CN102798944A - 光纤激光器光纤耦合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供光纤耦合装置，包括：底板、光纤支架底座、光纤支架横向移动板、角度调节螺钉、球面垫圈、光纤支架纵向移动板、光纤支架角度调节板、纵向调节螺钉、光纤固定座、光纤水冷块、光纤水冷块水嘴、聚焦镜筒后端锁紧螺母、聚焦镜筒、聚焦镜筒导向销、聚焦镜筒座、聚焦镜筒前端锁紧螺母、聚焦镜、聚焦镜压圈、聚焦镜垫圈、聚焦镜筒座水嘴、横向调节螺钉、横向调节螺钉限位块、导向棒、光纤水冷块螺塞。光纤支架横向移动板与光纤支架底座U形结构配合，光纤支架纵向移动板与光纤支架横向移动板U形结构配合、光纤支架角度调节板与光纤支架纵向移动板通过球形表面相配合，聚焦镜筒外圆与聚焦镜筒座内孔相配合。结构紧凑、操作方便、稳定可靠。

Description

光纤激光器光纤耦合装置

技术领域

本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种光纤激光器光纤耦合装置。

背景技术

光纤激光器作为第三代激光技术的代表，得到越来越广泛的应用。光纤耦合装置是光纤激光器中的重要组成部分，它直接影响耦合效率以至于影响激光器的功率指标。

传统的光纤耦合器件一般是一个光学调整架，可以实现五维调整光纤，但它的缺点是调整架上有诸如弹簧等弹性元件，不能长期保持光纤位置稳定性，而且该结构不易于对光纤制冷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光纤激光器光纤耦合装置，通过机械硬联接的方式代替部分或全部的弹性元件，减少对诸如弹簧等弹性元件的使用，易于长期保持光纤位置稳定性。

根据本发明一个方面，提供一种光纤激光器光纤耦合装置，包括：

光纤支架组件，用于承载待耦合光纤；

聚焦镜筒组件，用于承载聚焦镜以将激光耦合入待耦合光纤；以及

底板组件，具有平坦表面，用于承载所述光纤支架组件和聚焦镜筒组件；

以所述待耦合光纤的延伸方向为第一方向，以在所述底板组件的平坦表面内与第一方向垂直的方向为第二方向，以垂直于所述平坦表面的方向为第三方向；

其中，所述光纤支架组件包括：

光纤支架底座，

光纤支架横向移动板，由光纤支架底座支承，并适于通过横向调节螺钉调节沿第二方向的移动；

光纤支架纵向移动板，接附于光纤支架横向移动板上，并适于通过纵向调节螺钉调节沿第三方向的移动；

光纤支架角度调节板，与光纤支架纵向移动板为球面配合，通过设置于其上的角度调节螺钉，可以小角度绕所述第二方向和第三方向旋转；和

光纤固定座，固定在光纤支架角度调节板上，待耦合光纤固定在光纤固定座上；

其中通过调节纵向调节螺钉、横向调节螺钉和角度调节螺钉实现光纤端面沿第二方向、第三方向的平移和绕第二方向轴、绕第三方向轴的旋转，从而调节光纤端面相对于焦点的位置。

可选的，所述光纤激光器光纤耦合装置还包括：

球面垫圈，位于所述角度调节螺钉与光纤支架纵向移动板之间，所述球面垫圈与所述光纤支架纵向移动板相配合的底面加工成球形凸面，所述光纤支架纵向移动板的相应表面加工出球形凹面。

