一种复合光斑激光输出装置的制作方法

本发明涉及激光器，具体涉及一种复合光斑激光输出装置。

背景技术：

1、在激光焊接和熔覆应用中，能量分布类似牛眼的激光能有效的抑制飞溅，而包含多波长激光的复合光束在焊接应用中能提高焊缝表面的成形质量，更加平滑且纹路很细。在诸如车身焊接、新能源焊接中，牛眼复合光斑激光已经广泛替代单一点光斑。

2、牛眼光斑的中心能量相对较高，外层环形能量相对较低。当前获得牛眼光斑的方法包括：1、通过锥形透镜改变光斑能量分布，如专利cn202022215257、cn202022601786；2、通过多光纤耦合实现牛眼光斑；3、基于两楔形镜旋转相对位置来得到牛眼光斑，如专利cn202010399259。上述方法通过在外部空间（焊接头、熔覆头、切割头）进行光束整形获得牛眼光斑，存在调光工艺复杂、结构不够精简的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，有必要提供一种复合光斑激光输出装置，以解决调光工艺复杂、结构不够精简的问题。

2、一种复合光斑激光输出装置，其特征在于，激光输出装置包括生成模块、整形模块和输出模块；

3、生成模块包括第一激光单元和第二激光单元，第一激光单元和第二激光单元具有不同的发光条宽，第一激光单元生成第一激光，第二激光单元生成第二激光，第一激光和第二激光具有不同的波长和不同的发散角；

4、整形模块包括第一准直透镜、第二准直透镜和波长合束器，第一准直透镜用于准直第一激光，第二准直透镜用于准直第二激光，第一准直透镜和第二准直透镜的焦距不同，波长合束器用于对准直后的第一激光和第二激光进行波长合束；

5、输出模块包括聚焦透镜和输出光纤，聚焦透镜用于对波长合束后的第一激光和第二激光进行聚焦，以使第一激光和第二激光能够进入输出光纤，输出光纤包括纤芯、沟壑层和环形层，沟壑层和环形层依次环绕纤芯，沟壑层的折射率小于纤芯和环形层的折射率，聚焦后的第一激光和第二激光的光斑尺寸至少其一大于纤芯的尺寸。

6、该复合光斑输出方案，通过改变第一激光单元和第二激光单元的发光条宽、第一准直透镜和第二准直透镜的焦距，调整第一激光和第二激光在输出光纤的输入端面的光斑大小，从而控制第一激光和第二激光进入纤芯的能量，使纤芯的能量高于环形层的能量，第一激光和第二激光在输出光纤的各层间传输，从输出光纤的输出端输出具有复合波长的牛眼光斑激光，调光工艺相对简单，无需引入外部整形透镜，结构简单。

7、在一些实施例中，激光输出装置设置有第一台阶和第二台阶，第一激光单元包括若干个第一激光芯片，若干个第一激光芯片设置在第一台阶的不同高度位置，第二激光单元包括若干个第二激光芯片，若干个第二激光芯片设置在第二台阶的不同高度位置。

8、在一些实施例中，整形模块还包括若干个第一反射镜和若干个第二反射镜；

9、每个第一反射镜与一个第一激光芯片对应，用于反射一个第一激光芯片发射的一束第一激光，若干个第一反射镜对若干束第一激光进行空间合束；

10、每个第二反射镜与一个第二激光芯片对应，用于反射一个第二激光芯片发射的一束第二激光，若干个第二反射镜对若干束第二激光进行空间合束。

11、在一些实施例中，整形模块还包括半波片和偏振合束器；

12、半波片用于将p偏振的激光变成s偏振的第一激光；

13、偏振合束器具有第一入光面、第二入光面和出光面，半波片设置在第一入光面上，被半波片调整为s偏振的第一激光从第一入光面进入偏振合束器，另一束p偏振的第一激光从第二入光面进入偏振合束器，偏振合束器反射s偏振的第一激光透过p偏振的第一激光，p偏振和s偏振的第一激光从出光面射出偏振合束器。

14、在一些实施例中，第一准直透镜包括第一快轴准直透镜和第一慢轴准直透镜，第一快轴准直透镜紧贴第一激光单元的发光面，用于对第一激光进行快轴准直，第一慢轴准直透镜设置于快轴准直透镜远离发光面的一侧，用于对第一激光进行慢轴准直；第二准直透镜包括第二快轴准直透镜和第二慢轴准直透镜，第二快轴准直透镜紧贴第二激光单元的发光面，用于对第二激光进行快轴准直，第二慢轴准直透镜设置于快轴准直透镜远离发光面的一侧，用于对第二激光进行慢轴准直，第一慢轴准直透镜与第二慢轴准直透镜的焦距不同。

