一种复合环形光斑激光器的制作方法

1.本实用新型涉及激光器设计技术领域。具体的是一种复合环形光斑激光器。


背景技术：

2.专利申请号为2021220550103的专利，公开了一种环形光斑调节装置，主要通过圆镜片，将一束激光光束变为环形光斑，而在实际焊接过程中，单一的光束往往会引起焊接飞溅现象的产生。


技术实现要素：

3.为解决单一光束容易出现焊接飞溅的技术问题，因此提出了一种复合环形光斑激光器，以减少焊接飞溅现象。
4.复合环形光斑激光器中设有光纤激光模块，所述光纤激光模块与半导体激光器模块连接，所述半导体激光器模块的输出端连接复合环形光斑传输光纤，由所述光纤激光模块和所述半导体激光器模块输出的复合激光进入复合环形光斑传输光纤，由所述复合环形光斑传输光纤输出复合的环形光斑。
5.可选的，所述复合环形光斑传输光纤的输出端设有激光输出模块，所述激光输出模块中设有用于对环形光斑进行聚焦的聚焦透镜。
6.可选的，半导体激光器模块的数量为多个，所述半导体激光器模块的输出端与复合环形光斑合束模块连接，所述复合环形光斑合束模块与复合环形光斑传输光纤连接。
7.可选的，复合环形光斑传输光纤为4包层的传输光纤，折射率为n1 纤芯折射率、n2 第一包层折射率、n3环形导光层折射率和n4第二包层折射率，光纤的折射率对应关系为n3＞n2、n3＞n4，n1＞n2，n1=n3，n2=n4。
8.可选的，复合环形光斑传输光纤为4包层的传输光纤，纤芯100um、第一包层130um、环形导光层300um、第二包层460um、涂覆层630um；对应折射率为n1 纤芯折射率、n2 第一包层折射率、n3环形导光层折射率和n4第二包层折射率，光纤的折射率对应关系为n3＞n2、n3＞n4，n1＞n2，n1=n3，n2=n4。
9.可选的，设有多个正向激光泵浦模块，所述正向激光泵浦模块的输出端与正向合束模块的接入端连接，所述正向合束模块的输出端设有高反射率光纤光栅模块，所述高反射率光纤光栅模块的输出端连接低反射光纤光栅模块，所述低反射光纤光栅模块的输出端设有反向合束模块，所述反向合束模块的输出端连接有反向激光泵浦模块，所述反向合束模块的输出端还连接有包层光功率剥除模块，所述包层光功率剥除模块的输出端设有光纤功率信检测模块，所述光纤功率信检测模块的输出端连接复合环形光斑合束模块的输入端，所述复合环形光斑合束模块的输入端还与多个半导体激光器模块连接，所述复合环形光斑合束模块的输出端连接有多包层功率剥除模块，所述多包层功率剥除模块的输出端连接有激光功率检测模块，所述激光功率检测模块的输出端设有复合环形光斑传输光纤，所述复合环形光斑传输光纤的输出端设有激光输出模块。
10.可选的，正向激光泵浦模块的发射波长为910~930nm。
11.可选的，高反射率光纤光栅模块为带有周期性啁啾光纤光栅，光纤类型为20/400无源光纤，对1080nm的激光具有大于99%的反射率，具有方向性。
12.可选的，反向激光泵浦模块为发射波长为910~930nm的半导体光纤耦合模块，输出光纤为135/155，输出功率260~280w。
13.可选的，半导体激光器模块为带有尾纤135/155的光纤耦合半导体激光器，输出波长为910~930nm，所述半导体激光器模块的输出光纤与复合环形光斑合束模块的泵浦输入光纤匹配连接，为光纤和半导体复合环形光斑激光器提供半导体激光功率。
14.本实用新型的目的是提供一种复合环形光斑激光器。该激光器光纤和半导体环形光斑复合激光器，输出光束中心为连续的光纤激光器，光纤外围为半导体环形光斑激光器；光纤和半导体激光复合的环形激光器兼具光纤半导体复合激光器和环形光斑激光器的优点。外围激光为环形光斑激光器具有更均匀的功率密度，能够更好的抑制焊接飞溅。
附图说明
15.图1为本实用新型光纤和半导体激光复合的环形激光器示意图；
16.图2为本实用新型复合环形光斑传输光纤结构简图；
17.图3为本实用新型复合环形光斑传输光纤折射率分布图；
18.图4为本实用新型光纤和半导体复合激光器光斑截面图；
19.图5为传统的环形光斑光纤激光器光斑截面图；
20.图6为本实用新型光纤和半导体复合环形光斑激光器截面图。
具体实施方式
21.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“内”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
22.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
23.下面结合附图对本实用新型进行进一步说明：
24.参照图1-图6，本实用新型的目的是提供一种复合环形光斑激光器。实施例包括了11指示激光模块、12指示光保护模块、13 正向激光泵浦模块、14正向合束模块、15高反射率光纤光栅模块、16激光工作物质模块、17低反射光纤光栅模块、18；反向合束模块、19反向激光泵浦模块、20包层光功率剥除模块、21 光纤功率信检测模块、22半导体激光器模块、23复
