CN105896260B - 光纤激光合束器 - Google Patents

Abstract

本发明公开光纤激光合束器，它包括底座、第一准直头、右调节组件、左调节组件和上调节组件，第一准直头通过第一螺钉与底座连接，上调节组件通过第二螺钉与底座连接，右调节组件通过第三螺钉、第四螺钉以及第五螺钉与底座的表面连接，右调节组件通过第六螺钉和第一球头细牙丝杆与底座的右侧面连接，左调节组件通过第七螺钉、第八螺钉以及第九螺钉与底座的表面连接，左调节组件通过第十螺钉和第二球头细牙丝杆与底座的左侧面连接，右调节组件和左调节组件对称设置，底座内部形成密闭的空腔，在空腔内设有第一冷却水软管，第一冷却水软管连通有大水接头，大水接头安装在底座的一端，本发明的有益效果为：提高了合束效率。

Description

光纤激光合束器

技术领域

本发明涉及激光合束器技术领域，具体涉及一种光纤激光合束器。

背景技术

光纤激光器在激光加工、激光照明、科学研究等领域具有广泛的应用价值，单束光纤激光输出功率有限，通过对多束光纤激光进行合束，是实现系统结构布局紧凑，获取高功率激光的一条重要技术途径，光纤激光合束器是用于合成高功率光纤激光的关键器件，其作用是将多束光纤激光集成，精密调节子束光纤激光的光轴指向，实现合束后的激光光轴指向一致性要求。

传统的激光合束器通常采用合束光路实现，光纤激光器通过激光准直头扩束发射激光，经过紧密调节反射镜，再到直角反射棱镜，通过反射原理将两束激光合成一束激光出射，对于多束激光合束，需要采用多个直角反射棱镜和多个精密调节反射镜多次合束，光路较复杂，这种方式由于采用光学器件较多，光路调节复杂，需要占据较大的布局空间，在外场使用中容易造成子束激光光轴漂移，降低系统合束效率和可靠性。

发明内容

本发明克服了现有技术中合束光学器件多，占用空间大，效率低和可靠性差的不足，提供一种光纤激光合束器，该装置是用于对多台光纤激光器的光轴进行角度紧密调节合束的装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种光纤激光合束器，它包括底座、第一准直头、右调节组件、左调节组件和上调节组件，所述第一准直头通过第一螺钉与底座连接，所述上调节组件通过第二螺钉与底座连接，所述右调节组件通过第三螺钉、第四螺钉以及第五螺钉与底座的表面连接，所述右调节组件通过第六螺钉和第一球头细牙丝杆与底座的右侧面连接，所述左调节组件通过第七螺钉、第八螺钉以及第九螺钉与底座的表面连接，所述左调节组件通过第十螺钉和第二球头细牙丝杆与底座的左侧面连接，所述右调节组件和左调节组件对称设置，所述底座内部形成密闭的空腔，在所述空腔内设有第一冷却水软管，所述第一冷却水软管连通有大水接头，所述大水接头安装在底座的一端。

更进一步的技术方案是，所述右调节组件包括右支撑板、第二准直头、第十三螺钉和第三球头细牙丝杆，所述第二准直头通过第十一螺钉和第十二螺钉与右支撑板连接，所述右支撑板一端开设有第三螺钉安装孔、另一端开设有第四螺钉安装孔和第五螺钉安装孔，所述右支撑板右侧设有第一立板，所述第一立板上开设有第六螺钉安装孔和第一球头细牙丝杆安装孔，所述右支撑板顶部伸出第一横板，所述第三螺钉、第四螺钉和第五螺钉各自穿过第三螺钉安装孔、第四螺钉安装孔和第五螺钉安装孔将右支撑板与底座的表面连接，所述第六螺钉穿过第六螺钉安装孔将第一立板与底座的右侧面连接，所述第一球头细牙丝杆穿过第一球头丝杆细牙丝杆安装孔与底座的右侧面接触，所述第十三螺钉穿过第一横板与第二准直头连接，所述第三球头细牙丝杆穿过第一横板与第二准直头接触。

