RU2474022C2 - Способ лазерной обработки материалов и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ лазерной обработки материалов и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2474022C2 RU2474022C2 RU2011101626/28A RU2011101626A RU2474022C2 RU 2474022 C2 RU2474022 C2 RU 2474022C2 RU 2011101626/28 A RU2011101626/28 A RU 2011101626/28A RU 2011101626 A RU2011101626 A RU 2011101626A RU 2474022 C2 RU2474022 C2 RU 2474022C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonator
- active element
- laser
- width
- thermal lens
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим обработку материалов лазерным излучением. Способ осуществляют следующим образом. За счет подбора радиусов кривизны полностью отражающего и выходного зеркал резонатора и расстояний между зеркалами резонатора производят настройку параметров пучка лазерного излучения, устанавливая заданное соотношение между шириной зоны устойчивости резонатора и величиной оптической силы тепловой линзы, наведенной в активном элементе излучением накачки. Далее производят фокусирование пучка лазерного излучения на обрабатываемом материале. При необходимости изменения режима обработки материала осуществляют изменение мощности накачки при сохранении заданного соотношения между шириной зоны устойчивости резонатора и величиной оптической силы тепловой линзы. Для поддержания заданной величины соотношения меняют радиус кривизны полностью отражающего зеркала и устанавливают его на соответствующем расстоянии от активного элемента. Технический результат заключается в обеспечении улучшения эксплуатационных характеристик лазерной обработки материалов с различными свойствами. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам, обеспечивающим обработку материалов лазерным излучением.
Известен способ лазерной обработки материалов, включающий фокусирование излучения твердотельного лазера на обрабатываемом материале и настройку параметров пучка лазерного излучения в соответствии с заданным соотношением между шириной зоны устойчивости резонатора и величиной оптической силы тепловой линзы, наведенной в активном элементе излучением накачки, осуществляемую с помощью подбора радиусов кривизны полностью отражающего и выходного зеркал резонатора и расстояний между зеркалами резонатора [1].
Известна также установка для лазерной обработки материалов, включающая основание, установленный на основании твердотельный лазер, содержащий полностью отражающее и выходное зеркала резонатора, активный элемент, систему оптической накачки активного элемента, устройство изменения мощности накачки, и оптическую систему для фокусирования лазерного излучения на обрабатываемый материал [1].
В известных способе и устройстве условие устойчивости резонатора лазера определяют параметры входящих в него элементов: радиусы кривизны зеркал резонатора R1, R2, расстояния между элементами резонатора L1, L2, длина активного элемента L, его показатель преломления n и величина оптической силы тепловой линзы D=1/f, наведенной в активном элементе излучением накачки. При изменении мощности накачки лазера величина тепловой линзы в его активном элементе меняется, при этом резонатор может выйти за пределы области устойчивости.
В зависимости от параметров используемых элементов нижняя DII и верхняя DIV границы области устойчивости резонатора определяются соотношениями [2]:
где d1,2=L1,2+L/2n.
Допустимые пределы изменения оптической силы тепловой линзы ΔD=Δ(1/f), соответствующие ширине зоны устойчивости резонатора, определяются разностью
При этом величина оптической силы тепловой линзы D=1/f в центре зоны устойчивости резонатора выбирается в качестве рабочего значения
Опыт работы заявителей с установками для лазерной обработки материалов, который подтверждается и в [1], показывает, что для обеспечения высокого качества пучка лазерного излучения и его стабильности ширина зоны устойчивости резонатора ΔD=Δ(1/f) не должна превышать 20% от величины оптической силы тепловой линзы D=1/f, соответствующей рабочему значению мощности накачки.
Поэтому для заданной рабочей мощности накачки лазера P1 определяется соответствующая величина тепловой линзы в его активном элементе f1 и затем зеркала резонатора устанавливаются так, чтобы значение D1=1/f1 находилось в центре зоны устойчивости резонатора и при этом выполнялось неравенство Δ(1/f1)<0,2×(1/f1).
В процессе генерации лазера при заданной мощности накачки и при параметрах резонатора, обеспечивающих оптимальное (или заданное) соотношение ΔD1/D1, на выходе резонатора формируется высококачественный пучок лазерного излучения, характеризующийся диаметром и расходимостью. Оптическая система для фокусирования лазерного излучения на обрабатываемый материал сохраняет постоянной величину произведения диаметра пучка на его расходимость [2], тем самым обеспечивая полученное в лазере высокое качество пучка в зоне фокусировки.
Обрабатываемые материалы различаются по температуре плавления, по теплопроводности, по коэффициенту отражения лазерного излучения. Кроме того, для разных материалов используются различные режимы обработки. Все это требует соответствующего изменения мощности накачки. Однако использование известного способа и устройства обеспечивает высокое качество лазерного пучка на обрабатываемом материале только в окрестности одной фиксированной мощности накачки, соответствующей D1=1/f1. Это ограничивает возможность использования установки, позволяя применять ее только для одного фиксированного режима обработки конкретного материала.
Результат, для достижения которого направлено данное техническое решение, заключается в улучшении эксплуатационных характеристик устройства для лазерной обработки материалов с различными свойствами.
