专利名称：线偏振脉冲光纤激光加工装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于工业加工的线偏振脉冲光纤激光加工装置，属于激光技术领域。
背景技术：
随着相关技术的发展，激光加工技术作为现代工业高科技加工技术的代表，已经被广泛地应用于标记、切割、焊接、打孔、涂覆等工业领域。发展于上世纪90年代的光纤激光器，与传统的CO2激光器和固体激光器相比，具有体积小、能耗低、光束质量高好、效率高、 稳定性高、免维护等特点，正在逐步取代传统激光器在工业加工中的地位。其中，具有高重复频率、高峰值功率、高单脉冲能量的脉冲光纤激光器在激光微加工、激光标记、激光切割、 激光焊接等方面备受关注。然而，不稳定的种子源经过增益光纤放大会产生非信号光的高能量脉冲，不仅不利于加工应用，相反还会严重威胁包括种子源、泵浦源在内的甚至整个激光加工系统的安全。其次，在加工过程中，被工件表面反射的光的一部分会进入激光器，可能会损坏器件，甚至烧毁光纤。再者，目前受关键器件造价较高的限制，市场上的工业用脉冲光纤激光器的成本也很高，也限制了其应用的普及性。所以，需要具有高稳定性、高光束质量、加工中可防止反射光且造价成本低的脉冲光纤激光器。
发明内容
本发明鉴于上述问题点而做出，其目的在于提供一种稳定性高、成本低且具有防反射光功能的用于工业加工的线偏振脉冲光纤激光加工装置。为了达到上述目的，本发明提供一种线偏振脉冲光纤激光加工装置，包括线偏振固体激光器，用于产生线偏振脉冲激光；多个放大级单元，分别包括偏振相关隔离器、泵浦源、偏振相关合束器以及双包层保偏光纤，对由所述线偏振固体激光器输出的线偏振脉冲激光进行放大；以及依次配置在所述多个放大级单元的最终输出端一侧的偏振相关准直隔离器、偏振分光器和λ /4波片，使得从所述多个放大级单元输出的经放大的激光经过所述偏振相关准直隔离器、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轴返回的激光经过所述λ/4波片之后，其偏振方向变成与原偏振方向垂直，从而被所述偏振分光器向与光轴垂直的方向反射。此外，优选的是，所述线偏振固体激光器包括依次配置的线偏振固体激光模块、扩束准直镜、聚焦透镜以及耦合输出光纤。另外，优选的是，所述线偏振固体激光器的耦合输出光纤和所述多个放大级单元中的第一级放大单元的偏振相关隔离器的入纤通过拉锥法熔接以实现模场匹配。再者，优选的是，所述多个放大级单元之间采用模场匹配的光纤端面熔接。另外，优选的是，所述多个放大级单元中的前一个放大级单元的偏振相关合束器和后一个放大级单元的偏振相关合束器的泵浦输入端，根据所需要的泵浦总功率增加入纤
3数量或者提高单臂泵浦功率。 根据如上所述的本发明，可实现稳定性高、成本低且带有防反射功能的用于工业加工的线偏振脉冲光纤激光加工装置。
图1是表示本发明涉及的用于工业加工的线偏振脉冲光纤激光加工装置整体结构的图。图2是表示上述线偏振脉冲光纤激光加工装置中的线偏振固体激光器1的内部结构的图。附图标记说明1、线偏振固体激光器，3、预放大级泵浦源，5、预放大级双包层保偏光纤，7、主放大级泵浦源，9、主放大级双包层保偏光纤，11、偏振分光器，13、光吸收体，15、线偏振固体激光模块，17、聚焦透镜，
2、预放大级偏振相关隔离器， 4、预放大级偏振相关合束器， 6、主放大级偏振相关隔离器， 8、主放大级偏振相关合束器， 10、偏振相关准直隔离器， 12、λ/4 波片， 14、被加工件， 16、扩束准直镜， 18、耦合输出光纤。
具体实施例方式下面，结合图1、图2详细说明本发明的具体实施方式
