CN215880316U - 多波长复用光闸及激光输出系统、加工平台 - Google Patents

多波长复用光闸及激光输出系统、加工平台 Download PDF

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张浩泰
杨德权
吕张勇
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本实用新型实施例涉及光学器件技术领域,公开了一种多波长复用光闸及激光输出系统、加工平台,多波长复用光闸包括壳体、分光组件及增益模块,壳体上设有一个输入端和至少两个输出端,分光组件用于接收自输入端射入的第一激光,增益模块用于接收经分光组件分光的至少一路第一激光,并将其增益为第二激光输出,分光组件将第一激光和/或第二激光分配至不同分路通道,并通过至少两个输出端分时或同时输出。该输出系统能够实现单口输入,多口输出至少两种波长的激光,满足各种加工工艺的需求,并且能够降低加工成本。

Description

多波长复用光闸及激光输出系统、加工平台
技术领域
本实用新型实施例涉及光学器件技术领域,特别涉及一种多波长复用光闸及激光输出系统、加工平台。
背景技术
采用高功率光纤激光或者直接半导体激光进行金属和非金属材料加工处理能够显示出非常优越的性能,但是高功率激光加工处理的更大规模的应用受制于激光器高成本的限制。而激光加工的复用技术是一种有效可行的解决方案,通过采用光开关或者空间光学光闸将一路主光纤激光分为两路或者多路子激光输出,每一路子激光被引入不同的加工平台,这样可以通过控制光闸或光开关的开关实现单个激光快速切换多个加工平台同时或者分时工作,降低应用成本。
目前,最主流的光闸方案,是将光闸或光开关置于光纤激光输出头之后,每路子激光功率低于主激光功率(分时系统功率会较接近),考虑光闸光学系统的像差等因素,光斑质量也会比主激光光斑劣化。所以采用传统主流光闸技术,从原理上,分路激光加工性能不可能完全达到单路主激光的最佳加工性能。
同时,由于光闸设置在光纤激光之后,各分路激光波长,光斑特性也和主光路光纤激光类似,对于一些特殊要求高功率但是相对低功率密度,平顶光斑的应用,光纤激光需要相对复杂的定制光斑劣化处理,不仅会增加成本,而且效果可能并不理想。
此外,在某些应用场合中,比如熔覆,特殊的焊接等,光纤激光并不适合,需要采用如半导体激光等较短的波长,更高的功率,较低的功率密度,更均匀的光斑输出。
当前,在需要进行切割,钻孔、特种焊接等综合加工场景下,往往需要同时配置多台分别采用半导体激光器、光纤激光器的激光加工设备,造成实际加工操作复杂,加工费时的同时,使用成本也居高不下。
因此,如果可以在一台激光中将半导体激光和光纤激光有机结合,甚至用一台激光器通过特殊光闸系统同时提供高功率半导体激光和高功率光纤激光,更进一步,不同于传统光闸只能提供只有半导体激光或者只有光纤激光的单输入多口输出,甚至有可能提供同时包含半导体和光纤激光的多个口输出的单光闸,不仅会大大降低客户的运营成本,将各种工艺方便集成,还可以显著降运行成本。
实用新型内容
针对现有技术的上述缺陷,本实用新型实施例的目的是提供一种能够分时或同时输出多种波长的激光的多波长复用光闸及激光输出系统、加工平台,用于解决现有技术中不能同时提供直接多波长激光的多口输出,以满足复杂的加工场景,并且加工操作复杂,加工费时以及加工成本较高的问题。
本实用新型实施例的目的是通过如下技术方案实现的:
为解决上述技术问题,第一方面,一种多波长复用光闸,包括:壳体,所述壳体上设有一个输入端和至少两个输出端;分光组件,用于接收自所述输入端射入的第一激光;和增益模块,用于接收经所述分光组件分光的至少一路第一激光,并将其增益为第二激光输出;其中,所述分光组件将所述第一激光和/或第二激光分配至不同分路通道,并通过所述至少两个输出端分时或同时输出。
在一些实施例中,激光输出系统,采用如所述的多波长复用光闸。
在一些实施例中,所述加工平台采用如所述的激光输出系统。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:区别于现有技术的情况,本实用新型实施例中提供了一种多波长复用光闸、激光输出系统、加工平台。该输出系统能够根据激光加工平台对输出激光的需求,实现分时或者同时输出一种或两种甚至是多种波长的激光光束,从而实现将各种激光加工工艺需求,并且能显著降低加工成本。
