一种激光系统的制作方法

1.本技术涉及激光技术领域，具体而言，涉及一种激光系统。


背景技术：

2.光纤激光器由于其转化效率高、优质光束质量、质量轻、结构紧凑、易维护、成本低等优点，逐渐取代传统激光器，在医疗、工业以及军用得到的广泛的应用。随着近些年光纤激光器的飞速发展，功率级别的不断提高，应用需求不断增加，高功率光纤激光器进入了工业加工行业，但是传统的高斯型点激光光束激光加工时存在飞溅问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术实施例的目的在于提供一种激光系统。以防止激光在加工行业进行加工时防止飞溅。
4.第一方面，本技术实施例提供了一种激光系统，包括：激光模块、环斑模块、驱动模块；所述激光模块用于产生激光并将所述激光输入到所述环斑模块；所述环斑模块与所述激光模块连接，所述环斑模块用于处理所述激光并输出多种形状激光光束，所述环形光束激光的输入端与所述点光束激光的输入端彼此独立；所述驱动模块与所述激光模块连接，所述驱动模块用于控制所述激光模块的功率，以实现所述多种形状激光光束的功率独立调节。
5.本技术实施例通过设置激光模块并将多个激光模块连接到该环斑模块，激光模块用于生成泵浦光并对该泵浦光进行处理以得到激光并将该激光输出到环斑模块，通过环斑模块处理以输出多种形状的激光，同时通过设置驱动模块的设置，该驱动模块与激光模块连接通过控制激光模块的功率还能实现对多个激光模块的单独控制。
6.结合第一方面，本技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中：所述环斑模块，包括：环斑合束器；所述环斑合束器与所述激光模块连接，所述环斑合束器用于整合所述激光并形成多种形状激光光束。
7.本技术实施例通过设置环斑合束器，并将该环斑合束器与多个激光模块连接，多个激光模块输出的多个激光可直接输入到环斑合束器内，环斑合束器对多个激光进处理，以输出多种形状的激光光束，防止激光飞溅。
8.结合第一方面的第一种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中：所述环斑合束器，还包括：第一剥离器；所述第一剥离器设置于所述环斑光束器内部，所述第一剥离器用于将所述激光分为第一路激光和第二路激光，所述第一剥离器将所述第一路激光输出为第一形状激光，所述第一剥离器将所述第二路激光输出为第二形状激光。
9.本技术实施例通过在环斑合束器内部设置剥离器，该剥离器可以将输入环斑合束器的激光分为多路激光，以输出多种形状激光光束，防止激光飞溅。
10.结合第一方面的第二种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第三种
可能的实施方式，其中，所述激光模块，包括：泵浦源、处理单元；所泵浦源与所述驱动模块连接，所述泵浦源可以为一个或多个，所述泵浦源用于产生泵浦光；所述处理单元的第一端、所述处理单元的第二端与所述泵浦源连接，所述处理单元的第三端与所述环斑模块连接，所述处理单元用于将所述泵浦光转换为激光并将所述激光输入到所述环斑模块。
11.本技术实施例通过在激光模块设置泵浦源，并将泵浦源与驱动模块连接，可以通过驱动模块直接控制泵浦源，通过单独控制泵浦源以实现对多个激光的单独控制。同时，本技术实施例还在激光模块设置处理单元，由于泵浦源输出的泵浦源，通过处理单元对泵浦光进行一系列的处理，可以将泵浦光转换为激光，以输出到环斑模块，供环斑模块进一步处理，以输出多种形状的激光光束，防止激光在工业工作时飞溅。
12.结合第一方面的第三种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述处理单元包括：合成器和转换器；所述合成器的一端与所述泵浦源连接，所述合成器的另一端与所述转换器连接；所述转换器远离所述合成器的一端与所述环斑模块连接；所述合成器用于将所述泵浦光耦合进所述转换器，所述转换器用于将所述泵浦光转换为激光并将所述激光输入到所述环斑模块。
13.本技术实施例通过在处理单元设置合成器，通过合成器与泵浦源连接，将泵浦源输出的泵浦光耦合进行转换器，转换器将该泵浦光进行处理后得到激光，并将获得的激光输入到环斑模块，通过合成器与转换器的配合实现将泵浦光转换为激光，转换器可以实现的对激光的特性的调整和设置，获得满足实际需求的激光，提高激光实际利用率。