。图1是表示本发明涉及的用于工业加工的线偏振脉冲光纤激光加工装置的整体结构的图，图2是表示上述线偏振脉冲光纤激光加工装置中的线偏振固体激光器1的内部结构的图。如图1所示，本实施方式涉及的线偏振脉冲光纤激光加工装置包括线偏振固体激光器1 ；由预放大级偏振相关隔离器2、预放大级泵浦源3、预放大级偏振相关合束器4以及预放大级双包层保偏光纤5等构成的预放大级单元；由主放大级偏振相关隔离器6、主放大级泵浦源7、主放大级偏振相关合束器8、主放大级双包层保偏光纤9等构成的主放大级单元；以及依次连接在上述主放大级单元的加工件一侧的偏振相关准直隔离器10、偏振分光器11、λ /4波片12以及光吸收体13等。由线偏振固体激光器1产生的线偏振激光进入到预放大级单元。在该预放大级单元中，上述线偏振激光经过预放大级偏振相关隔离器2之后，进入预放大级泵浦源3进行泵浦。该预放大级偏振相关隔离器2是允许光向一个方向通过而阻止向相反方向通过的无源器件，其作用是对光的行进方向进行限制，使光只能单方向传输，通过光纤回波反射回来的光能够被隔离器很好地隔离，从而提高光波的传输效率，防止光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源以及光路系统产生的不良影响。之后，从预放大级泵浦源3出射的泵浦光进入预放大级偏振相关合束器4。该预放大级偏振相关合束器4是一种端面泵浦器件，它具有高耦合效率，便于和其它光纤器件构成无缝连接，用于将泵浦光耦合进预放大级双包层保偏光纤5。然后，经过预放大级偏振相关合束器4的泵浦光在预放大级双包层保偏光纤5中传播，同时被预放大级双包层保偏光纤5中的激光工作物质吸收而产生一级放大脉冲激光。然后，由上述预放大级单元产生的激光进入主放大级单元。主放大级单元的构成与上述预放大级单元的构成基本相同，也是由偏振相关隔离器、泵浦源、偏振相关合束器、双包层保偏光纤等构成。在主放大级单元中，激光经过主放大级偏振相关隔离器6后进入主放大级泵浦源7进行泵浦。其中，主放大级偏振相关隔离器6 是允许光向一个方向通过而阻止向相反方向通过的无源器件，其作用是对光的方向进行限制，使光只能单方向传输，从而使通过光纤回波反射回来的光能够被隔离器很好地隔离，提高光波的传输效率，由此防止光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源以及光路系统产生的不良影响。之后，从主放大级泵浦源7出射的泵浦光进入主放大级偏振相关合束器8，该主放大级偏振相关合束器8是一种端面泵浦器件，它具有高耦合效率，便于和其它光纤器件构成无缝连接，用于将泵浦光耦合进主放大级双包层保偏光纤9。然后，经过该主放大级偏振相关合束器8的泵浦光在主放大级双包层保偏光纤9中传播，同时该泵浦光被主放大级双包层保偏光纤9中的激光工作物质吸收而产生次级放大脉冲激光。接着，所产生的激光进入偏振相关准直隔离器10后，从偏振相关准直隔离器10的输出端得到的依旧是线偏振脉冲激光。该偏振相关准直隔离器10用于防止经过增益光纤放大后可能产生的高能量脉冲等后向传输光损坏光源以及光路系统。之后，经由偏振相关准直隔离器10的线偏振脉冲激光，依次通过偏振分光器11和 λ /4波片12而变成圆偏振光之后，照射在被加工件14的表面上进行激光加工。在加工过程中，一部分光被加工件14的表面反射后沿原路返回，依次进入λ/4波片12变为线偏振光。在此，其偏振方向变为与原偏振方向垂直的方向，因此，当其进入偏振分光器11时，被偏振分光器11分离到朝向光吸收体13的方向，并且被光吸收体13吸收，从而达到防反射光的效果。在上述预放大级单元和主放大级单元中，各偏振相关隔离器2、6的输出端分别与各偏振相关合束器4、8的信号输入端相熔接，并且，各泵浦源3、7的尾纤与各偏振相关合束器4、8的泵浦入纤相熔接。此外，各偏振相关合束器4、8的输出端与各双包层保偏光纤5、 9的一端相熔接。而且，预放大级双包层保偏光纤6的另一端与主放大级偏振相关隔离器6 的入纤相熔接；主放大级双包层保偏光纤9的另一端与偏振相关准直隔离器10的入纤相熔接，由此，在偏振相关准直隔离器10的输出端可获得线偏振脉冲激光。另外，以上所有熔接处两端的光纤均优选为芯径匹配光纤。再者，在本实施方式中例举了对激光进行二级放大的线偏振脉冲光纤激光加工装置，但本发明并不限定激光放大的级数，可根据所需激光功率选择多级的放大结构，其中， 每一级均可由偏振相关隔离器、偏振相关合束器、泵浦源和双包层保偏光纤构成。