本发明专利技术提供一种光纤激光耦合器,包括:激光输入光缆、激光整形耦合装置及多光束模式传能光纤;多光束模式传能光纤包括:圆形纤芯和环形纤芯,每个环形纤芯与圆形纤芯同轴;圆形纤芯与环形纤芯之间设置有掺氟层,相邻环形纤芯之间也设置有掺氟层;激光整形耦合装置的可调整准直透镜组和可调整聚焦透镜组可在激光整形耦合装置的壳体内沿激光光束的方向水平移动;激光整形耦合装置用于将激光输入光缆输入的激光光束耦合输入至多光束模式传能光纤中的不同纤芯中,获取不同光束模式的输出激光光束。本发明专利技术实施例提供的光纤激光耦合器,通过激光整形耦合装置结合多光束模式传能光纤的不同纤芯结构,可独立实现不同光束模式之间的实时切换。
An Optical Fiber Laser Coupler
【技术实现步骤摘要】
一种光纤激光耦合器
本专利技术涉及光纤激光器
,更具体地,涉及一种光纤激光耦合器。
技术介绍
随着光纤激光器在民用工业、国防工业、以及医疗行业的运用逐渐增多,光纤激光器技术在近些年也有着飞速的发展,尤其是高功率光纤激光器在工业加工领域展现出独有的优势。目前已广泛应用于金属板材的切割,但同时在焊接、熔覆、清洗等领域都展现出巨大的潜力。但随着光纤激光器运用覆盖的领域的增多,对其光束模式的多样性也提出的更多的要求。目前,市场上大部分光纤激光器输出光束模式基本上都是高斯型或类高斯型,但高斯型或类高斯型光束的运用范围有极大的局限性。例如,高斯型光束在厚板的切割中并不适用,而平顶光束却表现出较好的厚板切割能力;此外在需要进行激光打孔时,环形光束又表现出独特的优势。为了获取不同光束模式的光束,在实际应用中,需要进行复杂空间光学变换,从而要求每一种光束都需要对应一台激光器,这大大增加了使用成本和系统复杂度。因此,能够提供多种光束模式并且可以独立实现不同光束模式之间的实时切换的光纤激光器成为本领域最为迫切的技术需求。
技术实现思路
为了解决上述问题,本专利技术实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的光纤激光耦合器。本专利技术实施例的一方面提供一种光纤激光耦合器,包括:激光输入光缆、激光整形耦合装置及多光束模式传能光纤,其中,多光束模式传能光纤为同轴多芯光纤,包括:位于轴心部位的圆形纤芯和至少两个环形纤芯,每个环形纤芯与圆形纤芯同轴;圆形纤芯与相邻的环形纤芯之间设置有掺氟层,每两个相邻的环形纤芯之间也设置有掺氟层。激光输入光缆一端连接激光器,另一端连接激光整形耦合装置。激光整形耦合装置包括可调整准直透镜组和可调整聚焦透镜组;其中,可调整准直透镜组和可调整聚焦透镜组可在激光整形耦合装置的壳体内沿激光光束的方向水平移动;激光整形耦合装置用于将激光输入光缆输入的激光光束耦合输入至多光束模式传能光纤中的不同纤芯中,获取不同光束模式的输出激光光束。本专利技术实施例提供的光纤激光耦合器,通过激光整形耦合装置将激光器发射的激光光束,耦合输入至多光束模式传能光纤中的不同纤芯中,获取不同光束模式的激光光束,可独立实现将输出激光光束在不同光束模式之间的实时切换,且结构较为简单。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些图获得其他的附图。图1(a)为现有技术中标准传能光纤的结构示意图及其折射率分布图;图1(b)为本专利技术实施例提供的光纤激光耦合器中的一种多光束模式传能光纤的结构示意图及其折射率分布图;图2为本专利技术实施例提供的光纤激光耦合器的结构示意图;图3为本专利技术实施例提供的一种光纤激光耦合器的结构示意图;图4为本专利技术实施例提供的另一光纤激光耦合器的结构示意图;图5为本专利技术实施例提供的光纤激光耦合器将聚焦后的圆形激光进行耦合实现的光束模式控制图;图6为本专利技术实施例提供的激光耦合器采用锥透镜对实现环形光束整形的光路示意图;图7为本专利技术实施例提供的又一激光耦合器;图8为本专利技术实施例提供的光纤激光耦合器将整形聚焦后的环形激光进行耦合实现的光束模式控制图。