附图说明
一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明,这些示例性说明并不构成对实施例的限定,附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤,除非有特别申明,附图中的图不构成比例限制。
图1是本实用新型实施例提供的一种多波长复用光闸的结构框图;
图2a是本实用新型另一实施例提供的一种多波长复用光闸光路结构示意图,其中,其内置反向增益模块;
图2b是本实用新型实施例提供的一种多波长复用光闸光路结构示意图,其中,其外接正向增益模块;
图3是本实用新型实施例提供的一种多波长复用光闸中第一激光为复合激光的光谱示意图;
图4是本实用新型实施例提供的一种多波长复用光闸中第一分光组件的波分工作示意图;
图5是本实用新型实施例提供的一种多波长复用光闸分时工作示意图;
图6是本实用新型实施例中提供的一种多波长复用光闸的激光输出系统的示意图;
图7是本实用新型实施例中提供的一种应用如图6的激光输出系统的激光加工平台的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型,但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
需要说明的是,如果不冲突,本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合,均在本申请的保护范围之内。另外,虽然在装置示意图中进行了功能模块划分,但是在某些情况下,可以以不同于装置中的模块划分。
需要说明的是,当一个元件被表述“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。
除非另有定义,本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
此外,下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1,其示出了本实用新型实施例提供的一种多波长复用光闸的结构框图,其中,该多波长复用光闸100包括:壳体110,分光组件120,增益模块130。所述壳体110上设有一个输入端130a和至少两个输出端 (130b,c,d,e);分光组件120,用于接收自所述输入端130a射入的第一激光L1,增益模块130,用于接收经所述分光组件120分光的至少一路第一激光L1,并将其增益为第二激光L2输出;其中,所述分光组件120 将所述第一激光L1和/或第二激光L2分配至不同分路通道,并通过所述至少两个输出端(130b,c,d,e)分时或同时输出。
实施例一
本实用新型实施例提供的一种具有反向谐振腔模块或反向放大器的多波长复用光闸,请参见图2a,其示出了本实用新型实施例提供的一种多波长复用光闸的光路结构,在该多波长复用光闸100中,所述多波长复用光闸100包括壳体110,分光组件120,增益模块130。
所述增益模块130为反向谐振腔模块或反向放大器模块130,所述第一激光L1通过所述反向谐振腔模块或反向放大器模块130增益放大为第二激光L2。
分光组件120系分别由多个可移动或转动的分光镜或全反射镜组成,其中,分光镜通过设置不同的镀膜层可以将入射光进行不同比例的部分反射或部分透射,所述分光组件内还设有旋转装置用于带动所述分光镜或全反射镜转动至特定位置。
具体的,分光组件120包括:第一分光组件121,设置于靠近所述多波长复用光闸100的输入端一侧,所述第一分光组件121包括第一透光面和第一反射面,所述第一透光面能够透射所述第一激光L1,所述第一反射面能够反射所述第一激光L1。
分光组件120还包括:至少一第四分光组件126,其设置于靠近所述第一分光组件121的第一反射面一侧,所述第四分光组件126包括第四透光面和第四反射面,所述第四透光面能够透射所述第一激光L1,所述第四反射面能够反射所述第一激光L1,经所述第一分光组件121反射的所述第一激光L1通过至少一第四分光组件126控制可以实现分路输出。
分光组件120还包括:第二分光组件124,设置于靠近所述第一分光组件121的第一透光面一侧,所述第二分光组件124包括第二透光面和第二反射面,所述第二透射面能够透射经所述第一分光组件121透射出的第一激光L1,所述第二反射面能够反射经所述反向谐振腔模块或反向放大器模块130增益的所述第二激光L2。