更进一步的技术方案是，所述第三螺钉安装孔为圆形孔，所述第四螺钉安装孔和第五螺钉安装孔均为条形孔。

更进一步的技术方案是，所述左调节组件包括左支撑板、第三准直头、第十六螺钉和第四球头细牙丝杆，所述第三准直头通过第十四螺钉和第十五螺钉与左支撑板连接，所述左支撑板一端开设有第七螺钉安装孔、另一端开设有第八螺钉安装孔和第九螺钉安装孔，所述左支撑板右侧设有第二立板，所述第二立板上开设有第十螺钉安装孔和第二球头细牙丝杆安装孔，所述左支撑板顶部伸出第二横板，所述第七螺钉、第八螺钉和第九螺钉各自穿过第七螺钉安装孔、第八螺钉安装孔和第九螺钉安装孔将左支撑板与底座的表面连接，所述第十螺钉穿过第十螺钉安装孔将第二立板与底座的左侧面连接，所述第二球头细牙丝杆穿过第二球头丝杆细牙丝杆安装孔与底座的左侧面接触，所述第十六螺钉穿过第二横板与第三准直头连接，所述第四球头细牙丝杆穿过第二横板与第三准直头接触。

更进一步的技术方案是，所述第七螺钉安装孔为圆形孔，所述第八螺钉安装孔和第九螺钉安装孔为条形孔。

更进一步的技术方案是，所述上调节组件包括门形支撑板、上支撑板、第四准直头、上伸出板、第十七螺钉、第五球头细牙丝杆、第六球头细牙丝杆和小水接头，所述上支撑板安装在门形支撑板上方，该上支撑板下方设有凹槽，所述门形支撑板的水平部分从凹槽穿过，并且所述上支撑板通过第二十螺钉和第二十一螺钉与门形支撑板连接，所述上支撑板两侧分别设置有耳板，所述第四准直头通过第十八螺钉和第十九螺钉与上支撑板连接，所述第六球头细牙丝杆穿过耳板与第四准直头的侧面接触，所述上伸出板安装在门形支撑板的顶部，所述第十七螺钉穿过上伸出板与上支撑板连接，所述第五球头细牙丝杆穿过上伸出板与上支撑板接触。

更进一步的技术方案是，所述上支撑板内开设有通道，所述通道内安装有第二冷却水软管，所述第二冷却水软管与小水接头连通，并且该小水接头安装在上支撑板的侧面。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的光纤激光合束器，采用精密调节组件例如，上调节组件、左调节组件和右调节组件完成了四束光纤激光的合束，避免采用传统合束光束传输、拼接带来的激光功率损失，提高了合束效率，该合束器结构紧凑实用，准直头采用环形密集布置方式，使出射激光呈环形分布，该合束器可以在小型卡塞格林系统中扩束发射，环形光斑可避免因次镜遮挡带来的功率损耗，提高了发射效率，其中第一准直头在底座上固定作为光轴指向基准，对其余准直头分别设置成仰视和方位精确角度调节的独立调整结构进行光轴调节，在系统集成时可较快地实现子束光轴指向一致，四路光纤激光之间的最大光轴指向偏差小于10μrad，每个准直头角度调整完毕后采用螺钉固定锁紧，不使用弹性元件，确保了光轴能够长期保持稳定，每个准直头与安装结构均实现安装面良好接触，通过安装结构传到可将散射光带来的废热输出到循环水路中，采用液体恒温冷却，适于大功率激光器长时间稳定合束的应用环境。