其中:101-标准传能光纤涂覆层;102-标准传能光纤纤芯;103-标准传能光纤外包层;104-标准传能光纤涂覆层掺氟层;105-同轴三芯光纤的圆形纤芯1;106-同轴三芯光纤环形纤芯2;107-同轴三芯光纤环形纤芯3;109-掺氟层;108-同轴三芯光纤涂覆层;201-输入光纤;202-标准传能光纤;203-可调整准直透镜组;204-可调整聚焦透镜组;205多光束模式传能光纤;206-双头传输光缆;301-调节杆;302-弹簧顶丝;303-第二光学镜筒;304-玻片弹簧;305调节器壳体;401-光束位移片;402-电动旋转步进电机;601-锥透镜对;602-高斯光束;603-环形光斑1;604-环形光斑2;605-第一光学镜筒;606-透镜弹簧;607-步进电机;608-调节环。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述,显然,所描述的实施例是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。目前,光纤激光器的基本结构主要包括激光器主体和激光传输系统两部分,其中,激光传输系统主要包括传能光纤以及输出头两个部分,又称激光传输光缆。在实际使用中,激光器产生的激光光束既可以通过传能光纤直接输出。也可以通过激光传输光缆将激光光束输入至光闸或者光耦合器中,经过光耦合器的整形耦合后,再输入至另一激光传输光缆进行输出。使用上述光闸和光耦合器的目的是为了较为方便的更换激光传输光缆的,以实现输出不同的光束模式的输出激光光束。图1(a)为现有技术中标准传能光纤的结构示意图及其折射率分布图,如图1(a)所示,现有技术中的标准传能光纤由位于中心部位的纤芯102,外包层103、涂覆层101和掺氟层104等四层结构组成,其中,纤芯和外包层为纯二氧化硅,属于高折射率区,即激光传输区域。掺氟层104的材质一般为掺氟二氧化硅,掺氟层和涂覆层为低折射率区,用于束缚激光光束在纤芯102或外包层103中的传输。虽然标准传能光纤的外包层103也可以用作激光光束的传输,但由图1(a)中的标准传能光纤折射率分布可以获知,标准传能光纤主要存在:输出激光光束发散角大、涂覆层101易发热以及支持的光束模式较少等缺点。如图1(b)和图2所示,本专利技术实施例提供一种光纤激光耦合器,包括:激光输入光缆、激光整形耦合装置及多光束模式传能光纤205;多光束模式传能光纤205为同轴多芯光纤,包括:位于轴心部位的圆形纤芯105和至少两个环形纤芯,每个环形纤芯与圆形纤芯105同轴;圆形纤芯105与相邻的环形纤芯之间设置有掺氟层109,每两个相邻环形纤芯之间也设置有掺氟层109。激光输入光缆一端连接激光器,另一端连接激光整形耦合装置。激光整形耦合装置包括可调整准直透镜组203和可调整聚焦透镜组204;其中,可调整准直透镜组203和可调整聚焦透镜组204可在激光整形耦合装置的壳体内沿激光光束的方向水平移动。激光整形耦合装置用于将激光输入光缆输入的激光光束耦合输入至多光束模式传能光纤中的不同纤芯中,获取不同光束模式的输出激光光束。