[发明专利]一种多层光纤以及实现双激光输出的激光器系统

说明书

本发明涉及一种多层光纤以及实现双激光输出的激光器系统。该光纤包括自内而外依次同轴设置的内芯层、分隔层、外芯层以及保护介质层；该多层光纤的激光在工作平面上能呈现出中间为实心光斑，外部为环形中空光斑两种形态，并且两种形式的光斑能够单独控制，使得光斑控制更加灵活。同时本发明还提供了一种实现双激光输出的激光器系统，其包括第一激光器、第一准直镜组、第一棱锥镜片、第二棱锥镜片、上述多层光纤、第二激光器、第二准直镜组以及第三准直镜组；该系统能够在激光器端对激光光斑的能量分布进行控制，减少了外部激光加工头的体积，并且光斑可单独控制，控制更加灵活。

技术领域

本发明属于光学设计领域，具体涉及一种多层光纤以及实现双激光输出的激光器系统。

背景技术

激光器是激光加工系统的重要能量源，是产生激光的核心系统。激光器输出激光，一般可以是空间输出或者使用光纤传输输出。为了更适合工业的灵活应用，很多高功率激光器都选择光纤进行传输，比如光纤激光器和半导体激光器。光纤传输激光除了灵活性的优点外，还可以优化光束质量，使作用于工作平面上的激光光斑尺寸更小。基于光纤本身的限制，一般高功率光纤激光器采用的是通过光纤合束器将多个低功率光纤激光进行耦合并输出到一根传输光纤中。传输光纤所输出的激光经过激光加工头的准直镜组和会聚镜组，最终落在工作平面上。在工作平面上产生的光斑根据激光光束焦点位置，其能量分布一般为平顶分布或者高斯分布。

激光光斑的能量分布对激光加工工艺效果影响很大，主要是其能量分布决定的温度场分布。在一些特殊激光加工需求上，特殊的激光光斑能量分布十分重要。

根据光学特性和光纤结构特点，光纤激光器或者半导体光纤输出激光器都可以采用光纤介质进行输出，并且以一定发散角进行输出。

激光光纤传输激光的原理是利用介质折射率的不同，使激光在介质交界处完成全反射，构建不同的光纤介质结构，就可以实现两种激光在该光纤不同结构层中耦合并输出。

现阶段改变激光光斑的能量分布状态主要有以下几种方式：

1.控制激光光束焦点与工作平面的距离(离焦量)，从而改变激光光束落在工作平面上的光斑大小；

2.通过整形镜片将激光光斑的能量分布进行切换，将高斯分布光束整形成平顶分布激光光斑；

3.激光光束整形成环形空心光斑。

但是以上这三种方法都是通过激光加工头的外部整形来实现了激光能量，通过这种方式会使使用成本大大提高，并且激光加工头的尺寸会变得非常大，不适合于实际工业应用。之前还未有公开资料显示直接通过改变激光器结构进行激光光斑能量分布的改变。

发明内容

本发明设计了一种多层光纤，使得通过该多层光纤的激光在工作平面上能呈现出中间为实心光斑，外部为环形中空光斑两种形态，并且两种形式的光斑能够单独控制。

同时，本发明还基于上述多层光纤提供了一种激光系统，该系统的提出在激光器端对就实现了激光光斑的能量分布变化，减少外部激光加工头的体积，并且光斑可单独控制，控制更加灵活。

本发明提供了一种多层光纤，包括自内而外依次同轴设置的内芯层、分隔层、外芯层以及保护介质层；

内芯层、分隔层、外芯层以及保护介质层需满足以下关系：

N_内>N_外>N_分>N_保；