一种双波长激光装置

摘要

本发明提供了一种双波长激光装置，包括泵浦单元，反射单元，第一耦合单元，第二耦合单元，半导体激光输出单元和光纤激光输出单元，泵浦单元用于发射光源，在反射单元的两个不同输出端上分别连接有第一耦合单元和第二耦合单元，反射单元可对光束进行反射和/或透射，半导体激光输出单元可将第一耦合单元输出的光束增益为半导体激光并输出，以使得双波长激光装置可输出半导体激光；光纤激光输出单元可将第二耦合单元输出的光束增益为光纤激光并输出，本发明通过将两种激光输出单元共用同一泵浦源，并将反射单元设置为具有透射输出端和反射输出端的两个不同的输出接口，以使得同一设备可输出两种不同波长的激光，提高了激光装置的应用场合。

权利要求

1.一种双波长激光装置，其特征在于，包括泵浦单元，准直单元，反射单元，第一耦合单元，第二耦合单元，半导体激光输出单元和光纤激光输出单元；所述泵浦单元的输出端与所述准直单元连接，所述准直单元位于所述泵浦单元与所述反射单元之间，所述反射单元内设有45°反射镜片，所述第一耦合单元和所述第二耦合单元分别位于所述反射单元的两个不同输出端上；所述半导体激光输出单元与所述第一耦合单元相连接，所述半导体激光输出单元用于将所述第一耦合单元输出的光束经传输光纤以半导体激光的形式输出；所述光纤激光输出单元与所述第二耦合单元相连接，所述光纤激光输出单元用于将所述第二耦合单元输出的光束增益为光纤激光并输出。

2.根据权利要求1所述的双波长激光装置，其特征在于，所述45°反射镜片为45°平面反射镜；反射单元还包括控制器，所述控制器与所述平面反射镜连接，所述控制器用于向所述反射单元发送电信号控制所述平面反射镜在开启状态与关闭状态之间自由切换，以使得所述反射单元将泵浦光能量直接传输至所述第一耦合单元或将泵浦光能量反射至所述第二耦合单元。

3.根据权利要求2所述的双波长激光装置，其特征在于，所述反射单元还包括第一固定部，所述平面反射镜设置在所述第一固定部上，所述第一固定部包括用于水冷的第一水冷管道。

4.根据权利要求1所述的双波长激光装置，其特征在于，所述反射单元包括反射镜和设置在所述反射镜表面的镀膜层，所述镀膜层可使得预设比例的泵浦光能量由所述反射镜透射至所述第一耦合单元、剩余比例的泵浦光能量由所述反射镜反射至所述第二耦合单元。

5.根据权利要求4所述的双波长激光装置，其特征在于，所述预设比例的数值大小与所述镀膜层的材料和厚度相关。

6.根据权利要求4所述的双波长激光装置，其特征在于，所述镀膜层为全反膜层，此时镀膜层的反射与透射的比例为1:0，以使得全部泵浦光能量由所述反射镜反射至所述第二耦合单元。

7.根据权利要求4所述的双波长激光装置，其特征在于，所述反射单元还包括第二固定部，所述反射镜可拆卸地设置在所述第二固定部上，所述第二固定部包括用于水冷的第二水冷管道。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的双波长激光装置，其特征在于，所述光纤激光输出单元包括：QBH接头；高低反光纤光栅，用于构成激光谐振腔；掺杂光纤，用于作为光纤激光的工作物质；泵浦光剥除器，用于剥除多余泵浦光能量。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的双波长激光装置，其特征在于，所述准直单元包括准直聚焦镜片和第三固定部，所述准直聚焦镜片设置在所述第三固定部上，所述第三固定部包括用于水冷的第三水冷管道。

10.根据权利要求7所述的双波长激光装置，其特征在于，所述泵浦单元包括多个半导体激光模块和泵浦合束器，多个所述半导体激光模块与所述泵浦合束器之间通过光纤熔接相连。