需要说明的是,图1(b)为本专利技术实施例提供的光纤激光耦合器中的一种多光束模式传能光纤的结构示意图及其折射率分布图,具体为一种三芯多光束模式传能光纤的结构示意图及其折射率分布图,为便于表述,本专利技术所有实施例均是以该三芯多光束模式传能光纤作为多光束模式传能光纤进行说明,本专利技术实施例对多光束模式传能光纤的层数不作限定,但至少包括该三芯多光束模式传能光纤的所有结构。具体地,本专利技术实施例中提供的多光束模式传能光纤为同轴多芯光纤,其位于轴心部位的为圆形纤芯105,其材质可以是纯二氧化硅。随着直径的外延,该同轴多芯光纤还包括两个及两个以上的同轴环形纤芯,即环本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光纤激光耦合器,其特征在于,包括:激光输入光缆、激光整形耦合装置及多光束模式传能光纤;所述多光束模式传能光纤为同轴多芯光纤,包括:位于轴心部位的圆形纤芯和至少两个环形纤芯,每个所述环形纤芯与所述圆形纤芯同轴;所述圆形纤芯与相邻的所述环形纤芯之间设置有掺氟层,每两个相邻所述环形纤芯之间也设置有掺氟层;所述激光输入光缆一端连接光纤激光器,另一端连接所述激光整形耦合装置;所述激光整形耦合装置包括可调整准直透镜组和可调整聚焦透镜组;所述可调整准直透镜组和可调整聚焦透镜组可在所述激光整形耦合装置的壳体内沿激光光束的方向水平移动;所述激光整形耦合装置用于将激光输入光缆输入的所述激光光束耦合输入至所述多光束模式传能光纤中的不同纤芯中,获取不同光束模式的输出激光光束。
【技术特征摘要】
1.一种光纤激光耦合器,其特征在于,包括:激光输入光缆、激光整形耦合装置及多光束模式传能光纤;所述多光束模式传能光纤为同轴多芯光纤,包括:位于轴心部位的圆形纤芯和至少两个环形纤芯,每个所述环形纤芯与所述圆形纤芯同轴;所述圆形纤芯与相邻的所述环形纤芯之间设置有掺氟层,每两个相邻所述环形纤芯之间也设置有掺氟层;所述激光输入光缆一端连接光纤激光器,另一端连接所述激光整形耦合装置;所述激光整形耦合装置包括可调整准直透镜组和可调整聚焦透镜组;所述可调整准直透镜组和可调整聚焦透镜组可在所述激光整形耦合装置的壳体内沿激光光束的方向水平移动;所述激光整形耦合装置用于将激光输入光缆输入的所述激光光束耦合输入至所述多光束模式传能光纤中的不同纤芯中,获取不同光束模式的输出激光光束。2.根据权利要求1所述的光纤激光耦合器,其特征在于,所述激光整形耦合装置还包括光束整形系统;所述光束整形系统位于所述可调整准直透镜组与所述可调整聚焦透镜组之间,用于将经过的高斯光束整形为环形光束;所述高斯光束为所述激光输入光缆输入的光束,所述激光整形耦合装置将所述环形光束耦合输入至所述多光束模式传能光纤中的不同纤芯中,获取不同光束模式的输出激光光束。3.根据权利要求2所述的光纤激光耦合器,其特征在于,所述光束整形系统包括锥透镜对,所述锥透镜对包括两个锥顶角相对设置的锥透镜。4.根据权利要求3所述的光纤激光耦合器,其特征在于,所述光束整形系统还包括锥透镜对调整装置;所述锥透镜对调整装置包括:第一光学镜筒、透镜弹簧以及调节环;所述第一光学镜筒为中空圆柱形结构,且一端开口,另一端设置有卡槽,用于限制所述锥透镜对通过;所述锥透镜对封装于所述第一光学镜筒内,所述第一光学镜筒的内径略大于所述锥透镜对的外径;所述透镜弹簧位于两个所述锥透镜中间,所述调节环位于所述第一光学镜筒开口端,所述调节环与所述透镜弹簧用于调整所述锥透镜对中两个透镜间的...
【专利技术属性】
技术研发人员:沈翔,闫大鹏,李榕,祝启欣,黄中亚,施建宏,汤立磊,赵文利,雷星,李成,
申请(专利权)人:武汉锐科光纤激光技术股份有限公司,
类型:发明
国别省市:湖北,42
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