CN108963735A - 一种光纤激光器分通道输出的装置及其控制方法 - Google Patents

一种光纤激光器分通道输出的装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光纤激光器分通道输出的装置及其控制方法。该装置包括输入光纤、准直镜、n个光输出通道、收光器；每个光输出通道包括开关镜、聚焦透镜、三维调整机构、输出光纤；开关镜包括步进电机、夹持机构、反射镜，反射镜通过夹持机构固定于步进电机上；输入光纤、准直镜、反射镜、收光器的中心位于同一直线上，其中反射镜的镜面与直线之间存在夹角；聚焦透镜置于三维调整机构上，聚焦透镜、输出光纤依次位于对应的反射镜的反射光束的一侧，且聚焦透镜、输出光纤与对应的反射镜的反射光束中心重合放置。本发明装置可将激光束从不同的光纤中输出以供不同设备使用，提高光源的利用效率，同时减少了更换光纤工作量。

Description

一种光纤激光器分通道输出的装置及其控制方法
技术领域
本发明属于光纤激光器领域，特别是一种光纤激光器分通道输出的装置及其控制方法。
背景技术
光纤激光器主要由泵浦源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。光纤激光器以光纤作为波导介质，耦合效率高，易形成高功率密度，散热效果好，无需庞大的制冷系统，具有高转换效率，低阈值，光束质量好和窄线宽等优点；并且，光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳定性的优势。光纤激光器所具有的优点使其在光纤通信、传感技术、医学生物和工业加工领域有着广泛的应用。
由于部分激光器价格昂贵，实际使用中一台激光器可能会作为多台设备的共用光源，在不同的时间段内分别供不同的设备使用。而在当前实际应用场景下，要将光纤接入不同的设备中，需要对光纤进行重复插拔和定位，相应设备也需要进行调整，且更换一次光纤需要进行大量的重复工作，费时费力，降低了切换效率，进而导致光源的利用效率降低。因此，提出一种多台设备使用激光时切换效率高、光源利用效率高的激光输出装置具有重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种光纤激光器分通道输出的装置及其控制方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种光纤激光器分通道输出的装置，包括依次放置的输入光纤、准直镜、n个光输出通道、收光器；所述每个光输出通道包括开关镜、聚焦透镜、三维调整机构、输出光纤；n>1时，n个光输出通道并排设置。
所述开关镜包括步进电机、夹持机构、反射镜，反射镜通过夹持机构固定于步进电机上，步进电机通过带动夹持机构运动进而带动反射镜运动；所述输入光纤的中心轴线、准直镜的光轴、反射镜的中心、收光器的中心轴线位于同一直线上，其中反射镜的镜面与直线之间存在夹角；所述聚焦透镜置于三维调整机构上，聚焦透镜、输出光纤依次位于对应的反射镜的反射光束一侧，且聚焦透镜的光轴、输出光纤的中心轴线与对应的反射镜的反射光束的光轴重合。
本发明与现有技术相比，其显著优点：1)本发明的装置能够使激光从不同的光纤中输出，提供给不同的设备使用；2)本发明的装置将同一光源的激光从不同的光纤中输出，提高了光源的利用效率，且大大提高切换效率，减少了更换光纤的工作量；3)本发明的装置结构简单，稳定性好；4)本发明装置的控制方法简单，容易实现。
下面将结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明光纤激光器分通道输出的装置的结构示意图。
图2为本发明开关镜的结构示意图。
图3为本发明实施例中光纤激光器分通道输出的装置的结构示意图。
图4为本发明实施例中开关镜的结构意图。
图5为本发明实施例中激光从第一光输出通道输出的示意图。
图6为本发明实施例中激光从第二光输出通道输出的示意图。
具体实施方式
结合图1，本发明一种光纤激光器分通道输出的装置，包括输入光纤1、准直镜2、n个光输出通道3、收光器4；每个光输出通道3包括开关镜5、聚焦透镜6、三维调整机构7、输出光纤8；n>1时，n个光输出通道3并排设置。
开关镜5包括步进电机5-1、夹持机构5-2、反射镜5-3，反射镜5-3通过夹持机构5-2固定于步进电机5-1上，步进电机5-1通过带动夹持机构5-2运动进而带动反射镜5-3运动；输入光纤1的中心轴线、准直镜2的光轴、反射镜5-3的中心、收光器4的中心轴线位于同一直线上，其中反射镜5-3的镜面与直线之间存在夹角；聚焦透镜6置于三维调整机构7上，聚焦透镜6、输出光纤8依次位于对应的反射镜5-3的反射光束一侧，且聚焦透镜6的光轴、输出光纤8的中心轴线与对应的反射镜5-3的反射光束的光轴重合。
