專利名稱：全光纖結(jié)構(gòu)線偏振脈沖光纖激光加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)加工的全光纖結(jié)構(gòu)線偏振脈沖光纖激光加工裝置，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，激光加工技術(shù)作為現(xiàn)代工業(yè)高科技加工技術(shù)的代表，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于標(biāo)記、切割、焊接、打孔、涂覆等工業(yè)領(lǐng)域。發(fā)展于上世紀(jì)90年代的光纖激光器，與傳統(tǒng)的CO2激光器和固體激光器相比，具有體積小、能耗低、光束質(zhì)量高好、效率高、 穩(wěn)定性高、免維護(hù)等特點(diǎn)，正在逐步取代傳統(tǒng)激光器在工業(yè)加工中的地位。其中，具有高重復(fù)頻率、高峰值功率、高單脈沖能量的脈沖光纖激光器在激光微加工、激光標(biāo)記、激光切割、 激光焊接等方面?zhèn)涫荜P(guān)注。然而，不穩(wěn)定的種子源經(jīng)過增益光纖放大會產(chǎn)生非信號光的高能量脈沖，不僅不利于加工應(yīng)用，相反還會嚴(yán)重威脅包括種子源、泵浦源在內(nèi)的甚至整個(gè)激光加工系統(tǒng)的安全。其次，在加工過程中，被工件表面反射的光的一部分會進(jìn)入激光器，可能會損壞器件，甚至燒毀光纖。再者，目前受關(guān)鍵器件造價(jià)較高的限制，市場上的工業(yè)用脈沖光纖激光器的成本也很高，也限制了其應(yīng)用的普及性。所以，需要具有高穩(wěn)定性、高光束質(zhì)量、結(jié)構(gòu)緊湊、加工中可防止反射光且造價(jià)成本低的脈沖光纖激光器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題點(diǎn)而做出，其目的在于提供一種穩(wěn)定性高、成本低且具有防反射光功能的用于工業(yè)加工的、全光纖結(jié)構(gòu)的線偏振脈沖光纖激光加工裝置。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種全光纖結(jié)構(gòu)線偏振脈沖光纖激光加工裝置， 包括光纖激光器，用于產(chǎn)生脈沖激光；多個(gè)放大級單元，分別包括偏振相關(guān)隔離器、泵浦源、偏振相關(guān)合束器以及雙包層保偏光纖，對由所述線偏振固體激光器輸出的線偏振脈沖激光進(jìn)行放大；以及依次配置在所述多個(gè)放大級單元的最終輸出端一側(cè)的偏振相關(guān)準(zhǔn)直隔離器、偏振分光器和λ /4波片，使得從所述多個(gè)放大級單元輸出的經(jīng)放大的激光經(jīng)過所述偏振相關(guān)準(zhǔn)直隔離器、偏振分光器和λ /4波片之后照射在被加工件上，而且，由所述被加工物件反射而沿光軸返回的激光經(jīng)過所述λ/4波片之后，其偏振方向變成與原偏振方向垂直，從而被所述偏振分光器向與光軸垂直的方向反射。此外，優(yōu)選的是，所述光纖激光器包括依次配置的泵浦源、高反射率光纖光柵、雙包層光纖、光纖聲光Q開關(guān)、透射式光纖光柵。另外，優(yōu)選的是，所述光纖激光器的耦合輸出光纖和所述多個(gè)放大級單元中的第一級放大單元的偏振相關(guān)隔離器的入纖通過拉錐法熔接以實(shí)現(xiàn)模場匹配。再者，優(yōu)選的是，所述多個(gè)放大級單元之間采用模場匹配的光纖端面熔接。另外，優(yōu)選的是，所述多個(gè)放大級單元中的前一個(gè)放大級單元的偏振相關(guān)合束器和后一個(gè)放大級單元的偏振相關(guān)合束器的泵浦輸入端，根據(jù)所需要的泵浦總功率增加入纖數(shù)量或者提高單臂泵浦功率。根據(jù)如上所述的本發(fā)明，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性高、成本低且?guī)в蟹婪瓷涔δ艿挠糜诠I(yè)加工的線偏振脈沖光纖激光加工裝置。


