一种多路输出的激光器

摘要

本发明公开一种多路输出的激光器，包括皮秒光纤种子源、以及第一光纤分束器，所述皮秒光纤种子源的输出端与所述光纤分束器的输入端连接；所述皮秒光纤种子源产生皮秒光脉冲，所述皮秒光脉冲由所述第一光纤分束器分为多路，至少一路上设置有展宽器，且每一路的输出端设置有功率放大器。本发明利用光纤皮秒激光器作为种子，各路分别放大功率、展宽脉宽，最后得到多路具有不同脉宽的激光输出，满足工业加工对效率、精细度日益提高的要求。

权利要求

1.一种多路输出的激光器，其特征在于，包括皮秒光纤种子源、以及第一光纤分束器，所述皮秒光纤种子源的输出端与所述光纤分束器的输入端连接；

所述皮秒光纤种子源产生皮秒光脉冲，所述皮秒光脉冲由所述第一光纤分束器分为多路，至少一路上设置有展宽器，且每一路的输出端设置有功率放大器；

还包括光纤预放大器，所述皮秒光纤种子源通过所述光纤预放大器与所述第一光纤分束器连接；

还包括设置在所述皮秒光纤种子源以及所述第一光纤分束器之间的选单器；

所述光纤预放大器包括第一光纤预放大器和第二光纤预放大器，所述皮秒光纤种子源通过所述第一光纤预放大器与所述选单器连接，所述选单器通过所述第二光纤预放大器与所述第一光纤分束器连接；

还包括第二光纤分束器，所述第一光纤分束器将所述皮秒光脉冲分为第一脉冲光路和第二脉冲光路，在所述第一脉冲光路上设置第一功率放大器，在所述第二脉冲光路上设置所述第二光纤分束器，所述第二光纤分束器将所述第二脉冲光路分为第一脉冲光支路和第二脉冲光支路，在所述第一脉冲光支路上设置第一展宽器和第二功率放大器，在所述第二脉冲光支路上设置第二展宽器和第三功率放大器。

2.根据权利要求1所述的多路输出的激光器，其特征在于，设置在不同路上的所述展宽器脉宽展宽级别不同。

3.根据权利要求1所述的多路输出的激光器，其特征在于，设置在不同路上的所述功率放大器放大功率级别不同。

4.根据权利要求1所述的多路输出的激光器，其特征在于，所述第一展宽器的脉宽展宽为百皮秒级别，所述第二展宽器的脉宽展宽为纳秒级别。

5.根据权利要求1所述的多路输出的激光器，其特征在于，所述第一功率放大器的放大功率为瓦特级别，所述第二功率放大器的放大功率为十瓦特级别，所述第三功率放大器的放大功率为五十瓦特级别。

6.根据权利要求1所述的多路输出的激光器，其特征在于，所述第一光纤分束器采用第一分束将所述皮秒光脉冲分为第一脉冲光路和第二脉冲光路，所述第二光纤分束器采用第二分束比将所述第二脉冲光路分为第一脉冲光支路和第二脉冲光支路。

说明书

一种多路输出的激光器

技术领域

[0001] 本发明涉及激光器相关技术领域，特别是一种多路输出的激光器。

背景技术

[0002] 随着激光技术的发展，激光加工对激光器的要求也越来越高，越来越多样化，同一台激光器，既要可以切割、打孔，还要可以精细打标、划线。另外，各类材料对激光功率、频
率、脉宽、能量都不相同，甚至每个周期内脉冲的数量都有要求。并且随着制造业的升级，对
加工的精细度也越来越高。皮秒激光由于脉宽窄、峰值高，几乎无热影响区，属于新一代的
冷加工光源。尤其是脉宽小于十皮秒的激光，电子运动还未传导到晶格，几乎无热量产生，
可实现微米级精细加工，加工质量最高。所以非常需要一种能满足多种参数可调节的，脉宽
从十皮秒级、百皮秒级到十纳秒级的多路输出激光器。

[0003] 目前，现有的各类激光器中，绝大多数的激光功率、频率都可调节，也有些激光器脉宽可调。但目前脉宽可调的激光器，都是单路输出，无法满足多路同时输出的高效率加工
需要。基本都是通过声光、电光或者机械斩波，实现数纳秒到连续的脉宽调节范围，无法满
足精细加工对皮秒级脉宽的需求。还有通过调节光纤啁啾补偿模块的方式实现几十到几百
皮秒的脉宽调节，以及通过多路分光延时，单路100ps，再五路合波实现500ps的方式实现脉
宽的调节，还是无法满足十皮秒级高精度以及纳秒级高能量的需求。

