[实用新型]光纤复合光斑激光合束器

说明书

本实用新型揭示了光纤复合光斑激光合束器，包括中空的拉锥成型的管状玻璃波导、均布熔接于管状玻璃波导的管壁截面上的若干外环输入光纤以及合束置于管状玻璃波导的中心位置的若干中央输入光纤、位于管状玻璃波导的管壁拉锥端并熔接缩合的大模场光学传输光纤；由管状玻璃波导管壁和其中心位置输入激光并由大模场光学传输光纤输出激光有效耦合形成复合光斑。本实用新型的优点是可以使同一台激光设备能够调变光斑质量与光斑形态，达到用于不同的激光加工应用，提升同一台激光能同时在不同应用上的效率。

技术领域

本实用新型属于激光设备技术领域，尤其涉及一种光纤复合光斑激光合束器。

背景技术

光纤激光器具有高性能、高效率、高可靠度、低成本等优势特点，低功耗与高可靠度是光纤激光器可以获得成本节省的重要因素，因此在过去的几十年内，光纤激光器在工业材料加工市场发展迅速。主要的光纤激光器应用行业包含激光焊接、激光切割、激光增材制造、激光淬火与熔覆等。

在光纤激光器的加工应用上，激光输出的光斑质量扮演着重要的角色，决定了加工的品质。在激光切割应用上，薄板切割适合使用类单模光斑，厚板切割适合使用平顶式光斑，在激光焊接上也使用平顶式光斑会得到较好的加工品质。然而目前市面上的光纤激光器所输出的光斑质量与光斑形态大多是固定的，无法调变，若是要只使用单一台激光设备，是无法满足所有加工需求的，因此可调式光斑在激光器将会是解决此问题的方法。

市面上主要调变光斑的方式有三种，第一种方式是在光纤激光器外部加装由光学透镜组成的光斑调变器将类单模光斑转为平顶式光斑，不过透镜组容易受到时间与震动的影响，导致透镜偏移影响激光的可靠度；第二种方式是使用两台激光，分别输出两种不同波长与不同光斑的激光，再使用复合加工头将两台激光合并，达到调变的效果，但是这种方式需要两台激光设备以及复合加工头，成本高昂；第三种方式是在光纤激光器中对光纤进行弯折，使得激光在光纤中从单模态耦合至高模态，借此达到调变光斑的效果，然而光纤在重复的受力弯折下容易使得光纤本身的可靠度下降，最终导致激光器受损。

在当前的激光焊接作业中最大的挑战就是在拼焊镀锌钢板时，因为锌的熔点较低，在焊接的过程中，容易形成飞溅与气孔，而大幅度的降低焊缝的强度与可靠性。因此，如何减少激光在焊接过程中焊缝的气孔，同时该设备具有高可靠度、低成本的优点，可以达到单一激光设备，即可输出不同光斑的功能，是激光焊接在高端应用市场上能否普及的重要挑战。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，而提供一种光纤复合光斑激光合束器，从而实现使同一台激光设备能够调变光斑质量与光斑形态，用于不同的激光加工应用。为了达到上述目的，本实用新型技术方案如下：

光纤复合光斑激光合束器，包括中空的拉锥成型的管状玻璃波导、均布熔接于管状玻璃波导的管壁截面上的若干外环输入光纤以及合束置于管状玻璃波导的中心位置的若干中央输入光纤、位于管状玻璃波导的管壁拉锥端并熔接缩合的大模场光学传输光纤；由管状玻璃波导管壁和其中心位置输入激光并由大模场光学传输光纤输出激光有效耦合形成复合光斑。

具体的，所述大模场光学传输光纤包括与管状玻璃波导的管壁拉锥端相对应匹配的环型波导连接端，与管状玻璃波导的中心位置上合束的中央输入光纤相对应匹配的连接光纤。

具体的，若干所述中央输入光纤由管状玻璃波导的中心位置合束输入激光并由连接光纤输出激光形成中心光斑；若干所述外环输入光纤由管状玻璃波导的管壁位置输入激光并由环型波导连接端输出激光形成外环光斑。

具体的，所述管状玻璃波导为石英玻璃材质制成。

具体的，所述管状玻璃波导的管壁中间层的折射率高于其内层与外层的折射率。

与现有技术相比，本实用新型光纤复合光斑激光合束器的有益效果主要体现在：