进一步，参照图2举例说明上述线偏振脉冲光纤激光加工装置中的线偏振固体激光器1的内部结构。如图2所示，作为整体脉冲光纤激光器的种子源单元的线偏振固体激光器1包括依次配置的线偏振固体激光模块15、扩束准直镜16、聚焦透镜17以及耦合输出光纤18。在此基，从线偏振固体激光模块15输出的线偏振脉冲激光，经过扩束准直镜16以及聚焦透镜 17后，进入到耦合输出光纤18。此外，上述耦合输出光纤18和预放大级偏振相关隔离器2 的入纤可通过拉锥法等熔接在一起。线偏振固体激光器1不限定于上述结构，只要能够输出线偏振脉冲光的激光器即可。另外，上述的预放大级泵浦源3和主放大级泵浦源7可以是光纤耦合输出方式。此外，上述预放大级偏振相关合束器4和主放大级偏振相关合束器8的泵浦输入端，可根据需要的泵浦总功率来增加入纤的数量或者提高单臂泵浦功率。如上所述，根据本发明的线偏振脉冲光纤激光加工装置，可以产生高稳定性、高光束质量的激光，并且具有防反射光功能，且制造成本低。在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进和变形，都落在本发明的保护范围内，本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定，任何在此范围内变更及变形，都落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种线偏振脉冲光纤激光加工装置，包括线偏振固体激光器，用于产生线偏振脉冲激光；多个放大级单元，分别包括偏振相关隔离器、泵浦源、偏振相关合束器以及双包层保偏光纤，对由所述线偏振固体激光器输出的线偏振脉冲激光进行放大；以及依次配置在所述多个放大级单元的最终输出端一侧的偏振相关准直隔离器、偏振分光器和λ /4波片，使得从所述多个放大级单元输出的经放大的激光经过所述偏振相关准直隔离器、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轴返回的激光经过所述λ/4波片之后，其偏振方向变成与原偏振方向垂直，从而被所述偏振分光器向与光轴垂直的方向反射。
2.根据权利要求1所述的线偏振脉冲光纤激光加工装置，其中，所述线偏振固体激光器包括依次配置的线偏振固体激光模块、扩束准直镜、聚焦透镜以及耦合输出光纤。
3.根据权利要求2所述的线偏振脉冲光纤激光加工装置，其中，所述线偏振固体激光器的耦合输出光纤和所述多个放大级单元中的第一级放大单元的偏振相关隔离器的入纤通过拉锥法熔接以实现模场匹配。
4.根据权利要求1所述的线偏振脉冲光纤激光加工装置，其中，所述多个放大级单元之间采用模场匹配的光纤端面熔接。
5.根据权利要求1所述的线偏振脉冲光纤激光加工装置，其中，所述多个放大级单元中的前一个放大级单元的偏振相关合束器和后一个放大级单元的偏振相关合束器的泵浦输入端，根据所需要的泵浦总功率增加入纤数量或者提高单臂泵浦功率。
全文摘要
本发明提供一种线偏振脉冲光纤激光加工装置，其包括线偏振固体激光器，用于产生线偏振脉冲激光；多个放大级单元，分别包括偏振相关隔离器、泵浦源、偏振相关合束器以及双包层保偏光纤；以及依次配置在所述多个放大级单元的最终输出端一侧的偏振相关准直隔离器、偏振分光器和λ/4波片，使得从所述多个放大级单元输出的经放大的激光经过所述偏振相关准直隔离器、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轴返回的激光经过所述λ/4波片之后，其偏振方向变成与原偏振方向垂直，从而被所述偏振分光器向与光轴垂直的方向反射。根据本发明的线偏振脉冲激光器，其稳定性高、成本低且带有防反射光功能。
文档编号G02B6/26GK102248286SQ201110164379
公开日2011年11月23日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者于峰, 代京京, 史元魁, 王智勇, 王有顺, 葛廷武, 陈玉士 申请人:北京工业大学, 山西飞虹激光科技有限公司