一种用于材料处理的新型多波段光源及其实现方法与流程

本发明涉及到一种新型多波段光源及其实现方法，特别涉及一种用于材料处理的新型多波段光源及其实现方法。

背景技术：

目前红外激光器，尤其是光纤激光，在材料处理上有很广泛的应用，但是，红外激光器最大的问题，在于金属铜的焊接，由于金属铜在微电子工业，汽车工业和其它方面的广泛应用，对这类材料的加工处理，其重要性是不言而喻的，红外激光器一直以来很难处理铜的焊接，主要原因，在于低吸收率，如图1所示，铜在常用的1um红外波段附近只有约5%的吸收，这意味着用红外激光处理铜材料就需要更高的峰值功率，这会导致很多问题，比如表面氧化，粗糙度变化，焊接重复性较差，焊点飞溅等等，对异种金属，如铜/铝，铜/不锈钢，焊接难度也非常大。

解决以上问题的方案之一，是采用蓝光光光源，如图1所示，铜在蓝光波段(450nm)附近，吸收率达65%，是红外波段的12倍多，对其它金属，蓝光的吸收效率比起红外光也都有不同程度的提升，如对铝提高约3倍，对镍和不锈钢分别提高约2倍，对金提高约50倍，高吸收效率可以用来显著改善工艺窗口，实现高质量无飞溅焊接等红外光无法实现或低效率的焊接模式。

目前的蓝光光源，已知最先进的系统，是由美国nuburu公司制造的500瓦/400um纤芯输出的450nm激光器，由于各方面技术的原因，蓝光系统的输出功率很难达到千瓦或万瓦级，输出功率密度也很有限，因此在实际应用中，蓝光系统仍然不够理想。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于材料处理的新型多波段光源及其实现方法，具有耦合的蓝光和多波段光，提高红外光对材料的作用效率，蓝光可将材料局部加热到近熔化状态，此时材料局部对红外光吸收效率增加，而红外则以更大功率进一步将熔化局部加大加热，完成所需材料处理任务的优点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于材料处理的新型多波段光源，450nm附近的蓝色光源和其它波段的光源，其它波段的光源800-1100nm红外或近红外光光源，蓝色光源和其它波段的光源耦合含有多波段的输出光；

所述多波段的输出光以及通过和束器的输入子光源，一个输入子光源为450nm蓝光，另一个输入子光源为450nm的蓝光和其它波段光源通过滤波片耦合产生；多波段的输出光以及通过偏振合束器的输入子光源，输入子光源由450nm蓝光和1064nm红外光通过偏振合束器耦合产生；

所述光源产生450nm蓝色和1064nm红外的混合多波段光，光纤线将激光从主机接到工件加工处，石英接口与聚焦透镜模块将激光聚焦到工件的表面。

所述连续或脉冲模式运行的激光脉冲由预脉冲和主脉冲组成，预脉冲为450nm的蓝光能量，而主脉冲为1064nm红外光能量。

本发明提供另一技术方案，一种用于材料处理的新型多波段光源的实现方法，包括以下步骤：

步骤一：由二极管激光产生制取输入光为450nm的蓝色光源；

步骤二：由二极管激光产生或由光纤激光产生制取输入光为其它波段光源，其它波段光源为800-1100nm红外或近红外光；

步骤三：输入光由常用的透镜耦合方法耦合，分别进入对应的光纤；

步骤四：光纤由光纤和束器融接到输出光纤内，输入光也经由合束器在输出光纤内合并成为输出光。

进一步地，针对步骤s4，光纤合束器用合适的方法，如高温熔合，将一组输入光纤熔接到一根输出光纤，输出光包含450nm波段的蓝光，也包含有高功率的近红外或红外光，所有波段的光源均可根据需要独立进行调制，以连续或脉冲模式运行。

本发明提供另一技术方案，一种用于材料处理的新型多波段光源的实现方法，包括以下步骤：

步骤一：由二极管激光产生制取输入子光源和450nm的蓝色光源；

步骤二：由二极管激光产生或由光纤激光产生制取其它波段光源的800-1100nm红外或近红外光源；

步骤三：450nm的蓝光和其它波段光依次通过滤波片和滤波片耦合产生输入子光源；

步骤四：输入子光源和耦合的输入子光源，分别再次耦合进入光纤，通过和束器后，合成产生输出光。

进一步地，针对步骤s4，输出光含有450nm附近蓝光和其它波段如1064nm红外波段光，所有波段的光源均可根据需要独立进行调制，以连续或脉冲模式运行。

本发明提供另一技术方案，一种用于材料处理的新型多波段光源的实现方法，包括以下步骤：

步骤一：由二极管激光产生制取450nm蓝光；

步骤二：由二极管激光产生或由光纤激光产生制取1064nm红外光；

步骤三：450nm蓝光和1064nm红外光通过偏振合束器耦合产生多个输入子光源；

步骤四：输入子光源和其他输入子光源，分别耦合进入光纤，通过和束器后合成产生输出光。

进一步地，针对步骤s4，输出光含有450nm附近蓝光和其它波段如1064nm红外波段光，所有波段的光源均可根据需要独立进行调制，以连续或脉冲模式运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本用于材料处理的新型多波段光源及其实现方法，产生的光源包含有450nm附近蓝光和其它波段如1064nm红外波段光，所有波段的光源均可根据需要独立进行调制，以连续或脉冲模式运行，可以大幅提高对铜，铝，金等材料的焊接和处理能力，提高红外光对材料的作用效率，蓝光可将材料局部加热到近熔化状态，此时材料局部对红外光吸收效率增加，而红外则以更大功率进一步将熔化局部加大加热，完成所需材料处理任务。

