[发明专利]激光装置以及具备该激光装置的激光加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种在对金属材料等进行加工时使用的激光装置以及具备该激光装置的激光加工装置。

背景技术

近年来，在高功率激光加工领域中，通过使用了掺稀土类元素光纤的激光装置进行加工备受关注。从激光装置输出的激光的波长是1μm带，与以往一直使用的CO₂激光不同，能够进行光纤传输。另外，能够比CO₂激光更微小地聚光，因此适于切断、焊接等的高速加工、精细加工。关于该激光装置，已经有大量的公知技术(例如参照专利文献1)。

图13中示意性地示出现有的激光加工装置100的一例。该激光加工装置100大致由激光装置101、光纤122以及照射光学系统(准直透镜105和聚光透镜106)构成。由激光装置101产生并通过光纤122导光及传输而从出射端103出来的激光104通过准直透镜105和聚光透镜106到达被加工材料107的照射点α。

图14中示出上述激光装置101的现有例。该激光装置101大致由如下部分构成：在芯体的母材中添加有稀土类元素的作为双包层光纤的有源光纤(active fiber)120；形成在该有源光纤120的两端附近并作为激光谐振器的镜而发挥功能的光纤布拉格光栅(fiber bragg grating)(以下简记为FBG)121；多路耦合器(multicoupler)123；多个半导体激光光源126；以及经由连接点129连接至有源光纤120的光纤122。

双包层光纤是在芯体的周围具有双重的包层的光纤。以往，该双包层光纤在芯体的母材中添加稀土类元素等而作为激光介质。内侧的包层具有将芯体内的光封入的作用和将激发芯体内的激光介质的激发光封入的作用这两种作用。外侧的包层具有将激发光封入的作用。

从多个半导体激光光源126出射的激发光经由光纤125和多路耦合器123入射到有源光纤120的内侧包层。在有源光纤120的芯体中产生的激光在两个FBG121之间往复的期间被放大，其一部分从一个FBG121(纸面右侧的FBG121)取出。该激光入射到比连接点129靠下游的光纤122，从输出端103出射到外部空间。此外，作为比连接点129靠下游的光纤122，使用包层为单层的通常的传输用的光纤。如上，将有源光纤用作激光介质的结构的激光装置被称为光纤激光器。

作为光纤122内的光纤截面上的激光的功率密度的空间分布形状，有可能有接近高斯形状的单模式和接近顶帽(top hat)形状的多模式。

在厚度1mm以上的钢的切断这样的微加工中使用2kW以上的输出的激光。在该输出区域中，在单模式下，由于光纤芯体内的受激布里渊散射、拉曼散射所引起的非线性效应，传输时的光损失变大。因此，导致能够传输光纤的距离限于几m左右。因此，在激光加工装置中通常使用能够获得大的光纤传输距离的多模式的光纤激光器。

照射点α处的激光的功率密度的空间分布具有通过由准直透镜105和聚光透镜106形成的照射光学系统将光纤122的出口(激光装置101的出射端103)的功率密度的空间分布成像所得的形状。在光纤122中的功率密度的空间分布为多模式的光纤激光器的情况下，照射点α处的功率密度的空间分布如图15所示那样成为与光纤122内的分布相同的大致均匀的顶帽形状。此外，在图15中，X表示照射点α处的激光距中心O的距离，I表示激光的功率密度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-275792号公报

非专利文献

非专利文献1：P.Hilton,Proceedings of LAMP2009-the5th International Congress on Laser Advanced Materials Processing,2009年

发明内容

发明要解决的问题

然而，在使用现有的具有多模光纤的激光装置进行金属加工时，与利用CO₂激光进行的加工相比，由于在切断、开槽加工中切断面的粗糙度劣化、或者在焊接、堆焊加工中被加工材料的飞散物量变多等原因，有时无法以期待的质量进行加工(例如参照非专利文献1)。该问题特别是在被加工材料厚的情况、切断速度为低速的情况下变得显著。

本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种激光装置和具备该激光装置的激光加工装置，在使用通过光纤传输的高输出的激光对金属等进行加工的激光加工中，能够实现加工面的粗糙度的改善、而且能够实现被加工材料的飞散物量的降低。

用于解决问题的方案