可选的，所述光纤激光器光纤耦合装置还包括：

光纤水冷块，其固定在光纤固定座上；和

光纤水冷块水嘴和光纤水冷块螺塞；

其中，通过光纤水冷块内部水道、光纤水冷块水嘴和光纤水冷块螺塞可以引入循环水实现对光纤制冷。

可选的，纵向调节螺钉组装在光纤支架横向移动板的限位槽内，然后与光纤支架纵向移动板联接。

可选的，所述光纤激光器光纤耦合装置还包括：

横向调节螺钉限位块；

其中，横向调节螺钉与横向调节螺钉限位块组装在一起，横向调节螺钉与光纤支架横向移动板联接。

可选的，光纤支架底座、光纤支架横向移动板、光纤支架纵向移动板、光纤支架角度调节板、光纤固定座的材料为金属材料。

可选的，聚焦镜筒组件包括：

聚焦镜筒座，固定在底板组件上；

聚焦镜筒、聚焦镜筒导向销；聚焦镜筒可在聚焦镜筒座的内孔内前后滑动，聚焦镜筒与聚焦镜筒导向销为间隙配合；和

聚焦镜后端锁紧螺母、聚焦镜前端锁紧螺母；

其中，聚焦镜筒、聚焦镜后端锁紧螺母、聚焦镜前端锁紧螺母、聚焦镜导向销与聚焦镜筒座组装在一起，通过旋转聚焦镜前端锁紧螺母和聚焦镜后端锁紧螺母，实现聚焦镜筒沿第一方向轴移动。

可选的，所述光纤激光器光纤耦合装置还包括：

聚焦镜筒座水嘴，固定在聚焦镜筒座上；

其中，聚焦镜筒座上加工出水路，通过聚焦镜筒座水嘴引入循环水实现对聚焦镜筒座的冷却。

可选的，所述光纤激光器光纤耦合装置还包括：

聚焦镜压圈、聚焦镜垫圈；

其中，聚焦镜筒与聚焦镜垫圈、聚焦镜压圈组装在一起实现对聚焦镜的固定，通过聚焦镜垫圈和聚焦镜压圈将聚焦镜固定在聚焦镜筒里。

可选的，光纤支架角度调节板与光纤支架纵向移动板为球面配合，角度调节螺钉为“两拉两顶”共四个螺钉，通过操作四个螺钉，可以实现绕如前所述第二方向和第三方向的旋转。

可选的，所述角度调节螺钉为多个，其中部分对光纤支架角度调节板施加拉力，部分对光纤支架角度调节板施加推力。

根据本发明另一个方面，提供一种光纤耦合装置，包括：底板、光纤支架底座、光纤支架横向移动板、角度调节螺钉、球面垫圈、光纤支架纵向移动板、光纤支架角度调节板、纵向调节螺钉、光纤固定座、光纤水冷块、光纤水冷块水嘴、聚焦镜筒后端锁紧螺母、聚焦镜筒、聚焦镜筒导向销、聚焦镜筒座、聚焦镜筒前端锁紧螺母、聚焦镜、聚焦镜压圈、聚焦镜垫圈、聚焦镜筒座水嘴、横向调节螺钉、横向调节螺钉限位块、导向棒、光纤水冷块螺塞。光纤支架横向移动板与光纤支架底座U形结构配合，光纤支架纵向移动板与光纤支架横向移动板U形结构配合、光纤支架角度调节板与光纤支架纵向移动板通过球形表面相配合，聚焦镜筒外圆与聚焦镜筒座内孔相配合，通过调节纵向调节螺钉、横向调节螺钉、角度调节螺钉以及聚焦镜筒前端锁紧螺母和聚焦镜筒后端锁紧螺母，可以实现调节被夹持光纤端面与聚焦镜焦点的相对位置，从而实现光纤耦合调节。本发明的耦合装置结构紧凑、操作方便、稳定可靠。

