具有返回光监控功能的激光器的制作方法

1.本技术涉及激光器技术领域，尤其涉及一种具有返回光监控功能的激光器。


背景技术：

2.在半导体激光器应用中，包含焊接、熔覆的应用场景。在前述两种应用场景中，加工材料多为铝合金、紫铜等高反射材料，而这些材料对激光的反射率》95％。激光照射加工工件时，会有强烈的激光沿着光路逆向返回激光器内部，最终进入泵浦源。
3.在激光器长时间使用下，泵浦源内芯片损害累积、加深。从终端应用效果体验，就是激光器的输出功率逐步降低，工艺效果受到影响甚至达不到技术要求。返回光对半导体激光器造成的影响是显著存在且不可逆的。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种具有返回光监控功能的激光器，能够避免受到返回光损伤。
5.本技术实施例提供一种具有返回光监控功能的激光器，其包括：
6.激光发生器，用于发射第一激光；
7.激光监测模块；与激光发生器光路连接；在激光监测模块的出光方向设置吸光物或透光物时，激光监测模块内形成正向传播的第一激光；此时激光监测模块用于获取与第一激光的光信号对应的实时电信号；在激光监测模块的出光方向设置待加工物时，激光监测模块内同时形成正向传播的第一激光和反向传播的第一返回光，第一激光和第一返回光的叠加称为第一叠加激光，此时激光监测模块用于获取与第一叠加激光的光信号对应的实时电信号；和
8.处理器，与激光发生器电连接；处理器被配置为：在激光监测模块的出光方向设置吸光物或透光物时，构建基于激光发生器与激光监测模块建立的电信号强度与光功率之间的函数关系；在激光监测模块的出光方向设置待加工物时，根据基于激光发生器与激光监测模块建立的电信号强度与光功率之间的函数关系，和待加工物的返回光余量系数，构建基于激光发生器、激光监测模块与待加工物建立的阈值电信号与光功率之间的函数关系，以获取第一叠加激光对应的阈值电信号；以及根据第一叠加激光的实时电信号与第一叠加激光的阈值电信号的比较结果，控制激光发生器保持开启状态或进入关断状态。
9.本技术实施例中，通过激光监测模块获取与第一叠加激光的光信号对应的实时电信号，通过处理器构建基于激光发生器、激光监测模块与待加工物建立的阈值电信号与光功率之间的函数关系，以获取第一叠加激光对应的阈值电信号；通过处理器根据第一叠加激光的实时电信号与第一叠加激光的阈值电信号的比较结果，控制激光发生器保持开启状态或进入关断状态；实现激光器避免受到返回光损伤。
附图说明
10.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1为本技术实施例提供的具有返回光监控功能的激光器的结构示意图。
12.图2为在图1所示的激光器的出光方向设置吸光物或透光物时激光器的工作状态图。
13.图3为在图1所示的激光器的出光方向设置待加工物时激光器的工作状态图
14.图4为图3中第一激光和第一返回光叠加形成第一叠加激光的示意图。
15.图5为图1所述的激光器的另一结构示意图。
16.图6为本技术实施例提供的激光监测模块的结构示意图。
17.图7为图6所示结构的底视图。
18.图8为图6所示结构沿p1-p1方向的剖视图。
19.图9为图6中所示的热沉壳体的结构示意图。
20.图10为图9所示的热沉结构沿p2-p2方向的剖视图。
21.图11为图10中所示的第一壳体和第二壳体的结构示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术的保护范围。
23.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。为了描述方便，将具有返回光监控功能的激光器，简称为激光器。
24.请参阅图1，本技术实施例提供一种具有返回光监控功能的激光器2，该激光器2包括：激光发生器10、激光监测模块30和处理器50。
25.请参阅图1，激光发生器10用于发射第一激光l1。
26.请参阅图1，激光监测模块30与激光发生器10光路连接。
27.请参阅图2，在激光监测模块30的出光方向设置吸光物800或透光物600时，激光监测模块30内形成正向传播的第一激光l1；此时激光监测模块30用于获取与第一激光l1的光信号对应的实时电信号。