附图说明

图1为现有铜的吸收光谱；

图2为本发明的特种光源实现之一；

图3为本发明的特种光源实现之二；

图4为本发明的特种光源实现之三；

图5为本发明的特种光源应用场景；

图6为本发明的特种光源控制方法。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图2，一种用于材料处理的新型多波段光源，450nm附近的蓝色光源和其它波段的光源，其它波段的光源800-1100nm红外或近红外光光源，蓝色光源和其它波段的光源耦合含有多波段的输出光20。

本发明提供另一技术方案，一种用于材料处理的新型多波段光源及其实现方法，以下步骤：

步骤一：由二极管激光产生制取输入光10，11，12为450nm的蓝色光源；

步骤二：由二极管激光产生或由光纤激光产生制取输入光13，14为其它波段光源，其它波段光源为800-1100nm红外或近红外光；

步骤三：输入光10-14由常用的透镜耦合方法耦合，分别进入对应的输入光纤100-104；

步骤四：光纤100-104由光纤和束器210融接到输出光纤200内，输入光10-14也经由合束器210在输出光纤200内合并成为输出光20，光纤合束器210用合适的方法，如高温熔合，将一组输入光纤100-104熔接到一根输出光纤200，输出光20包含450nm波段的蓝光，也包含有高功率的近红外或红外光，所有波段的光源均可根据需要独立进行调制，以连续或脉冲模式运行。

实施例二：

请参阅图3，一种用于材料处理的新型多波段光源，多波段的输出光20以及通过和束器210的输入子光源10和输入子光源30和31，输入子光源10为450nm蓝光，输入子光源30和31为450nm的蓝光301和其它波段光源302通过滤波片304耦合产生。

本发明提供另一技术方案，一种用于材料处理的新型多波段光源及其实现方法，以下步骤：

步骤一：由二极管激光产生制取输入子光源10和蓝光301为450nm的蓝色光源；

步骤二：由二极管激光产生或由光纤激光产生制取其它波段光源302的800-1100nm红外或近红外光源；

步骤三：450nm的蓝光301和其它波段光302依次通过滤波片303和滤波片304耦合产生输入子光源30和31；

步骤四：输入子光源10和输入子光源30和31，分别耦合进入光纤，通过和束器210后，合成产生输出光20，输出光20含有450nm附近蓝光301和其它波段光源302如1064nm红外波段光，所有波段的光源均可根据需要独立进行调制，以连续或脉冲模式运行，使用时对蓝光301和红外光分别调制，优化材料对光源的总体吸收

实施例三：

请参阅图4，一种用于材料处理的新型多波段光源，其特征在于，多波段的输出光20以及通过偏振合束器403的输入子光源40和输入子光源30和31，输入子光源40和输入子光源30和31由450nm蓝光401和1064nm红外光402通过偏振合束器403耦合产生。

本发明提供另一技术方案，一种用于材料处理的新型多波段光源及其实现方法，以下步骤：

步骤一：由二极管激光产生制取450nm蓝光401；

步骤二：由二极管激光产生或由光纤激光产生制取1064nm红外光402；

步骤三：450nm蓝光401和1064nm红外光402通过偏振合束器403耦合产生输入子光源40和输入子光源30和31；

步骤四：输入子光源10和输入子光源30和31，分别耦合进入光纤，通过和束器210后合成产生输出光20，输出光20含有450nm附近蓝光和其它波段如1064nm红外波段光，所有波段的光源均可根据需要独立进行调制，以连续或脉冲模式运行。

蓝光与红外光由wdm滤波片到输入光纤，再由光纤合束器耦合到输出光纤，使用时对蓝光401和红外光402分别调制，优化材料对光源的总体吸收。

实施例四：

请参阅图5，光源50产生450nm蓝色和1064nm红外的混合多波段光，光纤线51将激光从主机接到工件加工处，石英接口52与聚焦透镜模块53将激光聚焦到工件54的表面，进行所需要的材料处理工作如焊接，切割，打标，或表面清洗。

实施例五：

请参阅图6，连续或脉冲模式运行的激光脉冲由预脉冲61和主脉冲62组成，预脉冲61为450nm的蓝光能量，而主脉冲62为1064nm红外光能量，蓝光预脉冲61可将材料局部加热到近熔化状态，此时材料局部对红外光吸收效率增加，而红外主脉冲62则以更大功率进一步将熔化局部加大加热，完成所需材料处理任务，本发明中的光源也可以连续方式运行，或以任何其它已知的方式对各波段能量进行合理的调制，以达到特定要求的最佳控制。

综上所述：本发明用于材料处理的新型多波段光源及其实现方法，产生的光源包含有450nm附近蓝光和其它波段如1064nm红外波段光，所有波段的光源均可根据需要独立进行调制，以连续或脉冲模式运行，可以大幅提高对铜，铝，金等材料的焊接和处理能力，提高红外光对材料的作用效率，蓝光可将材料局部加热到近熔化状态，此时材料局部对红外光吸收效率增加，而红外则以更大功率进一步将熔化局部加大加热，完成所需材料处理任务。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。