附图说明

图1为本发明一种实施例的光纤激光合束器的主视结构示意图。

图2为本发明一种实施例的光纤激光合束器的俯视结构示意图。

图3为图1中右调节组件的结构示意图。

图4为图1中左调节组件的结构示意图。

图5为图1中上调节组件右前视结构示意图。

图6为图1中上调节组件左后视结构示意图

如图所示，其中对应的附图标记名称为：

1底座,2第一准直头,3右调节组件,4左调节组件,5上调节组件,6第一螺钉,7第二螺钉,8第三螺钉,9第四螺钉,10第五螺钉,11第六螺钉,12第一球头细牙丝杆,13第七螺钉,14第八螺钉,15第九螺钉，16第十螺钉,17第二球头细牙丝杆,18右支撑板,19第二准直头,20第十一螺钉,21第十二螺钉,22第十三螺钉,23第三球头细牙丝杆,24左支撑板,25第三准直头，26第十四螺钉,27第十五螺钉,28第十六螺钉,29第四球头细牙丝杆,30门形支撑板,31上支撑板,32第四准直头,33上伸出板,34第十七螺钉,35第五球头细牙丝杆,36第十八螺钉,37第十九螺钉,38第六球头细牙丝杆,39第二十螺钉,40第二十一螺钉,41小水接头,42大水接头,43第三螺钉安装孔,44第六螺钉安装孔,45第一球头细牙丝杆安装孔,46第一立板,47第四螺钉安装孔,48第五螺钉安装孔,49第一横板,50第七螺钉安装孔,51第十螺钉安装孔,52第二球头细牙丝杆安装孔,53第二立板,54第八螺钉安装孔,55第九螺钉安装孔,56第二横板,57耳板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

在发明人对权利要求书修改后由代理人补入。

如图1-6所示的光纤激光合束器，它包括底座1、第一准直头2、右调节组件3、左调节组件4和上调节组件5，第一准直头2通过第一螺钉6与底座1连接，上调节组件5通过第二螺钉7与底座1连接，右调节组件3通过第三螺钉8、第四螺钉9以及第五螺钉10与底座1的表面连接，右调节组件3通过第六螺钉 11和第一球头细牙丝杆12与底座1的右侧面连接，左调节组件4通过第七螺钉13、第八螺钉14以及第九螺钉15与底座1的表面连接，左调节组件4通过第十螺钉16和第二球头细牙丝杆17与底座1的左侧面连接，右调节组件3和左调节组件4对称设置，底座1内部形成密闭的空腔，在空腔内设有第一冷却水软管，第一冷却水软管连通有大水接头42，大水接头42安装在底座1的一端，右调节组件3包括右支撑板18、第二准直头19、第十三螺钉22和第三球头细牙丝杆23，第二准直头19通过第十一螺钉20和第十二螺钉21与右支撑板18连接，右支撑板18一端开设有第三螺钉安装孔43、另一端开设有第四螺钉安装孔47和第五螺钉安装孔48，右支撑板18右侧设有第一立板46，第一立板46上开设有第六螺钉安装孔44和第一球头细牙丝杆安装孔45，右支撑板18顶部伸出第一横板49，第三螺钉8、第四螺钉9和第五螺钉10各自穿过第三螺钉安装孔43、第四螺钉安装孔47和第五螺钉安装孔48将右支撑板18与底座1的表面连接，第六螺钉11穿过第六螺钉安装孔44将第一立板46与底座1的右侧面连接，第一球头细牙丝杆12穿过第一球头丝杆细牙丝杆安装孔45与底座1的右侧面接触，第十三螺钉22穿过第一横板49与第二准直头19连接，第三球头细牙丝杆23穿过第一横板49与第二准直头19接触，左调节组件4包括左支撑板24、第三准直头25、第十六螺钉28和第四球头细牙丝杆29，第三准直头25通过第十四螺钉26和第十五螺钉27与左支撑板24连接，左支撑板24一端开设有第七螺钉安装孔50、另一端开设有第八螺钉安装孔54和第九螺钉安装孔55，左支撑板24右侧设有第二立板53，第二立板53上开设有第十螺钉安装孔51和第二球头细牙丝杆安装孔52，左支撑板24顶部伸出第二横板56，第七螺钉13、第八螺钉14和第九螺钉15各自穿过第七螺钉安装孔50、第八螺钉安装孔54和第九螺钉安装孔55将左支撑板24与底座1的表面连接，第十螺钉16 穿过第十螺钉安装孔51将第二立板53与底座1的左侧面连接，第二球头细牙丝杆17穿过第二球头丝杆细牙丝杆安装孔52与底座1的左侧面接触，第十六螺钉28穿过第二横板56与第三准直头25连接，第四球头细牙丝杆29穿过第二横板56与第三准直头25接触，上调节组件5包括门形支撑板30、上支撑板31、第四准直头32、上伸出板33、第十七螺钉34、第五球头细牙丝杆35、第六球头细牙丝杆38和小水接头41，上支撑板31安装在门形支撑板30上方，该上支撑板31下方设有凹槽，门形支撑板30的水平部分从凹槽穿过，并且上支撑板31通过第二十螺钉39和第二十一螺钉40与门形支撑板30连接，上支撑板31两侧分别设置有耳板57，第四准直头32通过第十八螺钉36和第十九螺钉37与上支撑板31连接，第六球头细牙丝杆38穿过耳板57与第四准直头32的侧面接触，上伸出板33安装在门形支撑板30的顶部，第十七螺钉34穿过上伸出板33与上支撑板31连接，第五球头细牙丝杆35穿过上伸出板33与上支撑板31接触。

