CN109884747B - 激光准直器及激光系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光输出设备技术领域，提供一种激光准直器及激光系统，该激光准直器包括光纤、第一透镜和第二透镜；所述光纤、所述第一透镜与所述第二透镜沿所述光纤的轴线方向依次排布；所述第一透镜具有通孔，所述通孔沿所述光纤的轴线方向贯穿所述第一透镜；所述第一透镜包括第一凹面，所述第一凹面面向所述第二透镜或面向所述光纤。本发明的激光准直器及激光系统，其能够有效地降低回返光对激光系统的不良影响，提高系统运行稳定性和安全性。

Description

激光准直器及激光系统

技术领域

本发明涉及激光输出设备技术领域，尤其涉及一种激光准直器及激光系统。

背景技术

光纤激光器是用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器。由于其成本低、小型化、集约化优势明显，且其具有较高的电光效率和功率，因此其应用领域广泛。并且，随着高功率光纤激光器应用范围的发展，光纤激光器广泛应用于部件打标、切割、钻孔、焊接、清洗和医疗手术等方面。市场上比较常见的是用于激光打标，激光清洗，加工材料的不同在激光应用的过程当中，回返光的强弱也不同。激光的功率越高，回返光就会越强。由于回返光过大很容易会对系统造成损伤，甚至会导致激光器损坏。因此，在激光器功率越来越高的趋势下，对处理回返光和维持系统的稳定性提出了更高的要求。

目前，市场上制作高功率准直器的主流技术都是先制作光纤端帽，然后由透镜进行准直输出。这样制作的准直器几乎对回返光没有进行处理，当激光功率加大后，回返光增强，很容易对系统的稳定性造成影响，给激光器的安全运作带来了一定的安全隐患。

发明内容

本发明提供了一种激光准直器及激光系统，以解决现有技术中回返光对激光器系统运行稳定性和安全性的不良影响。

本发明实施例提供一种激光准直器，包括光纤、第一透镜和第二透镜；所述光纤、所述第一透镜与所述第二透镜沿所述光纤的轴线方向依次排布；所述第一透镜具有通孔，所述通孔沿所述光纤的轴线方向贯穿所述第一透镜；所述第一透镜包括第一凹面，所述第一凹面面向所述第二透镜或面向所述光纤。

进一步地，所述第一透镜包括第二凹面；所述第二凹面面向所述光纤或面向所述第二透镜，且所述第一凹面的朝向与所述第二凹面的朝向相反。

进一步地，所述第二透镜的透镜入射端面向所述第一透镜，且所述透镜入射端的端面与所述光纤的轴线之间的夹角小于90°。

进一步地，所述光纤的外侧套设有套管，所述套管的第一套管端部靠近所述第一透镜；所述第一套管端部的端面、所述光纤的输出端的端面和所述透镜入射端的端面平行。

进一步地，所述通孔的孔径大于所述光纤的直径。

进一步地，所述通孔的轴线、所述光纤的轴线和所述第二透镜的轴线重合。

进一步地，所述第二透镜的透镜出射端的端面为凸面，所述透镜出射端和所述透镜入射端为所述第二透镜的相对两端部。

进一步地，所述第二透镜的透镜出射端的端面镀制有增透膜层。

进一步地，所述光纤的输出端的端面和/或所述第二透镜的透镜入射端的端面镀制有增透膜层。

本发明实施例提供一种激光系统，包括上述激光准直器。

本发明提供的激光准直器及激光系统，其有益效果主要如下：

通过在光纤与第二透镜之间设置第一透镜，且第一透镜内设置沿光纤轴线方向贯穿的通孔，不会影响光纤输出光信号的能量，也不会改变其传输路径；同时，第一透镜具有面向第二透镜或光纤的第一凹面，能够增大回返光的反射角，避免回返光对光纤的不良影响，有效避免回返光对激光系统运行的稳定性和安全性；

第一透镜通过设置面向第二透镜或光纤的第二凹面，第二透镜具有朝向相反的两个凹面，能够进一步增强第一透镜对回返光的反射角度的调整效果，进一步降低回返光的不利影响；光纤的输出端的端面、第一套管端部的端面和透镜入射端的端面采用斜面，且相互平行的方式设置，能够进一步增大回返光的反射角度，避免回返光的不良影响；通过在透镜入射端、透镜出射端、光纤的输出端的端面镀制增透膜层，能够有效降低回返光强度，进而进一步降低回返光的不利影响。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种激光准直器的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种激光准直器的第一透镜的结构示意图；

图3为本发明实施例的一种激光准直器的图2的左视图。

图中，1-第一光纤，2-无芯光纤，3-第一透镜，31-第一凹面，32-第二凹面，33-通孔，4-第二透镜，5-保护管，6-套筒，7-套管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1和图2所示，本发明实施例提供一种激光准直器，包括光纤、第一透镜3和第二透镜4；光纤、第一透镜3与第二透镜4沿光纤的轴线方向依次排布；第一透镜3具有通孔33，通孔33沿光纤的轴线方向贯穿第一透镜3；第一透镜3包括第一凹面31，第一凹面31面向第二透镜4或面向光纤。