说明书

一种双波长激光装置

[0001] 【技术领域】本发明涉及激光加工领域，特别是涉及一种双波长激光装置。

[0002] 【背景技术】目前的激光加工行业里，针对不同种材料通常选择光纤激光或者半导体激光等作为加工光源，实现金属、非金属材料的焊接、切割、打孔、打标等。同时，还可采用半导体激光与光纤激光复合在一起作为加工光源，以实现相对单一激光时的更优异的加工效果，从而适配多种产品线的需求。但在相关技术中的激光装置，每种激光器仅可适配特定的材料进行加工，当产品线数量较多时，往往需要同时准备光纤激光和半导体激光器及配套冷却系统并进行独立控制，进而导致设备成本高昂。

[0003] 【发明内容】综上所述，本发明为克服上述现有技术的至少一种缺陷（不足），提供一种双波长激光装置。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种双波长激光装置，包括泵浦单元，反射单元，第一耦合单元，第二耦合单元，半导体激光输出单元和光纤激光输出单元；泵浦单元的输出端与反射单元连接，反射单元倾斜设置，第一耦合单元和第二耦合单元分别位于反射单元的两个不同输出端上；半导体激光输出单元与第一耦合单元相连接，半导体激光输出单元用于将第一耦合单元输出的光束增益为半导体激光并输出；光纤激光输出单元与第二耦合单元相连接，光纤激光输出单元用于将第二耦合单元输出的光束增益为光纤激光并输出。

[0005] 本发明所提供的双波长激光装置，包括泵浦单元，反射单元，第一耦合单元，第二耦合单元，半导体激光输出单元和光纤激光输出单元，泵浦单元用于发射光源，反射单元与泵浦单元的输出端连接。反射单元倾斜设置，在反射单元的两个不同输出端上分别连接有第一耦合单元和第二耦合单元，具体地，反射单元可对光束进行反射和/或透射，以使得透射后的光束和反射后的光束被通过两个不同的输出端上分别传输至第一耦合单元上和第二耦合单元上。而后，第一耦合单元与半导体激光输出单元相连接，第二耦合单元与光纤激光输出单元相连接，半导体激光输出单元可将第一耦合单元输出的光束增益为半导体激光并输出，以使得双波长激光装置可输出半导体激光；同时，光纤激光输出单元可将第二耦合单元输出的光束增益为光纤激光并输出，以使得双波长激光装置可输出光纤激光。本发明通过将两种激光输出单元共用同一泵浦源，并将反射单元设置为具有透射输出端和反射输出端的两个不同的输出接口，以使得同一设备可输出两种不同波长的激光，节约了激光装置整体光学器件成本，提高了激光装置的应用场合。

[0006] 另外，本发明提供的上述技术方案中的双波长激光装置还可以具有如下附加技术特征：在上述技术方案中，优选地，反射单元包括平面反射镜；双波长激光装置还包括控制器，控制器与反射单元电连接，控制器用于向反射单元发送电信号控制平面反射镜在开启状态与关闭状态之间切换，以使得反射单元将泵浦光能量透射至第一耦合单元或将泵浦光能量反射至第二耦合单元。

[0007] 在该技术方案中，反射单元包括平面反射镜，此时反射单元为分时单元，双波长激光装置还包括与反射单元电连接的控制器，控制器可向反射单元发送电信号，以使得平面反射镜在该电信号的控制下在开启状态与关闭状态之间切换，在平面反射镜为开启状态时，反射单元可将泵浦光能量透射至第一耦合单元，在平面反射镜为关闭状态时，反射单元可将泵浦光能量反射至第二耦合单元；通过控制器向反射单元发射不同的电信号，以使得平面反射镜改变其状态，进而可选择地输出半导体激光或光纤激光。

[0008] 在该技术方案中，利用分时快门采用软件控制切换时长，切换传输路径使激光经由不用的光路传输，从而得到半导体激光输出或光纤激光输出的自由选择效果。

[0009] 在上述技术方案中，优选地，反射单元还包括第一固定部，平面反射镜设置在第一固定部上，第一固定部包括用于水冷的第一水冷管道。

[0010] 在该技术方案中，平面反射镜设置在第一固定部上，第一固定部可对平面反射镜起到固定的作用；同时，第一固定部包括用于水冷的第一水冷管道，在平面反射镜安装至第一固定部上时，第一水冷管道可对平面反射镜进行水冷。

