CN108736963A - 测量激光光纤传输的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量激光光纤传输的装置，包括光阑、设置有光纤接头的激光出射单元及用于接收激光的光束接收屏；光阑可拆卸地位于激光出射单元的出光口前端，且用于测量光纤芯径，光束接收屏上设有圆心与光纤接头轴心共线的圆形标记，圆形标记的半径为激光以光纤临界角入射时出光光斑半径。在本申请提供的测量激光光纤传输的装置中，通过光阑测量光纤芯径，进而得出所对应的圆形标记，然后通过激光照射光纤，通过对比光纤接头在光束接收屏上的影像与圆形标记对比，可快速得知激光在光纤中的传输方式，简化了光纤耦合的装调时间，光纤耦合装调效率提高。

Description

测量激光光纤传输的装置
技术领域
本发明涉及激光测量技术领域，特别涉及一种测量激光光纤传输的装置。
背景技术
光纤作为光传导工具，由于具有可实现远距离传输，且能量损耗小、柔性化传输及更高的安全性等特点，广泛使用，光纤传输的激光加工设备已广泛应用于工业、医疗、航空等诸多领域。
鉴于光纤的大范围应用，在大批量产业化与高耦合效率的双重市场需求下，为操作人员提出了更高的装调要求。目前，在光纤耦合操作中，通常依靠专业操作人员的装调经验，人为估断激光在光纤中的传输效果，再通过CCD等测量设备反复测量出纤光斑尺寸直至符合要求，此传统工艺中没有较为规范的装调标准，操作过程复杂，导致光纤耦合装调效率较低。
因此，如何提高光纤耦合装调效率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量激光光纤传输的装置，以提高光纤耦合装调效率。
为实现上述目的，本发明提供一种测量激光光纤传输的装置，包括光阑、设置有光纤接头的激光出射单元及用于接收激光的光束接收屏；所述光阑可拆卸地位于所述激光出射单元的出光口前端，且用于测量光纤芯径，所述光束接收屏上设有圆心与光纤接头轴心共线的圆形标记，所述圆形标记的半径为激光以光纤临界角入射时出光光斑半径。
优选地，还包括用于冷却所述光束接收屏的冷却装置。
优选地，所述冷却装置包括与所述光束接收屏固定连接的水冷槽，所述水冷槽的相对两侧分别设有进水口和出水口，所述水冷槽的外侧套设在所述光束接收屏外侧。
优选地，还包括滑轨、用于支撑所述光束接收屏的第一底座，用于支撑所述光阑的第二底座及用于支撑所述激光出射单元的第三底座，所述第一底座、所述第二底座和所述第三底座均可滑动设置在所述滑轨上。
优选地，还包括底板，所述滑轨为两个相互平行的圆柱形滑轨，且所述滑轨的相对两端均设有限位结构，所述限位结构固定连接在所述底板上。
优选地，还包括第一支架、第二支架及第三支架，所述第一支架的两端分别与所述第一底座和所述光束接收屏连接，所述第二支架的两端分别与所述第二底座和所述光阑连接，所述第三支架的两端分别与所述第三底座和激光出射单元连接。
优选地，第一支架和/或第二支架和/或第三支架为高度可调节支架。
优选地，所述圆形标记的半径R根据以下公式计算：NA＝R/L，NA为光纤数值孔径，L为光纤接头的出光口的前端面与光束接收屏的垂直距离。
优选地，所述光束接收屏为不可见光可视的结构。
优选地，所述圆形标记为多个，多个所述圆形标记半径不同，多个所述圆形标记为同心圆。
在上述技术方案中，本发明提供的测量激光光纤传输的装置包括光阑、设置有光纤接头的激光出射单元及用于接收激光的光束接收屏；光阑可拆卸地位于激光出射单元的出光口前端，且用于测量光纤芯径，光束接收屏上设有圆心与光纤接头轴心共线的圆形标记，圆形标记的半径为激光以光纤临界角入射时出光光斑半径。在进行光纤芯径测量时，通过调整光阑孔径大小，对比光阑前后的激光功率数值，当功率相近时，光阑的孔径即为光纤芯径，通过光纤芯径的得出光斑半径，即所对应的圆形标记。光纤输入端连接在激光器上，光纤输出端安装到本发明的激光出射单元中光纤接头的进光口，激光从出光口出射，径直照射到光束接收屏上，圆形标记做对比，若此时光斑小于圆形标记，说明此时激光在光纤内芯中传输的饱满度小于1，若光斑刚好等于圆形标记，说明此时激光在光纤内芯中传输的饱满度为1，即为传输的最佳情况，若光斑大于圆形标记，说明激光在内芯和包层区域中传输，即激光入纤的入射角超出了光纤的临界角，由此测量出激光在光纤中的传输的情况。
