CN114552364A - 一种适用加工高反材料的激光器及高反材料加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用加工高反材料的激光器，包括：第一泵浦源、高反光栅、第一合束器、第一增益光纤、声光调制器、低反光栅、第二泵浦源、第二合束器、第二增益光纤以及隔离器，第一泵浦源的输出端、高反光栅与第一合束器的输入端通过光纤连接，第一增益光纤一端与第一合束器的输出端连接，另一端穿过与声光调制器的输入端连接，声光调制器的输出端与低反光栅的一端通过光纤连接，低反光栅另一端与第二合束器输入端通过信号光纤连接，第二泵浦源的输出端与第二合束器输入端通过光纤连接。本发明还提供一种高反材料加工设备。本发明将声光调制器设置在第一增益光纤与低反光栅之间，利用声光调制器阻挡绝大部分的返回光。

Description

一种适用加工高反材料的激光器及高反材料加工设备

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种适用加工高反材料的激光器及高反材料加工设备。

背景技术

在对高反射材料进行加工时，回用到激光器。然而由于材料对激光的吸收率低，会有一部分激光通过材料表面反射原路返回到激光器内部，为避免反射回的激光损害设备。

现有的技术是在激光器出光端设置隔离器，对反射回的激光进行隔离。

但是隔离器不可能100％隔离返回光，只要有少量的光通过隔离器进入到激光器内部，这部分光就会在光路中被放大，导致光路中其他元器件损坏。

发明内容

本发明的目的是针对现有的反射激光造成设备损坏的问题，提供一种适用加工高反材料的激光器及高反材料加工设备。

本发明采用的技术方案为：一种适用加工高反材料的激光器，包括：

第一泵浦源、高反光栅、第一合束器、第一增益光纤、声光调制器、低反光栅、第二泵浦源、第二合束器、第二增益光纤以及隔离器，所述第一泵浦源的输出端、所述高反光栅与所述第一合束器的输入端通过光纤连接，所述第一增益光纤一端与所述第一合束器的输出端连接，另一端穿过与所述声光调制器的输入端连接，所述声光调制器的输出端与所述低反光栅的一端通过光纤连接，所述低反光栅另一端与所述第二合束器输入端通过信号光纤连接，所述第二泵浦源的输出端与所述第二合束器输入端通过光纤连接，所述第二增益光纤一端与所述第二合束器的输出端连接，所述第二增益光纤另一端与所述隔离器连接。

进一步的，所述第一泵浦源包括激光芯片、第一透镜、反射镜以及第二透镜，所述激光芯片、所述第一透镜、所述反射镜以及所述第二透镜之间形成光路，所述激光芯片产生的激光穿过所述第一透镜，经所述反射镜反射，穿过所述第二透镜；所述第二透镜背离所述反射镜的一面镀有一层高反射膜。

进一步的，所述高反射膜厚度为1064nm。

进一步的，所述低反光栅另一端与合束器信号光纤的熔接点涂覆有高折射率胶水。

进一步的，所述高折射率胶水的折射率高于信号光纤外包层的折射率。

进一步的，还包括第一包层光剥除器，所述第一增益光纤与一端与所述声光调制器连接的一端穿过所述第一包层光剥除器。

进一步的，还包括第二包层光剥除器，所述低反光栅另一端与所述第二合束器输入端连接的信号光纤穿过所述第二包层光剥除器。

进一步的，还包括第三包层光剥除器，所述第二增益光纤与所述隔离器连接的一端穿过所述第三包层光剥除器。

本发明还提供一高反材料加工设备，包括：

如上述的激光器、振镜、场镜以及加工材料固定台，所述加工材料固定台用于固定待加工材料，所述激光器的输出激光经所述振镜反射、透过所述场镜形成照射在待加工材料上的加工激光，所述加工激光照射待加工材料形成反射激光，所述加工材料固定台能够相对所述场镜运动以使反射激光的光路与加工激光的光路不平行。

进一步的，所述加工材料固定台能够相对所述场镜转动，以使加工激光的光路不垂直于待加工材料。

本发明实施例提供的适用加工高反材料的激光器及高反材料加工设备，将声光调制器设置在第一增益光纤与低反光栅之间，利用声光调制器阻挡绝大部分的返回光，对第一泵浦源起到了极好的保护作用，提升了激光器在给高反材料加工时的稳定性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1所示为本发明提供的一种适用加工高反材料的激光器的结构示意图；

图2所示为图1中第一泵浦源的结构示意图；

图3所示为本发明提供的一种高反材料加工设备的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接装设在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

