一种复合制式激光加工系统的制作方法

本发明属于激光加工技术领域，特别涉及一种复合制式激光加工系统。

背景技术：

目前现有的激光加工系统采用的激光光源或为脉冲模式(如激光打标机)，或为连续模式(如激光切割系统)，形式较为单一，激光参数可调性差，单机应用范围较窄。已知脉冲激光和连续激光在激光加工过程中的工作机制不同，脉冲激光具有很高的峰值功率，例如在激光加工金属过程中，利用高的峰值功率使得金属汽化，可瞬间对金属材料的表面形成损伤，但是，高峰值功率激光往往输出功率有限，这就造成了激光加工过程中能量积累不足，加工速度有限，一般仅能造成金属表面毛化，提升金属表面的粗糙度；连续激光可以具有很大的输出功率，激光加工过程中主要利用激光能量在金属表面的进行热积累，靠熔化机制进行金属加工，但是高强度激光束照射至材料表面时，金属表面将会有60％-80％的激光能量反射而损失掉，且由于积累热熔化金属的过程是一个时间较长的过程，而金属热导率较高，这样不仅容易造成了激光能量的浪费，扩大了激光加工热影响区，影响工件的后续使用，而且影响激光加工面平整度。再者，高功率的激光输出，意味着高的技术难度与成本投入，且系统使用维护工程中风险较高。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的激光加工系统的激光参数可调性差、单机应用范围面窄的技术问题，提供一种复合制式激光加工系统，可达到提升加工速度，实现输出参数调节，扩展可加工材料范围，并实现激光切割、清洁、打标的一体化设计的有益效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种复合制式激光加工系统，包括大功率连续激光器、高峰值功率脉冲激光器、耦合单元、控制单元和光纤耦合单元，

所述控制单元分别与大功率连续激光器和高峰值功率脉冲激光器电性连接，所述耦合单元接收大功率连续激光器和高峰值功率脉冲激光器发射的激光并将其输出给光纤耦合单元。

作为优选，所述耦合单元由偏振耦合输出镜和高斯光束整形聚焦透镜组组成，或由波长耦合输出镜和高斯光束整形聚焦透镜组组成。

作为优选，所述大功率连续激光器提供大功率连续激光，采用保偏型或普通型的激光器，包含但不限于光纤激光器，也可为可提供高功率激光的固体、气体、半导体、准分子或其他类型激光器；当后续耦合方式采用偏振耦合方式时，采用保偏型激光器，当后续结构采用波长耦合方式时，采用普通型激光器。

作为优选，所述高峰值功率脉冲激光器提供高峰值功率脉冲激光，采用保偏型或普通型的激光器，主要指采用调Q、锁模或调Q锁模等调制方式产生脉冲激光的激光器，激光器类型包含且不限于固体、光纤、气体、半导体等类型。当后续耦合方式采用偏振耦合方式时，需采用保偏型激光器，当后续结构采用波长耦合方式时，采用普通型激光器。

作为优选，所述耦合单元包含激光准直聚焦系统，使得连续激光与脉冲激光的光斑有效重合。

作为优选，所述控制单元包括系统供能装置；所述控制单元通过控制大功率连续激光器和高峰值功率脉冲激光器的供电电流，实现对输出激光的功率的控制。

作为优选，所述光纤耦合单元将复合激光耦合进传输光纤中，实现复合激光的传输性。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明将高峰值功率脉冲激光、高输出功率连续激光进行了结合，充分利用两者的特点，不仅可以有效提升系统的加工速度，而且可以实现输出激光峰值功率、输出功率等参数的调节，大大扩展了可加工材料的范围，可实现激光切割、清洁、打标的一体化设计。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的偏振耦合原理图；