光纤、第一透镜3和第二透镜4沿光纤的轴线方向顺次排布；优选光纤的轴线、第一透镜3的轴线和第二透镜4的轴线重合。第一透镜3上的通孔33的轴线也优选与光纤的轴线、第二透镜4的轴线重合。其中，光纤与第一透镜3之间，以及第一透镜3与第二透镜4之间可间隔一定的距离；该距离可根据实际需求适当调整。

参见图3所示，第一透镜3设置通孔33，使光纤输出的光信号由该通孔33中通过，可不考虑能量损耗，不会影响光纤输出的光信号向第二透镜4的输送。其中，优选通孔33的孔径大于光纤的直径大小，使得第一透镜3的设置，不会影响光纤光信号向第二透镜4方向的传输；同时，通孔33的孔径不宜过大，使得能够尽可能增加第一凹面31的面积，提高第一透镜3对回返光的反射效率。

第一透镜3包括第一凹面31，该第一凹面31面向第二透镜4或面向光纤。光纤输出的光信号由第一透镜3的通孔33中传输至第二透镜4，并经由第二透镜4输出。第二透镜4在光传输过程中，存在回返光的现象。在光纤与第二透镜4之间设置具有第一凹面31的第一透镜3，第一凹面31能够增大回返光的反射角度，减少回返光对光纤的影响，提高激光使用的安全性。

在一个具体的实施例中，参见图2所示，第一透镜3包括第二凹面32；第二凹面32面向光纤或面向第二透镜4，且第一凹面31的朝向与第二凹面32的朝向相反。在上述各实施例的基础上，本实施例进一步说明第一透镜3的结构。第一透镜3的第一凹面31和第二凹面32两个凹面的朝向相反；例如，第一凹面31面向第二透镜4，第二凹面32面向光纤，能够进一步增大回返光的反射角度，有效降低回返光影响。

在一个具体的实施例中，第二透镜4的透镜入射端面向第一透镜3，且透镜入射端的端面与光纤的轴线之间的夹角小于90°。在上述各实施例的基础上，本实施例具体说明第二透镜4的结构。

第二透镜4包括透镜入射端和透镜出射端；透镜入射端和透镜出射端为第二透镜4的两个相对的端部，透镜入射端可作为第二透镜4的输入端，透镜出射端可作为第二透镜4的输出端。其中，透镜入射端更靠近第一透镜3。透镜入射端的端面也为斜面，即该端面与光纤和第一透镜3的轴线均不垂直。并且，光纤的输出端的端面与透镜入射端的端面相互平行。透镜入射端的端面采用斜面的结构，能够进一步增大对回返光的反射角度，减少回返光的影响。

在一个具体的实施例中，光纤的外侧套设有套管7，套管7的第一套管端部靠近第一透镜3；第一套管端部的端面、光纤的输出端的端面和透镜入射端的端面平行。在上述各实施例的基础上，本实施例具体说明套管7的设置。

具体地，光纤的输出端靠近第一透镜3。在光纤的外侧套设套管7，便于光纤位置的固定。套管7的内径可等于或略大于光纤的外径。其中，套管7远离第一透镜3的一端的内侧可设置为锥台形孔，且沿着靠近第一透镜的方向套管的内径逐渐减小，以便于光纤伸入到套管7内。

其中，光纤可包括无芯光纤2和具有包层的第一光纤1；其中，第一光纤1优选采用大芯径、高功率的无源光纤。优选无芯光纤2的轴线和第一光纤的轴线重合，且二者沿无芯光纤2的轴线方向排布。无芯光纤2的一端作为光纤的输出端，无芯光纤2的另一端与第一光纤1的一端连接；也即，无芯光纤2位于第一光纤1和第一透镜3之间。

无芯光纤2的外径优选与第一光纤1的外径相同或相近，使得无芯光纤与第一光纤在熔接时更好对轴，能够减少熔接损耗以提高熔接质量。无芯光纤2全部套设于套管7内，第一光纤1至少部分套设于套管7内。无芯光纤2与套管7之间，以及第一光纤1与套管7之间还可通过粘性材料粘结，从而进一步固定光纤。例如，可采用导热性环氧树脂将无芯光纤2粘结到套管7内壁。

其中，套管7优选采用玻璃套管；玻璃套管靠近第一透镜3的第一套管端部的端面与光纤的输出端的端面可齐平，可不齐平，优选与光纤的输出端的端面齐平。光纤的输出端的端面和透镜入射端的端面相互平行。其中，第一套管端部的端面也优选与光纤的轴线不垂直；第一套管端部的端面优选与透镜入射端的端面平行。

采用上述结构，光纤的输出端的端面与透镜入射端的端面平行，能够提高光信号传输的准直度；进一步，第一套管端部的端面和透镜入射端的端面均采用斜面的结构，能够有效增大回返光的反射角度，降低回返光对系统运行稳定性和安全性的影响。