附图说明

图1是耦合装置的装配图（其中，下图为耦合装置的俯视图，上图为下图沿光纤直径剖切的剖视图）；

图2a是耦合装置立体结构分解图（从光纤端面前面看）；

图2b是耦合装置立体结构分解图（从光纤端面后面看）；

图2c是光纤支架组件立体结构分解图；

图3是角度调节结构示意图；

图4是纵向移动（沿Z轴）调节结构示意图；

图5是横向移动（沿Y轴）调节结构示意图；

图6是光纤水冷块结构示意图。

图7是图5中横向调节螺钉22与横向调节螺钉限位块23位置示意图。

附图标记说明：

1-底板

2-光纤支架底座

3-光纤支架横向移动板

4-被夹持光纤

5-角度调节螺钉

6-球面垫圈

7-光纤支架纵向移动板

8-光纤支架角度调节板

9-纵向调节螺钉

10-光纤固定座

11-光纤水冷块

12-光纤水冷块水嘴

13-聚焦镜筒后端锁紧螺母

14-聚焦镜筒

15-聚焦镜筒导向销

16-聚焦镜筒座

17-聚焦镜筒前端锁紧螺母

18-聚焦镜

19-聚焦镜压圈

20-聚焦镜垫圈

21-聚焦镜筒座水嘴

22-横向调节螺钉

23-横向调节螺钉限位块

24-导向棒

25-光纤水冷块螺塞

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

发明人经研究发现，在装置中通过机械硬联接的方式代替弹性元件，可以保证光纤端面与焦点的相互位置，确保光纤端面与焦点的位置稳定性。

根据本发明一个实施例，提供一种光纤激光器光纤耦合装置，包括：底板组件，光纤支架组件以及聚焦镜筒组件。

参考图1和图2（包括图2a和图2b），光纤支架组件包括：

光纤支架底座2，其为一“U”形结构件，用来支撑光纤支架横向移动板3，同时光纤支架横向移动板3可以在U形槽内横向移动；

光纤支架横向移动板3（同时参考图4）、光纤支架纵向移动板7和导向棒24，光纤支架横向移动板3为一“U”形结构件，U形内侧沿Z轴方向加工出“V”形槽，导向棒24装配到V槽内，使光纤支架纵向移动板7沿Z轴运动；

光纤支架角度调节板8和角度调节螺钉5，光纤支架角度调节板8固定在光纤支架纵向移动板7上，它们之间的配合面为球面，通过调节角度调节螺钉5，实现光纤支架角度调节板8的角度调节；

光纤固定座10，光纤固定座10固定在光纤支架角度调节板8上，被夹持光纤4固定在光纤固定座10上；

光纤水冷块11，其固定在光纤固定座10上；

球面垫圈6（同时参考图3），球面垫圈6可以采用金属材料加工而成，球面垫圈6的一个底面加工成球形凸面，与之配合的所述光纤支架纵向移动板7的表面加工出球形凹面，通过角度调节螺钉5与光纤支架纵向移动板7组合；

纵向调节螺钉9（同时参考图4）、横向调节螺钉22、横向调节螺钉限位块；通过调节纵向调节螺钉9、横向调节螺钉22、角度调节螺钉5可以实现光纤端面沿Y方向、Z方向的平移和绕Y轴、绕Z轴的旋转，从而调节光纤端面相对于焦点的位置；

光纤水冷块水嘴12和光纤水冷块螺塞25，通过光纤水冷块11内部“U”形水道、光纤水冷块水嘴12和光纤水冷块螺塞25可以引入循环水实现对光纤制冷。

其中，光纤支架底座2、光纤支架横向移动板3、光纤支架纵向移动板7、光纤支架角度调节板8、光纤固定座10、光纤水冷块11可以采用金属材料加工而成。

光纤支架底座2加工出与光纤支架横向移动板3厚度等值的凹槽，光纤支架横向移动板3加工出与光纤支架纵向移动板7宽度等值的凹槽，光纤水冷块11内部加工出“U”形水道，外部迎光面加工成锥形凸面。

下面结合图3-图6，进一步描述光纤支架组件内的一些元件。

光纤支架角度调节板8、光纤固定座10、光纤水冷块11通过螺钉组合到一起，然后通过角度调节螺钉组5固定在光纤支架纵向移动板7上；光纤支架角度调节板8与光纤支架纵向移动板7为球面配合，其中光纤支架角度调节板8加工出球形凸面，光纤支架纵向移动板7加工出球形凹面；通过“两拉两顶”结构把光纤支架角度调节板8固定在光纤支架纵向移动板7上；如图3所示，角度调节螺钉组5中5-1、5-2为“两拉”螺钉，其作用是“拉动”光纤支架角度调节板8靠近光纤支架纵向移动板7，5-3、5-4为“两顶”螺钉，其作用是“推动”光纤支架角度调节板8远离光纤支架纵向移动板7；“两拉两顶”螺钉共同作用下，光纤支架角度调节板8球形凸面可在光纤支架纵向移动板7球形凹面中转动，实现角度调节。此角度调节结构中没有弹簧等弹性元件，角度调节稳定可靠。

如图4所示，纵向调节螺钉9组装在光纤支架横向移动板3的限位槽内，然后与光纤支架纵向移动板7联接，旋转纵向调节螺钉9时，因为纵向调节螺钉9被限位，因此可拉动光纤支架纵向移动板7沿光纤支架横向移动板的凹槽上下移动。此调节方式没有弹性元件，移动稳定可靠。

