一种可处理高反材料的激光装置及反射光处理方法与流程

1.发明涉及反射光处理技术领域，尤其涉及一种可处理高反材料的激光装置及反射光处理方法。


背景技术：

2.激光装置，例如光纤激光器在实际应用中会切割或焊接高反材料，但是目前光纤激光器的抗反射光性能远远不能达到实际使用要求，导致在应用中光纤激光器因反射光过大烧毁器件。
3.反射光主要是在切割的穿孔阶段和整个焊接过程中存在，当激光输出头垂直于高反材料加工平面时，有很大一部分反射光耦合进光纤的纤芯中，并沿激光器光路反向传输，当反射光过大时，会导致光纤激光器前端光路器件损毁，进而导致光纤激光器失效。
4.反射光问题不仅限制了光纤激光器的实际应用，同时会影响光纤激光器的稳定运行，缩短光纤激光器的使用寿命。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明为解决切割或焊接时反射光烧毁激光器前端光路器件的问题而提供以下技术方案：
6.提供一种可处理高反材料的激光装置，所述激光装置由指示光激光器、反向剥模器、正向泵浦源、正向合束器、高反光栅、增益光纤、低反光栅、反向合束器、正向剥模器和光纤输出器构成；
7.所述激光装置的光路传输方向与所述指示光激光器传输方向一致，当所述指示光激光器工作后，经由所述反向剥模器、所述正向泵浦源、所述正向合束器、所述高反光栅、所述增益光纤、所述低反光栅、所述反向合束器、所述正向剥模器，最终通过所述光纤输出器输出。
8.可选的，所述反向合束器靠近所述正向剥模器的一端连接有反向泵浦源。
9.可选的，所述激光装置还包括反射光衰减器，所述反射光衰减器位于所述反向剥模器与所述指示光激光器之间。
10.可选的，所述反射光衰减器包括反射光衰减段，所述反射光衰减段由输入段光纤、中段光纤和输出段光纤构成，其中，反射光传输方向为：输入段光纤的初端-输入段光纤的终端-中段光纤-输出段光纤的初端-输出段光纤的终端。
11.可选的，所述反射光衰减器工作时，纤芯反射光通过所述输入段光纤输入，在通过所述输入段光纤与所述中段光纤的锥区时，纤芯反射光的模场面积从所述输入段光纤逐增为所述中段光纤的纤芯模场面积，在通过所述中段光纤与所述输出段光纤的锥区时，所述中段光纤逐减为所述输出段光纤的纤芯模场面积。
12.可选的，所述正向合束器信号光纤为纤芯20μm、包层400μm，即所述正向合束器信号光纤为20/400双包层光纤纤芯，涂覆层为530μm，na为0.07；
13.所述反射光衰减器的所述输入段光纤为20/400双包层光纤，纤芯na为0.07；
14.所述中段光纤为50/400双包层光纤，纤芯na为0.12；
15.所述输出段光纤为20/400双包层光纤，纤芯na为0.07，纤芯反射光通过所述反射光衰减器后，经测试衰减系数可达4db。
16.可选的，合束器信号光纤为20/400双包层光纤，纤芯na为0.07；
17.所述反射光衰减器输入段光纤为20/400双包层光纤，纤芯na为0.07；
18.所述中段光纤为50/70/360三包层光纤，纤芯na为0.22；
19.输出段光纤为20/400双包层光纤，纤芯na为0.07，纤芯反射光通过反射光衰减器后，经测试衰减系数可达8db。
20.可选的，合束器信号光纤为14/250双包层光纤，纤芯na为0.07；
21.所述反射光衰减器输入段光纤为14/250双包层光纤，纤芯na为0.07；
22.中段光纤为50/70/360三包层光纤，纤芯na为0.22；
23.输出段光纤为12/250双包层光纤，纤芯na为0.07，纤芯反射光通过反射光衰减器后，经测试衰减系数可达10db。
24.可选的，所述反射光衰减器外部还设有光热转换壁，所述光热转换壁的外层设有冷水管道，纤芯反射光通过所述光热转换壁后，所述纤芯反射光的热能传导至所述光热转换壁内层上，经由所述冷水管道通过水将热能传导出去。
25.可选的，所述光热转换壁开有光纤固定孔，反射光衰减段贯穿且卡固在所述光纤固定孔内。
26.还提供一种反射光处理方法，所述处理方法可通过上述任意一种可处理高反材料的激光装置来实现。