14.结合第一方面的第四种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述合成器包括：正向泵浦合成器、反向泵浦合成器；所述正向泵浦合成器的输入端连接多个所述泵浦源，所述正向泵浦合成器用于将多个所述泵浦源产生的多个泵浦光正向耦合进所述转换器；所述反向泵浦合成器的输入端连接多个所述泵浦源，所述反向泵浦合成器用于将多个所述泵浦源产生的多个泵浦光反向耦合进所述转换器。
15.本技术实施例通过设置正向泵浦合成器和反向泵浦合成器，可以将多个泵浦源产生的多个泵浦光分别从正向和反向耦合到转换器中，以实现多个方向多种方式产生处理泵浦光以生成激光。
16.结合第一方面的第五种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述转换器包括：第一光栅、第二光栅及有源光纤；所述第一光栅的第一端与所述正向泵浦合成器的输出端连接；所述有源光纤的第一端与所述第一光栅的第二端连接，所述有源光纤的第二端与所述第二光栅的第一端连接，所述第一光栅的第二端与所述反向泵浦合成器的输入端连接，所述第一光栅、所述第二光栅及所述有源光纤之间形成谐振腔，以控制所述泵浦光；所述有源光纤用于将所述泵浦光转换为激光。
17.本技术实施例通过设置第一光栅、第二光栅以及有源光纤，其中第一光栅能够反射指定波长，第二光栅能够返回一部分光以形成振荡，还能够透过一部分光用于激光输出。另外，将第一光栅、有源光纤以及第二光栅依次连接，可以形成完整的谐振腔，该谐振腔可以提供正反馈同时还能控制光束的特征，以此实现激光的可调输出，同时还能增加对激光系统输出激光的多样性。
18.结合第一方面的第六种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述系统还包括：温度监测模块；所述温度监测模块与所述激光模
块连接，所述温度监测模块用于监测所述激光装置温度。
19.本技术实施例通过设置温度监测模块，并将温度监测模块与激光模块连接，可以通过温度监测模块实时监测激光模块的温度。
20.结合第一方面的第七种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述系统还包括：温度控制模块；所述温度控制模块与所述温度监测模块连接；所述温度控制模块与所述激光模块连接，所述温度控制模块用于控制所述激光模块温度。
21.本技术实施例通过设置温度控制模块，并将温度控制模块与温度监测模块连接，实时获取温度监测模块监测到的激光模块的温度，并控制激光模块的升温或者降温，以将激光模块的温度控制在正常温度范围内，保证激光模块的安全性。
22.结合第一方面的第八种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述系统还包括：中心控制模块；所述中心控制模块与所述温度控制模块、所述驱动模块和所述激光模块连接；当所述激光模块温度异常时，所述中心控制模块用于控制所述驱动模块限制电流或所述中心控制模块用于控制所述激光模块停止生成激光。
23.本技术实施例通过设置中心控制模块，并将中心控制模块与温度控制模块、驱动模块以激光模块连接，当激光模块温度异常时，该中心控制可以控制激光模块关闭ld泵浦源，以保护激光器。当激光模块温度异常时，该中心控制还可以控制驱动模块限流，以保护该激光系统。该中心控制模块通过对温度控制模块、驱动模块以及激光模块分别控制，实现对整个激光系统进行控制和调节，以控制整个激光系统安全、高效的运行。
24.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
26.图1为本技术实施例提供的激光系统模块示意图；
27.图2为本技术实施例提供的激光模块的组成示意图；
28.图3为本技术实施例提供的中心控制模块的方框示意图。
29.图标：100-激光模块；110-泵浦源；121-合成器；1211-正向泵浦合成器；1212-反向泵浦合成器；122-转换器；1221-第一光栅；1222-第二光栅；1223-有源光纤；130-第二剥离器；140-模场适配器；150-隔离器；160-指示红光；200-驱动模块；300-环斑模块；400-中心控制模块；410-存储器；420-存储控制器；430-处理器。
具体实施方式
30.下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的原理结构、系统、方法和计算机
程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、功能块、程序段或代码的一部分，所述模块、功能块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的模拟功能和逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
