大功率多束YAG激光耦合系统的性能分析.pdf

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1、学术论文RESEARCH*大功率多束YAG激光耦合系统的性能分析CapabilityofHighPowerMulti-BeamYAGLaserCouplingEquipment中航工业北京航空制造工程研究所宋　巍　张　雁　左从进[摘要]研制了一套YAG激光耦合装置，利用非用于焊接的YAG激光耦合装置。将3束通过光纤传输相干合成技术将三束激光合成为一束大功率激光，再通的YAG激光利用非相干合成技术合成为一束激光，再过耦合技术经由一根光纤输出。从功率损耗、光束质量利用耦合技术通过光纤输出，从功率损耗、光束质量及及焊接性能

2、三个方面对耦合装置的性能进行分析。结焊接性能等3方面对该装置的性能进行分析。果表明，耦合装置能量损失小于10%；耦合后光束能量1多光束耦合方案分布均匀；与单束激光源相比,激光器的输出功率得到大幅度增加，激光焊接厚度得到增大，焊接效率得到提根据现有一台GSI公司AM356YAG激光器、两台高。Trumpf公司HL3006DYAG激光器。制定了一个3光关键词：激光耦合装置大功率激光激光焊接束耦合系统的方案。所设计方案如图1所示。[ABSTRACT]AcouplingequipmentforYAGla-激光1sershas

3、beendesigned.Byincoherentcombingtechnology,光纤threelaserbeamsiscombinedtoahigherpowerlasersource激光2deliveredbyafiberoutput.Theperformancelossofpower,beamqualityandweldingpropertiesofthecouplingdevice激光3耦合腔hadbeenanalyzed.Theresultsshowthatthecouplingdeviceenergy

4、lossislessthan10%.Thecouplinglaserbeamenergy耦合激光distributionissymmetrical.Comparingwiththesinglebeam图13光束激光耦合方案示意图lasersource,notonlytheoutputpowerofthelaserisgreatlyFig.1Three-beamlasercouplingschemeincreased,butalsothethicknessofmetalweldedbylaserandtheweldin

5、gefficiencyareincreased.从图1可以看出，设计3路光纤输入通道。其中一Keywords:LasercouplingequipmentHigh-pow-个通道为GSI光纤接收器，两个通道为Trumpf光纤接erlaserLaserwelding收器。3束激光输入耦合装置，利用透镜作为耦合元件，再经由一根光纤输出。激光焊接作为一种先进的焊接技术，在国民生产中耦合器的控制系统可以对耦合通道进行任意选择。发挥着日益重要的作用。由于热效应、非线性效应等多当3台激光器光纤全部输入耦合器后，通过软件控制光[1

6、-2]种因素的影响，固体激光器的输出功率相对较小，主闸（Shutter），可以像传统应用一样只触发其中一个激光要用于焊接薄板。对于中厚板的焊接，现有激光器的输器；也可以选择触发其中任意两个激光器，实现双光束出功率水平和输出光束质量很难适应。在航空航天工耦合；也可以打开所有光闸，从而实现3光束耦合。业领域，常需要对中厚板进行焊接，尤其是铝合金焊接为了保证耦合系统正常工作，充分考虑到激光器大时，由于材料表面的高反射率，更需要增加激光器的功功率输出时，镜片及加工头的冷却问题。设计了合理的率。另外，激光功率增大，焊接加工效率

7、也会得到提高。水冷回路，并配备了专门的水冷机。控制系统可以对循现有超大功率激光器一次焊接的深度比较大，但焊接稳环水的温度、流量进行监测，并在屏幕上进行显示。如定性差，焊接质量难以保障。并且设备价格昂贵、运行果水温过高或者水流量过低，则发出警报并且切断光[3-4]费极高。闸，从而对整个装置进行保护。针对激光焊接厚板过程中遇到的问题，研制了一套2试验及结果分析2.1激光耦合功率测试分析*　科技重大专项（2011ZX04016-061）资助。利用OPHIR公司的Laserstar型激光功率计分别对64航空制造技术·2014

8、年第9期学术论文学术论文RESEARCHRESEARCHAM356激光器、HL3006D激光器以及两束激光耦合后将一台AM356YAG激光器、两台Trumpf公司*的输出功率进行测试。测试结果如表1所示。HL3006DYAG激光器输出的激光作为所研制耦合器的大功率多束YAG激光耦合系统的性能分析输入，对经过耦合装置输出的激光与未耦合的单束激光表