[发明专利]激光输出功率稳定输出光斑可调装置及其激光器

说明书

本发明涉及金属材料表面处理技术领域，针对现有激光器难以保证激光器功率稳定输出以及输出光斑不可调的问题，提供了激光输出功率稳定输出光斑可调装置及其激光器。其中，激光输出功率稳定输出光斑可调装置，包括信号处理器、激光器控制系统、以及在待调节激光器的输出激光光路上依次设置的快轴准直镜和分束镜；沿反射采样激光的传输方向依次设置光学采样系统和高功率探测传感器；高功率探测传感器实时探测经过转换的反射采样激光的功率；信号处理器分别与高功率探测传感器和激光器控制系统电连接；激光器控制系统与待调节激光器电连接；沿透射激光的传输方向设置光束整形系统，用于对透射激光进行准直以及整形。

技术领域

本发明涉及金属材料表面处理技术领域，具体涉及激光输出功率稳定输出光斑可调装置及其激光器。

背景技术

采用激光对金属材料表面进行加工的技术属于激光技术和加工技术相结合的先进制造技术，近几年来发展相当迅速。由于高功率半导体激光器具有光电转换效率高、能耗低、重量轻、体积小、寿命长等优点，是满足高效率、高效益、低成本以及低消耗的金属材料表面加工技术的重要技术手段，在激光加工领域表现出明显的优势。

在金属材料表面加工过程中，激光的功率直接影响产品的加工质量。由于温度、湿度的变化，激光器输出功率不可避免有所变化，并且在长时间的生产加工过程中，生产环境的恶劣、操作人员的使用不当以及激光器本身的寿命，会使激光器的功率随着时间不断的衰减，这将严重影响金属材料表面加工的质量，增加产品的次品率。

为了保持激光器功率的稳定性，一般通过置于激光器输出光路中的电光调制器或声光调制器来监控激光输出功率，再通过控制器调整激光器的电流或电压保持输出功率稳定。但是由于电光调制器或声光调制器的光损伤阈值较低，不适用于稳定高功率激光器的输出功率，且采用该方法设计成本较高。而此种方法一般用于固体激光器、光纤激光器、气体激光器或染料激光器，通常使用在激光通讯领域以及激光医疗领域中，并不适用于采用激光对金属材料表面进行加工。

目前工业上应用在金属材料表面加工的半导体堆栈激光器没有保持功率稳定的装置。半导体堆栈激光器一般采用在非加工状态下使用高功率激光功率计进行功率测试，这种方法在生产实践中不能及时了解功率的变化，难以保证激光器功率的稳定输出，常常造成生产残次品的增加。

为了满足金属材料表面实际加工生产需求，对于不同表面形状或不同加工要求的工件，需要不同尺寸的激光束进行表面加工，这就需更换激光头装置或更换表面加工设备，在实际使用中非常不便。

因此迫切需要一种能实时监控调整功率变化，保持输出功率稳定，使加工和检测同步进行，同时又能实现输出光斑可调的装置。

发明内容

本发明的目的是克服现有激光器难以保证激光器功率稳定输出以及输出光斑不可调的缺陷，而提供激光输出功率稳定输出光斑可调装置及其激光器。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：激光输出功率稳定输出光斑可调装置，其特殊之处在于，包括信号处理器、激光器控制系统、以及在待调节激光器的输出激光光路上依次设置的快轴准直镜和分束镜；分束镜用于将输出激光分成反射采样激光和透射激光；沿反射采样激光的传输方向依次设置光学采样系统和高功率探测传感器；光学采样系统对反射采样激光的尺寸进行转换，高功率探测传感器实时探测经过转换的反射采样激光的功率；信号处理器分别与高功率探测传感器和激光器控制系统电连接，用于对反射采样激光的功率进行分析处理，并将处理结果传输至激光器控制系统；激光器控制系统与待调节激光器电连接，用于接收信号处理器传送的处理结果，并根据该处理结果向待调节激光器发送输出激光功率调节信号；通过改变激光器的驱动电流或驱动电压来改变激光器输出激光的功率，从而使透射激光的功率保持稳定。沿透射激光的传输方向设置光束整形系统，用于对透射激光进行准直以及整形，从而得到符合表面加工需要的光束尺寸要求的工作激光。

进一步地，上述光学采样系统包括沿反射采样激光传输方向依次设置的非球面透镜和柱面透镜。