[0011] 在上述技术方案中，优选地，反射单元包括反射镜和设置在反射镜表面的镀膜层，镀膜层可使得预设比例的泵浦光能量由反射镜透射至第一耦合单元、剩余比例的泵浦光能量由反射镜反射至第二耦合单元。

[0012] 在该技术方案中，反射单元包括反射镜和设置在反射镜表面的镀膜层，反射镜与镀膜层形成镀膜反射镜，此时反射单元为分光单元，当光束通过镀膜反射镜时，镀膜层可使得预设比例的泵浦光能量由反射镜透射至第一耦合单元，而剩余比例的泵浦光能量由反射镜反射至第二耦合单元；本发明利用镀膜反射镜把泵浦光能量按需求比例，透射和反射至对应的光路中，实现两种波长输出功率可调的灵活效果，提高了双波长激光装置的功率范围灵活性，降低了功率对于激光装置应用的限制。

[0013] 在上述技术方案中，优选地，预设比例的数值大小与镀膜层的厚度相关。

[0014] 在该技术方案中，根据加工材料性质的不同，针对性的修改镀膜层的厚度，改变进入两个耦合单元的泵浦光比例，从而改变输出激光功率。

[0015] 在上述技术方案中，优选地，镀膜层为全反膜层，此时预设比例为零，以使得全部泵浦光能量由反射镜反射至第二耦合单元。

[0016] 在该技术方案中，可将镀膜层设置为全反膜层，即使得泵浦光能量完全反射而无法透射，此时预设比例为零，全部泵浦光能量由反射镜反射至第二耦合单元，以实现双波长激光装置仅输出光纤激光。

[0017] 在上述技术方案中，优选地，反射单元还包括第二固定部，反射镜可拆线地设置在第二固定部上，第二固定部包括用于水冷的第二水冷管道。

[0018] 在该技术方案中，一方面，反射镜设置在第二固定部上，第二固定部可对反射镜起到固定的作用；同时，第二固定部包括用于水冷的第二水冷管道，在反射镜安装至第二固定部上时，第二水冷管道可对反射镜进行水冷。另一方面，反射镜为可拆线地设置在第二固定部上，当仅需要半导体激光时，将反射镜拆除，即可使泵浦能量全部进入第一耦合单元，经由半导体输出单元输出，以实现双波长激光装置仅输出半导体激光。

[0019] 在上述技术方案中，优选地，光纤激光输出单元包括：QBH接头；高低反光纤光栅，用于构成激光谐振腔；掺杂光纤，用于作为光纤激光的工作物质；泵浦光剥除器，用于剥除多余泵浦光能量。

[0020] 在该技术方案中，光纤激光输出单元包括：QBH接头，高低反光纤光栅，掺杂光纤，泵浦光剥除器；在第二耦合单元将平行光转化为汇聚光束后，耦合进入光纤激光输出单元的QBH接头内，一对高低反光纤光栅，为半导体激光提供谐振腔，掺杂光纤作为光纤激光的工作介质，优选的，其长度为35米，摻杂介质为Yb；随后通过泵浦光剥除器剥除多余泵浦光能量，并通过QBH接头的输出光纤输出光纤激光。

[0021] 在上述技术方案中，优选地，双波长激光装置还包括：准直单元，准直单元位于泵浦单元与反射单元之间，准直单元包括准直聚焦镜片和第三固定部，准直聚焦镜片设置在第三固定部上，第三固定部包括用于水冷的第三水冷管道。

[0022] 在该技术方案中，在泵浦单元与反射单元之间还设置有准直单元，激光束耦合进入准直单元，使其转化为平行光束，准直单元包括准直聚焦镜片和第三固定部，准直聚焦镜片设置在第三固定部上，第三固定部可对准直聚焦镜片起到固定的作用；同时，第三固定部包括用于水冷的第三水冷管道，在准直聚焦镜片安装至第三固定部上时，第三水冷管道可对准直聚焦镜片进行水冷。

