光能传输系统及材料加工系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种光能传输系统及材料加工系统。其中，光能传输系统包括依次设置的光源、入射耦合单元、流体核芯光纤以及输出光调制单元；光源发出的光束沿着入射耦合单元、流体核芯光纤以及输出光调制单元依次传输；流体核芯光纤包括具有第一折射率的流体核芯以及包裹在流体核芯外侧的具有第二折射率的外包层，第一折射率大于第二折射率。本实用新型专利技术的光能传输系统能够可靠地实现高能量密度光能的刚性及柔性长距离、高效率传输。本实用新型专利技术的材料加工系统包括该光能传输系统。通过采用本实用新型专利技术的材料加工系统，能方便地实现高峰值功率激光加工的智能化和柔性化。

【技术实现步骤摘要】
光能传输系统及材料加工系统
本技术涉及光传导
，特别是涉及一种基于流体核芯光纤柔性传导光能的光能传输系统以及包括该光能传输系统的材料加工系统。
技术介绍
高能量密度的光能在工业生产和科研领域有众多重大应用，比如，高能量密度的激光被用于材料加工、医疗手术等；高亮度的光源被用于照明、加热、促进化学反应等。高能量密度的光能的成功应用需要有效解决其传输与汇聚问题。 光能从光源到最终作用点一般是通过反射镜和各种光束变换透镜来传输汇聚实现的。反射镜等离散光学器件的使用存在零件多、系统复杂、传输特性不稳定、容易漂移，使用不便等问题。 随着柔性光学传输系统的出现，则相对简化了由离散光学器件组成的光能传输系统。目前柔性光学传输系统主要有两大类，一类是将光学反射镜等集成到关节式管子里的光管系统或导光臂系统，另一类是光纤光能传输系统。关节式光管相对于离散光学系统使用方便，但仍存在需要调节控制漂移、尺寸偏大损耗过高等问题。传统的光纤光能传输系统主要使基于全内反射原理通过固核光纤实现光能传输，其已经在激光加工领域获得广泛应用。比如石英实心光纤，可以高效率柔性传输千瓦级CW激光数十米甚至百米距离，然后通过光束调制，用于激光切割、焊接、打孔等领域。但是，长距离(大于I米)柔性光能传输的一系列优点只局限在有限的波长和脉冲长度的光源系统。此外，当传输高能量密度的光能时，传统的固核光纤存在可靠性差、传输效率降低、光纤易于损坏等问题。 目前，能用光纤可靠耦合的激光器发展迅速，包括连续波光纤激光器和固体激光器，以及纳秒、微秒、毫秒级脉冲1064纳米波长激光器等。绿光、紫外脉冲激光器是高端微细加工的主力型激光器，但是由于没有合适的高能量光能长距离传输手段，导致其依赖离散光学器件传输的现状，影响了其市场的进一步扩展。另外，瞬态高能量密度的超短脉冲激光的各种波长传输都存在可靠性问题。 因此，急需一种能够可靠实现高能量密度或大功率光能的远距离传输系统，并在此基础上实现将传输的光能在材料加工端高精度汇聚应用。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有技术的缺陷和不足，提供一种基于流体核芯光纤传导高能量密度光能的光能传输系统以及包括该光能传输系统的材料加工系统，实现高能量密度光能的远距离传输及三维柔性激光加工。 为实现本技术目的而提供的光能传输系统，包括依次设置的光源、入射耦合单元、流体核芯光纤以及输出光调制单元； 所述光源发出的光束沿着所述入射耦合单元、所述流体核芯光纤以及所述输出光调制单元依次传输； 所述流体核芯光纤包括具有第一折射率的流体核芯以及包裹在所述流体核芯外侧的具有第二折射率的外包层，所述第一折射率大于所述第二折射率。 在其中一个实施例中，本技术的光能传输系统还包括流体输入装置； 所述流体输入装置连接所述流体核芯光纤，用于向所述外包层中输入所述流体核 -!-H Λ ο 在其中一个实施例中，本技术的光能传输系统还包括控制器； 所述控制器分别与所述光源和所述流体输入装置电连接。 在其中一个实施例中，本技术的光能传输系统还包括冷却装置； 所述冷却装置设置在所述流体核芯光纤的外侧，用于对所述流体核芯光纤进行冷却降温。 在其中一个实施例中，所述外包层为柔性材质。 在其中一个实施例中，所述入射耦合单元包括第一安装腔室以及第一光学透镜组件； 所述第一光学透镜组件设置在所述第一安装腔室内部； 所述光源发出的光束通过所述第一安装腔室中的所述第一光学透镜组件调制后，进入所述流体核芯光纤的入射端。 在其中一个实施例中，所述流体核芯光纤的入射端设置有光纤入射端腔室； 所述流体核芯光纤的入射端固定在所述光纤入射端腔室中。 在其中一个实施例中，所述光纤入射端腔室上设置有流体核芯入口管道； 所述流体输入装置连接所述流体核芯入口管道。 在其中一个实施例中，所述流体核芯光纤的出射端设置有光纤出射端腔室； 所述流体核芯光纤的出射端固定在所述光纤出射端腔室中。 在其中一个实施例中，所述光纤出射端腔室上设置有流体核芯出口管道； 所述外包层中的流体核芯从所述流体核芯出口管道流出。 在其中一个实施例中，所述流体输入装置连接所述流体核芯出口管道； 从所述流体核芯出口管道流出的所述流体核芯，通过所述流体输入装置能够再次从所述流体核芯入口管道流入。 在其中一个实施例中，所述流体核芯光纤的入射端通过卡锁结构固定在所述光纤入射端腔室中。 