CN110770617A - 用于从光导纤维耦合输出辐射的设备、光导线缆和加工头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于从光导纤维(4)耦合输出辐射(2)的设备(1)，其包括：壳体(14)以及遮光器(5)，所述遮光器具有遮光器开口(6)，所述遮光器开口用于将从所述光导纤维(4)的耦合输出侧端部(3)耦合输出的辐射(2)的耦合输出角(α)限制在相对于所述遮光器开口(6)的中轴线(9)的最大耦合输出角(αM)上，其中，所述遮光器(5)布置在所述壳体(14)中。所述遮光器(5)具有由透明材料制成的遮光器本体(8)，其中，所述遮光器本体(8)具有第一全反射面(10)，所述第一全反射面用于对以比所述最大耦合输出角(αM)更大的耦合输出角(αG)从所述光导纤维(4)的耦合输出侧端部(3)耦合输出的辐射(2)进行反射，其中，所述遮光器本体(8)具有第二全反射面(11)，所述第二全反射面用于对与从所述耦合输出侧端部(3)耦合输出的辐射(2)反向地传播的、尤其从工件(22)反射回的辐射(15)进行反射。本发明也涉及一种光导线缆以及一种具有这样的设备(1)的加工头。

Description

用于从光导纤维耦合输出辐射的设备、光导线缆和加工头
技术领域
本发明涉及一种用于从光导纤维耦合输出辐射、尤其激光辐射的设备。本发明还涉及一种光导线缆和具有所述设备的加工头。
背景技术
辐射、尤其以激光辐射的形式的辐射通常从光导纤维的端部发散地出射。为了限制从光导纤维的端部耦合输出的辐射的发散或耦合输出角，可以使用遮光器(Blende)。如果从光导纤维耦合输出的辐射射到障碍物——例如待加工的工件上并且反射回到遮光器，则通常不能够容易地在壳体的为此目的设置的区域内接收或导走反射回的全部辐射。因此，通过反射回的辐射，可能出现加热并且可能出现围绕光导纤维的耦合输出侧端部或遮光器的壳体的或布置在壳体中的部件的损坏。对于使用由金属材料制成的遮光器的情况，在遮光器处还可能出现所不期望的反射，所述反射同样对周围的壳体进行加热并且不能够实现射束轮廓的精确切割，因此不能够实现将耦合输出的激光辐射精确限制在最大耦合输出角上。
由DE 100 33 785 A1已知一种用于将激光射束耦合输入到光导纤维中的设备，其中，在光导纤维的耦合输入侧的端部之前设有由棱柱体构成的遮光器。棱柱体具有第一表面和第二表面，从所述第一表面出发在棱柱体中设有凹部，所述第二表面位于与所述第一表面相对置的一侧上。第一表面的凹部在第二表面的方向上如此尖地延伸地构造，使得基本上垂直于第二表面出射并且侵入到棱柱体中的激光辐射在棱柱体与凹部之间的边界面上经历内部的全反射。在凹部与第二表面之间设有用于要耦合输入的激光辐射穿过的开口，并且光导纤维在凹部中布置在开口的区域中。
发明内容
本发明基于以下任务：提供一种开头提及的类型的用于从光导纤维耦合输出辐射的设备，其中，防止或至少减少在遮光器上的所不期望的反射。
所述任务通过开头所提及的类型的设备来实现，所述设备包括：壳体以及遮光器，所述遮光器具有遮光器开口，所述遮光器开口用于将从光导纤维的耦合输出侧端部耦合输出的辐射的耦合输出角限制在相对于遮光器开口的中轴线的最大耦合输出角上，其中，遮光器布置在壳体中，其中，遮光器具有由(对于在光导纤维中引导的辐射)透明的材料制成的遮光器本体，其中，遮光器本体具有用于对如下辐射进行反射的第一全反射面，所述辐射以比耦合输出角更大的耦合输出角从光导纤维的耦合输出侧端部耦合输出，其中，遮光器本体具有第二全反射面，所述第二全反射面用于对与从耦合输出侧端部耦合输出的辐射反向地传播的、尤其从工件或其他障碍物反射回的辐射进行反射。
原则上，在此描述的设备也适合于将辐射耦合输入到光导纤维的(在这种情况下耦合输入侧的)端部。从光导纤维的端部耦合输出的辐射在这种情况下涉及不期望地与耦合输入方向反向地传播的辐射，所述辐射的发散以及耦合输入的辐射的发散通过遮光器来限制。