根据本发明的一个实施例，第三螺钉安装孔43为圆形孔，第四螺钉安装孔47和第五螺钉安装孔48均为条形孔，第七螺钉安装孔50为圆形孔，第八螺钉安装孔54和第九螺钉安装孔55为条形孔。

根据本发明的一个实施例，上支撑板31内开设有通道，通道内安装有第二冷却水软管，第二冷却水软管与小水接头41连通，并且该小水接头41安装在上支撑板31的侧面。

本实施例中第一准直头2通过第一螺钉6固定安装在底座1上，第一准直头2位置固定，以第一准直头2激光光轴作为激光光轴基准，右调节组件3、左调节组件4和上调节组件5安装在底座1上。分别对第二准直头19、第三准直头25和第四准直头32实现仰视和方位精确角度调节，使其光轴与第一准直头2 激光光轴一致，调整完毕后通过螺钉锁定；

第二准直头19进行方位角度调整时，先使第三螺钉8、第四螺钉9、第五螺钉10处于半松弛状态，第六螺钉11和第一球头细牙丝杆12采用一顶一拉的工作方式，使右支撑板18围绕第三螺钉8轴线旋转，从而改变第二准直头19的方位角，调整到位后，就锁紧第三螺钉8、第四螺钉9、第五螺钉10，第二准直头19进行俯仰角度调整时，使第十一螺钉20、第十二螺钉21处于半松弛状态，第十三螺钉22和第三球头细牙丝杆23采用一顶一拉的工作方式，使第二准直头19绕第十一螺钉20轴线旋转，改变第二准直头19的俯仰角，调整到位后，锁紧第十一螺钉20、第十二螺钉21；

第三准直头25进行方位角度调整时，使第七螺钉13、第八螺钉14、第九螺钉15处于半松弛状态，第十螺钉16和第二球头细牙丝杆17采用一顶一拉的工作方式，使左支撑板24绕第七螺钉13轴线旋转，从而改变第三准直头25的方位角，调整到位后，锁紧第七螺钉13、第八螺钉14、第九螺钉15，第三准直头25进行俯仰角度调整时，使第十四螺钉26、第十五螺钉27处于半松弛状态，第十六螺钉28和第四球头细牙丝杆29采用一顶一拉的工作方式，使第三准直头25绕第十四螺钉26的轴线旋转，改变第三准直头25的俯仰角，调整到位后，锁紧第十四螺钉26、第十五螺钉27；