在其中一个实施例中，所述流体核芯光纤的出射端通过卡锁结构固定在所述光纤出射端腔室中。 在其中一个实施例中，所述输出光调制单元包括第二安装腔室以及第二光学透镜组件； 所述第二光学透镜组件设置在所述第二安装腔室的内部； 从所述流体核芯光纤的出射端出射的光束能够通过所述第二安装腔室进入所述第二光学透镜组件。 在其中一个实施例中，所述光源为激光器。 在其中一个实施例中，所述流体核芯为纯净水、有机溶液、离子溶液、或惰性气体。 相应地，本技术还提供一种材料加工系统，包括上述任一实施例所述的光能传输系统，还包括加工装置； 所述加工装置连接所述光能传输系统的输出光调制单元的光出射端，经所述输出光调制单元调制后的光束进入所述加工装置，对工件进行加工。 在其中一个实施例中，本技术的材料加工系统还包括可移动平台； 所述加工装置设置在所述可移动平台上； 所述可移动平台和所述加工装置与所述光能传输系统的控制器电连接。 在其中一个实施例中，所述加工装置为激光加工头或激光扫描振镜。 本技术的有益效果:本技术的光能传输系统通过采用流体核芯光纤，能够实现高能量密度光能柔性及刚性长距离传输，其传输效率高，可靠性强。本技术的材料加工系统，通过采用本技术的光能传输系统结合加工装置，能实现大功率大幅度智能化柔性激光加工。 【附图说明】 为了使本技术的光能传输系统、材料加工系统的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本技术的光能传输系统、材料加工系统进行进一步详细说明。 图1为本技术的光能传输系统的一个实施例的结构示意图； 图2为图1所示的本技术的光能传输系统的基本光路仿真图； 图3为图1中所示的流体核芯光纤的一个实施例的结构示意图； 图4为图1中所示的入射稱合单元的一个实施例的结构示意图,其中还示出了图1中所示的流体核芯光纤的入射端的光纤入射端腔体结构； 图5为图1中所示的流体核芯光纤的出射端的光纤出射端腔体结构； 图6为图4和图5中所示的卡锁结构对流体核芯光纤进行固定的截面示意图； 图7为本技术的材料加工系统的一个实施例的结构示意图； 图8为图7中所示的加工装置为激光加工头的一个实施例的结构示意图； 图9为图7中所示的加工装置为激光扫描振镜的一个实施例的结构示意图。 【具体实施方式】 下面将结合实施例来详细说明本技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 传统的实心固核光纤由低折射率的包层包覆高折射率的固态核芯组成，满足内部全反射条件。但是固核光纤用于传输高峰值光能时，其固态核芯本身不可避免存在的缺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光能传输系统，其特征在于，包括依次设置的光源、入射耦合单元、流体核芯光纤以及输出光调制单元；所述光源发出的光束沿着所述入射耦合单元、所述流体核芯光纤以及所述输出光调制单元依次传输；所述流体核芯光纤包括具有第一折射率的流体核芯以及包裹在所述流体核芯外侧的具有第二折射率的外包层，所述第一折射率大于所述第二折射率。

【技术特征摘要】
1.一种光能传输系统，其特征在于，包括依次设置的光源、入射耦合单元、流体核芯光纤以及输出光调制单元； 所述光源发出的光束沿着所述入射耦合单元、所述流体核芯光纤以及所述输出光调制单兀依次传输； 所述流体核芯光纤包括具有第一折射率的流体核芯以及包裹在所述流体核芯外侧的具有第二折射率的外包层，所述第一折射率大于所述第二折射率。2.根据权利要求1所述的光能传输系统，其特征在于，还包括流体输入装置； 所述流体输入装置连接所述流体核芯光纤，用于向所述外包层中输入所述流体核芯。3.根据权利要求2所述的光能传输系统，其特征在于，还包括控制器； 所述控制器分别与所述光源和所述流体输入装置电连接。4.根据权利要求1所述的光能传输系统，其特征在于，还包括冷却装置； 所述冷却装置设置在所述流体核芯光纤的外侧，用于对所述流体核芯光纤进行冷却降温。5.根据权利要求1所述的光能传输系统，其特征在于，所述外包层为柔性材质。6.根据权利要求1至5任一项所述的光能传输系统，其特征在于，所述入射耦合单元包括第一安装腔室以及第一光学透镜组件； 所述第一光学透镜组件设置在所述第一安装腔室内部； 所述光源发出的光束通过所述第一安装腔室中的所述第一光学透镜组件调制后，进入所述流体核芯光纤的入射端。7.根据权利要求2或3所述的光能传输系统，其特征在于，所述流体核芯光纤的入射端设置有光纤入射端腔室； 所述流体核芯光纤的入射端固定在所述光纤入射端腔室中。8.根据权利要求7所述的光能传输系统，其特征在于，所述光纤入射端腔室上设置有流体核芯入口管道； 所述流体输入装置连接所述流体核芯入口管道。9.根据权利要求8所述的光能传输系统，其特征在于，所述流体核芯光纤的出射端设置有光纤出射端腔室； 所述流体核芯光纤的出射端固定在所述光纤出射端腔室中。10.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文武，杨旸，张天润，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：新型
国别省市：浙江;33