分光组件120还包括:至少一第三分光组件125,其设置于靠近所述第二分光组件124的第二反射面的一侧,所述第三分光组件125包括第三透光面和第三反射面,所述第三透光面能够透射所述第二激光L2,所述第三反射面能够反射所述第二激光L2,经所述第二分光组件124反射的所述第二激光L2通过至少一第三分光组件125控制可以实现分路输出。
所述多波长复用光闸100还包括:驱动装置,与所述第一分光组件 121和/或第二分光组件124和/或第三分光组件125和/或第四分光组件 126连接;分光控制器,与所述驱动装置连接,用于控制所述驱动装置带动所述第一分光组件121和/或第二分光组件124和/或第三分光组件 125和/或第四分光组件126调整分光角度。
所述多波长复用光闸100还包括:准直透镜127,设于所述多波长复用光闸100靠近输入端一侧,用于准直扩束所输入端130a输出的第一激光L1。
所述多波长复用光闸100还包括:聚焦透镜128,设于所述多波长复用光闸100靠近输出端一侧,用于将通过所述第四分光组件126实现分路输出的第一激光L1或通过所述第三分光组件125实现分路输出的第二激光L2聚焦后通过所述至少两个输出端(130b,c,f,g,h)输出。
为了方便说明,在本实用新型提供的一具体实施例中,设置了六个聚焦透镜128a,b,c,d,e,f,其中,聚焦透镜128a用于将第一分光组件 121透射的第一激光L1聚焦后输送到反向谐振腔模块或反向放大器模块,所述第一激光L1通过反向谐振腔模块或反向放大器模块123放大后为第二激光L2,第二激光L2射出回到所述多波长复用光闸100进行准直后进入到第二分光组件124,经过第二分光组件124的反射及透射,聚焦透镜128b,128c用于将第三分光组件125分路输出的第二激光L2 聚焦后输送到输出端130b和/或输出端130c,以使所述多波长复用光闸 100能够通过输出端130b和/或输出端130c输出所述第二激光L2,聚焦透镜128d,128e,128f通过将从第四分光组件126a和126b实现分路输出的所述第一激光L1聚焦后输送到输出端130f、130g、130h,以使所述多波长复用光闸100能够通过输出端130f和/或输出端130g和/或输出端130h输出所述第一激光L1。
在其他的一些实施例中,所述反向谐振腔模块或反向放大器模块 130所采用的谐振腔模块或放大器模块、所述第一激光L1和所述第二激光L2的设置、所述第一分光组件121、所述第二分光组件124、所述第三分光组件125和所述第四分光组件126所采用的光学器件及数量、所述聚焦透镜128和所述输出端130的数量和参数等可根据实际需要进行匹配设置,不需要拘泥于本实用新型上述具体实施例的限定。
例如,在本实用新型一实施例中,所述反向谐振腔模块或反向放大器模块123为光纤激光谐振腔或光纤激光放大器,所述第一激光L1为半导体激光,所述半导体激光L1通过输入端130a输入到所述多波长复用光闸100中,部分通过第一分光组件121的第一透射面透射射出,部分通过第一分光组件的第一反射面反射射出。经过第一分光组件121透射射出的半导体激光L1经过第二分光组件124透射后,通过所述反向光纤谐振腔模块或反向光纤放大器模块123增益为所述第二激光L2,所述第二激光L2为光纤激光,所述分光组件120将半导体激光L1和/或光纤激光L2分配至不同分路通道,并通过所述至少两个输出端 (130b,c,d,e)同时输出。
实施例二
图2b为本实用新型的第二实施例,与图2a不同之处在于,所述增益模块130为正向谐振腔模块或正向放大器模块130,所述第一激光L1 通过所述正向谐振腔模块或正向放大器模块130增益放大为第二激光L2, 正向谐振腔模块或正向放大器模块130外设连接于多波长复用光闸100。
所述分光组件120仅包含第一分光组件121和第四分光组件126a,b 第一分光组件121,设置于靠近所述多波长复用光闸100的输入端130a 一侧,输入端130a可设为可插拔连接端口,所述第一分光组件121包括第一透光面和第一反射面,所述第一透光面能够透射所述第一激光L1,所述第一反射面能够反射所述第一激光L1;第一分光组件121透射的第一激光L1聚焦后输送到输出端130b,输出端130b输出的第一激光L1通过正向谐振腔模块或正向放大器模块130增益放大为第二激光L2,输出端130b可通过光纤连接正向谐振腔模块或正向放大器模块130,输出端 130b也可为可插拔连接端口,通过可插拔连接于正向谐振腔模块或正向放大器模块130。