28.请参阅图3，在激光监测模块30的出光方向设置待加工物400时，激光监测模块30内同时形成正向传播的第一激光l1和反向传播的第一返回光l2，第一激光l1和第一返回光l2的叠加称为第一叠加激光l3，此时激光监测模块30用于获取与第一叠加激光l3的光信号对应的实时电信号。
29.请参阅图1，处理器50与激光发生器10电连接。
30.请参阅图2，处理器50被配置为：在激光监测模块30的出光方向设置吸光物 800或
透光物600时，构建基于激光发生器10与激光监测模块30建立的电信号强度与光功率之间的函数关系。
31.请参阅图3，处理器50还被配置为：在激光监测模块30的出光方向设置待加工物400时，根据基于激光发生器10与激光监测模块30建立的电信号强度与光功率之间的函数关系，和待加工物400的返回光余量系数，构建基于激光发生器10、激光监测模块30与待加工物400建立的阈值电信号与光功率之间的函数关系，以获取第一叠加激光l3对应的阈值电信号。
32.请参阅图3，处理器50还被配置为：根据第一叠加激光l3的实时电信号与第一叠加激光l3的阈值电信号的比较结果，控制激光发生器10保持开启状态或进入关断状态。
33.请参阅图5，在一些实施例中，激光器2还包括上位机20。上位机20与处理器50信号连接，用于接收上位机20的指令，以及用于将激光发生器10的工作状态发送至上位机20。在一些实施例中，激光器2还包括指示灯40和/或蜂鸣器60。通过指示灯40的不同颜色或者指示灯40亮或不亮指示激光发生器10的工作状态。通过蜂鸣器60的发声、者不发声指示激光发生器10的工作状态。
34.激光发生器10的工作状态可以包括开启状态和关断状态。
35.请参阅图6-图8，激光监测模块30包括：光纤本体301和光电传感器303。
36.光纤本体301；光纤本体301包括芯层和包层，包层设置于芯层的外周；包层的至少一部分被剥离形成剥离口3013a，在第一激光l1或第一叠加激光l3经光纤本体301传输时，第一激光l1或第一叠加激光l3经包层传输的包层光从剥离口3013a溢出形成第一溢出光l4。
37.光电传感器303，与处理器50电连接；用于接收溢出光并将第一溢出光l4 的光信号转换为实时电信号，实时电信号的强度用于表征第一叠加激光l3的光功率的大小。
38.需要解释说明的是，本技术实施例为了描述方便，将第一激光l1经光纤本体301传输时从剥离口3013a溢出的光，以及将第一叠加激光l3经光纤本体301 传输时从剥离口3013a溢出的光，统称为第一溢出光l4。
39.请参阅图6-图8，剥离口3013a的深度小于包层的厚度。
40.可以理解的是，剥离口3013a为将包层的一部分剥离形成的槽体，使得包层被破坏形成一个缺口。该槽体的深度小于包层的厚度，也就是说槽体的底部到芯层的表面之间依然存在包层材料。包层设有剥离口3013a，包层结构被破坏，使得包层光从剥离口3013a溢出。剥离口3013a到芯层之间依然存在包层材料，用以阻碍芯层光从剥离口3013a溢出。
41.请参阅图6-图8，光纤本体301包括依次连接的光入射段3011、漏光段3013、光出射段3015；漏光段3013的包层的至少一部分被剥离形成剥离口3013a。
42.激光监测模块30还包括热沉302；包括热沉壳体310，热沉壳体310围合形成依次连通的第一通道320、容纳空间340、第二通道360；热沉壳体310设有开口 380，开口380与容纳空间340连通，光电传感器303设置于开口380；热沉壳体310 用于封装光纤本体301；在光纤本体301封装于热沉壳体310时，漏光段3013位于容纳空间340，光入射段3011从第一通道320伸出至热沉壳体310外、光出射段 3015从第二通道360伸出至热沉壳体310外。
43.请参阅图9-图11，热沉壳体310包括第一壳体3120和第二壳体3140。第一壳体3120包括相背设置的第一侧壁3123和第二侧壁3125，第一侧壁3123设有依次连通的第一凹槽