合环形光斑合束模块、24多包层功率剥除模块、25激光功率检测模块、26复合环形光斑传输光纤、27激光输出模块。相比于传统的环形光斑光纤激光器，光纤和半导体复合的环形光斑激光器光束外围发射的为更短波长的900~1000nm的半导体激光，金属对激光的吸收率较高，激光的利用率越高，能够有效抑制激光反射，半导体激光发散角较光纤激光器大，半导体环形光斑的功率密度更均匀，在实际焊接中能够更好的抑制焊接飞溅、能够实现焊缝美观的效果。
25.11指示激光模块为发射波长为630nm~650nm的红光激光模块，带有输出光纤9/125；12指示光保护模块为包层光功率剥除器，光纤为20/250;包层剥除功率达15db;13正向激光泵浦模块为6个发射波长910~930nm半导体光纤耦合模块，输出光纤为135/155，输出功率260~280w；14正向合束模块为（6 1）x1正向信号泵浦合束器,输入泵浦光纤与13正向激光泵浦模块的输出光纤连接，光纤尾纤为135/155，其信号输入光纤与12指示光保护模块的20/250光纤连接，其输出光纤与15高反射率光纤光栅模块的输入光纤连接；15高反射率光纤光栅模块为带有周期性啁啾光纤光栅，光纤类型为20/400无源光纤，对1080nm大于99%的反射率，具有方向性；16激光工作物质模块为长度36~40m的20/400有源光纤；17低反射光纤光栅模块为带有周期性啁啾光纤光栅，对1080nm波长的反射率为10%，光纤类型为20/400无源光纤，与16激光工作物质模块的20/400光纤连接；输出光纤与18反向合束模块的输入光纤连接；18反向合束模块为（6 1）x1反向信号泵浦合束器,输入泵浦光纤为135/155与19正反向激光泵浦模块的输出光纤匹配连接，其输入光纤20/400与17低反射率光纤模块输入光纤连接，其输出光纤与20包层光功率剥除模块的光纤连接；19反向激光泵浦模块为6个发射波长910~930nm半导体光纤耦合模块，输出光纤为135/155，输出功率260~280w；20包层光功率剥除模块为光纤包层功率剥除器，主要作用剥除光纤包层的泵浦功率，减少器件发热，其输出光纤与23复合环形光斑合束模块的输入光纤连接；21光纤功率检测模块为光电探测器，主要作用为通过光电探头检测光纤激光器产生的激光功率强度；22半导体激光器模块为带有尾纤135/155的光纤耦合半导体激光器，其输出波长在910~930nm，输出光纤与23复合环形光斑合束模块的泵浦输入光纤匹配连接，为光纤和半导体复合环形光斑激光器提供半导体激光功率；23复合环形光斑合束模块为光纤合束器件，其信号输入光纤20/250与20包层光功率剥除器输出光纤匹配连接，其泵浦输入光纤135/155与22半导体激光器模块的输出光纤匹配连接；其输出光纤为复合环形光斑传输光纤17，并与24多包层功率剥除模块的输入光纤连接，其主要作用为光纤激光器输出的激光功率和半导体激光器输出的激光功率做功率合成和中心光束和环形光束合成；24多包层功率剥除模块为多包层外环包层的功率剥除器件，其光纤为26复合环形光斑传输光纤，工作时能够剥除环形半导体激光外包层的残余功率；25激光功率功率检测模块为光电探测器，主要通过光电探头接收光功率来产生电信号，通过电信号来检测光纤和半导体激光复合环形光斑激光器输出的功率信号；26复合环形光斑传输光纤为4包层的传输光纤，纤芯100um、第一包层130um、环形导光层300um、第二包层460um、涂覆层630um；对应折射率为n1 纤芯折射率、n2 第一包层折射率、n3环形导光层折射率、n4第二包层折射率光纤的折射率对应关系为n3＞n2、n3＞n4，n1＞n2，n1=n3，n2=n4；由于全反射原理，激光可以在纤芯和环形导光层内稳定传输，连续光纤激器产生的激光光在复合环形光斑传输光纤的纤芯100um传输，半导体激光器产生的激光在复合传输光纤的环形导光层130um~300um传输；27激光输出模块为激光输出头，激光输出模
块可为水冷qbh，激光输出模块所用的输出光纤为26复合环形光斑传输光纤；
26.基于改实用新型技术实现了光纤和半导体激光复合环形光斑激光器，其输出光纤纤芯100um实现了2000w的1080nm激光输出，其130~300um包层实现了超过了1000w功率的915nm波段半导体激光功率输出，其输出光斑形貌见光纤和半导体复合环形光斑激光器截面图。
27.参照图2，1为纤芯；2为第一包层；3为第二包层；4为第三包层；5为涂覆层；
28.参照图3，n1 纤芯折射率；n2 第一包层折射率；n3第二包层折射率；n4第三包层折射率。
29.图4至图6是通过m2测试仪器获得的光斑图，通过对比这三张图，可看出光束焦斑位置的能量密度分布情况，图4和图6中的光纤和半导体激光复合的环形光斑的能量密度分布相较于传统的图5中的环形光斑更加均匀，进而在实际焊接中能够更好的抑制焊接飞溅、能够实现焊缝美观的效果。
30.以上结合具体实施例对本实用新型的技术原理进行了描述。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。