CN109001862A - 一种多点环形光斑熔接光纤端帽的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多点环形光斑熔接光纤端帽的装置及其方法，该装置包括激光发生器、激光分束件、光束准直件和光束汇聚件，所述激光分束件用于对一束激光进行分散成多束激光，所述光束准直件用于对多束激光进行准直变成多束相互平行的激光，所述光束汇聚件用于对多束平行激光进行汇聚并将多束平行激光聚焦在端帽与光纤的熔接端面，所述光束汇聚件设有供光纤穿过的通孔；还包括同步旋转组件，所述同步旋转组件用于控制激光分束件和光束准直件进行同步旋转；与现有技术相比，本发明在移动待熔接的光纤进行熔接时，光纤部分不会遮挡激光传递，使环形光斑的光强更均匀，避免激光对光纤造成伤害，既能达到熔接光纤与端帽的效果，同时也保障光纤的质量。
Description
技术领域
本发明涉及光纤激光技术领域，特别是涉及一种多点环形光斑熔接光纤端帽的装置及其方法。
背景技术
随着高功率固体激光、光纤激光的发展，以及高功率半导体激光光束质量的不断改善，高功率传能光纤的需求将会日益增加。然而，目前常见熔接光纤端帽的方法是采用上火法和放电法，但无论上火法还是放电法均不好控制，容易导致熔接效果不均匀，并且熔接端面直径小等。传统电弧加热的熔接机可熔接的光纤直径和光纤端帽直径均受到较大限制, 如藤仓的FSM-100 系列最大能够熔接直径为500-1000 微米的光纤，该熔接机的加热方式是侧向辐射加热，最大能够处理的光纤/端帽直径也仅为2 毫米，并且其售价超过100万人民币，高昂的价格使得产品难于广泛地推广使用。
随着熔接光纤端帽技术的发展，采用二氧化碳激光器作为加热热源，但需要多束激光才形成加热闭环，因此需要多个二氧化碳激光器，导致成本较高。而且现有的方法及装置在进行光纤与端帽熔接时，光纤部分会遮挡激光，导致加热部分光强不均匀，同时也会对光纤造成损害，影响光纤的质量。
发明内容
本发明的目的在于克服以上所述的缺点，提供一种多点环形光斑熔接光纤端帽的装置及其方法。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种多点环形光斑熔接光纤端帽的装置，包括激光发生器，所述激光发生器用于产生激光，沿光路径依次包括有激光分束件、光束准直件和光束汇聚件，所述激光分束件用于对一束激光进行分散成多束激光，所述光束准直件用于对多束激光进行准直变成多束相互平行的激光，所述光束汇聚件用于对多束平行激光进行汇聚并将多束平行激光聚焦在端帽与光纤的熔接端面，所述光束汇聚件设有供光纤穿过的通孔；还包括同步旋转组件，所述同步旋转组件用于控制激光分束件和光束准直件进行同步旋转，使多束激光同时旋转。
其中，所述激光分束件为第一棱锥体，所述第一棱锥体的锥面背向激光发生器。
其中，所述光束准直件包括第二棱锥体，所述第二棱锥体的截面宽度大于所述第一棱锥体的截面宽度，所述第二棱锥体的锥面朝向激光发生器,。
其中，所述光束汇聚件采用多个对称分布在光纤两边的汇聚反射镜结构或一个设有通孔的汇聚反射镜结构。
其中，还包括第一图像探测器、第二图像探测器和第三图像探测器和观察反射镜，所述第一图像探测器和观察反射镜配合用于观察光纤与端帽的中心位置，所述第二图像探测器用于观察并判断光纤与端帽的距离位置，所述第三图像探测器用于观察端帽熔接情况。
其中，所述激光发生器采用二氧化碳激光器。