如图5所示，横向调节螺钉22与横向调节螺钉限位块23组装在一起（横向调节螺钉22组装在横向调节螺钉限位块23里面，横向调节螺钉限位块23限制横向调节螺钉22的移动，可以进一步参考附图7），横向调节螺钉22与光纤支架横向移动板3联接，旋转横向调节螺钉22，可以拉动光纤支架横向移动板3相对光纤支架底座2横向移动。此调节方式没有弹性元件，移动稳定可靠。

如图6所示，光纤水冷块11内部加工出“U”形水路，通过加入冷却水实现对光纤的制冷要求。光纤水冷块水嘴12、光纤水冷块螺塞25是实现水循环的一种结构形式。

继续参考图1和图2，聚焦镜筒组件包括：

聚焦镜后端锁紧螺母13、聚焦镜筒14、聚焦镜导向销15、聚焦镜筒座16、聚焦镜前端锁紧螺母17、聚焦镜压圈19、聚焦镜垫圈20。

其中，聚焦镜筒14与聚焦镜垫圈20、聚焦镜压圈19组装在一起实现对聚焦镜18的固定。通过聚焦镜垫圈19和聚焦镜压圈20将聚焦镜18固定在聚焦镜筒14里。

聚焦镜筒14的外圆直径与聚焦镜筒座16的内孔直径相等，公差配合为间隙配合，聚焦镜筒14可在聚焦镜筒座16的内孔内前后滑动，聚焦镜筒14的两端面外圆加工出与聚焦镜筒前端锁紧螺母17和聚焦镜筒后端锁紧螺母13螺纹参数一致的外螺纹，聚焦镜筒14中心外圆周面沿聚焦镜筒轴线方向加工出与聚焦镜筒导向销15直径相等的直槽，直槽与聚焦镜筒导向销15为间隙配合。

聚焦镜筒14、聚焦镜后端锁紧螺母13、聚焦镜前端锁紧螺母17、聚焦镜导向销15与聚焦镜筒座16组装在一起，通过旋转聚焦镜前端锁紧螺母17和聚焦镜后端锁紧螺母13，实现聚焦镜筒14沿X轴方向（图1）移动，从而实现调节焦点相对于光纤端面的远近距离。

聚焦镜筒座16上加工出水路，通过聚焦镜筒座水嘴21引入循环水实现对聚焦镜筒座的冷却，实现对聚焦镜筒14的冷却，进而实现对聚焦镜18制冷。

其中，聚焦镜筒14、聚焦镜筒导向销15、聚焦镜筒座16、聚焦镜筒前端锁紧螺母17、聚焦镜筒后端锁紧螺母13可以采用金属材料加工而成。

继续参考图1和图2，底板组件包括：

底板1，底板1是具有一定厚度的金属平板，用于承载光纤支架底座2和聚焦镜筒座16，使它们成为一个整体单元。

所述底板的功能是支撑光纤支架底座和聚焦镜筒座；所述光纤支架底座、光纤支架横向移动板、光纤支架纵向移动板、球面垫圈、光纤支架角度调节板、光纤固定座、光纤水冷块组装在一起，实现被夹持光纤沿Y方向、Z方向的平移和绕Y轴、绕Z轴的旋转；所述聚焦镜筒后端锁紧螺母、聚焦镜筒、聚焦镜筒导向销、聚焦镜筒座、聚焦镜筒前端锁紧螺母、聚焦镜、聚焦镜垫圈、聚焦镜压圈组装在一起实现聚焦镜焦点沿X方向的平移；整个装置实现了光纤端面与焦点相互位置的调节，实现了光纤耦合功能。

上述实施例中，光纤支架底座2、光纤支架横向移动板3、光纤支架纵向移动板7、光纤支架角度调节板8、光纤固定座10、光纤水冷块11等部件采用金属材料加工而成是为了更好的导热，在本发明其他实施例中也可以采用其他材料。

本发明的特点是耦合装置中没有弹性元件，是通过机械硬联接的方式保证光纤端面与焦点的相互位置，所以本装置可很好的确保光纤端面与焦点的位置稳定性。

应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。

Claims (10)