发明内容

[0004] 基于此，有必要针对现有技术无法满足多路同时输出的高效率加工需要的技术问题，提供一种多路输出的激光器。

[0005] 本发明提供一种多路输出的激光器，包括皮秒光纤种子源、以及第一光纤分束器，所述皮秒光纤种子源的输出端与所述光纤分束器的输入端连接；

[0006] 所述皮秒光纤种子源产生皮秒光脉冲，所述皮秒光脉冲由所述第一光纤分束器分为多路，至少一路上设置有展宽器，且每一路的输出端设置有功率放大器。

[0007] 进一步地，设置在不同路上的所述展宽器脉宽展宽级别不同。

[0008] 进一步地，设置在不同路上的所述功率放大器放大功率级别不同。

[0009] 进一步地，还包括光纤预放大器，所述皮秒光纤种子源通过所述光纤预放大器与所述第一光纤分束器连接。

[0010] 更进一步地，还包括设置在所述皮秒光纤种子源以及所述第一光纤分束器之间的选单器。

[0011] 再进一步地，所述光纤预放大器包括第一光纤预放大器和第二光纤预放大器，所述皮秒光纤种子源通过所述第一光纤预放大器与所述选单器连接，所述选单器通过所述第
二光纤预放大器与所述第一光纤分束器连接。

[0012] 进一步地，还包括第二光纤分束器，所述第一光纤分束器将所述皮秒光脉冲分为第一脉冲光路和第二脉冲光路，在所述第一脉冲光路上设置第一功率放大器，在所述第二
脉冲光路上设置所述第二光纤分束器，所述第二光纤分束器将所述第二脉冲光路分为第一
脉冲光支路和第二脉冲光支路，在所述第一脉冲光支路上设置第一展宽器和第二功率放大
器，在所述第二脉冲光支路上设置第二展宽器和第三功率放大器。

[0013] 更进一步地，所述第一展宽器的脉宽展宽为百皮秒级别，所述第二展宽器的脉宽展宽为纳秒级别。

[0014] 更进一步地，所述第一功率放大器的放大功率为瓦特级别，所述第二功率放大器的放大功率为十瓦特级别，所述第三功率放大器的放大功率为五十瓦特级别。

[0015] 更进一步地，所述第一光纤分束器采用第一分束将所述皮秒光脉冲分为第一脉冲光路和第二脉冲光路，所述第二光纤分束器采用第二分束比将所述第二脉冲光路分为第一
脉冲光支路和第二脉冲光支路。

[0016] 本发明利用光纤皮秒激光器作为种子，各路分别放大功率、展宽脉宽，最后得到多路具有不同脉宽的激光输出，满足工业加工对效率、精细度日益提高的要求。

附图说明

[0017] 图1为本发明一种多路输出的激光器的结构示意图。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

[0019] 如图1所示为本发明一种多路输出的激光器的结构示意图，包括皮秒光纤种子源1、以及第一光纤分束器5，所述皮秒光纤种子源1的输出端与所述光纤分束器5的输入端连
接；

[0020] 所述皮秒光纤种子源1产生皮秒光脉冲，所述皮秒光脉冲由所述第一光纤分束器5分为多路，至少一路上设置有展宽器，且每一路的输出端设置有功率放大器。

[0021] 具体来说，皮秒光纤种子源1产生皮秒光脉冲。优选地，皮秒光纤种子源1的重复频率为80MHz、输出平均功率约为10mW、中心波长为1030nm、脉冲宽度约为7ps的小信号脉冲。
所述皮秒光脉冲由所述第一光纤分束器5分为多路。

[0022] 可以在其中一路不设置展宽器，在其余路分别用展宽器将其脉宽分别展宽至预设展宽脉宽级别。也可以在所有路上用展宽器将其脉宽分别展宽至预设展宽脉宽级别。最后
利用功率放大器分别将多路功率放大到预设功率级别。这样得到同一频率下，多路激光输
出。分别实现精细划线、精细打标、高质量切割等不同类型的加工。

[0023] 本发明利用光纤皮秒激光器作为种子，各路分别放大功率、展宽脉宽，最后得到多路具有不同脉宽的激光输出，满足工业加工对效率、精细度日益提高的要求。

[0024] 在其中一个实施例中，设置在不同路上的所述展宽器脉宽展宽级别不同。

[0025] 具体来说，可以在其中一路不设置展宽器，在其余路分别用不同的展宽器将其脉宽分别展宽至预设展宽脉宽级别。也可以在所有路上用不同的展宽器将其脉宽分别展宽至
预设展宽脉宽级别。