根据本发明的遮光器由透明材料构成。辐射的偏转和因此遮光器效应通过在遮光器本体的相应的全反射面上的全反射来产生。为了产生全反射，需要的是，辐射在入射到全反射面——遮光器本体与周围环境的边界面形成所述全反射面——上的情况下超出全反射的极限角(临界角θC)，该极限角通过θC＝sin-1(nL/nB)来限定，其中，nB表示遮光器本体的(光学上较密的)材料的折射率，nL表示包围遮光器本体的(光学较薄的)材料(通常为nL＝1.0的空气)。从光导纤维的端部耦合输出的辐射的最大的(所期望的)耦合输出角αG由光导纤维的耦合输出侧端部的位置之间的间距A和遮光器开口的半直径d/2得出为αG＝tan(d/(2A))。对于给定的最大耦合输出角αG，如此确定必要时根据位置变化的以下角度——第一全反射面或第二全反射面以该角度相对于垂直于遮光器开口的中轴线的平面取向，使得对于大于最大耦合输出角αG的耦合输出角满足在第一全反射面上的全反射条件。
相应地，也可以如此设计第二全反射面，使得射到遮光器的相反侧上的上、在相反方向上传播的如下辐射在第二全反射面上反射——所述辐射将会以比相应于最大耦合输出角的耦合输入角更大的耦合输入角入射到光导纤维中，从而反射回的辐射的该部分不能够入射到光导纤维中。但是，在辐射在障碍物、例如在工件上反射的情况下可能出现如下问题：反射回的辐射具有横向偏移，从而尽管有遮光器，必要时也不能够防止：反射回的辐射的小部分入射到光纤中。然而，遮光器在两个方向上的作用方式基本上是相同的。
在本发明的设备中，遮光器具有双重功能，因为其一方面限制了耦合输出角并且因此限制了耦合输出的辐射的数值孔径并且另一方面绝大部分地限制了反射回的辐射耦合输入到光导纤维中。此外，由于使用由透明材料制成的遮光器本体而不是由金属材料制成的传统的遮光器本体，所以可以减少所不期望的反射，因为将在精确制造的全反射面上的辐射有针对性地朝向外部引导到周围的壳体或设置在那里的吸收器。遮光器、更确切地说遮光器本体可以由高性能的材料(例如石英玻璃)制成，该材料即使在高的辐射功率或辐射强度的情况下对于穿过的辐射仅仅具有相对低的吸收性。
在一种实施方式中，遮光器本体的第一全反射面形成反向传播的辐射的射束入射面，并且遮光器本体的第二全反射面形成从光导纤维耦合输出的辐射的射束入射面。如此选择辐射射到作为射束入射面起作用的相应的全反射面上的角度，使得辐射在入射到遮光器本体中时仅仅轻微折射并且射到分别不同的全反射面上。以这种方式，遮光器本体的两个全反射面执行双重功能，因为它们在一个方向上用于使辐射入射到遮光器本体中，而在另一个方向上用作全反射面。
在该实施方式的一种扩展方案中，第一全反射面和第二全反射面在遮光器本体的限界遮光器开口的尖端处彼此邻接。与由金属材料制成的遮光器相反，在这里描述的透明遮光器的情况下由于在遮光器本体的材料中的吸收相对低，因此在遮光器开口的区域中的遮光器片(Blendenschneide)可以非常尖地延伸。尤其可以省去设置圆柱形构造的遮光器区段，例如在一开始引用的DE 100 33 785 A1中描述的那样。必要时尖端可以具有(小的)倒圆(Verrundung)，其半径小于约0.3mm。两个全反射面在遮光器本体的尖端区域中彼此围成的角度可以是例如大约80°或更小。此外，由于在遮光器开口的区域中的尖端，可以避免例如在金属遮光器的情况下可能遇到的所不期望的反射。反之，在金属遮光器的情况下，由于遮光器材料的高吸收性而可能会损坏非常尖的遮光器片。
在一种替代的实施方式中，第一全反射面在从光导纤维耦合输出的辐射的传播方向上布置在第二全反射面之前。与进一步在上面描述的实施方式相反，在当前的实施方式的情况下，从光导纤维的耦合输出侧端部耦合输出的辐射的光路在遮光器本体中通常与在相反方向上传播的辐射的光路不相交。相比于进一步在上面描述的实施方式的情况下，在选择射束入射面与垂直于遮光器的中轴线的平面所具有的角度时以这种方式具有更大的自由度，因为射束入射面不同时作为全反射面起作用。然而必要时，反射回的辐射的在上述的实施方式中将会由遮光器本体遮蔽的一部分在本实施方式中不能够由遮光器本体遮蔽。