应用上述所述装置的一种多点环形光斑熔接光纤端帽的方法，包括步骤如下：
步骤一、将激光发生器对准激光分束件，并发射出一束激光；
步骤二、将这一束激光从激光分束件的平面入射，一束激光经过激光分束件透射后形成多束相互交叉的交叉激光，然后多束激光传递至光束准直件，经过光束准直件的透射后形成多束相互平行的平行激光；
步骤三、然后多束相互平行的平行激光传递至光束汇聚件，进行反射并聚焦在端帽与光纤熔接的端面上，形成多点熔接光斑；
步骤四、通过同步旋转组件控制激光分束件与光束准直件同步旋转，多束平行激光在光束汇聚件作用下反射并聚焦至焦点，在端帽与光纤熔接的端面上形成环形光斑；
步骤五、移动待熔接的光纤，使光纤从光束汇聚件另一侧穿过通孔后与端帽对齐，此时，光纤不会遮挡光束汇聚件内激光传递的路径，即光纤不会与任何一束激光接触，然后利用形成的环形光斑进行端帽与光纤的熔接。
本发明的有益效果为：采用本发明中的装置及方法，只需一束激光就可实现光强均等的环形光斑进行端帽与光纤的熔接，节约成本、且结构简单，热量传输距离小能集中在光纤端面周围；
与现有技术相比，本发明在移动待熔接的光纤进行熔接时，光纤部分不会遮挡激光传递，使环形光斑的光强更均匀，避免激光对光纤造成伤害，既能达到熔接光纤与端帽的效果，同时也保障了光纤的质量。
附图说明
图1是本发明实施例提供的装置及光路径的示意图；
附图标记说明：1-激光分束件；2-光束准直件；3-光束汇聚件；4-端帽；5-光纤；6-第一图像探测器；7-第二图像探测器；8-第三图像探测器；9-观察反射镜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围局限于此。
如图1所示，本实施例所述的一种多点环形光斑熔接光纤端帽的装置，包括激光发生器（图中未显示），所述激光发生器用于产生激光，沿光路径依次包括有激光分束件1、光束准直件2和光束汇聚件3，所述激光分束件1用于对一束激光进行分散成多束激光，所述光束准直件2用于对多束激光进行准直变成多束相互平行的激光，所述光束汇聚件3用于对多束平行激光进行汇聚并将多束平行激光聚焦在端帽4与光纤5的熔接端面，所述光束汇聚件3设有供光纤5穿过的通孔；还包括同步旋转组件（图中并未显示），所述同步旋转组件用于控制激光分束件1和光束准直件2进行同步旋转，使多束激光同时旋转。
具体地，所述激光发生器采用二氧化碳激光器，一束激光经过激光分束件1后形成多束相互交叉传递的激光，然后在传递至光束准直件2，经过光束准直件2的透射后，形成多束相互平行的平行激光，然后多束平行激光的传递至光束汇聚件3，经过光束汇聚件3的反射并聚焦在端帽4与光纤5熔接的端面上，形成多点熔接光斑，然后通过同步旋转组件带动激光分束件1和光束准直件2同步旋转，使端帽4与光纤5熔接的端面上形成环形光斑，这时，将待熔接的光纤5从光束汇聚件3的另一侧穿过通孔后与端帽4对齐，利用环形光斑进行端帽4与光纤5的熔接；所述激光分束件1、光束准直件2安装在同一同步旋转组件上，或者它们分别安装在不同的同步旋转组件上但同步旋转。
本实施例只需一束激光就可实现光强均等的环形光斑进行端帽4与光纤5的熔接，节约成本；与现有技术相比，本实施例在移动待熔接的光纤5进行熔接时，不会遮挡激光传递，使环形光斑的光强更均匀，避免激光对光纤5造成伤害，既能达到熔接光纤5与端帽4的效果，同时也保障了光纤5的质量。