图3为本发明的波长耦合原理图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

本发明的实施例公开了一种复合制式激光加工系统，包括大功率连续激光器、高峰值功率脉冲激光器、耦合单元、控制单元和光纤耦合单元，控制单元分别与大功率连续激光器和高峰值功率脉冲激光器电性连接，耦合单元接收大功率连续激光器和高峰值功率脉冲激光器发射的激光并将其输出给光纤耦合单元。

耦合单元包含激光准直聚焦系统，使得连续激光与脉冲激光的光斑有效重合。

控制单元包括系统供能装置；控制单元通过控制大功率连续激光器和高峰值功率脉冲激光器的供电电流，实现对输出激光的功率的控制。

光纤耦合单元将复合激光耦合进传输光纤中，实现复合激光的传输性。

实施例1：

当连续激光与脉冲激光的波长相等时，

耦合单元由偏振耦合输出镜和高斯光束整形聚焦透镜组组成。

大功率连续激光器提供大功率连续激光，采用保偏型的光纤激光器，也可为可提供高功率激光的保偏型的固体、气体、半导体、准分子或其他类型激光器。

高峰值功率脉冲激光器提供高峰值功率脉冲激光，采用保偏型激光器，主要指采用调Q、锁模或调Q锁模等调制方式产生脉冲激光的激光器，激光器类型包含且不限于固体、光纤、气体、半导体等类型。

在耦合单元，连续激光器与脉冲激光器提供的激光为偏振激光，并且两者的偏振方向相互垂直，例如，采用偏振片作为合束器主体，其原理如图2所示，偏振方向平行于纸面的连续激光(或脉冲激光)与垂直于纸面的脉冲激光(或连续激光)分别从偏振片两侧分别以布鲁斯特角θ1和θ2入射。易知，当两者激光波长相等的时候，θ1＝θ2＝θ3，两光可重合。另外，耦合系统中包含激光准直聚焦系统，可使得连续激光与脉冲激光输出激光在有效工作距离范围内光斑能够有效的重合。

实施例2：

当连续激光与脉冲激光的波长不相等或两者的偏振状态较难实现时，

耦合单元由波长耦合输出镜和高斯光束整形聚焦透镜组组成。

大功率连续激光器提供大功率连续激光，采用普通型的光纤激光器，也可为可提供高功率激光的普通型的固体、气体、半导体、准分子或其他类型激光器。

高峰值功率脉冲激光器提供高峰值功率脉冲激光，采用普通型激光器，主要指采用调Q、锁模或调Q锁模等调制方式产生脉冲激光的激光器，激光器类型包含且不限于固体、光纤、气体、半导体等类型。

在耦合单元，对激光的偏振状态没有要求，采用二向色镜为合束器主体，其原理如图3所示，连续激光与脉冲激光分别以折射和反射，或脉冲激光与连续激光以折射和反射的方式通过二向色镜，入射角度为θ1和θ2分别为二向色镜膜层要求角度，且θ1＝θ2＝θ3，两光可重合。另外，耦合系统中包含激光准直聚焦系统，可使得连续激光与脉冲激光输出激光在有效工作距离范围内光斑能够有效的重合。

本发明采用脉冲激光和连续激光结合的方式进行激光加工。例如在激光切割过程中，利用脉冲激光的高峰值功率，造成待加工金属表面的损伤，制造切口，利用连续激光高输出功率的特点，提供能量支持，进行深度切割；在激光清洁过程中，利用脉冲激光高峰值功率特点，深度到金属表面，在金属表面和污染层之间形成冲击波，使得污染物分离，利用连续激光达功率的特点，使得污染物烧蚀。这样可以使得多种激光加工机理共同起作用，即可以提升激光加工速度，扩大系统的应用范围，又可以降低对激光器的指标要求，从而降低成本。

本发明将高峰值功率脉冲激光、高输出功率连续激光进行了结合，充分利用两者的特点，不仅可以有效提升系统的加工速度，而且可以实现了输出激光峰值功率、输出功率等参数的调节，大大扩展了可加工材料的范围，可实现激光切割、清洁、打标的一体化设计。

以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。