通过上述描述可知，在本申请提供的测量激光光纤传输的装置中，通过光阑测量光纤芯径，进而得出所对应的圆形标记，然后通过激光照射光纤，通过对比光纤接头在光束接收屏上的影像与圆形标记对比，可快速得知激光在光纤中的传输方式，简化了光纤耦合的装调时间，光纤耦合装调效率提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的测量激光光纤传输的装置的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的光束接收屏上激光在光纤1a内芯中传输的饱满度小于1的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的光束接收屏上激光在光纤1a内芯中传输的饱满度等于1的结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的光束接收屏上激光耦合进光纤的入射角超出了光纤的临界角的结构示意图。
其中图1中：1-光纤接头、1a-光纤、1b-出光口、2-底托、3-第三支架、4-第三底座、5-光阑、6-第二支架、7-第二底座、8-光束接收屏、9-水冷槽、9a-进水口、9b-出水口、10-第一支架、11-第一底座、12-滑轨、13-限位结构、14-底板。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种测量激光光纤传输的装置，以提高光纤耦合装调效率。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图4，在一种具体实施方式中，本发明具体实施例提供的测量激光光纤传输的装置包括光阑5、设置有光纤接头1的激光出射单元及用于接收激光的光束接收屏8；光阑5可拆卸地位于激光出射单元的出光口1b前端，且用于测量光纤1a芯径，具体的，在进行光纤1a芯径测量时，光阑5中心高度与出光口1b一致，通过调整光阑5孔径大小，对比光阑5前后的激光功率数值，当功率相近时，光阑5的孔径即为光纤芯径。激光出射单元中的光纤接头1的进、出光口1b的尺寸根据所用光纤1a的参数规格而设计。
激光出射单元中的光纤接头1上，距离光束接收屏8较远的一端为其进光口，较近的一端为其出光口1b。优选光束接收屏8与光纤接头1的出光口1b的前端面保持平行，且中心高度一致。光束接收屏8上设有圆心与光纤接头1轴心共线的圆形标记，圆形标记的半径为激光以光纤1a临界角入射时出光光斑半径，计算出激光在以临界角入射光纤1a时L距离处的光斑半径。通过光纤芯径的得出光斑半径，即所对应的圆形标记。
光束接收屏8上标记有，以屏心为圆心，激光以光纤临界角入射时计算出的出射光斑半径为半径，即激光在光纤1a内芯传输时饱满度为1时的圆形标记，根据需求可增加若干不同半径的圆形标志；优选的，圆形标记为多个，多个圆形标记半径不同，多个圆形标记为同心圆。具体的，在光束接收屏8上，可选择常规光纤1a数值孔径NA绘制出五个不同半径的圆形标记，如NA可选为0.1、0.15、0.17、0.2、0.22，根据公式NA＝R/L，得到其对应的标记半径为10、15、17、20、22mm，其中L为光纤接头1的出光口1b的前端面与光束接收屏8的垂直距离为激光出纤的工作距离。为方便计算，L＝100mm。本发明的一种测量激光光纤传输的装置中，在光束接收屏8上可设定激光通过不同规格的光纤饱满度为1时的圆形标记，因此针对不同光纤1a均可测量其激光的传输方式，十分灵活。
光纤1a输入端连接在激光器上，光纤1a输出端安装到本发明的激光出射单元中光纤接头1的进光口，激光从出光口1b出射，径直照射到光束接收屏8上，圆形标记做对比，若此时光斑小于圆形标记，说明此时激光在光纤1a内芯中传输的饱满度小于1，若光斑刚好等于圆形标记，说明此时激光在光纤1a内芯中传输的饱满度为1，即为传输的最佳情况，若光斑大于圆形标记，说明激光在内芯和包层区域中传输，即激光入纤的入射角超出了光纤1a的临界角，由此测量出激光在光纤1a中的传输的情况。
为了延长测量激光光纤传输的装置的使用寿命，优选，该激光光纤传输的装置还包括用于冷却光束接收屏8的冷却装置。具体的，当出射的激光功率密度在光束接收屏8的损伤阈值范围内时，可考虑不使用冷却装置。具体的，冷却装置包括与光束接收屏8固定连接的水冷槽9，水冷槽9的相对两侧分别设有进水口9a和出水口9b，水冷槽9的外侧套设在光束接收屏8外侧。通过进水口9a和出水口9b确保液体循环，起到散热的作用。
具体的，在装调光纤1a时，以待装调光纤1a的数值孔径NA0.22为例，工作距离L选定为100mm，所以在光束接收屏8上预先标记有半径为22mm的圆形标记R1(即饱满度为1)。将水冷槽9的进水口9a和出水口9b连接到水冷机，确保液体循环流动，后将光纤1a的输入端连接激光器，激光从光纤1a出射，通过出光口1b径直照射到光束接收屏8上，若此时光斑小于R1，说明此时激光在光纤1a内芯中传输的饱满度小于1(如图2所示，其中圆形灰色区域表示激光照射到光束接收屏8上的光斑，圆环黑色虚线表示光束接收屏8上的尺寸标记)，若光斑刚好等于R1，说明此时激光在光纤1a内芯中传输的饱满度为1，即为传输的最佳情况(如图3所示)，若光斑大于R1，说明激光在内芯和包层区域中传输，即激光耦合进光纤1a的入射角超出了光纤1a的临界角(如图4所示)。