基于上述实施例的基础上，进一步地，所述激光分束件1为第一棱锥体，所述第一棱锥体的锥面背向激光发生器；所述第一棱锥体为三面或三面以上的棱锥体结构；具体地，本实施例中，所述第一棱锥体为等边三棱锥结构，各边长为10mm，在等边三棱锥表面上均镀有增透膜；将等边三棱锥的平面对准激光发生器的光束中心位置，激光发生器射出的一束激光传递到等边三棱镜，经过等边三棱镜透射出三束光强均等并交叉的激光向前传递，实现激光的分束。
基于上述实施例的基础上，进一步地，所述光束准直组件包括第二棱锥体，所述第二棱锥体的截面宽度大于所述第一棱锥体的截面宽度，所述第二棱锥体的锥面朝向激光发生器，所述第二棱锥体为三面或三面以上的棱锥体结构或棱台结构；具体地，本实施例中，所述第二棱锥体为等边三棱锥结构，各边长为20mm，在等边三棱锥的表面上均镀有增透膜，将等边三棱锥的锥面朝向光源，其中等边三棱锥的中心与激光发生器的光束中心位置处于同一直线上；经过第一棱锥体的三束激光传递到第二棱锥体上，即三束激光均射到等边三棱锥上，经过等边三棱锥透射后，三束激光同方向平行向前传递，实现三束平行激光。
基于上述实施例的基础上，进一步地，所述光束汇聚件3采用多个对称分布在光纤5两边的汇聚反射镜结构或一个设有通孔的汇聚反射镜结构；具体地，本实施例中，所述光束汇聚件3采用外侧镀反射膜的球面镜圆台结构，三束平行激光传递到球面镜圆台结构后，经过球面镜圆台结构的反射并聚焦至焦点，把端帽4放置在球面镜圆台结构的焦点处，即可在端帽4与光纤5熔接的端面上实现多点光斑，然后所述同步旋转组件控制激光分束组件、光束准直件2同步旋转，实现在端帽4与光纤5熔接的端面上形成环形光斑，然后将待熔接的光纤5从光束汇聚件3远离光源的一侧穿过通孔后与端帽4对齐，利用环形光斑进行端帽4与光纤5的熔接。
基于上述实施例的基础上，进一步地，还包括第一图像探测器6、第二图像探测器7和第三图像探测器8和观察反射镜9，所述第一图像探测器6和观察反射镜9配合用于观察光纤5与端帽4的中心位置，所述第二图像探测器7用于观察并判断光纤5与端帽4的距离位置，所述第三图像探测器8用于观察端帽4熔接情况；通过设置所述第一图像探测器6、第二图像探测器7和第三图像探测器8和观察反射镜9，准确了解光纤5与端帽4是否对齐、光纤5与端帽4的距离、光纤5与端帽4的熔接情况，保证光纤5与端帽4的熔接质量。
如图1所示，应用上述所述装置的一种多点环形光斑熔接光纤端帽的方法，包括步骤如下：
步骤一、将激光发生器对准激光分束件1，并发射出一束激光；
步骤二、将这一束激光从激光分束件1的平面入射，一束激光经过激光分束件1透射后形成多束相互交叉的交叉激光，然后多束激光传递至光束准直件2，经过光束准直件2的透射后形成多束相互平行的平行激光；
步骤三、然后多束相互平行的平行激光传递至光束汇聚件3，进行反射并聚焦在端帽4与光纤5熔接的端面上，形成多点熔接光斑；
步骤四、通过同步旋转组件控制激光分束件1与光束准直件2同步旋转，多束平行激光在光束汇聚件3作用下反射并聚焦至焦点，在端帽4与光纤5熔接的端面上形成环形光斑；
步骤五、移动待熔接的光纤5，使光纤5从光束汇聚件3另一侧穿过通孔后与端帽4对齐，此时，光纤5不会遮挡光束汇聚件3内激光传递的路径，即光纤5不会与任何一束激光接触，然后利用形成的环形光斑进行端帽4与光纤5的熔接。
采用本实施例中的装置及方法，只需一束激光就可实现光强均等的环形光斑进行端帽4与光纤5的熔接，节约成本、且结构简单，热量传输距离小能集中在光纤5端面周围；
