[实用新型]采用2微米锁模高功率光纤激光器的激光加工系统

说明书

技术领域

本实用新型，涉及采用激光技术进行材料加工，特别是涉及一种采用2微米锁模高功率光纤激光器的激光加工系统，用于激光打标、切割、钻孔、焊接加工。

背景技术

高功率超短脉冲激光器在器件和材料的打标、切割、钻孔、焊接等激光加工等工业领域具有广泛的应用。

通常连续和长脉冲激光在进行激光加工过程中由于严重的热效应造成加工的精度比较差，而超短脉冲激光在与材料相互作用过程中具有比较小的热效应积累，因此具有更高的加工精度和更小的尺寸。现有的用于超短脉冲激光加工的激光波长主要是紫外、可见光和近红外的1微米和1.5微米，参见中国发明专利申请CN101327548A公开的一种高重复率光子晶体光纤紫外超短脉冲加工机，中国发明专利CN1970211A公开的不锈钢悬臂梁的飞秒激光加工方法，中国发明专利CN1671504A公开的使用超短脉冲激光的激光加工法和激光加工装置等。

有些加工材料如塑料器件、生物有机材料和含有OH- 的材料等，在2微米左右波长处具有高的吸收特性，因而，如果能使用2微米具有纳秒量级短脉冲宽度的高功率激光，相比前述几种激光波长在这些材料的激光加工（如打标、切割、钻孔、焊接等）中将具有更好的加工性能和加工效率；另外2微米是人眼安全波长。然而，现有2微米具有超短脉冲宽度的激光光源主要是锁模固体激光器和采用非线性光学方法（如OPO 和OPA及差频等）产生的，但由于目前这些2微米高功率激光光源存在着稳定性可靠性差、昂贵、需要复杂的维护等缺点，所以使得2微米波长高功率超短脉冲激光器在工业激光加工等领域的大规模使用几乎是一个空白。

发明内容

本实用新型的发明目的是提供一种采用2微米锁模高功率光纤激光器的激光加工系统，以弥补现有技术中激光加工波长的不足，满足一些对2微米波长激光有特殊吸收特性的材料与器件的激光加工的需求。

为达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：一种采用2微米锁模高功率光纤激光器的激光加工系统，包括激光光源、光纤放大系统、光学处理系统、和控制系统，所述激光光源为2微米波长超短脉冲种子激光器，所述光纤放大系统包括掺铥或掺钬或铥/钬混和掺杂的高功率大模场光纤器, 光学处理系统包括准直和聚焦系统，2微米波长超短脉冲种子激光器作为高功率光纤放大系统的种子激光光源，高功率光纤放大系统输出的激光脉冲经准直和聚焦系统后导入至加工工件上。

根据需要，所述光学处理系统有时还包括振镜。

上述技术方案的系统可用于打标、切割、钻孔、焊接等激光加工，放大后的激光脉冲形成高重复率、高功率的皮秒（10^-12）到飞秒（10^-15）激光脉冲序列，产生的峰值激光功率大于10kW，根据需要，可以设置承载加工工件的平台，激光加工系统和平台之间有相对运动的自由度，该相对运动可以通过设置驱动激光加工系统运动的驱动机构实现，也可以通过设置驱动平台的运动机构实现，还可以分别使激光加工系统和平台运动实现，控制系统同时用于控制光源与加工工件之间的相对位置。

上述技术方案中，所述2微米波长超短脉冲种子激光器采用基于掺铥或掺钬或铥/钬混和掺杂光纤、锁模的光纤激光器，由基于掺铥或掺钬或铥/钬混和掺杂增益光纤、可饱和吸收体或半导体可饱和吸收镜、色散光纤补偿器组成，所述掺铥或铥/钬混和掺杂增益光纤的芯径为4到30微米，数值孔径为0.02到0.30，包层直径为50到400微米，包层数值孔径为0.1到0.8，长度为0.1米到10米，采用0.1到30瓦的高功率半导体激光器作为泵浦激光器。通过调节腔内色散补偿，该锁模激光器可以工作在全孤子、展宽脉冲锁模和全正色散区。

上述技术方案中，所述高功率大模场光纤放大系统由1到3级放大器构成，每一级放大器包括大模场高掺杂浓度的掺铥或掺钬或铥/钬混和掺杂增益光纤和泵浦激光器，光纤的芯径为6到100微米，数值孔径为0.02到0.30，包层直径为50到400微米，包层数值孔径为0.1到0.8，长度为0.1米到8米，泵浦激光器为0.1到500瓦的高功率半导体激光器。根据需要，可以采用单级或多级高功率光纤放大器放大。

上述技术方案中，在2微米波长超短脉冲种子激光器和放大器之间及各级放大器之间设有法拉第光学隔离器。

准直和聚焦系统采用对2微米激光高透射率的光学透镜系统。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：