至少一第四分光组件126a,b,其设置于靠近所述第一分光组件121 的第一反射面一侧,所述第四分光组件126a,b包括第四透光面和第四反射面,所述第四透光面能够透射所述第一激光L1,所述第四反射面能够反射所述第一激光L1,经所述第一分光组件121反射的所述第一激光 L1通过至少一第四分光组件126a,b控制可以实现分路输出,通过第四分光组件126a,b分路输出的第一激光L1聚焦后输送到输出端 130c,g,h,输出端130c,g,h均可设为可插拔连接端口,输出端130c,g,h 与激光输出头连接,激光输出头根据对接端口输出激光的能量参数可配置不同种类的输出头,例如QBH输出头,QD输出头或Q+输出头等。
实施例三
在本实用新型提供的实施例三中,如图3和图4示意,并参考图2a 所述第一激光可以输出包含两种以上波长的复合激光,例如复合激光同时包含半导体激光和信号激光,所述第一分光组件121的一分光镜上设有可以反射半导体激光并透射信号激光的镀膜层,可以使得复合激光中包含的半导体激光L1分光进入第三分光组件125的分路通道,复合激光中包含的光纤激光L2进入第二分光组件124的分路通道,从而实现对两种不同波长复合激光的分光分路。
实施例四
在本实用新型提供的实施例四,当驱动装置带动分光组件将不同的分光镜旋转或移动到激光入射位置时,因不同分光镜的镀膜层不同,还可实现将所入射的激光按照不同比例进行部分反射或部分折射射入分路通道,从而实现将不同功率的激光配置到对应的输出端输出。
实施例五
图5给出了本实用新型的一种实施例,示出了一种多波长复用光闸中激光进行分时输出的示意图。
当第一激光L1通过第一分光组件121的第一反射面反射至第四分光组件126a,驱动装置带动所述第四分光组件126a的全反射镜旋转, 在第一时间段,调整反射光的出射角度,使第一激光L1通过第四分光组件126a反射至聚焦透镜128d,自输出端130f输出;在第二时间段,调整反射光的出射角度,使第一激光L1通过第四分光组件126a反射至聚焦透镜128e,自输出端130g输出。其中第一时间段和第二时间段为不同的时间段,自输出端130f输出的第一激光L1和自输出端130g输出的第一激光L1的输出功率相同。
当第一激光L1经过第一分光组件121的第一透射面和第二分光组件124的第二透射面射出后,通过反向谐振腔模块或反向放大器模块123 增益为第二激光L2,并经过第二分光组件124的第二反射面射出至第三分光组件125a,驱动装置带动第三分光组件125a的全反射镜旋转,在第三时间段,调整反射光的出射角度,使第二激光L2从第三分光组件125a中反射后进入聚焦透镜128b,自输出端130b输出;在第四时间段,调整反射光的出射角度,第二激光L2从第三分光组件125a中反射后进入聚焦透镜128c,自输出端130c输出,其中第三时间段和第四时间段为不同的时间段,自输出端130b输出的第一激光L1和自输出端130b输出的第一激光L1的输出功率相同。
相较传统单波长光闸型光纤激光器,本实用新型所述实施例提供了一种可以多波长复用的分光光闸120,同时增加了所述反向谐振腔模块或反向放大器模块123、所述第二分光组件124以及第三分光组件125。所述第一激光L1经所述第一分光组件121的透射后,进入所述第二分光组件124,经透射后再进入所述反向谐振腔模块或反向放大器模块123 增益放大为第二激光L2返回多波长复用光闸100,通过所述第二分光组件124的反射后,通过第三分光组件125配置到多个分光路通道输出;上述设置能够实现包括第一激光L1和第二激光L2的至少两种波长的分光分路,从而实现输入一束混合激光,多口输出多束不同波长的激光,用于满足如切割,焊接,钻孔等需要多种不同波长或不同功率的激光输出进行的多加工工艺的复杂的加工场景。
实施例六
请参阅图6,本实用新型实施例六提供了一种激光输出系统200,该激光输出系统200采用如上述实施例所示的多波长复用光闸100,该激光输出系统200包括激光模块140,所述激光模块140用于输出第一激光L1,通过所述激光模块140输出的第一激光L1通过所述多波长复用光闸100后实现第一激光L1和第二激光L2的至少两种波长的分光分路, 从而实现输入一束混合激光,多口输出多束不同波长的激光,用于满足如切割,焊接,钻孔等需要多种不同波长或不同功率的激光输出进行的多加工工艺的复杂的加工场景,所述激光模块140可以采用半导体光源,固体激光光源或者光纤激光光源的任一一种。
