高功率全固態(tài)連續(xù)激光合束系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種高功率全固態(tài)連續(xù)激光合束系統(tǒng)，包括：多個(gè)高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊，該多個(gè)高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊輸出的激光采用并聯(lián)方式；多個(gè)耦合透鏡組，該耦合透鏡組位于高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊輸出的光路上，該多個(gè)耦合透鏡組采用并聯(lián)方式；一光纖合束器，其輸入端分別位于耦合透鏡后的聚焦光斑上。
【專利說(shuō)明】高功率全固態(tài)連續(xù)激光合束系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種高功率全固態(tài)連續(xù)激光合束系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]高光束質(zhì)量高功率全固態(tài)激光器在激光加工領(lǐng)域中已有廣泛應(yīng)用，例如在汽車、飛機(jī)、船舶、石油管道等領(lǐng)域中進(jìn)行激光切割、激光焊接及材料表面改性等加工應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)高功率全固態(tài)激光模塊研究和發(fā)展均較成熟，高功率全固態(tài)激光器通常是采用多個(gè)高功率全固態(tài)激光模塊串聯(lián)放大激光功率，由于激光模塊中產(chǎn)生大量的熱量，激光功率和光束質(zhì)量大幅下降，此時(shí)需要復(fù)雜的熱管理技術(shù)和光束質(zhì)量控制技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)高光束質(zhì)量高功率激光輸出。模塊串聯(lián)放大的光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且激光器系統(tǒng)中的任何一個(gè)激光模塊的性能將影響整機(jī)的性能，系統(tǒng)中任何激光模塊的損壞將導(dǎo)致整機(jī)的癱瘓，所以模塊串聯(lián)的方法降低了高功率全固態(tài)激光器系統(tǒng)的穩(wěn)定性，整機(jī)的維護(hù)成本也較高。所以為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且使整機(jī)易于維護(hù)(更換模塊)，本發(fā)明采用了一種高功率全固態(tài)激光合束的并聯(lián)方法實(shí)現(xiàn)高光束質(zhì)量高功率激光輸出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，提供一種簡(jiǎn)單、方便的高功率全固態(tài)激光功率放大的系統(tǒng)，即高功率全固態(tài)連續(xù)激光合束系統(tǒng)，此系統(tǒng)采用多個(gè)高功率全固態(tài)激光器模塊并聯(lián)的方式，將輸出激光通過(guò)耦合透鏡組聚焦到高功率光纖合束器中，實(shí)現(xiàn)多束激光合束輸出。
[0004]本發(fā)明提供一種高功率全固態(tài)連續(xù)激光合束系統(tǒng)，包括:
[0005]多個(gè)高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊，該多個(gè)高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊輸出的激光采用并聯(lián)方式；
[0006]多個(gè)耦合透鏡組，該耦合透鏡組位于高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊輸出的光路上，該多個(gè)耦合透鏡組采用并聯(lián)方式；
[0007]—光纖合束器，其輸入端分別位于稱合透鏡后的聚焦光斑上。
[0008]本發(fā)明與傳統(tǒng)高功率全固態(tài)激光器系統(tǒng)相比，在激光輸出功率和光束質(zhì)量基本一致的前提下，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)穩(wěn)定性高、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。采用激光模塊并聯(lián)的方式合束輸出激光，系統(tǒng)各部分的相對(duì)獨(dú)立，可實(shí)現(xiàn)快捷、方便的模塊控制和更換操作，并結(jié)合光纖輸出可實(shí)現(xiàn)多維度激光加工，提高了高功率激光器整個(gè)系統(tǒng)的靈活性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，其中:
[0010]圖1為本發(fā)明所述的高功率全固態(tài)連續(xù)激光合束系統(tǒng)的第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】[0011]請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種高功率全固態(tài)連續(xù)激光合束系統(tǒng)，包括:
[0012]多個(gè)高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊1，該多個(gè)高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊輸出的激光采用并聯(lián)方式，該高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊I的數(shù)量大于或等于2，所述每個(gè)高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊I包括:
[0013]—高反鏡11、一全固態(tài)激光模塊12和一輸出鏡13,所述高反鏡11、全固態(tài)激光模塊12和輸出鏡13位于同一光路上,該高反鏡11、全固態(tài)激光模塊12和輸出鏡13構(gòu)成一激光諧振腔；
[0014]多個(gè)耦合透鏡組2，該耦合透鏡組2位于高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊I輸出的光路上，該多個(gè)耦合透鏡組2采用并聯(lián)方式，該耦合透鏡組2的數(shù)量大于或等于2，所述每個(gè)耦合透鏡組2包括:
[0015]一第一透鏡21和一第二透鏡22或者一第一透鏡21、一第二透鏡22和一第三透鏡23,該第一透鏡21、第二透鏡22和第三透鏡23位于同一光路上。
[0016]—光纖合束器3,其輸入端分別位于稱合透鏡2后的聚焦光斑上,所述的光纖合束器3是由高損傷閾值傳能光纖合束拉錐熔接制成的，該合束器類型為NX I的光纖合束器，其中N大于或等于2，其透過(guò)率大于96%，其輸入光纖的尺寸和數(shù)值孔徑與耦合透鏡聚焦后的光斑參數(shù)匹配。
[0017]實(shí)施例:
[0018]參閱圖1所示，7個(gè)高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊I，能夠輸出最大功率150W，光束質(zhì)量為6mm -mrad,中心波長(zhǎng)為1064nm的連續(xù)激光，每個(gè)高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊I均包括:一 1064nm高反鏡11、一高功率全固態(tài)激光模塊12和一透過(guò)率為30%輸出鏡13，其中功率全固態(tài)激光模塊12的泵浦、冷卻結(jié)構(gòu)和激光晶體均經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)并已封裝完畢，高反鏡11、全固態(tài)激光模塊12和輸出鏡13位于同一光路上,構(gòu)成一激光諧振腔,7個(gè)150W高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊I均封裝且模塊化。該7個(gè)高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊I輸出的150W激光采用并聯(lián)方式，通過(guò)7個(gè)耦合透鏡組2聚焦，該耦合透鏡組2位于高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊I輸出的光路上，每個(gè)耦合透鏡組2由3片透鏡組成，分別為第一透鏡21、一第二透鏡22和一第三透鏡23,位于同一光路上,各透鏡均鍍有1064nm波長(zhǎng)高透膜,稱合透鏡組是根據(jù)高功率激光參數(shù)與光纖合束器輸入光纖的參數(shù)而設(shè)計(jì)參數(shù)的，使高功率激光通過(guò)稱合透鏡組聚焦后完全稱合輸入到一 7X1光纖合束器3中,光纖合束器3其輸入端分別位于耦合透鏡2后的聚焦光斑上，輸入端光纖參數(shù)為直徑尺寸105 μ m，數(shù)值孔徑0.15，其輸入光纖的尺寸和數(shù)值孔徑與耦合透鏡聚焦后的光斑參數(shù)匹配。光纖合束器3是由7根直徑尺寸105 μ m，數(shù)值孔徑0.15高損傷閾值傳能光纖合束拉錐熔接制成的，光纖合束器3的輸出光纖直徑為200 μ m,數(shù)值孔徑為0.22，其耦合效率在98%以上，通過(guò)該7 X I高功率全固態(tài)連續(xù)激光合束系統(tǒng)最終輸出1012W，1064nm連續(xù)激光，光束質(zhì)量在20mm mrad左右，系統(tǒng)激光合束總效率為96.4%。
[0019]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高功率全固態(tài)連續(xù)激光合束系統(tǒng)，包括: 多個(gè)高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊，該多個(gè)高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊輸出的激光采用并聯(lián)方式； 多個(gè)耦合透鏡組，該耦合透鏡組位于高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊輸出的光路上，該多個(gè)耦合透鏡組采用并聯(lián)方式； 一光纖合束器，其輸入端分別位于稱合透鏡后的聚焦光斑上。
2.如權(quán)利要求1所述的高功率全固態(tài)連續(xù)激光合束系統(tǒng)，其中該高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊和耦合透鏡組的數(shù)量大于或等于2。
3.如權(quán)利要求2所述的高功率全固態(tài)連續(xù)激光合束系統(tǒng)，其中每個(gè)高功率全固態(tài)連續(xù)激光器模塊包括: 一高反鏡、一全固態(tài)激光模塊和一輸出鏡，所述高反鏡、全固態(tài)激光模塊和輸出鏡位于同一光路上，該高反鏡、全固態(tài)激光模塊和輸出鏡構(gòu)成一激光諧振腔。
4.如權(quán)利要求2所述的高功率全固態(tài)連續(xù)激光合束系統(tǒng)，其中每個(gè)耦合透鏡組包括: 一第一透鏡和一第二透鏡或者一第一透鏡、一第二透鏡和一第三透鏡，該第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡位于同一光路上。
5.如權(quán)利要求1所述的高功率全固態(tài)連續(xù)激光合束系統(tǒng)，其中所述的光纖合束器是由高損傷閾值傳能光纖合束拉錐熔接制成的，該合束器類型為NX I的光纖合束器，其中N大于或等于2，其透過(guò)率大于96 %，其輸入光纖的尺寸和數(shù)值孔徑與耦合透鏡聚焦后的光斑參數(shù)匹配。
【文檔編號(hào)】G02B6/43GK103439773SQ201310380433
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】林學(xué)春, 鄒淑珍, 于海娟 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所