[0023] 在上述技术方案中，优选地，泵浦单元包括多个半导体激光模块和泵浦合束器，多个半导体激光模块与泵浦合束器之间通过光纤熔接相连。

[0024] 在该技术方案中，泵浦单元包括多个半导体激光模块和泵浦合束器，两者之间使用光纤熔接技术，使得多个小功率的半导体模块，合束进一条双包层无源光纤中，为整个光学系统提供泵浦能量。每个小功率的半导体模块连接着稳压电路及其电源系统，为整体激光模块提供电力输入。

[0025] 在上述技术方案中，优选地，泵浦合束器通过QBH接头与准直单元相连接。

[0026] 在该技术方案中，由泵浦合束器输出的激光使用QBH接头，这样便于下一步的耦合进入准直单元，此时的输出激光为一束发散光，发散角的大小由泵浦合束器输出光纤规格以及作为泵浦的小功率半导体本身的发散角共同决定。

[0027] 在上述技术方案中，优选地，第一耦合单元和第二耦合单元均由耦合透镜以及具有水冷能力的结构固定件组成，二者使用不能焦距的透镜，用于改变激光束的光束质量。

[0028] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

[0029] 采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明所产生的有益效果在于：本发明与传统技术的焊接方法比，本发明的焊接方法比起传统直接在焊接缝隙焊接的方式可以有效增加熔宽，最终可以减小热量影响的同时增加焊接强度；另外，只需要第一电机以及第二电机的工作即可以实现焊接，无需焊接头的移动，只通过激光光束的偏移既可以实现，工件和焊接头都是静止的，可以省去很多联动结构的设计，提高焊接精度和效率。

[0030] 【附图说明】图1为本发明一个实施例的双波长激光装置的结构示意图。

[0031] 【具体实施方式】下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不会构成任何限制。

[0032] 下面参照图1描述根据本发明一些实施例双波长激光装置。

[0033] 如图1所示，本发明提供了一种双波长激光装置，包括泵浦单元1，反射单元2，第一耦合单元3，第二耦合单元4，半导体激光输出单元5和光纤激光输出单元6；泵浦单元1的输出端与反射单元2连接，反射单元2倾斜设置，第一耦合单元3和第二耦合单元4分别位于反射单元2的两个不同输出端上；半导体激光输出单元5与第一耦合单元3相连接，半导体激光输出单元5用于将第一耦合单元3输出的光束增益为半导体激光并输出；光纤激光输出单元6与第二耦合单元4相连接，光纤激光输出单元6用于将第二耦合单元4输出的光束增益为光纤激光并输出。

[0034] 本发明所提供的双波长激光装置，包括泵浦单元1，反射单元2，第一耦合单元3，第二耦合单元4，半导体激光输出单元5和光纤激光输出单元6，泵浦单元1用于发射光源，反射单元2与泵浦单元1的输出端连接，优选的，泵浦单元1的输出端上使用QBH接头。反射单元2倾斜设置，在反射单元2的两个不同输出端上分别连接有第一耦合单元3和第二耦合单元4，具体地，反射单元2可对光束进行反射和/或透射，以使得透射后的光束和反射后的光束被通过两个不同的输出端上分别传输至第一耦合单元3上和第二耦合单元4上。而后，第一耦合单元3与半导体激光输出单元5相连接，第二耦合单元4与光纤激光输出单元6相连接，半导体激光输出单元5可将第一耦合单元3输出的光束增益为半导体激光并输出，以使得双波长激光装置可输出半导体激光；同时，光纤激光输出单元6可将第二耦合单元4输出的光束增益为光纤激光并输出，以使得双波长激光装置可输出光纤激光。本发明通过将两种激光输出单元共用同一泵浦源，并将反射单元2设置为具有透射输出端和反射输出端的两个不同的输出接口，以使得同一设备可输出两种不同波长的激光，节约了激光装置整体光学器件成本、节约激光器控制电源成本、节约客户端水冷机投入成本、节约客户端加工区占地面积，提高了激光装置的应用场合。

