CN105445857B - 一种空间滤波隔离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于光纤激光器中的空间滤波隔离器，包括依光路设置的双透镜、毛细管光阑和准直透镜；毛细管光阑具有一喇叭状内径，该喇叭状内径表面为全反射面，其大口径端靠近双透镜，小孔径端靠近准直透镜，小孔径端面位于双透镜的焦平面处，传输光束腰处于该端面小孔径内；传输光经双透镜聚焦后入射到毛细管光阑内，其束腰处于毛细管光阑喇叭状内径的小孔径内而顺利通过该隔离器；部分被反射回来的返回光反向入射到毛细管光阑上，被毛细管光阑的喇叭状内径全反射面反射而偏离主光轴方向，从而被隔离。本发明通过设置毛细管光阑和全反射面将大部分返回光隔离，从而避免返回光损伤传输光纤或激光器，而且该隔离器结构简单，成本较低。

Description

一种空间滤波隔离器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种应用于光纤激光器中的空间滤波隔离器结构。

背景技术

在高功率激光器尤其是光纤激光器领域，在激光加工、激光切割和激光焊接时，处理那些具有高反射率的材料时，例如铜，有时甚至会有高达90%的光被返回，返回光很有可能会损伤传输光纤，甚至是激光器，因而在光纤激光器的输出端加入隔离器进行保护就显得十分必要。现有的隔离器结构复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种空间滤波隔离器，可以隔离掉大部分的返回光，避免传输光纤或激光器被损伤，而且结构简单，成本低。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：一种空间滤波隔离器，包括依光路设置的双透镜、毛细管光阑和准直透镜；所述毛细管光阑具有一喇叭状内径，该喇叭状内径表面为全反射面，其大口径端靠近双透镜，小孔径端靠近准直透镜，小孔径端面位于双透镜的焦平面处，传输光束腰处于该端面小孔径内；传输光经双透镜聚焦后入射到毛细管光阑内，其束腰处于毛细管光阑喇叭状内径的小孔径内，通过该毛细管光阑后经准直透镜准直输出；部分被反射回来的返回光反向入射到毛细管光阑上，被毛细管光阑的喇叭状内径全反射面反射而偏离主光轴方向，不返回双透镜上。

进一步的，所述准直透镜设于一套管内，所述套管具有一喇叭状开口，该喇叭状开口表面为全反射面；所述返回光一部分被该全反射面反射而偏离主光轴方向，不返回毛细管光阑上；部分返回到毛细管光阑上的返回光再次被毛细管光阑的喇叭状内径全反射面反射而偏离主光轴方向，不返回双透镜上。

进一步的，还包括监测返回光功率的反馈系统，所述反馈系统包括反馈镜、功率计和控制器；所述反馈镜位于双透镜的两个透镜之间，对传输光增透，对返回光部分反射，将返回光部分反射到功率计上，功率计将测得的返回光功率反馈给控制器，控制器根据返回光功率数值判断是否关闭激光器电源。

进一步的，还包括一吸光固定结构，所述双透镜、毛细管光阑和准直透镜设于该吸光固定结构内，所述被反射而偏离主光轴方向的返回光被吸光固定结构吸收。

进一步的，所述毛细管光阑喇叭状内径小孔径端面的孔径大于传输光束腰光斑。

进一步的，所述小孔径端面的孔径直径为传输光束腰光斑尺寸的两倍。

本发明的有益效果为：通过设置毛细管光阑和全反射面将大部分返回光隔离，从而避免返回光损伤传输光纤或激光器，而且该隔离器结构简单，成本低。

附图说明

图1为本发明空间滤波隔离器实施例一结构示意图；

图2为本发明空间滤波隔离器实施例二结构示意图；

图3为本发明空间滤波隔离器实施例三结构示意图。

附图标示：10、双透镜；20、毛细管光阑；21、喇叭状内径；30、准直透镜；31、套管；311、喇叭状开口；40、反馈系统；41、反馈镜；42、聚焦透镜；43、功率计；50、吸光固定结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

本发明的空间滤波隔离器，通过设置毛细管光阑和全反射面将大部分返回光隔离，从而避免返回光损伤传输光纤或激光器。特别适用于激光加工、激光切割或激光焊接等处理具有高反射率表面的材料，在光纤输出端加入该隔离器，可很好地保护传输光纤和激光器，而且本发明的隔离器结构简单，成本较低。

具体的，该空间滤波隔离器，包括依光路设置的双透镜、毛细管光阑和准直透镜。其中，毛细管光阑具有一喇叭状内径，该喇叭状内径表面为全反射面，如镀全反射膜，其大口径端靠近双透镜，小孔径端靠近准直透镜，小孔径端面位于双透镜的焦平面处，传输光束腰处于该端面小孔径内；传输光经双透镜聚焦后入射到毛细管光阑内，其束腰处于毛细管光阑喇叭状内径的小孔径内，通过该毛细管光阑后经准直透镜准直输出；部分被反射回来的返回光反向入射到毛细管光阑上，被毛细管光阑的喇叭状内径全反射面反射而偏离主光轴方向，不返回双透镜上。