27.一种反射光处理方法包括：
28.步骤s10，当激光装置启动且未处理任何材料时，泵浦源发射泵浦激光，通过正/反向合束器耦合进单光纤包层中，在高/低反光栅与增益光纤组成的谐振腔中，包层泵浦激光转换为纤芯光纤激光，通过剥模器剥除残余包层光后，激光从光纤输出器输出，激光不经过反射光衰减器，此时所述反射光衰减器不工作；
29.步骤s20，当激光装置处理材料时，大量的反射光通过光路互逆原理，重新耦合回激光器光路中，并沿光路反向传输，其中耦合进包层的反射光通过剥模器基本剥除干净，纤芯反射光通过合束器时部分耦合进包层，被剥模器剥除，剩余纤芯反射光仍可达百瓦量级，此时反射光衰减器工作，将纤芯反射光耦合进包层中并剥除，其中，所述材料包括高反材料，处理材料的动作包括切割和焊接。
30.其中，步骤s20包括：
31.步骤s201，光纤输出器将激光光束出射至高反材料表面，从所述高反材料表面反回的反射光耦合进光纤的纤芯中，得到纤芯反射光，所述纤芯反射光沿激光装置光路反向传输；
32.步骤s202，反射光衰减器工作时，纤芯反射光依次通过输入段光纤、中段光纤的锥区；
33.在通过中段光纤与输出段光纤的锥区时，由于输出段光纤纤芯的模场面积小于中段光纤纤芯的模场面积，因此大部分纤芯反射光耦合进锥区的包层中；
34.步骤s203，在锥区及输出段光纤的包层上通过反向剥模器做剥模处理，反向剥模器用于将大部分耦合进包层中的纤芯反射光剥除，从而达到衰减反射光的目的。
35.本发明的有益效果为：本发明增加了反射光衰减器后，根据大模场面积光纤中的光传输到小模场面积光纤中，会有大量纤芯光传输到包层中，通过剥除技术将包层光剥离，最终达到保护光路的目的。本发明的制作工艺简单，成本低廉，方便与常规激光器匹配，且能大幅度提升常规激光器抗反射光能力。
附图说明
36.图1为发明整体结构示意图；
37.图2为发明反射光衰减器结构示意图；
38.图3为发明反射光处理方法流程示意图；
39.图4为发明反射光衰减器封装示意图。
具体实施方式
40.下面详细描述发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释发明，而不能理解为对发明的限制。在发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
41.此外，在发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
42.下面结合附图对发明进行进一步说明：
43.参照图1，在发明的第一个实施例中，提供一种可处理高反材料的激光装置，激光装置由指示光激光器1、反向剥模器2、正向泵浦源3、正向合束器4、高反光栅5、增益光纤6、低反光栅7、反向合束器8、正向剥模器9和光纤输出器10构成；
44.激光装置的光路传输方向与指示光激光器2传输方向一致，当指示光激光器1工作后，经由反向剥模器2、正向泵浦源3、正向合束器4、高反光栅5、增益光纤6、低反光栅7、反向合束器8、正向剥模器9，最终通过光纤输出器10输出；
45.反向合束器8靠近正向剥模器9的一端连接有反向泵浦源15；
46.激光装置还包括反射光衰减器11，反射光衰减器11位于反向剥模器2与指示光激光器1之间；
47.反射光衰减器11包括反射光衰减段，反射光衰减段由输入段光纤、中段光纤和输出段光纤构成，其中，反射光传输方向为：输入段光纤的初端-输入段光纤的终端-中段光纤-输出段光纤的初端-输出段光纤的终端；
48.反射光衰减器11工作时，纤芯反射光通过输入段光纤输入，在通过输入段光纤与
中段光纤的锥区时，纤芯反射光的模场面积从输入段光纤逐增为中段光纤的纤芯模场面积，在通过中段光纤与输出段光纤的锥区时，中段光纤逐减为输出段光纤的纤芯模场面积，输入段光纤始段的纤芯模场面积与正向合束器4信号端纤芯模场面积相同，用于匹配正向合束器4信号端光纤，中段光纤的纤芯模场面积大于输入段光纤的始端的纤芯模场面积，且中段光纤两端通过拉锥匹配输入段光纤与输出段光纤的纤芯直径，输出段光纤的终端的纤芯模场面积小于中段光纤的纤芯模场面积，由于输出段光纤的纤芯模场面积小于中段光纤的纤芯模场面积，故大部分纤芯反射光耦合进锥区的包层中，在锥区及输出段光纤的包层上做剥模处理，实现将大部分耦合进包层中的纤芯反射光剥除，从而达到衰减反射光的目的；