Указанный результат достигается за счет того, что в способе лазерной обработки материалов, включающем фокусирование излучения твердотельного лазера на обрабатываемом материале и настройку параметров пучка лазерного излучения в соответствии заданным соотношением между шириной зоны устойчивости резонатора и величиной оптической силы тепловой линзы, наведенной в активном элементе излучением накачки, осуществляемую с помощью подбора радиусов кривизны полностью отражающего и выходного зеркал резонатора и расстояний между зеркалами резонатора, изменение режима обработки материала осуществляют изменением мощности накачки при сохранении заданного соотношения между шириной зоны устойчивости резонатора и величиной оптической силы тепловой линзы, причем для поддержания заданной величины соотношения меняют радиус кривизны полностью отражающего зеркала и устанавливают его на соответствующем расстоянии от активного элемента. Соотношение между шириной зоны устойчивости резонатора и величиной оптической силы тепловой линзы, наведенной в активном элементе излучением накачки, принимают меньшим 0,2.
Указанный результат достигается за счет того, что установка для лазерной обработки материалов, включающая основание, установленный на основании твердотельный лазер, содержащий полностью отражающее и выходное зеркала резонатора, активный элемент, систему оптической накачки активного элемента, устройство изменения мощности накачки и оптическую систему для фокусирования лазерного излучения на обрабатываемый материал, снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным зеркалом, установленным подвижно относительно основания между полностью отражающим зеркалом и активным элементом и выполненным с возможностью фиксации его на оптической оси резонатора.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен пример выполнения установки для лазерной обработки материалов, на фиг.2 - лазер, на фиг.3-4 - схемы, поясняющие работу устройства.
Установка для лазерной обработки материалов, включает основание 1, установленный на основании твердотельный лазер 2, содержащий полностью отражающее 3 и выходное 4 зеркала резонатора, активный элемент 5, систему оптической накачки 6 активного элемента 5, устройство изменения мощности накачки 7 и оптическую систему 8 для фокусирования лазерного излучения на обрабатываемом материале 9.
Установка для лазерной обработки материалов снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным зеркалом 10, установленным подвижно относительно основания 1 между полностью отражающим зеркалом 3 и активным элементом 5.
Способ осуществляют следующим образом.
За счет подбора радиусов кривизны полностью отражающего и выходного зеркал резонатора и расстояний между зеркалами резонатора производят настройку параметров пучка лазерного излучения, устанавливая заданное соотношение между шириной зоны устойчивости резонатора и величиной оптической силы тепловой линзы, наведенной в активном элементе излучением накачки. Далее производят фокусирование пучка лазерного излучения на обрабатываемом материале. При необходимости изменения режима обработки материала осуществляют изменение мощности накачки при сохранении заданного соотношения между шириной зоны устойчивости резонатора и величиной оптической силы тепловой линзы. Для поддержания заданной величины соотношения меняют радиус кривизны полностью отражающего зеркала и устанавливают его на соответствующем расстоянии от активного элемента.
Пример выполнения способа
Оптическая схема лазера выполнена со следующими параметрами элементов резонатора:
R1=-100 мм, R2=1000 мм, L1=450 мм, L2=550 мм, L=100 мм, n=1,82.
Ширина зоны устойчивости рассмотренного резонатора составляет: ΔD1=A(1/f1)=DIV-DII=3,82 м-1-3,46 м-1=0,36 м-1. Рабочее значение оптической силы тепловой линзы, выбранное в центре зоны устойчивости резонатора, при этом составляет D1=1/f1=3,64 м-1. Отношение (ΔD1)/D1≈0,1.
При изменении режима работы установки, требующем увеличения мощности накачки на 20%, значение оптической силы тепловой линзы в активном элементе возрастет до D2=1/f2=4,2 м-1.
В соответствии с расчетом, проведенным по формулам (1)-(4), для сохранения установленной величины отношения (ΔD2)/D2≈0,1 перед задним зеркалом резонатора на расстоянии L1 I=350 мм, размещаем зеркало с радиусом кривизны R1 I=-70 мм. В этом случае ширина зоны устойчивости полученного резонатора составит ΔD2=Δ(1/f2)=DIV-DII=4,38 м-1-3,96 м-1=0,42 м-1, что обеспечивает сохранение заданного соотношения (ΔD2)/D2. Таким образом, резонатор лазера остается в пределах области устойчивости и выполняется соотношение, обеспечивающее высокое качество пучка лазерного излучения, сфокусированного на обрабатываемом материале.
Таким образом, предложенное техническое решение позволит:
- улучшить эксплуатационные характеристики устройства для лазерной обработки материалов с различными свойствами;
- обеспечить возможность изменения мощности накачки и, следовательно, возможность изменения мощности лазерного излучения на обрабатываемом материале при сохранении параметров лазерного пучка в зоне фокусировки.
Источники информации
1. Патент США №6285705, НКИ 372/99, 2001.