31.随着光通信和激光加工技术的发展，激光的应用也越来越广泛，很多新兴的应用被开发出来，激光加工更是得到了迅猛的发展，在加工速度、加工精度和加工质量上均取得了巨大的改善。但是，在工业加工行业，传统的激光光束加工时存在飞溅问题，因此产生了一种环点激光光束输出的激光器，但传统的该类激光器实现环点激光光束输出的原理是通过光学结构手段对光束进行整形，激光输出头大，且由于是光学结构，因此稳定性不如全光纤结构。
32.基于此，本技术发明人提出以环斑合束器为核心，设计一种激光系统，以实现多种形状的激光输出，防止工业运用时产生飞溅。
33.请参阅图1，是本技术实施例提供的激光系统的模块示意图，包括：激光模块100、环斑模块300、驱动模块200。
34.其中，激光模块100用于产生激光并将激光输入到环斑模块300，环斑模块300与激光模块100连接，环斑模块300用于处理该激光并输出多种形状激光光束，多种形状激光光束的输入端彼此独立，该驱动模块200与该激光模块100连接，驱动模块200用于控制该激光模块100的功率，以实现对多种形状激光光束的功率独立调节。
35.可选地，该激光系统可以包括多个激光模块100，多个激光模块100彼此独立。该多个激光模块100分别与环斑模块300连接，该环斑模块300用于接收多个激光模块100输出的多个激光。
36.示例性地，该激光模块100可以是6个、10个、13个、15个等。
37.可选地，该驱动模块200还可以用于对该激光模块100进行限流，该驱动模块200还可以用于控制该激光模块100的开启或关闭。
38.可选地，该多种形状激光光束可以包括环形激光、点激光、同心多环形激光、花瓣形激光等。
39.本实施例中，该环斑模块300包括环斑合束器。
40.其中，环斑合束器与激光模块100连接，该环斑合束器用于整合激光并形成多种形状激光光束。
41.示例性地，环斑合束器可用于将多路激光进行合束，以形成环形光束和点光束的输出光束，环形光束的输入端和点光束输入端独立分开，不相互干扰。
42.示例性地，环斑合束器可用于将多路激光进行合束，以形成同心多环光束和点光束的输出光束，同心多环光束的输入端和点光束输入端独立分开，不相互干扰。
43.示例性地，环斑合束器可用于将多路激光进行合束，以形成环形光束和花瓣形光束的输出光束，环形光束的输入端和花瓣形光束输入端独立分开，不相互干扰。
44.本实施例中，该环斑合束器包括第一剥离器。
45.其中，第一剥离器设置于该环斑光束器内部，第一剥离器用于将激光分为第一路激光和第二路激光，第一剥离器将第一路激光输出为第一形状激光，第一剥离器将第二路激光输出为第二形状激光。
46.可选地，该第一剥离器可以将该多个激光分为多路激光，包括但不限于2路激光、5路激光、8路激光等。
47.示例性地，x个激光连接到环斑合束器，第一剥离器将其中的y个激光分为第一路激光，并输出第一形状激光，并将其中的z个激光分为第二路激光，并输出第二形状激光，其中x＝y+z。
48.示例性地，以第一剥离器将多个激光分为2路激光为例，若有11个激光模块100与环斑模块300连接，则环斑合束器输入11个激光。该第一剥离器将该11个激光分为第一路激光与第二路激光，其中该第一路激光可以包括5个激光，该第二路激光可以包括6个激光，第一路激光经处理后输出环形激光光束，第二路激光经处理后输出点激光光束。
49.示例性地，以第一剥离器将多个激光分为2路激光为例，若有18个激光模块100与环斑模块300连接，则环斑合束器输入18个激光。该第一剥离器将该18个激光分为第一路激光与第二路激光，其中该第一路激光可以包括9个激光，该第二路激光可以包括9个激光，第一路激光经处理后输出环形激光光束，第二路激光经处理后输出点激光光束。
50.可选地，驱动模块200分别与该激光模块100连接，多个激光模块100单独受该驱动模块200调节，该多个激光光束之间彼此独立，且能实现单独调节。
51.可选地，该第一剥离器可以设置为石英输出头，该第一剥离器支持高功率输出，能够直接水冷，方便散热，且有一定的抗回返光的能力。
52.上述技术方案中，如图2所示，该激光模块100包括泵浦源110、处理单元。
53.其中，泵浦源110与驱动模块200连接，该泵浦源110可以为一个或多个，所述泵浦源110用于产生泵浦光。
54.其中，处理单元的第一端、处理单元的第二端与泵浦源连接，处理单元的第三端与环斑模块300连接，该处理单元用于将泵浦光转换为激光并将该激光输入到环斑模块300。
55.可选地，驱动模块200通过驱动泵浦源功率实现对激光模块的功率的调整。