15、在一些实施例中，波长合束器为二向色镜，二向色镜反射第一激光透过第二激光。

16、在一些实施例中，纤芯的能量占比x满足以下公式：

17、；

18、上式中，r为第一激光的纤芯能量占比，e为第一激光的能量，r为第二激光的纤芯能量占比，e为第二激光的能量。

19、在一些实施例中，输出光纤还包括外包层，外包层环绕环形层的外侧，外包层的折射率小于环形层。

20、在一些实施例中，纤芯和环形层的材质为纯石英，沟壑层和外包层的材质为掺氟石英。

21、在一些实施例中，输出光纤的输入端熔接石英端帽，第一激光和第二激光经过石英端帽，从输出光纤的输入端进入输出光纤，输出光纤经过cps处理。

22、根据本申请的一个或多个实施例的复合光斑激光输出装置，包括生成模块、整形模块和输出模块。生成模块包括若干个第一激光芯片和若干个第二激光芯片，第一激光芯片和第二激光芯片的发光条宽不同，第一激光芯片发射第一激光，第二激光芯片发射第二激光，第一激光和第二激光的波长不同。整形模块包括第一准直透镜、第二准直透镜和波长合束器，输出模块包括聚焦透镜和输出光纤。第一准直透镜和第二准直透镜具有不同的焦距，第一激光被第一准直透镜准直，第二激光被第二准直透镜准直，准直后的第一激光和第二激光经过波长合束器后，形成同轴合束激光，同轴的第一激光和第二激光被聚焦透镜聚焦后，从输出光纤的输入端进入输出光纤。输出光纤具有纤芯、沟壑层和环形层，由于沟壑层的折射率小于纤芯和环形层，第一激光和第二激光能够在层间界面进行全反射，分别再各个层间进行传输。第一激光和第二激光在纤芯具有重叠区域，通过调整第一激光芯片和第二激光芯片的发光条宽、第一准直透镜和第二准直透镜的焦距，改变第一激光和第二激光的光斑大小，能够调节纤芯的能量占比，从而获得纤芯能量较高的复合波长牛眼光斑。本申请提供的技术方案通过波长合束技术获得同轴复合激光光束，再利用多包层层输出光纤传输复合激光，相比需要引入外部整形透镜的复合光斑生成方案，本方案结构更加精简，调光工艺相对简单。

技术特征：

1.一种复合光斑激光输出装置，其特征在于，所述激光输出装置包括生成模块、整形模块和输出模块；

2.根据权利要求1所述的复合光斑激光输出装置，其特征在于，所述激光输出装置设置有第一台阶和第二台阶，所述第一激光单元包括若干个第一激光芯片，若干个所述第一激光芯片设置在所述第一台阶的不同高度位置，所述第二激光单元包括若干个第二激光芯片，若干个所述第二激光芯片设置在所述第二台阶的不同高度位置。

3.根据权利要求2所述的复合光斑激光输出装置，其特征在于，所述整形模块还包括若干个第一反射镜和若干个第二反射镜；

4.根据权利要求1所述的复合光斑激光输出装置，其特征在于，所述整形模块还包括半波片和偏振合束器；

5.根据权利要求1所述的复合光斑激光输出装置，其特征在于，所述第一准直透镜包括第一快轴准直透镜和第一慢轴准直透镜，所述第一快轴准直透镜紧贴所述第一激光单元的发光面，用于对所述第一激光进行快轴准直，所述第一慢轴准直透镜设置于所述快轴准直透镜远离所述发光面的一侧，用于对所述第一激光进行慢轴准直；所述第二准直透镜包括第二快轴准直透镜和第二慢轴准直透镜，所述第二快轴准直透镜紧贴所述第二激光单元的发光面，用于对所述第二激光进行快轴准直，所述第二慢轴准直透镜设置于所述快轴准直透镜远离所述发光面的一侧，用于对所述第二激光进行慢轴准直，所述第一慢轴准直透镜与所述第二慢轴准直透镜的焦距不同。

6.根据权利要求1所述的复合光斑激光输出装置，其特征在于，所述波长合束器为二向色镜，所述二向色镜反射所述第一激光透过所述第二激光。

7.根据权利要求1所述的复合光斑激光输出装置，其特征在于，所述纤芯的能量占比x满足以下公式：

8.根据权利要求1所述的复合光斑激光输出装置，其特征在于，所述输出光纤还包括外包层，所述外包层环绕所述环形层的外侧，所述外包层的折射率小于所述环形层。

9.根据权利要求8所述的复合光斑激光输出装置，其特征在于，所述纤芯和所述环形层的材质为纯石英，所述沟壑层和所述外包层的材质为掺氟石英。

10.根据权利要求1所述的复合光斑激光输出装置，其特征在于，所述输出光纤的输入端熔接石英端帽，所述第一激光和所述第二激光经过所述石英端帽，从所述输出光纤的输入端进入所述输出光纤，所述输出光纤经过cps处理。

技术总结本申请涉及激光器技术领域，具体涉及一种复合光斑激光输出装置。该激光输出装置包括生成模块、整形模块和输出模块。生成模块包括第一激光芯片和第二激光芯片，第一激光芯片和第二激光芯片的发光条宽不同，第一激光芯片发射第一激光，第二激光芯片发射第二激光。整形模块包括第一准直透镜、第二准直透镜和波长合束器，第一准直透镜和第二准直透镜具有不同的焦距。输出模块包括聚焦透镜和输出光纤，输出光纤具有纤芯、沟壑层和环形层。通过调整第一激光芯片和第二激光芯片的发光条宽、第一准直透镜和第二准直透镜的焦距，改变第一激光和第二激光的光斑大小，能够调节纤芯的能量占比，从而获得纤芯能量较高的复合波长牛眼光斑。技术研发人员：周少丰,丁亮,陈华为,刘鹏受保护的技术使用者：深圳市星汉激光科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29