[0035] 具体地，半导体激光输出单元所在光路中输出激光属性为波长915nm的半导体激光；光纤激光输出单元光路输出激光属性为波长1080nm的光纤激光。

[0036] 在本发明提供的一个实施例中，优选地，反射单元2包括平面反射镜；双波长激光装置还包括控制器，控制器与反射单元2电连接，控制器用于向反射单元2发送电信号控制平面反射镜在开启状态与关闭状态之间切换，以使得反射单元2将泵浦光能量透射至第一耦合单元3或将泵浦光能量反射至第二耦合单元4。

[0037] 在该实施例中，反射单元2包括平面反射镜，此时反射单元2为分时单元，双波长激光装置还包括与反射单元2电连接的控制器，控制器可向反射单元2发送电信号，以使得平面反射镜在该电信号的控制下在开启状态与关闭状态之间切换，在平面反射镜为开启状态时，反射单元2可将泵浦光能量透射至第一耦合单元3，在平面反射镜为关闭状态时，反射单元2可将泵浦光能量反射至第二耦合单元4；通过控制器向反射单元2发射不同的电信号，以使得平面反射镜改变其状态，进而可选择地输出半导体激光或光纤激光。

[0038] 在该实施例中，利用分时快门采用软件控制切换时长，切换传输路径使激光经由不用的光路传输，从而得到半导体激光输出或光纤激光输出的自由选择效果。

[0039] 在本发明提供的一个实施例中，优选地，反射单元2还包括第一固定部，平面反射镜设置在第一固定部上，第一固定部包括用于水冷的第一水冷管道。

[0040] 在该实施例中，平面反射镜设置在第一固定部上，第一固定部可对平面反射镜起到固定的作用；同时，第一固定部包括用于水冷的第一水冷管道，在平面反射镜安装至第一固定部上时，第一水冷管道可对平面反射镜进行水冷。

[0041] 在本发明提供的一个实施例中，优选地，反射单元2包括反射镜和设置在反射镜表面的镀膜层，镀膜层可使得预设比例的泵浦光能量由反射镜透射至第一耦合单元3、剩余比例的泵浦光能量由反射镜反射至第二耦合单元4。

[0042] 在该实施例中，反射单元2包括反射镜和设置在反射镜表面的镀膜层，反射镜与镀膜层形成镀膜反射镜，此时反射单元2为分光单元，当光束通过镀膜反射镜时，镀膜层可使得预设比例的泵浦光能量由反射镜透射至第一耦合单元3，而剩余比例的泵浦光能量由反射镜反射至第二耦合单元4；本发明利用镀膜反射镜把泵浦光能量按需求比例，透射或反射至对应的光路中，实现两种波长输出功率可调的灵活效果，提高了双波长激光装置的功率范围灵活性，降低了功率对于激光装置应用的限制。

[0043] 可以想到地，当双波长激光装置可以同时输出半导体激光和光纤激光时，可将两种不同种波长的激光复合在一起并用以焊接，以实现优于单一种类激光焊接的效果，例如目前激光焊接汽车零部件领域中，有使用半导体激光与光纤激光复合在一起作为加工光源，可以有效解决单一激光焊接时容易出现的表面成型质量、焊接熔池内有裂纹气孔等缺陷。双波长复合焊接机时利用半导体激光预热焊材表面，使更多的激光能量可以被焊材吸收，提高激光利用率，有效提高焊接样品良率。具体地，当双波长激光装置用于焊接时，还包括复合焊接头，两个输出单元的激光能量均连接到复合焊接头上，以实现激光复合，对材料进行针对性的焊接加工。

[0044] 在该实施例中，镀膜反射镜可以将泵浦光能量的33%透射至第一耦合单元，67%的激光能量反射至第二耦合单元。

[0045] 在本发明提供的一个实施例中，优选地，预设比例的数值大小与镀膜层的厚度相关。

[0046] 在该实施例中，根据加工材料性质的不同，针对性的修改镀膜层的厚度，改变进入两个耦合单元的泵浦光比例，从而改变输出激光功率。

[0047] 在本发明提供的一个实施例中，优选地，镀膜层为全反膜层，此时预设比例为零，以使得全部泵浦光能量由反射镜反射至第二耦合单元4。

[0048] 在该实施例中，可将镀膜层设置为全反膜层，即使得泵浦光能量完全反射而无法透射，此时预设比例为零，全部泵浦光能量由反射镜反射至第二耦合单元4，以实现双波长激光装置仅输出光纤激光，可以实现光纤激光焊接。

