[发明专利]光纤激光器及激光控制方法

说明书

一种多波长辅助光纤激光器系统，具体是一套将两种或多种不同波长输出的半导体激光器通过一个光纤泵浦合束器合束后传输至光纤增益腔中,利用增益光纤对泵浦光有选择性吸收的特点,使激光器形成三种不同的工作状态。为了使得辅助激光更加的均匀或是满足特定的分布，建立了一套控制各个激光器的控制方法，实现优质的激光输出。

技术领域

本申请涉及光纤激光技术领域，尤其涉及一种多波长辅助光纤激光器系统及激光控制方式。

背景技术

将光纤激光用于材料加工是相当普遍的，但在光纤激光对材料进行加热加工时，由于光纤激光加工热区小的特点，造成加工点与周围非加工区域的温差巨大，由此会产生激光频率与材料间的共振，引起材料飞溅的现象，严重影响加工效果，介于这个问题，产生了复合式激光加工工艺，即在高能量密度激光加工的同时，另外用均匀的激光能量改变加工点周围材料的温度，让材料避开与激光频率的共振点。现有的复合加工方式是分别使用两台光纤激光器与半导体激光器，通过聚焦镜片等外光路将两台激光器输出的光束聚焦在加工材料表面上。

现有的传统复合激光加工方式是分别使用两台光纤激光器与半导体激光器，通过聚焦镜片等外光路将两台激光器输出的光束聚焦在加工材料表面上，实现对材料的复合激光加工。需要两台不同的独立激光器，没有统一的控制软件，各自都需要单独进行控制，在精密的工艺调试中，无法实现较高的一致性；这种双机联动的形式必需要两组光学聚焦镜头，使用与维护成本较高。外光路的耦合方式决定了两种光束来自不同的入射角度，这会导致非焦点激光会在工件表面形成不规则的椭圆光斑，从而造成能量分布不均匀的现象。

在一些快速加工时，需要反复在不同位置精确的切换加热光场的状态，用以精确调节非加工区域的频率，即需要在特定的位置连续的切换加热光束的工作状态，而当采用两台不同独立激光器时，由于两种设备之间的协调具有延迟，没有办法在快速加工中，连续准确的切换加热模式。

另外现有的用均匀的激光能量改变加工点周围材料的温度，由于激光光场输出的分布往往具有一定的不均匀性和不规则性，可能导致能量的浪费，而均匀的光场分布或特定的辅助光场分布也许对光纤激光光束的加工具有更有益的辅助作用，通常采用均匀的光场分布，也可以接近光纤基模输出的0阶贝塞尔函数分布的辅助光束，可能具有与光纤激光的加工光束有更好的兼容性。

发明内容

一种多波长辅助光纤激光器系统，用于产生三种不同的激光输出光束，所述系统包括：N1个976nm半导体激光模块(N1为大于等于1的正整数，优选的大于1)；N2个可见光波长半导体模块(N2为大于等于1的正整数，优选的大于1)；一个正向(N1+N2)+1光纤泵浦合束器；光纤增益腔；一根光纤输出光缆；激光器控制系统；N1个976nm半导体激光模块用于提供激光器增益腔吸收的976nm泵浦激光；N2个可见光波长半导体激光模块用于提供激光器增益腔不吸收的激光,作为辅助光束；一个正向(N1+N2)+1光纤泵浦合束器用于将N1个976nm半导体激光模块与N2个可见光波长半导体模块输出的激光合束至一根包层低NA(小于等于0.22)的GDF光纤中；光纤增益腔由一对包层低NA(小于等于0.22)光纤光栅(HR与OC)与包层低NA(小于等于0.22)掺镱光纤(YDF)组成,用于吸收由正向(N1+N2)+1光纤泵浦合束器传输来的976半导体激光模块输出的泵浦激光,进行增益放大产生由纤芯传输的主光束(1070nm)；一根光纤输出光缆是由一根包层NA约为0.22的传输光纤制成的QBH输出光缆,用于将光纤增益腔中产生的1070nm主激光光束(经纤芯)与可见光波长半导体模块发出的辅助可见光光束(经包层)传输至工件表面；激光器控制系统分为控制系统硬件(电路板)与控制系统软件两部分,其中控制系统软件由两个各自独立控制系统组成——控制976nm半导体激光模块的主光束控制系统与控制可见光波长半导体激光模块的辅助光束控制系统，通过两种光束控制系统的配合实现三种不同激光光束的能量强度、工作时间、脉冲频率等输出方式的多种搭配。