圖1是表示本發(fā)明涉及的用于工業(yè)加工的全光纖結(jié)構(gòu)的線偏振脈沖光纖激光加工裝置整體結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示上述全光纖結(jié)構(gòu)的光纖激光加工裝置中的光纖激光器1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。附圖標(biāo)記說明1、光纖激光器，3、預(yù)放大級泵浦源，5、預(yù)放大級雙包層保偏光纖，7、主放大級泵浦源，9、主放大級雙包層保偏光纖，11、偏振分光器，13、光吸收體，15、泵浦源17、雙包層光纖，19、透射式光纖光柵。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合圖1、圖2詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。圖1是表示本發(fā)明涉及的用于工業(yè)加工的全光纖結(jié)構(gòu)的線偏振脈沖光纖激光加工裝置的整體結(jié)構(gòu)的圖，圖2是表示上述全光纖結(jié)構(gòu)的線偏振脈沖光纖激光加工裝置中的光纖激光器1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。如圖1所示，本實(shí)施方式涉及的線偏振脈沖光纖激光加工裝置包括光纖激光器 1 ；由預(yù)放大級偏振相關(guān)隔離器2、預(yù)放大級泵浦源3、預(yù)放大級偏振相關(guān)合束器4以及預(yù)放大級雙包層保偏光纖5等構(gòu)成的預(yù)放大級單元；由主放大級偏振相關(guān)隔離器6、主放大級泵浦源7、主放大級偏振相關(guān)合束器8、主放大級雙包層保偏光纖9等構(gòu)成的主放大級單元；以及依次連接在上述主放大級單元的加工件一側(cè)的偏振相關(guān)準(zhǔn)直隔離器10、偏振分光器11、 λ /4波片12以及光吸收體13等。由光纖激光器1產(chǎn)生的脈沖激光進(jìn)入到預(yù)放大級單元。在該預(yù)放大級單元中，上述線偏振激光經(jīng)過預(yù)放大級偏振相關(guān)隔離器2之后，進(jìn)入預(yù)放大級泵浦源3進(jìn)行泵浦。該預(yù)放大級偏振相關(guān)隔離器2是允許光向一個(gè)方向通過而阻止向相反方向通過的無源器件，其作用是對光的行進(jìn)方向進(jìn)行限制，使光只能單方向傳輸，通過光纖回波反射回來的光能夠被隔離器很好地隔離，從而提高光波的傳輸效率，防止光路中由于各種原因產(chǎn)生的后向傳輸光對光源以及光路系統(tǒng)產(chǎn)生的不良影響。之后，從預(yù)放大級泵浦源3出射的泵浦光進(jìn)入預(yù)放大級偏振相關(guān)合束器4。該預(yù)放
2、預(yù)放大級偏振相關(guān)隔離器， 4、預(yù)放大級偏振相關(guān)合束器， 6、主放大級偏振相關(guān)隔離器， 8、主放大級偏振相關(guān)合束器， 10、偏振相關(guān)準(zhǔn)直隔離器， 12、λ/4 波片， 14、被加工件， 16、高反射率光纖光柵， 18、光纖聲光Q開關(guān)大級偏振相關(guān)合束器4是一種端面泵浦器件，它具有高耦合效率，便于和其它光纖器件構(gòu)成無縫連接，用于將泵浦光耦合進(jìn)預(yù)放大級雙包層保偏光纖5。然后，經(jīng)過預(yù)放大級偏振相關(guān)合束器4的泵浦光在預(yù)放大級雙包層保偏光纖5中傳播，同時(shí)被預(yù)放大級雙包層保偏光纖5中的激光工作物質(zhì)吸收而產(chǎn)生一級放大脈沖激光。然后，由上述預(yù)放大級單元產(chǎn)生的激光進(jìn)入主放大級單元。主放大級單元的構(gòu)成與上述預(yù)放大級單元的構(gòu)成基本相同，也是由偏振相關(guān)隔離器、泵浦源、偏振相關(guān)合束器、雙包層保偏光纖等構(gòu)成。在主放大級單元中，激光經(jīng)過主放大級偏振相關(guān)隔離器6后進(jìn)入主放大級泵浦源7進(jìn)行泵浦。