进一步地，准直镜2的数值孔径大于等于输入光纤1的数值孔径，用于将输入光纤1输出的发散激光束准直为近似平行光。
进一步地，开关镜5具有开、关两种状态；开状态时，步进电机5-1通过带动夹持机构5-2进而带动反射镜5-3运动进入光路，即输入光纤1的中心轴线、准直镜2的光轴、反射镜5-3的中心、收光器4的中心轴线位于同一直线上，反射镜5-3将激光束反射进对应的输出光纤8；关状态时，步进电机5-1通过带动夹持机构5-2进而带动反射镜5-3运动撤出光路，反射镜5-3不对激光束有任何遮挡和反射。
进一步地，收光器4用于将透过反射镜5-3的激光收集，并将其能量转换成热量散出。
进一步地，三维调整机构7用于调节反射镜5-3反射的激光光束经聚焦透镜6聚焦后光斑焦点的位置。
进一步地，聚焦透镜6聚焦后的激光光束的发散角小于输出光纤8的数值孔径，聚焦后光斑的大小小于输出光纤8的纤芯直径。
进一步地，输入光纤1、准直镜2、聚焦透镜6、输出光纤8均镀增透膜；反射镜5-3镀增反膜。
进一步地，反射镜5-3的镜面与直线之间存在夹角中的夹角由输入光纤1与输出光纤8的位置确定，该夹角能满足输入光纤1输出的激光经反射镜5-3反射后光束的光轴与输出光纤8的轴线重合。
本发明一种针对光纤激光器分通道输出的装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、关闭输入激光，控制光输出通道3中的步进电机5-1运动，使任意一个光输出通道3中的开关镜5处于开状态，其余光输出通道3的开关镜5处于关状态：
步骤2、打开输入激光，调整步骤1中处于开状态的开关镜5对应的三维调整机构7，使经该开关镜5对应的反射镜5-3反射后的激光从对应的输出光纤8中输出；
步骤3、重复上述步骤1、2，即可切换激光从不同的输出光纤8中输出。
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例
结合图3，本发明光纤激光器分通道输出的装置，包括输入光纤101，准直镜102，2个光输出通道，收光器105；其中第一光输出通道包括第一开关镜103、第一聚焦透镜110、第一三维调整机构109、第一输出光纤111；第二光输出通道包括第二开关镜104、第二聚焦透镜107、第二三维调整机构106、第二输出光纤108。
结合图4，第一开关镜103、第二开关镜104均包括步进电机201、夹持机构202、反射镜203，反射镜203通过夹持机构202固定于步进电机201上，步进电机201通过带动夹持机构202运动进而带动反射镜203运动；输入光纤101的中心轴线、准直镜102的光轴、第一光输出通道的反射镜203的中心、第二光输出通道的反射镜203的中心、收光器105的的中心轴线位于同一直线上，其中反射镜203的镜面与直线之间存在夹角。
结合图3，第一聚焦透镜110和第二聚焦透镜107分别位于第一三维调整机构109、第二三维调整机构106上，第一聚焦透镜110、第一输出光纤111依次位于第一光输出通道对应的反射镜203的反射光束一侧，第二聚焦透镜107、第二输出光纤108依次位于第二光输出通道对应的反射镜203的反射光束一侧。且第一聚焦透镜110的光轴、第一输出光纤111的中心轴线与对应的反射镜203的反射光束的光轴重合，第二聚焦透镜107的光轴、第二输出光纤108的中心轴线与对应的反射镜203的反射光束的光轴重合。
输入本光纤激光器分通道输出的装置的激光波段为λ＝1080nm；输入光纤101为20/400的双包层光纤；准直镜102的参数为f＝50；反射镜203的D＝25，反射镜203与准直镜102准直后激光的光轴成45°放置；收光器105的材质为铝制发黑；第一聚焦透镜110、第二聚焦透镜107的参数均为f＝50，D＝25；第一输出光纤111、第二输出光纤108均选择50/120/360三包层光纤；输入光纤101、准直镜102、所有聚焦透镜、所有输出光纤均针对1080nm激光镀增透膜，增大1080nm激光的透过率，反射镜203针对1080nm激光镀45°增反膜，增大1080nm激光的反射率。
结合图5，控制第一开关镜103为开状态，第二开关镜104为关状态，打开输入激光，调整第一三维调整机构109，使激光从第一输出光纤111中输出。
关闭输入激光，结合图6，控制第一开关镜103为关状态，第二开关镜104为开状态，打开输入激光，调整第二三维调整机构106，使激光从第二输出光纤108中输出。
重复控制第一开关镜103、第二开关镜104的开、关状态，即可控制激光从不同光输出通道输出。
本发明通过镜片切换和透镜耦合，将单一光纤输出的激光分时从不同的光纤中输出，从而达到一机多用的目的，提高了光源的利用效率，减小了工作量，且装置简单可靠性好，可长期稳定工作。