3123a、第一沉槽3123b、第二凹槽3123c。第二壳体3140包括相背设置的第三侧壁3143和第四侧壁3145，第三侧壁3143设有依次连通的第三凹槽3143a、第二沉槽3143b、第四凹槽3143c。开口380设置于第一壳体3120，开口380的一端与第一沉槽3123b连通，开口380的另一端与第二侧壁3125连通。
44.在第一壳体3120与第二壳体3140以第一侧壁3123与第二侧壁3125贴合的方式设置时，第一凹槽3123a与第三凹槽3143a围合形成第一通道320，第一沉槽 3123b与第二沉槽3143b围合形成容纳空间340，第二凹槽3123c与第四凹槽3143c 围合形成第二通道360。
45.示例性的，基于激光发生器10与激光监测模块30建立的电信号强度与光功率之间的函数关系对应的函数关系式为第一函数关系式，第一函数关系式为：
46.v＝ki*p bi，i＝1,2,3
…
n，n为正整数；
47.其中，p为光功率，单位为瓦；v为电信号强度，单位为毫伏；n表示将光功率区间[0，p
max
]依次划分为n个子光功率区间，p
max
为激光发射器的额定光功率；i表示n个子光功率区间中的第i个子光功率区间，ki为第i个子光功率区间内的光功率与对应的电信号强度拟合形成的线性函数的斜率；bi为第i个子光功率区间内的光功率与对应的电信号强度拟合形成的线性函数的截距。
[0048]
请参阅图2，在激光监测模块30的出光方向设置吸光物800或透光物600时，激光监测模块30内形成正向传播的第一激光l1。请参阅图6-图8，在第一激光l1 或第一叠加激光l3经光纤本体301传输时，第一激光l1或第一叠加激光l3经包层传输的包层光从剥离口3013a溢出形成第一溢出光l4。结合图2、图3和图6
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图8，对第一激光l1的光功率与第一激光l1对应的第一溢出光l4的光功率为比例关系解释如下。
[0049]
一方面，第一激光l1通过光纤本体301传输时，第一激光l1中的绝大部分通过芯层传输、较少部分通过包层传输。而通过芯层传输的激光的光功率与通过包层传输的光功率的比值，由激光发生器的设计参数及制造工艺决定。因此当采用同一款激光发生器发射激光时，第一激光l1中通过芯层传输的激光的光功率与通过包层传输的激光的光功率的比值确定。
[0050]
另一方面，通过包层进行正向传输的激光中，一部分从剥离口3013a溢出，一部分经过剥离口3013a后继续通过包层传输。由于剥离口3013a的开口大小不变。因此，通过包层进行正向传输的激光中，在包层内传输的激光的光效率与从剥离口3013a溢出的激光的光效率是确定的。
[0051]
因此，第一激光l1的光功率、第一激光l1的包层光的光功率、第一激光l1 对应的第一溢出光l4的光功率，两两之间为比例关系。
[0052]
示例性的，激光发生器10的光功率区间[0，p
max
]包括依次划分形成的n个子光功率区间，第i个子光功率区间为[pi-1，pi]，i＝1,2,3,
…
n，n为正整数；p0＝0， p
n＝
p
max
；激光发生器10被配置为发射n次激光；发射的第i次激光的光功率为pi；
[0053]
在激光监测模块30的出光方向未设置待加工物400或者设置吸光物800时，光纤本体301用于接收并传输第i次激光；在第i次激光经光纤本体301传输时，第 i次激光经包层传输的包层光从剥离口3013a溢出形成第i次溢出光；光电传感器 303接收第i次溢出光并将第i次溢出光的光信号转换为第i次电信号，第i次电信号的强度为vi；
[0054]
处理器50被配置为：控制激光发生器10发射第i次激光；以及在获取第i次激光对
应的电信号后，发射第i 1次激光；获取并存储第i次激光对应的电信号vi；处理器50还被配置为：对第i次激光的光功率与第i次激光对应的电信号强度(pi， vi)，以及第i 1次激光的光功率与第i 1次激光对应的电信号强度(pi 1，vi 1) 进行线性拟合，获得第i个子光功率区间[pi-1，pi]对应的电信号强度关于光功率的函数关系，i＝1,2,3,
…
n，n为正整数，从而获得第一函数关系式。
[0055]