下面结合附图介绍本发明提供的一种适用加工高反材料的激光器；

请参阅图1，为本发明提供的一种适用加工高反材料的激光器100，其包括：第一泵浦源1、高反光栅2、第一合束器3、第一增益光纤4、声光调制器6、低反光栅7、第二泵浦源9、第二合束器10、第二增益光纤11以及隔离器13，所述第一泵浦源1的输出端、所述高反光栅2与所述第一合束器3的输入端通过光纤连接，所述第一增益光纤4一端与所述第一合束器3的输出端连接，另一端与所述声光调制器6的输入端连接，所述声光调制器6的输出端与所述低反光栅7的一端通过光纤连接，所述低反光栅7另一端与所述第二合束器10输入端通过信号光纤连接，所述第二泵浦源9的输出端与所述第二合束器10输入端通过光纤连接，所述第二增益光纤11一端与所述第二合束器10的输出端连接，所述第二增益光纤11另一端与隔离器13连接。

本发明将声光调制器设置在第一增益光纤与低反光栅之间，由于声光调制器在工作时大部分时间处于关闭状态，若有返回光进来，声光调制器可阻挡绝大部分的返回光，对第一泵浦源起到了极好的保护作用，提升了激光器在给高反材料加工时的稳定性。

具体的，还包括第一包层光剥除器5，所述第一增益光纤4与一端与所述声光调制器6连接的一端穿过所述第一包层光剥除器5。

具体的，还包括第二包层光剥除器8，所述低反光栅7另一端与所述第二合束器10输入端连接的信号光纤穿过所述第二包层光剥除器8。

具体的，还包括第三包层光剥除器12，所述第二增益光纤11与所述隔离器13连接的一端穿过所述第三包层光剥除器12。

本发明增加了包层光剥除器能够避免返回光进入振荡级内部被谐振腔不断放大，保障激光器的光学稳定性。

具体的，请参阅图2，所述第一泵浦源1包括激光芯片14、第一透镜15、反射镜16以及第二透镜17，所述激光芯片14、所述第一透镜15、所述反射镜16以及所述第二透镜17之间形成光路，所述激光芯片14产生的激光穿过所述第一透镜15，经所述反射镜16反射，穿过所述第二透镜17；所述第二透镜17背离所述反射镜16的一面镀有一层高反射膜。

在本实施例中，所述高反射膜厚度为1064nm。

返回光进入激光器最容易受到损伤的器件就是所述第一泵浦源1，在激光器结构中，所述第一泵浦源1作为泵浦源，是保证激光器出光的重要器件，所述第一泵浦源1中激光芯片14在注入电流后内部发生受激辐射产生波长为915nm激光，过所述第一透镜15，经所述反射镜16反射，穿过所述第二透镜17形成输出。一旦有返回光经过所述第一泵浦源1，便会沿着上述光路逆向进入激光芯片，导致激光芯片受到损伤出光功率变低，甚至打坏芯片导致其不出光，从而进一步导致激光器整机输出功率降低、脉宽变宽，严重影响打标效果。考虑到返回光波长为1064nm，泵浦光波长为915nm，并综合所述第一泵浦源1内部结构分析，将所述高反射膜厚度设置为1064nm，可将99.9％的返回光阻断其进入激光芯片，对所述第一泵浦源1内部激光芯片起到的极好的保护作用，提高了所述第一泵浦源1的抗高反能力。

所述声光调制器6作为激光器中起到调Q作用的Q开关，当激光器输出脉冲光时，由电信号转换成的超声波经过声光介质会使声光介质产生周期性变化的弹性形变，进而调节介质的折射率使其进行周期性变化，使所述声光调制器6处于“开”或“关”状态，此时入射光波通过所述声光调制器6的声光介质会产生一级衍射光或零级衍射光，为了使激光器输出脉宽为纳秒量级，AOM开关打开时间被控制在了几个微秒，因此，AOM在工作时，大部分时间处与关闭状态。所以，考虑到声光调制器在工作时大部分时间处于关闭状态，将声光调制器设置在第一增益光纤与低反光栅之间，若有返回光进来，AOM器件可阻挡绝大部分的返回光，对第一泵浦源起到了极好的保护作用，提升了激光器在给高反材料打标时的稳定性。

