CN108663823A - 光纤激光器qbh中石英端帽的位置调校装置、方法及应用 - Google Patents

光纤激光器qbh中石英端帽的位置调校装置、方法及应用 Download PDF

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沈华
经逸秋
韩志刚
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Abstract

本发明公开了一种光纤激光器QBH中石英端帽的位置调校装置、方法及应用，包括底板、第一三维调整架、第二三维调整架、QBH夹持装置、准直镜、石英端帽夹具和准直镜夹具。本发明利用哈特曼波前传感器作为对比检测的手段，光束质量测试仪作为最终评价的标准，使用三维调整架调节石英端帽的位置，提高了端帽位置的调校精度；利用哈特曼波前传感器检测出射波前，具有响应速度快、检测精度高的优点。整套装置固定在一块底板上，方便移动，使用简单。本发明可以分别调节端帽和准直镜的三维位置，除可以确定端帽在QBH中的位置这一功能外，还可以通过改变准直镜的位置，得到各种发散、汇聚角的出射激光束以满足实际中不同情况的要求。

Description

光纤激光器QBH中石英端帽的位置调校装置、方法及应用
技术领域
本发明属于光纤激光器件领域，具体涉及一种光纤激光器QBH中石英端帽的位置调校装置、方法及应用。
背景技术
高功率光纤激光器由光纤、泵浦耦合器和光纤光栅等元件组成，具有结构紧凑、性能稳定、转化效率高和光束质量好等优点，在材料加工、激光打标、生物医学、自由空间通信和国防安全等领域有广泛应用。QBH是高功率光纤激光器中不可缺少的输出部件，它能够稳定输出高功率激光并且能够满足各种工作环境的要求。端帽作为QBH中的核心器件，其制造技术以及在QBH机械部分中的位置确定是QBH制造工艺中的关键部分。
当前QBH制造中确定端帽位置的方法一般是首先在QBH的机械部分上选取某一定位面，再通过光纤的数值孔径、光纤折射率及端帽的折射率等参数计算出端帽的虚焦面位置，确定虚焦面与定位面的相对位置后即确定了端帽在QBH中的位置。这种方案一方面存在理论上的误差，例如，光纤的数值孔径是理论上激光在光纤中的最大传输角，实际应用中光纤中的激光可能不会以数值孔径角传输，于是虚焦面的位置计算存在误差；另一方面，这种方案不能实时检测端帽出射的激光波前和束腰位置，由于机械加工和准直镜加工存在误差，端帽固定到计算的理论位置后，经过准直镜后得不到准直的激光束。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光纤激光器QBH中石英端帽的位置调校装置、方法及应用，提高了QBH生产制造中端帽位置确定的精确性和实时性。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种光纤激光器QBH中石英端帽的位置调校装置，包括底板、第一三维调整架、第二三维调整架、QBH夹持装置、准直镜、石英端帽夹具和准直镜夹具；第一三维调整架和QBH夹持装置位于同一条直线上，第二三维调整架设置在QBH夹持装置一侧，第一三维调整架、第二三维调整架和QBH夹持装置均固定在底板上；石英端帽夹具一端固定在第二三维调整架顶面，准直镜夹具为L形，一侧固定在第一三维调整架顶面，另一侧向上延伸，向上延伸的侧面上设有第一通孔，准直镜固定在第一通孔内；QBH夹持装置上部设有第二通孔，QBH设置在QBH夹持装置的第二通孔中，石英端帽固定在石英端帽夹具上。
一种基于光纤激光器QBH中石英端帽的位置调校装置的调校方法，包括以下步骤：
步骤一：将标准QBH固定在QBH夹持装置的第二通孔中，调节第一三维调整架以改变准直镜的三维位置，通过哈特曼波前探测器测得准直镜的出射波前，当通过哈特曼波前探测器观察到准直波前时，即确定了准直器的标准位置；
步骤二：固定准直器的位置，使用光束质量M2仪测量参考QBH的光束质量以及束腰位置，作为从石英端帽出射的激光束光束质量及束腰位置的参考值；
步骤三：保持准直器位置不变，用不包括端帽的QBH机械部分替换夹持结构中的标准QBH，将石英端帽固定在竖板的第三通孔中；
步骤四：调节第二三维调整架，改变石英端帽的三维位置，通过光束质量M2仪测量石英端帽不同位置时的出射激光束的光束质量以及束腰，并与参考值相比较，确定石英端帽和QBH机械结构的相对位置。
一种基于光纤激光器QBH中石英端帽的位置调校装置的应用，获得特定发散、汇聚角的出射激光束，具体步骤如下：
步骤一：将标准QBH固定在QBH夹持装置的第二通孔中，调节第一三维调整架以改变准直镜的三维位置，通过哈特曼波前探测器测得准直镜的出射波前，当通过哈特曼波前探测器观察到准直波前时即确定了准直器的标准位置；