2. N.Hodgson, H.Weber, Laser resonators and beam propagation. Springer, New York, 2005.
Claims (2)
1. Способ лазерной обработки материалов, включающий фокусирование излучения твердотельного лазера на обрабатываемом материале и настройку параметров пучка лазерного излучения в соответствии с заданным соотношением между шириной зоны устойчивости резонатора и величиной оптической силы тепловой линзы, наведенной в активном элементе излучением накачки, осуществляемую с помощью подбора радиусов кривизны полностью отражающего и выходного зеркал резонатора и расстояний между зеркалами резонатора, отличающийся тем, что изменение режима обработки материала осуществляют изменением мощности накачки при сохранении заданного соотношения между шириной зоны устойчивости резонатора и величиной оптической силы тепловой линзы, причем для поддержания заданной величины соотношения меняют радиус кривизны полностью отражающего зеркала и устанавливают его на соответствующем расстоянии от активного элемента.
2. Способ лазерной обработки материалов по п.1, отличающийся тем, что соотношение между шириной зоны устойчивости резонатора и величиной оптической силы тепловой линзы, наведенной в активном элементе излучением накачки, принимают меньшим 0,2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011101626/28A RU2474022C2 (ru) | 2011-01-18 | 2011-01-18 | Способ лазерной обработки материалов и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011101626/28A RU2474022C2 (ru) | 2011-01-18 | 2011-01-18 | Способ лазерной обработки материалов и устройство для его осуществления |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011101626A RU2011101626A (ru) | 2012-07-27 |
RU2474022C2 true RU2474022C2 (ru) | 2013-01-27 |
Family
ID=46850285
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011101626/28A RU2474022C2 (ru) | 2011-01-18 | 2011-01-18 | Способ лазерной обработки материалов и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2474022C2 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5359616A (en) * | 1992-09-16 | 1994-10-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Solid state laser apparatus and laser machining apparatus |
US6285705B1 (en) * | 1996-03-27 | 2001-09-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Solid-state laser oscillator and machining apparatus using the same |
US6587497B1 (en) * | 2000-01-28 | 2003-07-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Birefringence compensation using a single pump |
RU2231879C1 (ru) * | 2002-10-11 | 2004-06-27 | Закрытое акционерное общество Научно-производственное акционерное общество "ЭПОЛАР" | Многопроходный усилитель лазерного излучения |
-
2011
- 2011-01-18 RU RU2011101626/28A patent/RU2474022C2/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5359616A (en) * | 1992-09-16 | 1994-10-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Solid state laser apparatus and laser machining apparatus |
US6285705B1 (en) * | 1996-03-27 | 2001-09-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Solid-state laser oscillator and machining apparatus using the same |
US6587497B1 (en) * | 2000-01-28 | 2003-07-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Birefringence compensation using a single pump |
RU2231879C1 (ru) * | 2002-10-11 | 2004-06-27 | Закрытое акционерное общество Научно-производственное акционерное общество "ЭПОЛАР" | Многопроходный усилитель лазерного излучения |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011101626A (ru) | 2012-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chu et al. | Centimeter‐height 3D printing with femtosecond laser two‐photon polymerization | |
JP6887502B2 (ja) | レーザ加工装置および方法 | |
US5386427A (en) | Thermally controlled lenses for lasers | |
US7684450B2 (en) | Pulsed laser source with adjustable grating compressor | |
US6884960B2 (en) | Methods for creating optical structures in dielectrics using controlled energy deposition | |
WO2019129917A1 (en) | Laser processing apparatus and method | |
JP2008181131A (ja) | 異なるファイバを相互接続するための光ファイバ装置および方法 | |
CN103487916B (zh) | 基于高分辨科学ccd相机的离轴抛物面镜调节方法 | |
Sheng et al. | Intracavity spherical aberration for selective generation of single-transverse-mode Laguerre-Gaussian output with order up to 95 | |
CN107643596B (zh) | 一种二元波带片形式的衍射轴锥镜***及其长焦深成像方法 | |
CN103060795B (zh) | 一种熔覆层宽度实时可变的激光加工工作头 | |
RU2474022C2 (ru) | Способ лазерной обработки материалов и устройство для его осуществления | |
US20050167410A1 (en) | Methods for creating optical structures in dielectrics using controlled energy deposition | |
RU104883U1 (ru) | Установка для лазерной обработки материалов | |
JP2013078780A (ja) | レーザ加工装置 | |
JP5190421B2 (ja) | 小型熱レンズ補償加工ヘッド | |
KR20230115062A (ko) | 에어리 빔을 이용한 면취용 빔 생성 시스템 | |
US6788723B1 (en) | Resonator array for solid-state lasers | |
CN113381276A (zh) | 一种激光晶体热透镜效应自补偿装置 | |
CN111843246A (zh) | 一种基于离焦控制技术的激光纵向钻孔方法 | |
KR20200128567A (ko) | 작업 평면에서 선형 강도 분포를 생성하기 위한 장치 | |
CN221239922U (zh) | 一种剥离受激拉曼光的光纤输出结构 | |
KR102425179B1 (ko) | 라인빔 형성장치 | |
JPH1168213A (ja) | Qスイッチco2レーザ装置 | |
JP2008283189A (ja) | 異方性レーザー結晶を利用したダイオードポンピングされたレーザー装置 |