[發明專利]激光裝置以及具備該激光裝置的激光加工裝置

有效

• 申請號: 201080069641.2
• 申請日: 2010-10-18
• 公開（公告）號: CN103155308A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 今井浩文;平野弘二
• 申請（專利權）人: 新日鐵住金株式會社
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;B23K26/08
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 胡建新;樸勇

技術領域

本發明涉及一種在對金屬材料等進行加工時使用的激光裝置以及具備該激光裝置的激光加工裝置。

背景技術

近年來，在高功率激光加工領域中，通過使用了摻稀土類元素光纖的激光裝置進行加工備受關注。從激光裝置輸出的激光的波長是1μm帶，與以往一直使用的CO₂激光不同，能夠進行光纖傳輸。另外，能夠比CO₂激光更微小地聚光，因此適于切斷、焊接等的高速加工、精細加工。關于該激光裝置，已經有大量的公知技術(例如參照專利文獻1)。

圖13中示意性地示出現有的激光加工裝置100的一例。該激光加工裝置100大致由激光裝置101、光纖122以及照射光學系統(準直透鏡105和聚光透鏡106)構成。由激光裝置101產生并通過光纖122導光及傳輸而從出射端103出來的激光104通過準直透鏡105和聚光透鏡106到達被加工材料107的照射點α。

圖14中示出上述激光裝置101的現有例。該激光裝置101大致由如下部分構成：在芯體的母材中添加有稀土類元素的作為雙包層光纖的有源光纖(active?fiber)120；形成在該有源光纖120的兩端附近并作為激光諧振器的鏡而發揮功能的光纖布拉格光柵(fiber?bragg?grating)(以下簡記為FBG)121；多路耦合器(multicoupler)123；多個半導體激光光源126；以及經由連接點129連接至有源光纖120的光纖122。

雙包層光纖是在芯體的周圍具有雙重的包層的光纖。以往，該雙包層光纖在芯體的母材中添加稀土類元素等而作為激光介質。內側的包層具有將芯體內的光封入的作用和將激發芯體內的激光介質的激發光封入的作用這兩種作用。外側的包層具有將激發光封入的作用。

從多個半導體激光光源126出射的激發光經由光纖125和多路耦合器123入射到有源光纖120的內側包層。在有源光纖120的芯體中產生的激光在兩個FBG121之間往復的期間被放大，其一部分從一個FBG121(紙面右側的FBG121)取出。該激光入射到比連接點129靠下游的光纖122，從輸出端103出射到外部空間。此外，作為比連接點129靠下游的光纖122，使用包層為單層的通常的傳輸用的光纖。如上，將有源光纖用作激光介質的結構的激光裝置被稱為光纖激光器。

作為光纖122內的光纖截面上的激光的功率密度的空間分布形狀，有可能有接近高斯形狀的單模式和接近頂帽(top?hat)形狀的多模式。

在厚度1mm以上的鋼的切斷這樣的微加工中使用2kW以上的輸出的激光。在該輸出區域中，在單模式下，由于光纖芯體內的受激布里淵散射、拉曼散射所引起的非線性效應，傳輸時的光損失變大。因此，導致能夠傳輸光纖的距離限于幾m左右。因此，在激光加工裝置中通常使用能夠獲得大的光纖傳輸距離的多模式的光纖激光器。

照射點α處的激光的功率密度的空間分布具有通過由準直透鏡105和聚光透鏡106形成的照射光學系統將光纖122的出口(激光裝置101的出射端103)的功率密度的空間分布成像所得的形狀。在光纖122中的功率密度的空間分布為多模式的光纖激光器的情況下，照射點α處的功率密度的空間分布如圖15所示那樣成為與光纖122內的分布相同的大致均勻的頂帽形狀。此外，在圖15中，X表示照射點α處的激光距中心O的距離，I表示激光的功率密度。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平5-275792號公報

非專利文獻

非專利文獻1：P.Hilton,Proceedings?of?LAMP2009-the5th?International?Congress?on?Laser?Advanced?Materials?Processing,2009年

發明內容

發明要解決的問題

然而，在使用現有的具有多模光纖的激光裝置進行金屬加工時，與利用CO₂激光進行的加工相比，由于在切斷、開槽加工中切斷面的粗糙度劣化、或者在焊接、堆焊加工中被加工材料的飛散物量變多等原因，有時無法以期待的質量進行加工(例如參照非專利文獻1)。該問題特別是在被加工材料厚的情況、切斷速度為低速的情況下變得顯著。

本發明是鑒于上述情況而完成的，目的在于提供一種激光裝置和具備該激光裝置的激光加工裝置，在使用通過光纖傳輸的高輸出的激光對金屬等進行加工的激光加工中，能夠實現加工面的粗糙度的改善、而且能夠實現被加工材料的飛散物量的降低。

用于解決問題的方案