Claims (9)

1.一种光纤激光器分通道输出的装置，其特征在于，包括依次放置的输入光纤(1)、准直镜(2)、n个光输出通道(3)、收光器(4)；所述每个光输出通道(3)包括开关镜(5)、聚焦透镜(6)、三维调整机构(7)、输出光纤(8)；n>1时，n个光输出通道(3)并排设置；
所述开关镜(5)包括步进电机(5-1)、夹持机构(5-2)、反射镜(5-3)，反射镜(5-3)通过夹持机构(5-2)固定于步进电机(5-1)上，步进电机(5-1)通过带动夹持机构(5-2)运动进而带动反射镜(5-3)运动；所述输入光纤(1)的中心轴线、准直镜(2)的光轴、反射镜(5-3)的中心、收光器(4)的中心轴线位于同一直线上，其中反射镜(5-3)的镜面与直线之间存在夹角；所述聚焦透镜(6)置于三维调整机构(7)上，聚焦透镜(6)、输出光纤(8)依次位于对应的反射镜(5-3)的反射光束一侧，且聚焦透镜(6)的光轴、输出光纤(8)的中心轴线与对应的反射镜(5-3)的反射光束的光轴重合。
2.根据权利要求1所述的光纤激光器分通道输出的装置，其特征在于，所述准直镜(2)的数值孔径大于等于输入光纤(1)的数值孔径，用于将输入光纤(1)输出的发散激光束准直为近似平行光。
3.根据权利要求1所述的光纤激光器分通道输出的装置，其特征在于，所述开关镜(5)具有开、关两种状态；开状态时，步进电机(5-1)通过带动夹持机构(5-2)进而带动反射镜(5-3)运动进入光路，即所述输入光纤(1)的中心轴线、准直镜(2)的光轴、反射镜(5-3)的中心、收光器(4)的中心轴线位于同一直线上，反射镜(5-3)将激光束反射进对应的输出光纤(8)；关状态时，步进电机(5-1)通过带动夹持机构(5-2)进而带动反射镜(5-3)运动撤出光路，反射镜(5-3)不对激光束有任何遮挡和反射。
4.根据权利要求1所述的光纤激光器分通道输出的装置，其特征在于，所述收光器(4)用于将透过反射镜(5-3)的激光收集，并将其能量转换成热量散出。
5.根据权利要求1所述的光纤激光器分通道输出的装置，其特征在于，所述三维调整机构(7)用于调节反射镜(5-3)反射的激光光束经聚焦透镜(6)聚焦后光斑焦点的位置。
6.根据权利要求5所述的光纤激光器分通道输出的装置，其特征在于，所述聚焦透镜(6)聚焦后的激光光束的发散角小于输出光纤(8)的数值孔径，聚焦后光斑的大小小于输出光纤(8)的纤芯直径。
7.根据权利要求1所述的光纤激光器分通道输出的装置，其特征在于，所述输入光纤(1)、准直镜(2)、聚焦透镜(6)、输出光纤(8)均镀增透膜；所述反射镜(5-3)镀增反膜。
8.根据权利要求1所述的光纤激光器分通道输出的装置，其特征在于，所述反射镜(5-3)的镜面与直线之间存在夹角中的夹角由输入光纤(1)与输出光纤(8)的位置确定，该夹角能满足输入光纤(1)输出的激光经反射镜(5-3)反射后光束的光轴与输出光纤(8)的中心轴线重合。
9.一种针对权利要求1所述的光纤激光器分通道输出的装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、关闭输入激光，控制光输出通道(3)中的步进电机(5-1)运动，使任意一个光输出通道(3)中的开关镜(5)处于开状态，其余光输出通道(3)的开关镜(5)处于关状态：
步骤2、打开输入激光，调整步骤1中处于开状态的开关镜(5)对应的三维调整机构(7)，使经该开关镜(5)对应的反射镜(5-3)反射后的激光从对应的输出光纤(8)中输出；
步骤3、重复上述步骤1、2，即可切换激光从不同的输出光纤(8)中输出。
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