具体的，所述低反光栅7另一端与所述第二合束器10信号光纤的熔接点涂覆有高折射率胶水。高折射率胶水能够进一步剥除包层光。

进一步的，所述高折射率胶水的折射率比信号光纤外包层的折射率要高。能够破坏光在包层里面的全反射，使得包层光折射进入高折射率胶水中，起到剥除包层光的作用。

放大级未剥除干净的返回光，一旦进入振荡级内部被谐振腔不断放大，会严重影响激光器的光学稳定性，增加激光器损坏风险，为了降低返回光进入谐振腔的风险，结合光路结构分析，增加了包层光剥除装置，提升激光器的可靠性。

请参阅图3，本发明还提供一种高反材料加工设备，其包括上述的激光器100、振镜200、场镜300以及加工材料固定台400，所述加工材料固定台400用于固定待加工材料，所述激光器100的输出激光经所述振镜200反射、透过所述场镜300形成照射在待加工材料上的加工激光，所述加工激光照射待加工材料形成反射激光，所述加工材料固定台400所在平面与所述加工激光不垂直，以减少待加工材料形成的反射激光沿光路反射回所述激光器100。

在本实施例中，所述加工材料固定台400所在平面与所述加工激光之间形成的角度为80-85°。

这样可以减少反射激光进入激光器，提升激光器的稳定性，避免激光器损坏。

具体的，所述加工材料固定台400能够相对所述场镜300转动，以使加工激光的光路不垂直于待加工材料。此时，反射激光的光路与加工激光的光路不平行，能够有效减少反射激光进入激光器。

本发明提供的高反材料加工设备，通过调整反射激光的光路，使反射激光的光路与加工激光的光路不平行，减少反射激光进入激光器，提升激光器的稳定性，避免激光器书损坏。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用加工高反材料的激光器，其特征在于，包括：

第一泵浦源、高反光栅、第一合束器、第一增益光纤、声光调制器、低反光栅、第二泵浦源、第二合束器、第二增益光纤以及隔离器，所述第一泵浦源的输出端、所述高反光栅与所述第一合束器的输入端通过光纤连接，所述第一增益光纤一端与所述第一合束器的输出端连接，另一端穿过与所述声光调制器的输入端连接，所述声光调制器的输出端与所述低反光栅的一端通过光纤连接，所述低反光栅另一端与所述第二合束器输入端通过信号光纤连接，所述第二泵浦源的输出端与所述第二合束器输入端通过光纤连接，所述第二增益光纤一端与所述第二合束器的输出端连接，所述第二增益光纤另一端与所述隔离器连接。

2.如权利要求1所述的适用加工高反材料的激光器，其特征在于，

所述第一泵浦源包括激光芯片、第一透镜、反射镜以及第二透镜，所述激光芯片、所述第一透镜、所述反射镜以及所述第二透镜之间形成光路，所述激光芯片产生的激光穿过所述第一透镜，经所述反射镜反射，穿过所述第二透镜；所述第二透镜背离所述反射镜的一面镀有一层高反射膜。

3.如权利要求2所述的适用加工高反材料的激光器，其特征在于，

所述高反射膜厚度为1064nm。

4.如权利要求1所述的适用加工高反材料的激光器，其特征在于，

所述低反光栅另一端与合束器信号光纤的熔接点涂覆有高折射率胶水。

5.如权利要求4所述的适用加工高反材料的激光器，其特征在于，

所述高折射率胶水的折射率高于信号光纤外包层的折射率。

6.如权利要求1所述的适用加工高反材料的激光器，其特征在于，

还包括第一包层光剥除器，所述第一增益光纤与一端与所述声光调制器连接的一端穿过所述第一包层光剥除器。

7.如权利要求1所述的适用加工高反材料的激光器，其特征在于，

还包括第二包层光剥除器，所述低反光栅另一端与所述第二合束器输入端连接的信号光纤穿过所述第二包层光剥除器。

8.如权利要求1所述的适用加工高反材料的激光器，其特征在于，

还包括第三包层光剥除器，所述第二增益光纤与所述隔离器连接的一端穿过所述第三包层光剥除器。

9.一种高反材料加工设备，其特征在于，包括：

如权利要求1-8任一项所述的激光器、振镜、场镜以及加工材料固定台，所述加工材料固定台用于固定待加工材料，所述激光器的输出激光经所述振镜反射、透过所述场镜形成照射在待加工材料上的加工激光，所述加工激光照射待加工材料形成反射激光，所述加工材料固定台能够相对所述场镜运动以使反射激光的光路与加工激光的光路不平行。

10.如权利要求9所述的高反材料加工设备，其特征在于，所述加工材料固定台能够相对所述场镜转动，以使加工激光的光路不垂直于待加工材料。

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