示例性的，激光发生器10的光功率区间[0，p
max
]包括依次划分形成的10个子光功率区间，第1个子光功率区间为[0，10％*p
max
]，第2个子光功率区间为 [10％*p
max
，20％*p
max
]，第3个子光功率区间为[20％*p
max
，30％*p
max
]，
…
，第9 个子光功率区间为[80％*p
max
，90％*p
max
]，第10个子光功率区间为[90％*p
max
， p
max
]。
[0056]
示例性的，基于激光发生器10、激光监测模块30与待加工物400建立的阈值电信号与光功率之间的函数关系对应的函数关系式为第二函数关系式，第二函数关系式为:
[0057]v′
＝(ki*p bi)*(1 δ)，i＝1,2,3
…
n，n为正整数；
[0058]
其中，p为光功率，单位为瓦；δ为待加工物400的返回光余量系数；v
′
为阈值电信号的强度；n表示将光功率区间[0，p
max
]依次划分为n个子光功率区间， p
max
为激光发射器的额定光功率；i表示n个子光功率区间中的第i个子光功率区间，ki为第i个子光功率区间内的光功率与对应的电信号强度拟合形成的线性函数的斜率；bi为第i个子光功率区间内的光功率与对应的电信号强度拟合形成的线性函数的截距。
[0059]
可以理解的是，待加工物400的返回光余量系数，为经验值。待加工物400 的返回光余量系数，与待加工物400的材料种类、待加工物400的表面光洁度等因素有关。待加工物400的返回光余量系数的取值范围为5％-20％。
[0060]
示例性的，返回光余量系数为5％-20％。
[0061]
示例性的，请参阅图1-图4，处理器50被配置为：对第一叠加激光l3的实时电信号的强度与第一叠加激光l3的阈值电信号的强度进行比较；若第一叠加激光l3的实时电信号的强度小于第一叠加激光l3的阈值电信号的强度，则控制激光发生器10保持开启状态；若第一叠加激光l3的实时电信号的强度等于或大于第一叠加激光l3的阈值电信号的强度，则控制激光发生器10进入关断状态。
[0062]
可以理解的是，请参阅图3和图4，在激光监测模块30的出光方向设置待加工物400时，激光监测模块30内同时形成正向传播的第一激光l1和反向传播的第一返回光l2，第一激光l1和第一返回光l2的叠加称为第一叠加激光l3。每一种第一叠加激光l3都有唯一对应的第一激光l1。
[0063]
激光发生器10的光功率区间[0，p
max
]包括依次划分形成的n个子光功率区间，第i个子光功率区间为[pi-1，pi]，i＝1,2,3,
…
n，n为正整数；p0＝0，p
n＝
p
max
。
[0064]
第一叠加激光l3的实时电信号的强度为，第一叠加激光l3经光纤本体301 传输时，处理器50从光电传感器303获取的电信号的强度。
[0065]
处理器50获取第一叠加激光l3的阈值电信号的强度的确定方式为：
[0066]
确定第一叠加激光l3对应的第一激光l1的光功率；该第一激光l1的光功率确定，也就是对第二函数关系式v
′
＝(ki*p bi)*(1 δ)中的p值确定；
[0067]
确定该第一激光l1的光功率位于激光发生器10的光功率区间[0，p
max
]中的第几个区间，据此确定i值，根据i值确定ki值和bi值；
[0068]
根据待加工物400确定对应的返回光余量系数δ值；
[0069]
将确定的ki值和bi值，以及确定的δ值；确定的p值带入第二函数关系式v
′
＝(ki*p bi)*(1 δ)，得到第一叠加激光l3对应的阈值电信号的强度也就是v
′
值。
[0070]
处理器通过将第一叠加激光l3的实时电信号的强度，与第一叠加激光l3的阈值电信号的强度进行比较，若第一叠加激光l3的实时电信号的强度小于第一叠加激光l3的阈值电信号的强度，则控制激光发生器10保持开启状态；若第一叠加激光l3的实时电信号的强度等于或大于第一叠加激光l3的阈值电信号的强度，则控制激光发生器10进入关断状态。
[0071]
以上对本技术实施例所提供的具有返回光监控功能的激光器和激光器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。