49.正向合束器4信号光纤为纤芯20μm、包层400μm，即正向合束器4信号光纤为20/400双包层光纤纤芯，涂覆层为530μm，na为0.07；
50.反射光衰减器11的输入段光纤为20/400双包层光纤，纤芯na为0.07；中段光纤为50/400双包层光纤，纤芯na为0.12；输出段光纤为20/400双包层光纤，纤芯na为0.07。纤芯反射光通过反射光衰减器后，经测试衰减系数可达4db。此处的光纤型号有且不限于本类型，以上仅为可选项。
51.参照图1，在发明的第二个实施例中，合束器信号光纤为20/400双包层光纤，纤芯na为0.07；
52.反射光衰减器输入段光纤为20/400双包层光纤，纤芯na为0.07；
53.中段光纤为50/70/360三包层光纤，纤芯na为0.22；
54.输出段光纤为20/400双包层光纤，纤芯na为0.07，纤芯反射光通过反射光衰减器后，经测试衰减系数可达8db。此处的光纤型号有且不限于本类型，以上仅为可选项。
55.参照图1，在发明的第三个实施例中，合束器信号光纤为14/250双包层光纤，纤芯na为0.07；
56.反射光衰减器输入段光纤为14/250双包层光纤，纤芯na为0.07；
57.中段光纤为50/70/360三包层光纤，纤芯na为0.22；
58.输出段光纤为12/250双包层光纤，纤芯na为0.07，纤芯反射光通过反射光衰减器后，经测试衰减系数可达10db。此处的光纤型号有且不限于本类型，以上仅为可选项。
59.参照图1、2和4，在发明的第四个实施例中，反射光衰减器11外部还设有光热转换壁12，光热转换壁12的外层设有冷水管道13，纤芯反射光通过光热转换壁12后，纤芯反射光的热能传导至光热转换壁12内层上，经由冷水管道13通过水将热能传导出去。
60.光热转换壁12开有光纤固定孔14，反射光衰减段贯穿且卡固在光纤固定孔14内。光热转换壁12设有热沉固定孔16，光热转换壁12开有连通冷水管道13。
61.还提供有反射光处理方法的实施例，处理方法可通过上述任意一种可处理高反材料的激光装置来实现。
62.具体的，反射光处理方法可包括：
63.步骤s10，当激光装置启动且未处理任何材料时，泵浦源发射泵浦激光，通过正/反向合束器耦合进单光纤包层中，在高/低反光栅与增益光纤组成的谐振腔中，包层泵浦激光转换为纤芯光纤激光，通过剥模器剥除残余包层光后，激光从光纤输出器输出，激光不经过反射光衰减器，此时反射光衰减器不工作；
64.步骤s20，当激光装置处理材料时，大量的反射光通过光路互逆原理，重新耦合回激光器光路中，并沿光路反向传输，其中耦合进包层的反射光通过剥模器基本剥除干净，纤芯反射光通过合束器时部分耦合进包层，被剥模器剥除，剩余纤芯反射光仍可达百瓦量级，此时反射光衰减器工作，将纤芯反射光耦合进包层中并剥除，其中，材料包括高反材料，处理材料的动作包括切割和焊接。
65.参照图3，在另一实施例中包括：
66.步骤s201，光纤输出器将激光光束出射至高反材料表面，从高反材料表面反回的反射光耦合进光纤的纤芯中，得到纤芯反射光，纤芯反射光沿激光装置光路反向传输；
67.步骤s202，反射光衰减器工作时，纤芯反射光依次通过输入段光纤、中段光纤的锥区；
68.在通过中段光纤与输出段光纤的锥区时，由于输出段光纤纤芯的模场面积小于中段光纤纤芯的模场面积，因此大部分纤芯反射光耦合进锥区的包层中；
69.步骤s203，在锥区及输出段光纤的包层上通过反向剥模器做剥模处理，反向剥模器用于将大部分耦合进包层中的纤芯反射光剥除，从而达到衰减反射光的目的。
70.以上结合具体实施例对发明的技术原理进行了描述。这些描述只是为了解释发明的原理，而不能以任何方式解释为对发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入发明的保护范围之内。