步骤二：调节第一三维调整架，改变准直镜的位置，使用哈特曼波前传感器记录准直镜不同位置下出射的波前；
步骤三：根据出射的波前计算在准直镜在不同位置下激光的发散、汇聚角，在实际应用中，根据对激光发散、会聚角不同的需要，将准直镜调节到相应位置即可。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)采用光学检测的手段，利用三维调整架和哈特曼波前传感器，使用光束质量M2测试仪测得的光束质量作为评价标准，具有调整精度高、检测精度高、实时性好的优点。整套调节装置固定在一块底板上，使用方便并且能够适用于各种工作环境。
(2)所述装置也可用于获得具有特定发散角的激光束，以满足不同工作的要求，
附图说明
图1为本发明光纤激光器QBH中石英端帽的位置调校装置的结构示意图。
图2为本发明使用哈特曼波前传感器测量波前的光路简图。
图3为本发明使用光束质量M2测试仪测量激光光束质量以及束腰位置的光路简图。
具体实施方式：
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1，一种光纤激光器QBH中石英端帽的位置调校装置，包括底板101、第一三维调整架102、第二三维调整架103、QBH夹持装置104、准直镜105、石英端帽夹具和准直镜夹具107；第一三维调整架102和QBH夹持装置104位于同一条直线上，第二三维调整架103通过螺栓固定在在QBH夹持装置104一侧，第一三维调整架102、第二三维调整架103和QBH夹持装置均通过螺栓固定在底板101上；石英端帽夹具一端通过螺栓固定在第二三维调整架103顶面，准直镜夹具107为L形，一侧固定在第一三维调整架102顶面，另一侧向上延伸，向上延伸的侧面上设有第一通孔，准直镜105通过螺栓固定在第一通孔内；QBH夹持装置104上部设有第二通孔，QBH通过螺栓固定在QBH夹持装置104的第二通孔中，石英端帽通过螺栓固定在石英端帽夹具上。
上述石英端帽夹具包括竖板106、连板109和L形板108，其中L形板108固定在第二三维调整架103顶面，L形板108一侧伸出第二三维调整架103顶面向QBH夹持装置104方向延伸，竖板106上设有第三通孔，第一通孔、第二通孔和第三通孔共轴，竖板106底面通过连板109与伸出第二三维调整架103顶面的L形板108连接，石英端帽通过螺栓固定在在竖板106上。
结合图2和图3，一种基于光纤激光器QBH中石英端帽的位置调校装置的调校方法，包括以下步骤：
步骤一：将作为标准的参考的QBH固定在夹持结构104中，调节三维调整架102以改变准直镜105的三维位置。如附图二所示，通过哈特曼波前探测器201测得准直镜的出射波前，当通过哈特曼波前探测器观察到准直波前时即确定了准直镜的标准位置。
步骤二：固定步骤一中调节的准直镜的位置。如附图三所示，光束经过第一楔形反射镜301和第二楔形反射镜302入射到聚焦镜303后被聚焦，再经过第一反射镜304和第二反射镜305被306光束质量测试仪的CCD接受，测量参考QBH的光束质量以及束腰位置，作为从端帽出射的激光束的光束质量及光束束腰位置的参考值。
步骤三：通过端帽夹持装置和三维调整架，改变端帽的三维位置，如附图三所示，测量当端帽位于不同位置时，从端帽出射的激光束的光束质量和束腰位置，与参考值不断比对、调整，最终得到符合标准的端帽三维位置。
一种基于光纤激光器QBH中石英端帽的位置调校装置的应用，获得特定发散、汇聚角的出射激光束，具体步骤如下：
步骤一：将标准QBH固定在QBH夹持装置104的第二通孔中，调节第一三维调整架102以改变准直镜105的三维位置，通过哈特曼波前探测器测得准直镜105的出射波前，当通过哈特曼波前探测器观察到准直波前时即确定了准直器105的标准位置；
步骤二：调节第一三维调整架102，改变准直镜105的位置，使用哈特曼波前传感器记录准直镜105不同位置下出射的波前；
步骤三：根据出射的波前计算在准直镜105在不同位置下激光的发散、汇聚角，在实际应用中，根据对激光发散、会聚角不同的需要，将准直镜105调节到相应位置即可。
应用实例：
激光器采用20/400光纤输出的ASE宽带光源，用标准的QBH和50mm准直镜输出时，其光束质量及束腰如表1：
M2(X) M2(Y) 束腰位置(mm)
1.42 1.44 336
1.42 1.48 336
表1：标准QBH输出的激光光束质量及束腰
使用调节装置调整端帽位置，得到的光束质量及束腰如表2：
表2：端帽不同Z位置下输出的激光光束质量及束腰可以看出，整个装置能够准确的确定端帽在光纤激光器QBH中的位置。