56.可选地，该泵浦源可以选用波长为916纳米和976纳米，该泵浦源用于提供泵浦能量，该泵浦源的具体波长选用可以根据实际情况进行调整。
57.上述技术方案中，该处理单元包括合成器121和转换器122。
58.其中，合成器121的一端与泵浦源110连接，合成器121的另一端与转换器122连接。
59.其中，转换器122远离合成器121的一端与环斑模块300连接，该合成器121用于将泵浦光耦合进转换器122，转换器122用于将该泵浦光转换为激光并将该激光输入到环斑模块300。
60.可选地，该合成器121可以是一个或多个，该转换器122与一个或多个合成器121连接。
61.上述技术方案中，合成器121包括正向泵浦合成器1211和反向泵浦合成器1212。
62.其中，正向泵浦合成器1211的输入端连接多个泵浦源110，该正向泵浦合成器1211用于将多个泵浦源110产生的多个泵浦光正向耦合进转换器122。
63.其中，反向泵浦合成器1212的输入端连接多个泵浦源110，该反向泵浦合成器1212用于将多个泵浦源110产生的多个泵浦光反向耦合进转换器122。
64.示例性地，若正向泵浦合成器1211的输入端连接m个泵浦源110，反向泵浦合成器1212的输入端连接n个泵浦源110，则该正向泵浦合成器1211用于将m个泵浦源110产生的m个泵浦光正向耦合进转换器122，该反向泵浦合成器1212用于将n个泵浦源110产生的n个泵浦光反向耦合进转换器122，其中m与n可以相同，m与n也可以不相同。
65.上述技术方案中，转换器122包括第一光栅1221、第二光栅1222及有源光纤1223。
66.其中，第一光栅1221的第一端与正向泵浦合成器1211的输出端连接，有源光纤1223的第一端与该第一光栅1221的第二端连接，该有源光纤1223的第二端与第二光栅1222的第一端连接，第一光栅1221的第二端与反向泵浦合成器1212的输入端连接，该第一光栅1221、第二光栅1222及有源光纤1223之间形成谐振腔，以控制泵浦光，该有源光纤1223用于将泵浦光转换为激光。
67.其中，该谐振腔用于形成激光，并提供能量反馈同时还能选择激光的方向和频率。
68.可选地，该第一光栅1221可以是双包层高反光栅、单包层高反光栅，该第二光栅1222可以是双包层低反光栅、单包层低反光栅，该有源光纤1223可以是双包层有源光纤、单包层有源光纤等。
69.示例性地，该有源光纤1223可以吸收916纳米-976纳米的泵浦光，通过对该泵浦光的吸收转化，产生反转粒子数后，激发转换成所需的激光，并发射1010纳米-1100纳米波长的激光。
70.可选地，上述只是示例性的泵浦光与激光波长，该有源光纤还可以通过参杂其他稀土元素吸收或发射其他波长的泵浦光或激光。
71.上述技术方案中，该激光模块100还包括模场适配器140、隔离器150。
72.其中，隔离器150与模场适配器140连接，该隔离器150用于隔离返回光，该模场适配器140与正向泵浦合成器1211的输入端连接，该模场适配器140用于调节隔离器模场与正向泵浦合成器模场。
73.可选地，该隔离器150远离模场适配器140的一端与指示红光160连接，该指示红光160可用于调整检验光路，该指示红光还可以用于激光加工时的指示。
74.可选地，该隔离器150用于对回返光进行隔离，以保护指示红光。
75.可选地，该模场适配器140可用于连接两种不同光纤模场的光纤，可以使得基模信号在熔接点出得到最大限度的通过率，该模场适配器140还用于将指示红光160中的红光耦合至转换器。
76.可选地，该模场适配器140两端可以连接光纤器件、有源光纤、无源光纤或输出头。
77.可选地，第一光栅1221或第二光栅1222可以将该指示红光160中的红光输入到有源光纤1223，有源光纤1223实现对该红光的转化与处理。
78.示例性地，隔离器150输出光纤和正向泵浦合成器1211的输入光纤尺寸不一致，直接熔接起来损耗会比较大，模场适配器140能降低两边模场不一致导致的损耗，并且对回返光有缓冲作用。
79.上述技术方案中，该激光模块100还包括第二剥离器130。
80.可选地，该第二剥离器130与反向泵浦合成器1212的第三端连接，该第二剥离器130用于剥离多余没有吸收的泵浦光，并具有抗回返作用。
81.示例性地，该第二剥离器130的规格可以设置为承受功率1.2kw，工作波长1080纳米，水冷制冷效率为98％，当然该第二剥离器130的实际规格可以根基激光器实际需求进行调整。
82.上述技术方案中，该激光系统100还包括温度监测模块。
83.其中，该温度监测模块与激光模块100连接，该温度监测模块用于监测该激光装置温度。