第四准直头32进行方位角度调整时，使十八螺钉36、十九螺钉37处于半松弛状态，两个第六球头细牙丝杆38采用双侧顶的工作方式，使上支撑板31带着固定在其上的第四准直头32绕第十八螺钉36轴线旋转，改变第四准直头32的方位角，调整到位后，锁紧十八螺钉36、十九螺钉37。第四准直头32进行俯仰角度调整时，使第二十螺钉39、第二十一螺钉40处于半松弛状态，第十七螺钉34和第五球头细牙丝杆35采用一顶一拉的工作方式，使第四准直头32 绕第二十螺钉39的轴线旋转，改变第四准直头32的俯仰角，调整到位后，锁紧第二十螺钉39、第二十一螺钉40；

同时将底座1内部加工成密闭的空腔，后端部接出水大接头42，在空腔内设置第一冷却水软管，并将第一冷却水软管与出水大接头42连通，通过第一冷却水软管将冷却水引入，对底座1循环冷却，第一准直头2、第二准直头19、第三准直头25由杂散光照射结构件产生的废热，可以通过右调节组件3、左调节组件4传导至底座1，由循环水将热量带走，减小了结构因受热导致的变形；

上支撑板31内部加工通道，外接小水接头41，在上支撑板31内的通道里设置第二冷却水软管，将第二冷却水软管与小水接头41连通，通过第二冷却水软管引入冷却水对第四准直头32冷却，可减小因出光时温度升高引起的结构变形，使第四准直头32保持姿态稳定；

同时本实施例中提到的球头细牙丝杆的顶点均采用抛光处理，与其球头顶点接触的结构件表面也需加工平整光滑，以提高角度调节的平滑性。

以上具体实施方式对本发明的实质进行详细说明，但并不能对本发明的保护范围进行限制，显而易见地，在本发明的启示下，本技术领域普通技术人员还可以进行许多改进和修饰，需要注意的是，这些改进和修饰都落在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光纤激光合束器，其特征在于，它包括底座(1)、第一准直头(2)、右调节组件(3)、左调节组件(4)和上调节组件(5)，所述第一准直头(2)通过第一螺钉(6)与底座(1)连接，所述上调节组件(5)通过第二螺钉(7)与底座(1)连接，所述右调节组件(3)通过第三螺钉(8)、第四螺钉(9)以及第五螺钉(10)与底座(1)的表面连接，所述右调节组件(3)通过第六螺钉(11)和第一球头细牙丝杆(12)与底座(1)的右侧面连接，所述左调节组件(4)通过第七螺钉(13)、第八螺钉(14)以及第九螺钉(15)与底座(1)的表面连接，所述左调节组件(4)通过第十螺钉(16)和第二球头细牙丝杆(17)与底座(1)的左侧面连接，所述右调节组件(3)和左调节组件(4)对称设置，所述底座(1)内部形成密闭的空腔，在所述空腔内设有第一冷却水软管，所述第一冷却水软管连通有大水接头(42)，所述大水接头(42)安装在底座(1)的一端。

2.根据权利要求1所述的光纤激光合束器，其特征在于，所述右调节组件(3)包括右支撑板(18)、第二准直头(19)、第十三螺钉(22)和第三球头细牙丝杆(23)，所述第二准直头(19)通过第十一螺钉(20)和第十二螺钉(21)与右支撑板(18)连接，所述右支撑板(18)一端开设有第三螺钉安装孔(43)、另一端开设有第四螺钉安装孔(47)和第五螺钉安装孔(48)，所述右支撑板(18)右侧设有第一立板(46)，所述第一立板(46)上开设有第六螺钉安装孔(44)和第一球头细牙丝杆安装孔(45)，所述右支撑板(18)顶部伸出第一横板(49)，所述第三螺钉(8)、第四螺钉(9)和第五螺钉(10)各自穿过第三螺钉安装孔(43)、第四螺钉安装孔(47)和第五螺钉安装孔(48)将右支撑板(18)与底座(1)的表面连接，所述第六螺钉(11)穿过第六螺钉安装孔(44)将第一立板(46)与底座(1)的右侧面连接，所述第一球头细牙丝杆(12)穿过第一球头细牙丝杆安装孔(45)与底座(1)的右侧面接触，所述第十三螺钉(22)穿过第一横板(49)与第二准直头(19)连接，所述第三球头细牙丝杆(23)穿过第一横板(49)与第二准直头(19)接触。

