块的主光束控制系统与控制可见光波长半导体激光模块的辅助光束控制系统，通过两种光束控制系统的配合实现三种不同激光光束的能量强度、工作时间、脉冲频率等输出方式的多种搭配。
9.一种光纤激光器的控制方法，包括权利要求2的光纤激光器，在一个激光加工输出时间内具有多个输出时间子周期T，每个输出时间子周期T的激光输出模式一致，但在一个单独的输出时间子周期T内，分为三个时间区间，第一时间区间内选择模式3输出，第二时间区间内选择模式1输出，第三时间区间内选择模式2输出，第三时间区间的时间不为0，第一时间区间和第二时间区间的至少一者的时间不为零。
10.一种光纤激光器的控制方法，包括权利要求2的光纤激光器，
步骤1，在准直聚焦镜组的两个透镜之间设置用于检测光强分布的CCD结构；
步骤2，分别控制每一束可见光波长半导体激光模块进行独立打开，激光功率均采用设定功率Pr，分别独立采集N2个可见光波长半导体激光模块在此CCD位置的输出光场光强图像；
步骤3，设定各个激光器功率为一个独立的调整系数e(n)乘以Pr，计算得到此时最终的光强分布图像A总；
步骤4，每个调整系数e(n)的取值范围设为0.8-1.2，取模拟步长为0.001，模拟计算各个调整系数e(n)不同取值时的图像A总的光强不均匀度Ma；
步骤5，计算得到Ma取值最小时的各个调整系数e(n)的取值；
步骤6，在采用模式1激光输出时，控制各个可见光半导体激光器的功率为e(n)*Pr。
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- 2021-07-27 CN CN202110860411.8A patent/CN113594843B/zh active Active
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