实施例七
请参阅图7,本实用新型实施例七提供了一种加工平台300,该加工平台300采用如上述实施例所示的激光输出系统200,所述加工平台 300可以提供多个加工端口出光,可在半导体激光加工、固态激光和/ 或光纤激光加工中切换使用。
具体地,所述加工平台300采用如上述激光输出系统200,加工平台300可提供如上述激光输出系统200提供的第一激光L1和/或第二激光L2对待加工工件进行分时或同时加工,当待加工工件有多道加工工艺需同时实施时,第一激光L1和第二激光L2自不同方位同时出光完成加工;当待加工工件需多道加工工艺逐次实施时,可按需要选择第一激光L1或第二激光L2自一个方位或多个方位逐次出光完成加工。所述加工平台300还包括激光加工头用于与激光输出头适配连接对待加工工件进行加工。需要说明的是,所述多波长复用光闸100的输出端、所述激光输出头、所述激光加工头的数量可根据实际需要进行配置。
需要说明的是,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制;在本实用新型的思路下,以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合,步骤可以以任意顺序实现,并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化,为了简明,它们没有在细节中提供;尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种多波长复用光闸,其特征在于,包括:
壳体,所述壳体上设有一个输入端和至少两个输出端;
分光组件,用于接收自所述输入端射入的第一激光;和
增益模块,用于接收经所述分光组件分光的至少一路第一激光,并将其增益为第二激光输出;其中,
所述分光组件将所述第一激光和/或第二激光分配至不同分路通道,并通过所述至少两个输出端分时或同时输出。
2.根据权利要求1所述的多波长复用光闸,其特征在于,所述分光组件包括:
一第一分光组件,设置于靠近所述多波长复用光闸的输入端一侧,用于接收所述输入端射入的所述第一激光,所述第一分光组件包括第一透光面和第一反射面,所述第一透光面用于透射射入的所述第一激光,所述第一反射面用以反射射入的所述第一激光。
3.根据权利要求2所述的多波长复用光闸,其特征在于,还包括:
至少一第四分光组件,其设置于靠近所述第一分光组件的第一反射面一侧,用于接收自第一分光组件反射出的第一激光,所述第四分光组件包括第四透光面和第四反射面,所述第四透光面用于透射射入的所述第一激光,所述第四反射面用于反射射入的所述第一激光。
4.根据权利要求2所述的多波长复用光闸,其特征在于,还包括:
一第二分光组件,设置于靠近所述第一分光组件的第一透光面一侧,用于接收自第一分光组件透射出的第一激光,所述第二分光组件包括第二透光面和第二反射面,所述第二透光面用于透射射入的所述第一激光,所述第二反射面用于反射射入的所述第二激光。
5.根据权利要求4所述的多波长复用光闸,其特征在于,还包括:
至少一第三分光组件,其设置于靠近所述第二分光组件的第二反射面的一侧,用于接收自第二分光组件反射出的第二激光,所述第三分光组件包括第三透光面和第三反射面,所述第三透光面用于透射所述第二激光,所述第三反射面用于反射所述第二激光。
6.根据权利要求1中所述的多波长复用光闸,其特征在于,所述多波长复用光闸的输入端和/或输出端为可插拔连接端口。
7.根据权利要求1中所述的多波长复用光闸,其特征在于,所述增益模块外设连接于所述多波长复用光闸。
8.根据权利要求1中所述的多波长复用光闸,其特征在于,所述增益模块为正向谐振腔模块/正向放大器模块或反向谐振腔模块/反向放大器模块的任意一种。
9.一种激光输出系统,其特征在于,所述激光输出系统采用如权利要求1-8中任一项所述的多波长复用光闸。
10.一种加工平台,其特征在于,所述加工平台采用如权利要求9所述的激光输出系统,用于对待加工工件实施多种工艺的加工。
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