3.根据权利要求2所述的光纤激光合束器，其特征在于，所述第三螺钉安装孔(43)为圆形孔，所述第四螺钉安装孔(47)和第五螺钉安装孔(48)均为条形孔。

4.根据权利要求1所述的光纤激光合束器，其特征在于，所述左调节组件(4)包括左支撑板(24)、第三准直头(25)、第十六螺钉(28)和第四球头细牙丝杆(29)，所述第三准直头(25)通过第十四螺钉(26)和第十五螺钉(27)与左支撑板(24)连接，所述左支撑板(24)一端开设有第七螺钉安装孔(50)、另一端开设有第八螺钉安装孔(54)和第九螺钉安装孔(55)，所述左支撑板(24)右侧设有第二立板(53)，所述第二立板(53)上开设有第十螺钉安装孔(51)和第二球头细牙丝杆安装孔(52)，所述左支撑板(24)顶部伸出第二横板(56)，所述第七螺钉(13)、第八螺钉(14)和第九螺钉(15)各自穿过第七螺钉安装孔(50)、第八螺钉安装孔(54)和第九螺钉安装孔(55)将左支撑板(24)与底座(1)的表面连接，所述第十螺钉(16)穿过第十螺钉安装孔(51)将第二立板(53)与底座(1)的左侧面连接，所述第二球头细牙丝杆(17)穿过第二球头细牙丝杆安装孔(52)与底座(1)的左侧面接触，所述第十六螺钉(28)穿过第二横板(56)与第三准直头(25)连接，所述第四球头细牙丝杆(29)穿过第二横板(56)与第三准直头(25)接触。

5.根据权利要求4所述的光纤激光合束器，其特征在于，所述第七螺钉安装孔(50)为圆形孔，所述第八螺钉安装孔(54)和第九螺钉安装孔(55)为条形孔。

6.根据权利要求1所述的光纤激光合束器，其特征在于，所述上调节组件(5)包括门形支撑板(30)、上支撑板(31)、第四准直头(32)、上伸出板(33)、第十七螺钉(34)、第五球头细牙丝杆(35)、第六球头细牙丝杆(38)和小水接头(41)，所述上支撑板(31)安装在门形支撑板(30)上方，该上支撑板(31)下方设有凹槽，所述门形支撑板(30)的水平部分从凹槽穿过，并且所述上支撑板(31)通过第二十螺钉(39)和第二十一螺钉(40)与门形支撑板(30)连接，所述上支撑板(31)两侧分别设置有耳板(57)，所述第四准直头(32)通过第十八螺钉(36)和第十九螺钉(37)与上支撑板(31)连接，所述第六球头细牙丝杆(38)穿过耳板(57)与第四准直头(32)的侧面接触，所述上伸出板(33)安装在门形支撑板(30)的顶部，所述第十七螺钉(34)穿过上伸出板(33)与上支撑板(31)连接，所述第五球头细牙丝杆(35)穿过上伸出板(33)与上支撑板(31)接触。

7.根据权利要求6所述的光纤激光合束器，其特征在于，所述上支撑板(31)内开设有通道，所述通道内安装有第二冷却水软管，所述第二冷却水软管与小水接头(41)连通，并且该小水接头(41)安装在上支撑板(31)的侧面。