通过上述描述可知，在本申请具体实施例所提供的测量激光光纤传输的装置中，通过光阑5测量光纤芯径，进而得出所对应的圆形标记，然后通过激光照射光纤1a，通过对比光纤接头1在光束接收屏8上的影像与圆形标记对比，可快速得知激光在光纤1a中的传输方式，将光纤1a传输理论应用于实际测量当中，利用预定工作距离的方式与临界角的光斑尺寸做对比，能简便、快捷、清楚地测量出激光在光纤1a中的传输方式，简化了光纤1a耦合的装调时间，光纤1a耦合装调效率提高。
进一步，该测量激光光纤传输的装置还包括滑轨12、用于支撑光束接收屏8的第一底座11，用于支撑光阑5的第二底座7及用于支撑激光出射单元的第三底座4，第一底座11、第二底座7和第三底座4均可滑动设置在滑轨12上。用于连接激光出射单元和接收单元的可滑动轨道的长度根据预先设定的工作距离而定，通过调节激光出射单元与光束接收屏8的间距，使得每次可使用同一个圆形标记作为标准对比。
为了提高各个部件滑动稳定性，优选的，该测量激光光纤传输的装置还包括底板14，滑轨12为两个相互平行的圆柱形滑轨，且滑轨12的相对两端均设有限位结构13，限位结构13固定连接在底板14上。
进一步，该测量激光光纤传输的装置还包括第一支架10、第二支架6及第三支架3，第一支架10的两端分别与第一底座11和光束接收屏8连接，第二支架6的两端分别与第二底座7和光阑5连接，第三支架3的两端分别与第三底座4和激光出射单元连接，具体的，优选第三支架3与激光出射单元的底托2连接。
为了提高激光光纤传输的装置的通用性，优选，第一支架10和/或第二支架6和/或第三支架3为高度可调节支架。具体的，第一支架10和/或第二支架6和/或第三支架3可以为伸缩缸、气缸或液压缸等。
具体的，第二支架6与光阑5拆卸连接。
在上述各方案的基础上，优选，光束接收屏8为不可见光可视的结构，具体的，可以为红外激光陶瓷，可以将红外激光转化为可见光，以便观察。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种测量激光光纤传输的装置，特征在于，包括光阑(5)、设置有光纤接头(1)的激光出射单元及用于接收激光的光束接收屏(8)；所述光阑(5)可拆卸地位于所述激光出射单元的出光口(1b)前端，且用于测量光纤(1a)芯径，所述光束接收屏(8)上设有圆心与光纤接头(1)轴心共线的圆形标记，所述圆形标记的半径为激光以光纤临界角入射时出光光斑半径。
2.根据权利要求1所述的测量激光光纤传输的装置，其特征在于，还包括用于冷却所述光束接收屏(8)的冷却装置。
3.根据权利要求1所述的测量激光光纤传输的装置，其特征在于，所述冷却装置包括与所述光束接收屏(8)固定连接的水冷槽(9)，所述水冷槽(9)的相对两侧分别设有进水口(9a)和出水口(9b)，所述水冷槽(9)的外侧套设在所述光束接收屏(8)外侧。
4.根据权利要求1所述的测量激光光纤传输的装置，其特征在于，还包括滑轨(12)、用于支撑所述光束接收屏(8)的第一底座(11)，用于支撑所述光阑(5)的第二底座(7)及用于支撑所述激光出射单元的第三底座(4)，所述第一底座(11)、所述第二底座(7)和所述第三底座(4)均可滑动设置在所述滑轨(12)上。
5.根据权利要求4所述的测量激光光纤传输的装置，其特征在于，还包括底板(14)，所述滑轨(12)为两个相互平行的圆柱形滑轨，且所述滑轨(12)的相对两端均设有限位结构(13)，所述限位结构(13)固定连接在所述底板(14)上。
6.根据权利要求4所述的测量激光光纤传输的装置，其特征在于，还包括第一支架(10)、第二支架(6)及第三支架(3)，所述第一支架(10)的两端分别与所述第一底座(11)和所述光束接收屏(8)连接，所述第二支架(6)的两端分别与所述第二底座(7)和所述光阑(5)连接，所述第三支架(3)的两端分别与所述第三底座(4)和激光出射单元连接。
7.根据权利要求6所述的测量激光光纤传输的装置，其特征在于，第一支架(10)和/或第二支架(6)和/或第三支架(3)为高度可调节支架。
8.根据权利要求1所述的测量激光光纤传输的装置，其特征在于，所述圆形标记的半径R根据以下公式计算：NA＝R/L，NA为光纤数值孔径，L为光纤接头(1)的出光口(1b)的前端面与光束接收屏(8)的垂直距离。
9.根据权利要求1所述的测量激光光纤传输的装置，其特征在于，所述光束接收屏(8)为不可见光可视的结构。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的测量激光光纤传输的装置，其特征在于，所述圆形标记为多个，多个所述圆形标记半径不同，多个所述圆形标记为同心圆。
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