其中，主放大級偏振相關(guān)隔離器6 是允許光向一個(gè)方向通過而阻止向相反方向通過的無源器件，其作用是對光的方向進(jìn)行限制，使光只能單方向傳輸，從而使通過光纖回波反射回來的光能夠被隔離器很好地隔離，提高光波的傳輸效率，由此防止光路中由于各種原因產(chǎn)生的后向傳輸光對光源以及光路系統(tǒng)產(chǎn)生的不良影響。之后，從主放大級泵浦源7出射的泵浦光進(jìn)入主放大級偏振相關(guān)合束器8，該主放大級偏振相關(guān)合束器8是一種端面泵浦器件，它具有高耦合效率，便于和其它光纖器件構(gòu)成無縫連接，用于將泵浦光耦合進(jìn)主放大級雙包層保偏光纖9。然后，經(jīng)過該主放大級偏振相關(guān)合束器8的泵浦光在主放大級雙包層保偏光纖9中傳播，同時(shí)該泵浦光被主放大級雙包層保偏光纖9中的激光工作物質(zhì)吸收而產(chǎn)生次級放大脈沖激光。接著，所產(chǎn)生的激光進(jìn)入偏振相關(guān)準(zhǔn)直隔離器10后，從偏振相關(guān)準(zhǔn)直隔離器10的輸出端得到的依舊是線偏振脈沖激光。該偏振相關(guān)準(zhǔn)直隔離器10用于防止經(jīng)過增益光纖放大后可能產(chǎn)生的高能量脈沖等后向傳輸光損壞光源以及光路系統(tǒng)。之后，經(jīng)由偏振相關(guān)準(zhǔn)直隔離器10的線偏振脈沖激光，依次通過偏振分光器11和 λ /4波片12而變成圓偏振光之后，照射在被加工件14的表面上進(jìn)行激光加工。在加工過程中，一部分光被加工件14的表面反射后沿原路返回，依次進(jìn)入λ/4波片12變?yōu)榫€偏振光。在此，其偏振方向變?yōu)榕c原偏振方向垂直的方向，因此，當(dāng)其進(jìn)入偏振分光器U時(shí)，被偏振分光器11分離到朝向光吸收體13的方向，并且被光吸收體13吸收，從而達(dá)到防反射光的效果。在上述預(yù)放大級單元和主放大級單元中，各偏振相關(guān)隔離器2、6的輸出端分別與各偏振相關(guān)合束器4、8的信號輸入端相熔接，并且，各泵浦源3、7的尾纖與各偏振相關(guān)合束器4、8的泵浦入纖相熔接。此外，各偏振相關(guān)合束器4、8的輸出端與各雙包層保偏光纖5、 9的一端相熔接。而且，預(yù)放大級雙包層保偏光纖6的另一端與主放大級偏振相關(guān)隔離器6 的入纖相熔接；主放大級雙包層保偏光纖9的另一端與偏振相關(guān)準(zhǔn)直隔離器10的入纖相熔接，由此，在偏振相關(guān)準(zhǔn)直隔離器10的輸出端可獲得線偏振脈沖激光。另外，以上所有熔接處兩端的光纖均優(yōu)選為芯徑匹配光纖。再者，在本實(shí)施方式中例舉了對激光進(jìn)行二級放大的線偏振脈沖光纖激光加工裝置，但本發(fā)明并不限定激光放大的級數(shù)，可根據(jù)所需激光功率選擇多級的放大結(jié)構(gòu)，其中， 每一級均可由偏振相關(guān)隔離器、偏振相關(guān)合束器、泵浦源和雙包層保偏光纖構(gòu)成。進(jìn)一步，參照圖2舉例說明上述線偏振脈沖光纖激光加工裝置中的線偏光纖激光器1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如圖2所示，作為整體脈沖光纖激光器的種子源單元的光纖激光器1包括依次配置的泵浦源15、高反射率光纖光柵16、雙包層光纖17、光纖聲光Q開關(guān)18以及透射式光纖光柵19。高反射率光纖光柵16和透射式光纖光柵19構(gòu)成諧振腔，泵浦源15為其提供泵浦能量，雙包層光纖17為增益介質(zhì)，光纖聲光Q開關(guān)18調(diào)節(jié)腔內(nèi)Q值以產(chǎn)生脈沖激光。此外，光纖激光器1其輸出端光纖與預(yù)放大級隔離器( 的輸入端熔接，光纖激光器1不限定于上述結(jié)構(gòu)，只要能夠輸出脈沖光的光纖激光器即可。另外，上述的預(yù)放大級泵浦源3和主放大級泵浦源7可以是光纖耦合輸出方式。此外，上述預(yù)放大級偏振相關(guān)合束器4和主放大級偏振相關(guān)合束器8的泵浦輸入端，可根據(jù)需要的泵浦總功率來增加入纖的數(shù)量或者提高單臂泵浦功率。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的線偏振脈沖光纖激光加工裝置，可以產(chǎn)生高穩(wěn)定性、高光束質(zhì)量的激光，并且具有防反射光功能，且制造成本低。