如图1所示的实施例一，双透镜10、光学材料（如玻璃）制成的毛细管光阑20和准直透镜30构成的空间滤波隔离器，应用空间滤波的原理，隔离绝大部分的返回光，避免返回光损伤传输光纤或激光器。该实施例中，准直透镜30设于一光学材料制成的套管31内，套管31具有一喇叭状开口311，该喇叭状开口311表面为全反射面，如镀全反射膜。在激光加工过程中，返回光一般方向杂乱，首先一部分返回光经过准直透镜30时，被其套管31的喇叭状开口311的全反射面反射而偏离主光轴方向，而不返回到毛细管光阑20上。通过准直透镜30的剩余部分返回光在经过毛细管光阑20时，由于毛细管光阑20的喇叭状内径21小孔径端面的孔径极小，一般稍大于输出激光经双透镜10聚焦之后的束腰光斑，所以绝大部分的返回光都会被该毛细管光阑20喇叭状内径21的全反射面反射而偏离主光轴方向，不返回双透镜10上，从而隔离了绝大部分的返回光，避免了返回光损伤传输光纤或激光器，有效地保护了传输光纤和激光器。正向传输的输出激光在双透镜10聚焦后，其在毛细管光阑20喇叭状内径21的小孔径处的束腰光斑小于该孔径，如可为该孔径尺寸的一半，如此输出激光便能够很好地通过该空间滤波隔离器，而返回光则绝大部分被隔离。

如图2所示的实施例二，绝大部分的返回光被准直透镜30的套管31和毛细管光阑20的全反射面反射而隔离，但仍有很小的一部分返回光可能透过毛细管光阑20的小孔径而返回到传输光纤或激光器上。该实施例在实施例一的基础上增加了监测返回光功率的反馈系统40，该反馈系统40包括反馈镜41、功率计43和控制器。其中，反馈镜41位于双透镜10的两个透镜之间，对传输激光增透，对返回光部分反射（如反射率为0.1%），将可能透过毛细管光阑20孔径的返回光部分反射后，经聚焦透镜42耦合到功率计43上，功率计43将测得的返回光功率反馈给控制器，控制器根据返回光功率数值判断是否关闭激光器电源。例如，当监测到的返回光功率超过某个设定值时，则立即自动关闭激光器电源，以免过高的返回光功率损坏激光器。

如图3所示的实施例三，在实施例二的基础上，增加一个吸光固定结构50，由吸光材料制成。双透镜10、毛细管光阑20和准直透镜30设于该吸光固定结构50内，被反射而偏离主光轴方向的返回光被该吸光固定结构50吸收，而不会发生多次杂乱反射，避免被隔离的返回光经多次反射后再返回激光器上。同样也可以在实施例一的结构上增加一吸光固定结构50。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种空间滤波隔离器，其特征在于：包括依光路设置的双透镜、毛细管光阑和准直透镜；所述毛细管光阑具有一喇叭状内径，该喇叭状内径表面为全反射面，其大口径端靠近双透镜，小孔径端靠近准直透镜，小孔径端面位于双透镜的焦平面处，传输光束腰处于该端面小孔径内；传输光经双透镜聚焦后入射到毛细管光阑内，其束腰处于毛细管光阑喇叭状内径的小孔径内，通过该毛细管光阑后经准直透镜准直输出；部分被反射回来的返回光反向入射到毛细管光阑上，被毛细管光阑的喇叭状内径全反射面反射而偏离主光轴方向，不返回双透镜上；所述准直透镜设于一套管内，所述套管具有一喇叭状开口，该喇叭状开口表面为全反射面；所述返回光一部分被该全反射面反射而偏离主光轴方向，不返回毛细管光阑上；部分返回到毛细管光阑上的返回光再次被毛细管光阑的喇叭状内径全反射面反射而偏离主光轴方向，不返回双透镜上。

2.如权利要求1所述空间滤波隔离器，其特征在于：还包括监测返回光功率的反馈系统，所述反馈系统包括反馈镜、功率计和控制器；所述反馈镜位于双透镜的两个透镜之间，对传输光增透，对返回光部分反射，将返回光部分反射到功率计上，功率计将测得的返回光功率反馈给控制器，控制器根据返回光功率数值判断是否关闭激光器电源。

3.如权利要求1-2任一项所述空间滤波隔离器，其特征在于：还包括一吸光固定结构，所述双透镜、毛细管光阑和准直透镜设于该吸光固定结构内，所述被反射而偏离主光轴方向的返回光被吸光固定结构吸收。

4.如权利要求1-2任一项所述空间滤波隔离器，其特征在于：所述毛细管光阑喇叭状内径小孔径端面的孔径大于传输光束腰光斑。

5.如权利要求4所述空间滤波隔离器，其特征在于：所述小孔径端面的孔径直径为传输光束腰光斑尺寸的两倍。