84.可选地，该温度监测模块包括温度传感器，该温度传感器可以设置在激光模块100上。
85.可选地，该激光系统的各个器件均可设置温度传感器，以实现对各个器件温度进行实时监测。
86.上述技术方案中，该激光系统还包括温度控制模块。
87.其中，温度控制模块与温度监测模块连接，该温度控制模块与激光模块100连接，该温度控制模块用于控制该激光模块100温度。
88.上述技术方案中，该激光系统还包括中心控制模块400。
89.其中，中心控制模块400与温度控制模块、驱动模块200和激光模块100连接。当所述激光模块100温度异常时，该中心控制模块400用于控制该驱动模块200限制电流或该中心控制模块400用于控制该激光模块100停止生成激光。
90.示例性地，温度监测模块对激光模块100进行实时温度监测，并将监测得到的激光模块100的温度发送到温度控制模块，温度控制模块对该温度进行判断，确定该温度是否异常，并对激光模块100的温度进行升温或者降温控制，保证激光模块100的温度维持在恒定温度。若激光模块100的温度异常，温度控制模块立即反馈给中心控制模块400，中心控制模块400控制驱动模块200对激光模块100限流，或中心控制模块400控制激光模块100关闭泵浦源110。
91.可选地，该中心控制模块400可以是单片机、可编程控制器等。
92.可选地，如图3所示，该中心控制模块400还可以包括存储器410、存储控制器420、处理器430。本领域普通技术人员可以理解，图3所示的结构仅为示意，其并不对中心控制模块400的结构造成限定。例如，中心控制模块400还可包括比图3中所示更多或者更少的组件，或者具有与图3所示不同的配置。
93.上述的存储器410、存储控制器420及处理器430各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。上述的处理器430用于执行存储器中存储的可执行模块。
94.其中，存储器410可以是，但不限于，随机存取存储器(random access memory，简称ram)，只读存储器(read only memory，简称rom)，可编程只读存储器(programmable read-only memory，简称prom)，可擦除只读存储器(erasable programmable read-only memory，简称eprom)，电可擦除只读存储器(electric erasable programmable read-only memory，简称eeprom)等。其中，存储器410用于存储程序，所述处理器430在接收到执行指令
后，执行所述程序，本技术实施例任一实施例揭示的过程定义的中心控制模块400所执行的方法可以应用于处理器430中，或者由处理器430实现。
95.上述的处理器430可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器430可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processor，简称dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本技术实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
96.本技术实施例，通过正向泵浦源与反向泵浦源可以实现双向产生多个泵浦光，并通过合成器和转换器将多个泵浦光转换为多个激光。该多个激光彼此之间相互独立，在分别传输到环斑合束器，环斑合束器可将该多个激光进行分类，分别输出不同形状。通过本技术的激光系统不仅可以实现对多个激光光束的单独控制，还能够通过环斑合束器输出环形激光光束，防止激光在加工是飞溅。
97.在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、原理、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、原理、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、原理、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
98.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的原理、思想、精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。