[0049] 在本发明提供的一个实施例中，优选地，反射单元2还包括第二固定部，反射镜可拆线地设置在第二固定部上，第二固定部包括用于水冷的第二水冷管道。

[0050] 在该实施例中，一方面，反射镜设置在第二固定部上，第二固定部可对反射镜起到固定的作用；同时，第二固定部包括用于水冷的第二水冷管道，在反射镜安装至第二固定部上时，第二水冷管道可对反射镜进行水冷。另一方面，反射镜为可拆线地设置在第二固定部上，当仅需要半导体激光时，将反射镜拆除，即可使泵浦能量全部进入第一耦合单元3，经由半导体输出单元输出，以实现双波长激光装置仅输出半导体激光，可以实现半导体激光焊接。

[0051] 在本发明提供的一个实施例中，优选地，光纤激光输出单元6包括：QBH接头；高低反光纤光栅，用于构成激光谐振腔；掺杂光纤62，用于作为光纤激光的工作物质；泵浦光剥除器64，用于剥除多余泵浦光能量。

[0052] 在该实施例中，光纤激光输出单元6包括：QBH接头，高低反光纤光栅，掺杂光纤62，泵浦光剥除器64；在第二耦合单元4将平行光转化为汇聚光束后，耦合进入光纤激光输出单元6的QBH接头内，一对高低反光纤光栅，为半导体激光提供谐振腔，掺杂光纤62作为光纤激光的工作介质，优选的，其长度为35米，摻杂介质为Yb；随后通过泵浦光剥除器64剥除多余泵浦光能量，并通过QBH接头的输出光纤输出光纤激光。

[0053] 在本发明提供的一个实施例中，优选地，双波长激光装置还包括：准直单元7，准直单元7位于泵浦单元1与反射单元2之间，准直单元7包括准直聚焦镜片和第三固定部，准直聚焦镜片设置在第三固定部上，第三固定部包括用于水冷的第三水冷管道。

[0054] 在该实施例中，在泵浦单元1与反射单元2之间还设置有准直单元7，激光束耦合进入准直单元7，使其转化为平行光束，准直单元7包括准直聚焦镜片和第三固定部，准直聚焦镜片设置在第三固定部上，第三固定部可对准直聚焦镜片起到固定的作用；同时，第三固定部包括用于水冷的第三水冷管道，在准直聚焦镜片安装至第三固定部上时，第三水冷管道可对准直聚焦镜片进行水冷。

[0055] 在本发明提供的一个实施例中，优选地，泵浦单元1包括多个半导体激光模块12和泵浦合束器14，多个半导体激光模块12与泵浦合束器14之间通过光纤熔接相连。

[0056] 在该实施例中，泵浦单元1包括多个半导体激光模块12和泵浦合束器14，两者之间使用光纤熔接技术，使得多个小功率的半导体模块，合束进一条双包层无源光纤中，为整个光学系统提供泵浦能量。每个小功率的半导体模块连接着稳压电路及其电源系统，为整体激光模块提供电力输入。

[0057] 在本发明提供的一个实施例中，优选地，泵浦合束器14通过QBH接头与准直单元7相连接。

[0058] 在该实施例中，由泵浦合束器14输出的激光使用QBH接头，这样便于下一步的耦合进入准直单元7，此时的输出激光为一束发散光，发散角的大小由泵浦合束器14输出光纤规格以及作为泵浦的小功率半导体本身的发散角共同决定。

[0059] 在本发明提供的一个实施例中，优选地，第一耦合单元3和第二耦合单元4均由耦合透镜以及具有水冷能力的结构固定件组成，二者使用不能焦距的透镜，用于改变激光束的光束质量。

[0060] 尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。