1.一种光纤激光器光纤耦合装置，包括：

光纤支架组件，用于承载待耦合光纤；

聚焦镜筒组件，用于承载聚焦镜以将激光耦合入待耦合光纤；以及

底板组件，具有平坦表面，用于承载所述光纤支架组件和聚焦镜筒组件；

以所述待耦合光纤的延伸方向为第一方向，以在所述底板组件的平坦表面内与第一方向垂直的方向为第二方向，以垂直于所述平坦表面的方向为第三方向；

其中，所述光纤支架组件包括：

光纤支架底座，

光纤支架横向移动板，由光纤支架底座支承，并适于通过横向调节螺钉调节沿第二方向的移动；

光纤支架纵向移动板，接附于光纤支架横向移动板上，并适于通过纵向调节螺钉调节沿第三方向的移动；

光纤支架角度调节板，与光纤支架纵向移动板为球面配合，通过设置于其上的角度调节螺钉，可以小角度绕所述第二方向和第三方向旋转；和

光纤固定座，固定在光纤支架角度调节板上，待耦合光纤固定在光纤固定座上；

其中通过调节纵向调节螺钉、横向调节螺钉和角度调节螺钉实现光纤端面沿第二方向、第三方向的平移和绕第二方向轴、绕第三方向轴的旋转，从而调节光纤端面相对于焦点的位置。

2.根据权利要求1所述光纤激光器光纤耦合装置，还包括：

球面垫圈，位于所述角度调节螺钉与光纤支架纵向移动板之间，所述球面垫圈与所述光纤支架纵向移动板相配合的底面加工成球形凸面，所述光纤支架纵向移动板的相应表面加工出球形凹面。

3.根据权利要求1所述光纤激光器光纤耦合装置，还包括：

光纤水冷块，其固定在光纤固定座上；和

光纤水冷块水嘴和光纤水冷块螺塞；

其中，通过光纤水冷块内部水道、光纤水冷块水嘴和光纤水冷块螺塞可以引入循环水实现对光纤制冷。

4.根据权利要求1所述光纤激光器光纤耦合装置，其中，纵向调节螺钉组装在光纤支架横向移动板的限位槽内，然后与光纤支架纵向移动板联接。

5.根据权利要求1所述光纤激光器光纤耦合装置，还包括：横向调节螺钉限位块；

其中，横向调节螺钉与横向调节螺钉限位块组装在一起，横向调节螺钉与光纤支架横向移动板联接。

6.根据权利要求1所述光纤激光器光纤耦合装置，其中，

光纤支架底座、光纤支架横向移动板、光纤支架纵向移动板、光纤支架角度调节板、光纤固定座的材料为金属材料。

7.根据权利要求1所述光纤激光器光纤耦合装置，其中，聚焦镜筒组件包括：

聚焦镜筒座，固定在底板组件上；

聚焦镜筒、聚焦镜筒导向销；聚焦镜筒可在聚焦镜筒座的内孔内前后滑动，聚焦镜筒与聚焦镜筒导向销为间隙配合；和

聚焦镜后端锁紧螺母、聚焦镜前端锁紧螺母；

其中，聚焦镜筒、聚焦镜后端锁紧螺母、聚焦镜前端锁紧螺母、聚焦镜导向销与聚焦镜筒座组装在一起，通过旋转聚焦镜前端锁紧螺母和聚焦镜后端锁紧螺母，实现聚焦镜筒沿第一方向轴移动。

8.根据权利要求7所述光纤激光器光纤耦合装置，还包括：

聚焦镜筒座水嘴，固定在聚焦镜筒座上；

其中，聚焦镜筒座上加工出水路，通过聚焦镜筒座水嘴引入循环水实现对聚焦镜筒座的冷却。

9.根据权利要求7所述光纤激光器光纤耦合装置，还包括：

聚焦镜压圈、聚焦镜垫圈；

其中，聚焦镜筒与聚焦镜垫圈、聚焦镜压圈组装在一起实现对聚焦镜的固定，通过聚焦镜垫圈和聚焦镜压圈将聚焦镜固定在聚焦镜筒里。

10.根据权利要求1所述光纤激光器光纤耦合装置，其中，所述角度调节螺钉为多个，其中部分对光纤支架角度调节板施加拉力，部分对光纤支架角度调节板施加推力。

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