Claims (4)

1.一种光纤激光器QBH中石英端帽的位置调校装置，其特征在于：包括底板(101)、第一三维调整架(102)、第二三维调整架(103)、QBH夹持装置(104)、准直镜(105)、石英端帽夹具和准直镜夹具(107)；第一三维调整架(102)和QBH夹持装置(104)位于同一条直线上，第二三维调整架(103)设置在QBH夹持装置(104)一侧，第一三维调整架(102)、第二三维调整架(103)和QBH夹持装置均固定在底板(101)上；石英端帽夹具一端固定在第二三维调整架(103)顶面，准直镜夹具(107)为L形，一侧固定在第一三维调整架(102)顶面，另一侧向上延伸，向上延伸的侧面上设有第一通孔，准直镜(105)固定在第一通孔内；QBH夹持装置(104)上部设有第二通孔，QBH设置在QBH夹持装置(104)的第二通孔中，石英端帽固定在石英端帽夹具上。
2.根据权利要求1所述的光纤激光器QBH中石英端帽的位置调校装置，其特征在于：上述石英端帽夹具包括竖板(106)、连板(109)和L形板(108)，其中L形板(108)固定在第二三维调整架(103)顶面，L形板(108)一侧伸出第二三维调整架(103)顶面向QBH夹持装置(104)方向延伸，竖板(106)上设有第三通孔，第一通孔、第二通孔和第三通孔共轴，竖板(106)底面通过连板(109)与伸出第二三维调整架(103)顶面的L形板(108)连接，石英端帽固定在竖板(106)上。
3.一种基于权利要求1-2中任意一项所述的光纤激光器QBH中石英端帽的位置调校装置的调校方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将标准QBH固定在QBH夹持装置(104)的第二通孔中，调节第一三维调整架(102)以改变准直镜(105)的三维位置，通过哈特曼波前探测器测得准直镜(105)的出射波前，当通过哈特曼波前探测器观察到准直波前时，即确定了准直器(105)的标准位置；
步骤二：固定准直器(105)的位置，使用光束质量M2仪测量参考QBH的光束质量以及束腰位置，作为从石英端帽出射的激光束光束质量及束腰位置的参考值；
步骤三：保持准直器(105)位置不变，用不包括端帽的QBH机械部分替换夹持结构(104)中的标准QBH，将石英端帽固定在竖板(106)的第三通孔中；
步骤四：调节第二三维调整架(103)，改变石英端帽的三维位置，通过光束质量M2仪测量石英端帽不同位置时的出射激光束的光束质量以及束腰，并与参考值相比较，确定石英端帽和QBH机械结构的相对位置。
4.一种基于权利要求1-2中任意一项所述的光纤激光器QBH中石英端帽的位置调校装置的应用，其特征在于，获得特定发散、汇聚角的出射激光束，具体步骤如下：
步骤一：将标准QBH固定在QBH夹持装置(104)的第二通孔中，调节第一三维调整架(102)以改变准直镜(105)的三维位置，通过哈特曼波前探测器测得准直镜(105)的出射波前，当通过哈特曼波前探测器观察到准直波前时即确定了准直器(105)的标准位置；
步骤二：调节第一三维调整架(102)，改变准直镜(105)的位置，使用哈特曼波前传感器记录准直镜(105)不同位置下出射的波前；
步骤三：根据出射的波前计算在准直镜(105)在不同位置下激光的发散、汇聚角，在实际应用中，根据对激光发散、会聚角不同的需要，将准直镜(105)调节到相应位置即可。
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