在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)和變形，而這些改進(jìn)和變形，都落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的具體描述只是更好的解釋本發(fā)明的目的，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求及其等同物限定，任何在此范圍內(nèi)變更及變形，都落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種全光纖結(jié)構(gòu)線偏振脈沖光纖激光加工裝置，包括光纖激光器，用于產(chǎn)生脈沖激光；多個(gè)放大級單元，分別包括偏振相關(guān)隔離器、泵浦源、偏振相關(guān)合束器以及雙包層保偏光纖，對由所述光纖激光器輸出的脈沖激光進(jìn)行放大；以及依次配置在所述多個(gè)放大級單元的最終輸出端一側(cè)的偏振相關(guān)準(zhǔn)直隔離器、偏振分光器和λ /4波片，使得從所述多個(gè)放大級單元輸出的經(jīng)放大的激光經(jīng)過所述偏振相關(guān)準(zhǔn)直隔離器、偏振分光器和λ /4波片之后照射在被加工件上，而且，由所述被加工物件反射而沿光軸返回的激光經(jīng)過所述λ/4波片之后，其偏振方向變成與原偏振方向垂直，從而被所述偏振分光器向與光軸垂直的方向反射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖結(jié)構(gòu)線偏振脈沖光纖激光加工裝置，其中，所述光纖激光器包括依次配置的泵浦源、高反射率光纖光柵、雙包層光纖、光纖聲光Q 開關(guān)、透射式光纖光柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全光纖結(jié)構(gòu)線偏振脈沖光纖激光加工裝置，其中，所述光纖激光器的耦合輸出光纖和所述多個(gè)放大級單元中的第一級放大單元的偏振相關(guān)隔離器的入纖通過拉錐法熔接以實(shí)現(xiàn)模場匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖結(jié)構(gòu)線偏振脈沖光纖激光加工裝置，其中，所述多個(gè)放大級單元之間采用模場匹配的光纖端面熔接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖結(jié)構(gòu)線偏振脈沖光纖激光加工裝置，其中，所述多個(gè)放大級單元中的前一個(gè)放大級單元的偏振相關(guān)合束器和后一個(gè)放大級單元的偏振相關(guān)合束器的泵浦輸入端，根據(jù)所需要的泵浦總功率增加入纖數(shù)量或者提高單臂泵浦功率。
全文摘要
提供一種全光纖結(jié)構(gòu)線偏振脈沖光纖激光加工裝置，其包括光纖激光器，用于產(chǎn)生脈沖激光；多個(gè)放大級單元，分別包括偏振相關(guān)隔離器、泵浦源、偏振相關(guān)合束器以及雙包層保偏光纖；以及依次配置在所述多個(gè)放大級單元的最終輸出端一側(cè)的偏振相關(guān)準(zhǔn)直隔離器、偏振分光器和λ/4波片，使得從所述多個(gè)放大級單元輸出的經(jīng)放大的激光經(jīng)過所述偏振相關(guān)準(zhǔn)直隔離器、偏振分光器和λ/4波片之后照射在被加工件上，而且，由所述被加工物件反射而沿光軸返回的激光經(jīng)過所述λ/4波片之后，其偏振方向變成與原偏振方向垂直，從而被所述偏振分光器向與光軸垂直的方向反射。根據(jù)本發(fā)明的線偏振脈沖激光器，其穩(wěn)定性高、成本低且?guī)в蟹婪瓷涔夤δ堋?br> 文檔編號B23K26/00GK102240846SQ20111016467
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者于峰, 代京京, 史元魁, 王智勇, 王有順, 葛廷武, 陳玉士 申請人:北京工業(yè)大學(xué), 山西飛虹激光科技有限公司