与现有技术相比，本实施例在移动待熔接的光纤5进行熔接时，不会遮挡激光传递，使环形光斑的光强更均匀，避免激光对光纤5造成伤害，既能达到熔接光纤5与端帽4的效果，同时也保障了光纤5的质量。
以上所述仅是本发明的一个较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本发明专利申请的保护范围内。
Claims (7)
1.一种多点环形光斑熔接光纤端帽的装置，包括激光发生器，所述激光发生器用于产生激光，其特征在于：沿光路径依次包括有激光分束件（1）、光束准直件（2）和光束汇聚件（3），所述激光分束件（1）用于对一束激光进行分散成多束激光，所述光束准直件（2）用于对多束激光进行准直变成多束相互平行的激光，所述光束汇聚件（3）用于对多束平行激光进行汇聚并将多束平行激光聚焦在端帽（4）与光纤（5）的熔接端面，所述光束汇聚件（3）设有供光纤（5）穿过的通孔；还包括同步旋转组件，所述同步旋转组件用于控制激光分束件（1）和光束准直件（2）进行同步旋转，使多束激光同时旋转。
2.根据权利要求1所述的一种多点环形光斑熔接光纤端帽的装置，其特征在于：所述激光分束件（1）为第一棱锥体，所述第一棱锥体的锥面背向激光发生器。
3.根据权利要求2所述的一种多点环形光斑熔接光纤端帽的装置，其特征在于：所述光束准直件（2）包括第二棱锥体，所述第二棱锥体的截面宽度大于所述第一棱锥体的截面宽度，所述第二棱锥体的锥面朝向激光发生器,。
4.根据权利要求1所述的一种多点环形光斑熔接光纤端帽的装置，其特征在于：所述光束汇聚件（3）采用多个对称分布在光纤（5）两边的汇聚反射镜结构或一个设有通孔的汇聚反射镜结构。
5.根据权利要求1所述的一种多点环形光斑熔接光纤端帽的装置，其特征在于：还包括第一图像探测器（6）、第二图像探测器（7）和第三图像探测器（8）和观察反射镜（9），所述第一图像探测器（6）和观察反射镜（9）配合用于观察光纤（5）与端帽（4）的中心位置，所述第二图像探测器（7）用于观察并判断光纤（5）与端帽（4）的距离位置，所述第三图像探测器（8）用于观察端帽（4）熔接情况。
6.根据权利要求1所述的一种多点环形光斑熔接光纤端帽的装置，其特征在于：所述激光发生器采用二氧化碳激光器。
7.应用上述所述装置的一种多点环形光斑熔接光纤端帽的方法，其特征在于：包括步骤如下：
步骤一、将激光发生器对准激光分束件（1），并发射出一束激光；
步骤二、将这一束激光从激光分束件（1）的平面入射，一束激光经过激光分束件（1）透射后形成多束相互交叉的交叉激光，然后多束激光传递至光束准直件（2），经过光束准直件（2）的透射后形成多束相互平行的平行激光；
步骤三、然后多束相互平行的平行激光传递至光束汇聚件（3），进行反射并聚焦在端帽（4）与光纤（5）熔接的端面上，形成多点熔接光斑；
步骤四、通过同步旋转组件控制激光分束件（1）与光束准直件（2）同步旋转，多束平行激光在光束汇聚件（3）作用下反射并聚焦至焦点，在端帽（4）与光纤（5）熔接的端面上形成环形光斑；
步骤五、移动待熔接的光纤（5），使光纤（5）从光束汇聚件（3）另一侧穿过通孔后与端帽（4）对齐，此时，光纤（5）不会遮挡光束汇聚件（3）内激光传递的路径，即光纤（5）不会与任何一束激光接触，然后利用形成的环形光斑进行端帽（4）与光纤（5）的熔接。
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