[0026] 本实施例通过不同展宽脉宽级别的展宽器，得到同一频率下的多路不同脉宽的激光输出，满足不同类型的加工需求。

[0027] 在其中一个实施例中，设置在不同路上的所述功率放大器放大功率级别不同。

[0028] 本实施例通过不同放大功率级别的功率放大器，得到同一频率下的多路不同放大功率级别的激光输出，满足不同类型的加工需求。

[0029] 在其中一个实施例中，还包括光纤预放大器，所述皮秒光纤种子源通过所述光纤预放大器与所述第一光纤分束器连接。

[0030] 光脉冲在经过选单降频后功率降低，直接进行放大会较为困难。本实施例增加光纤预放大器，在分束前先行放大，从而使得在展宽后能够容易地放大至预设功率级别。

[0031] 在其中一个实施例中，还包括设置在所述皮秒光纤种子源1以及所述第一光纤分束器5之间的选单器3。

[0032] 本实施例增加选单器，通过选单器控制开关门时间，使其重复频率降低到0‑10MHz范围，并且还可在每个周期内输出多个子脉冲串功能，即所谓的脉冲串功能。

[0033] 在其中一个实施例中，所述光纤预放大器包括第一光纤预放大器2和第二光纤预放大器4，所述皮秒光纤种子源1通过所述第一光纤预放大器2与所述选单器3连接，所述选
单器3通过所述第二光纤预放大器4与所述第一光纤分束器5连接。

[0034] 本实施例在选单器前也设置光纤预放大器，通过功率预放大，提高选单后的光功率。

[0035] 在其中一个实施例中，还包括第二光纤分束器6，所述第一光纤分束器5将所述皮秒光脉冲分为第一脉冲光路和第二脉冲光路，在所述第一脉冲光路上设置第一功率放大器
9，在所述第二脉冲光路上设置所述第二光纤分束器6，所述第二光纤分束器将所述第二脉
冲光路分为第一脉冲光支路和第二脉冲光支路，在所述第一脉冲光支路上设置第一展宽器
7和第二功率放大器10，在所述第二脉冲光支路上设置第二展宽器8和第三功率放大器11。

[0036] 本实施例通过两个光纤分束器实现三路分束，在同一频率下，得到三束激光。

[0037] 在其中一个实施例中，所述第一展宽器7的脉宽展宽为百皮秒级别，所述第二展宽器8的脉宽展宽为纳秒级别。

[0038] 具体来说，第一脉冲光路由于没有设置展宽器，因此其脉冲宽度与皮秒光纤种子源1一致，为十皮秒级别。通过第一展宽器7和第二展宽器8的脉冲展宽，从而得到三路脉宽
分别为十皮秒、百皮秒、纳秒量级，从而分别实现精细划线、精细打标、高质量切割等不同类
型的加工。

[0039] 在其中一个实施例中，所述第一功率放大器9的放大功率为瓦特级别，所述第二功率放大器10的放大功率为十瓦特级别，所述第三功率放大器11的放大功率为五十瓦特级
别。

[0040] 本实施例实现在同一频率下，三路功率分别是瓦级、十瓦级、五十瓦级的激光输出。这三种不同类型的激光，可以分别实现精细划线、精细打标、高质量切割等不同类型的
加工。

[0041] 在其中一个实施例中，所述第一光纤分束器采用第一分束将所述皮秒光脉冲分为第一脉冲光路和第二脉冲光路，所述第二光纤分束器采用第二分束比将所述第二脉冲光路
分为第一脉冲光支路和第二脉冲光支路。

[0042] 优选地，所述第一光纤分束器的分束比为80:20，所述第二光纤分束器的分束比为60:40。

[0043] 如图1所示为本发明最佳实施例的结构示意图，一种输出多路不同脉宽的光纤激光器，包括皮秒光纤种子源1、第一光纤预放大器2、选单器3、第二光纤预放大器4、第一光纤
分束器5、第二光纤分束器6、第一展宽器7、第二展宽器8、第一功率放大器9、第二功率放大
器10及第三功率放大器11。

[0044] 在本实施例中，所述激光器内部安装有光纤皮秒种子光源1，提供需要放大的信号源，并且具有良好的光束质量和小于10ps的脉冲宽度。所述光纤皮秒种子光源经第一光纤
预放大器2，使用1米20/130光纤放大，使小信号光功率放大到约300mW，然后通过选单器3控
制开关门时间，使其重复频率降低到0‑10MHz范围，并且还可在每个周期内输出多个子脉冲
串功能，即所谓的脉冲串功能。以1MHz脉冲频率为例，降频选单后的种子光随后经过1.5米
20/130的第二光纤预放大器4将其输出功率再进一步放大，达到约40mW。再通过第一光纤分
束器5将其分成两路，第一光纤分束器5的分束比为80：20，其中20％的一端经过第一功率放
大器9，采用5米长的30/250光纤放大使得输出功率约为1W，脉宽<10ps；另外80％的一端通
过第二光纤分束器6将其分成两路，第二光纤分束器6的分束比为60：40。然后其中40％一路
经过第一展宽器7得到不同的脉宽，采用3千米长无源光纤SM28，脉宽展宽到310ps，经过第
二功率放大器10，采用5米长30/250光纤，功率放大到11W；60％另一路经过第二展宽器8，采
用5千米长无源光纤SM28，脉宽展宽到1.3ns，经过第三功率放大器11，采用6米长50/400光
纤，功率放大到55W。

[0045] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员
来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保
护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。