其中，第一透镜3和第二透镜4的外侧可套设有套筒6；第一透镜3和第二透镜4沿套筒6的轴线方向嵌设于套筒6内。其中，套筒6可为玻璃套筒6。光纤、第一透镜3和第二透镜4可沿套筒6的轴线方向嵌设于套筒6内，也可以是光纤嵌设于套管7内，套管7、第一透镜3和第二透镜4沿套筒6的轴线方向嵌设于套筒6内，便于光纤和透镜的固定。在套筒6的外侧还可套设保护管5，以避免光纤、透镜受到损伤。其中，保护管5可采用金属保护管。

在一个具体的实施例中，第二透镜4的透镜出射端的端面为凸面，透镜出射端和透镜入射端为第二透镜的相对两端部。在上述各实施例的基础上，本实施例具体说明第二透镜4的结构。光纤传输的光信号由第二透镜4的透镜入射端进入第二透镜4，并由透镜出射端输出。透镜出射端采用凸面的结构，提高光信号汇聚效果，避免光信号的发散。

在一个具体的实施例中，第二透镜4的透镜出射端的端面镀制有增透膜层，优选采用高损伤阀值的增透膜层。在上述各实施例的基础上，本实施例具体说明第二透镜4的结构。在透镜出射端镀制增透膜层，能够提高光信号的透射效果，提高光信号的传输能力；同时，也能够减少回返光的能量强度。

在一个具体的实施例中，光纤的输出端的端面和/或第二透镜的透镜入射端的端面镀制有增透膜层。在上述各实施例的基础上，本实施例具体说明光纤的输出端和透镜入射端的结构。

在光纤的输出端的端面和透镜入射端的端面镀制增透膜层，能够有效增强光信号的传输效率；同时，透镜入射端的端面镀制增透膜层，也能够进一步减低回返光的能量强度。本发明中所涉及到的增透膜层可以是高损伤阈值增透膜层。

在一个具体的实施例中，还提供一种激光系统，其包括上述激光准直器。其中，激光系统可包括激光输出机构和激光准直器；激光输出机构和激光准直器按照常规的连接或设置结构即可。

本发明的激光准直器及激光系统，通过在光纤与第二透镜之间设置第一透镜，且第一透镜内设置沿光纤轴线方向贯穿的通孔，不会影响光纤输出光信号的能量，也不会改变其传输路径；同时，第一透镜具有面向第二透镜或面向光纤的第一凹面，能够增大回返光的反射角，避免回返光对光纤的不良影响，有效避免回返光对激光系统运行的稳定性和安全性；

第一透镜通过设置面向光纤或面向第二透镜的第二凹面，第二透镜具有朝向相反的两个凹面，能够进一步增强第一透镜对回返光的反射角度的调整效果，进一步降低回返光的不利影响；光纤的输出端的端面、第一套管端部的端面和透镜入射端的端面采用斜面，且相互平行的方式设置，能够进一步增大回返光的反射角度，避免回返光的不良影响；通过在透镜入射端、透镜出射端、光纤的输出端的端面镀制增透膜层，能够有效降低回返光强度，进而进一步降低回返光的不利影响。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种激光准直器，其特征在于，包括光纤、第一透镜和第二透镜；所述光纤、所述第一透镜与所述第二透镜沿所述光纤的轴线方向依次排布；所述第一透镜具有通孔，所述通孔的孔径大于所述光纤的直径，所述通孔沿所述光纤的轴线方向贯穿所述第一透镜；所述第一透镜包括第一凹面，所述第一凹面面向所述第二透镜或面向所述光纤，所述第一透镜包括第二凹面；所述第二凹面面向所述光纤或面向所述第二透镜，且所述第一凹面的朝向与所述第二凹面的朝向相反。

2.根据权利要求1所述的激光准直器，其特征在于，所述第二透镜的透镜入射端面向所述第一透镜，且所述透镜入射端的端面与所述光纤的轴线之间的夹角小于90°。

3.根据权利要求2所述的激光准直器，其特征在于，所述光纤的外侧套设有套管，所述套管的第一套管端部靠近所述第一透镜；所述第一套管端部的端面、所述光纤的输出端的端面和所述透镜入射端的端面平行。

4.根据权利要求1所述的激光准直器，其特征在于，所述通孔的轴线、所述光纤的轴线和所述第二透镜的轴线重合。

5.根据权利要求2所述的激光准直器，其特征在于，所述第二透镜的透镜出射端的端面为凸面，所述透镜出射端和所述透镜入射端为所述第二透镜的相对两端部。

6.根据权利要求1或5所述的激光准直器，其特征在于，所述第二透镜的透镜出射端的端面镀制有增透膜层。

7.根据权利要求2所述的激光准直器，其特征在于，所述光纤的输出端的端面和/或所述透镜入射端的端面镀制有增透膜层。

8.一种激光系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的激光准直器。