[发明专利]基于多个光纤输出激光模块的激光加工头

说明书

本发明公开了一种基于多个光纤输出激光模块的激光加工头，包括多个光纤输出激光模块、与光纤输出激光模块一一对应的多个准直透镜、一个聚焦透镜、光纤支架、准直透镜支架、聚焦透镜支架以及管状壳体；所述多个光纤输出激光模块的输出光纤的输出端固定在光纤支架上；所述准直透镜包括至少一片透镜，固定在所述准直透镜支架上；所述聚焦透镜包括至少一片透镜，固定在所述聚焦透镜支架上；所述光纤支架固定在所述管状壳体内部靠近一端，并使光纤输出端面面向所述管状壳体的另一端；避免使用大功率光纤合束器；准直透镜尺寸大幅减小，提升了冷却效果，减小了热透镜效应；聚集透镜的散热能力大幅提升，减少热透镜效应，加工光束质量提升。

技术领域

本发明属于激光技术领域，涉及一种激光加工头，特别是一种基于多个光纤输出激光模块的激光加工头，可广泛应用于激光产业中。

背景技术

目前在大功率激光加工中，当单个光纤输出激光器输出的光功率不能满足要求时，系统构成的方法是将多个光纤输出的激光模块输出的光通过光纤合束器合束到一个光纤中，然后通过光学系统将光纤合束器输出的光整形后成像到加工表面。这种系统的构成方式是：多个小功率激光模块+合束器+激光光学系统。目前，由于光纤输出激光模块使用方便灵活，光纤输出激光模块是主流的产品模式，可以是光纤耦合半导体激光模块，也可以是光纤激光器模块，还可以是固体激光器耦合到光纤中的输出模块。合束器由光纤拉锥技术制成。激光光学系统通常要消色差，以保证工作激光合指示光重合。

在这种激光加工系统中，技术上存在以下问题：首先是热管理风险：1、由于光纤合束功率很大，合束器中微小的泄漏光都会给器件的热管理带来巨大困难，所以，这种合束器的可靠性较差；2、激光光学系统都由多片透镜组成，由于玻璃导热性差，且只能在透镜边缘透镜框处散热，在大功率激光作用下，会产生热透镜效应，使工作点的位置漂移，并且透镜容易损伤。此外，拉锥式光纤合束器使合束光的光束质量劣化比较严重。比如现在常用的1000瓦光纤激光器的输出光的光参数积为0.6毫米毫弧度，7个这种激光器合束后目前最好能做到约4毫米毫弧度，而理论上合束质量有可能达到1.8毫米毫弧度。光束质量的劣化，会增加光学系统的复杂度并降低激光加工质量。

此外，采用光纤合束器制成的大功率激光器的价格昂贵，通常合束后单位功率激光加工是合束前价格的2倍左右。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于多个光纤输出激光模块的激光加工头，避免使用大功率光纤合束器，回避了热集中问题；通过采用多个准直透镜使准直透镜尺寸大幅减小，提升了冷却效果，减小了热透镜效应；通过采用特种冷却透镜框结构，使聚集透镜的散热能力大幅提升，减少热透镜效应，通过对小功率模块进行独立控制，可以实时改变光斑结构提高加工光束质量，降低了系统成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于多个光纤输出激光模块的激光加工头，包括多个光纤输出激光模块、与光纤输出激光模块一一对应的多个准直透镜、一个聚焦透镜、光纤支架、准直透镜支架、聚焦透镜支架以及管状壳体；所述多个光纤输出激光模块的输出光纤的输出端固定在光纤支架上；所述准直透镜包括至少一片透镜，固定在所述准直透镜支架上；所述聚焦透镜包括至少一片透镜，固定在所述聚焦透镜支架上；所述光纤支架固定在所述管状壳体内部靠近一端，并使光纤输出端面面向所述管状壳体的另一端；所述准直透镜支架设置在所述管状壳体的内部并邻近光纤支架，并使准直透镜与相对应的激光模块输出光纤端面一一对应；所述聚焦透镜支架固定在所述管状壳体的内部并邻近准直透镜组支架；固定在所述光纤支架上的诸光纤输出激光模块的输出光纤端面发出的光通过所述固定在准直透镜组支架上的与之对应的准直透镜后，经固定在所述聚焦透镜支架上的聚焦透镜后，共同形成激光加工光斑。