在一种扩展方案中，遮光器本体具有与所述第一全反射面相对置的第一射束入射面和与所述第二全反射面相对置的第二射束入射面，所述第一射束入射面用于使从所述光导纤维的耦合输出侧端部耦合输出的辐射入射到所述遮光器本体中，所述第二射束入射面用于使所述反向传播的辐射入射到所述遮光器本体中，其中，所述第一射束入射面和/或所述第二射束入射面优选在垂直于所述遮光器开口的中轴线的平面中延伸。两个射束入射面必要时也可以相对于垂直于中轴线的平面以不太大的角度倾斜。但是应确保，入射辐射在其射到相应的全反射面上并且在该全反射面上反射之前在相应的射束入射面上仅仅轻微折射。
在一种扩展方案中，第一全反射面和第一射束入射面在遮光器本体的第一尖端处彼此邻接，而第二全反射面和第二射束入射面在遮光器本体的第二尖端处彼此邻接。如进一步在上面已经描述的那样，在透明遮光器的情况下或者在当前情况下可以提供具有相应的尖端的两个遮光器片，全反射面和相应的射束入射面在所述尖端上彼此邻接。如进一步在上面已经描述的那样，尖端可以具有倒圆，其具有小于0.3mm的半径。通过这两个(在圆周方向上环绕的)尖端通常限制了遮光器开口的分别不同的直径，该直径与至光导纤维的出射侧端部的相应的间距如此协调，使得耦合输出的辐射在两个直径处分别被限制在相同的最大耦合输出角上。
在另一实施方式中，所述遮光器本体具有第一遮光器部件和第二遮光器部件，所述第一遮光器部件具有第一全反射面，所述第二遮光器部件具有第二全反射面，其中，所述两个遮光器部件优选彼此邻接。在这种情况下，第一遮光器部件可以用于遮蔽从光导纤维的耦合输出侧端部出射的辐射，而第二遮光器部件可以用于遮蔽在相反方向上传播的、例如在工件上反射的辐射。两个遮光器部件可以必要时彼此间隔开地布置，但已经证明为有利的是，遮光器本体的两个遮光器部件彼此贴靠，以便优化反向方向上的遮光器效应并且以便确保仅仅少量的散射光射到第二遮光器部件上并且从第二遮光器部件作为散射光传输至壳体。
在一种替代的实施方式中，遮光器本体一件式地构造。这尤其在进一步在上面描述的实施方式中是有利，在所述实施方式中，全反射面同时形成射束入射面，因为在遮光器本体的两部分或更多部分的实施中，在这种情况下将会在射束入射面和全反射面之间的射束路径中产生附加的边界面，其在辐射穿过时可能导致所不期望的反射。
在另一实施方式中，第一全反射面和/或第二全反射面相对于遮光器开口的中轴线旋转对称地延伸。在这种情况下，通常，整个遮光器本体相对于中轴线旋转对称地构造。通过旋转对称的实施简化了遮光器本体的制造以及遮光器的调准。
在一种扩展方案中，第一全反射面和/或第二全反射面形成锥形面。使用以锥形面形式的全反射面已经证明是特别有利的。在进一步在上面描述的、全反射面同时形成射束入射面的实施方式中，遮光器本体通常构造为双锥，在所述双锥中，锥形面构造在遮光器本体的相对置的侧上。在第一全反射面在耦合输出的辐射的射束路径中布置在第二全反射面之前的实施方式中，两个锥形面彼此面向。在两种情况下，全反射面可能偏离锥形状并且具有通常小的曲率。
在另一实施方式中，所述第一全反射面相对于垂直于所述遮光器开口的中轴线的平面所具有的第一角度处在10°与40°之间。第一角度的值通过遵循全反射条件来预给定，第一全反射面以该第一角度相对于垂直于中轴线的平面取向。第一角度的上述值范围尤其在进一步在上面描述的实施方式中适用，在所述实施方式中，全反射面同时形成射束入射面，其中，石英玻璃用作遮光器本体的材料。
在另一实施方式中，第二全反射面相对于垂直于遮光器开口的中轴线的平面所具有的第二角度处在20°至60°之间、优选在10°至45°之间。第二角度的值也特别适用于进一步在上面描述的实施方式，在所述实施方式中，例如当石英玻璃用作遮光器本体的材料时，遮光器本体的射束入射面同时形成全反射面。
在另一实施方式中，最大耦合输出角小于20°、优选地小于10°。通过遮光器预给定的最大耦合输出角确定从光导纤维的耦合输出侧端部出射的辐射的数值孔径NA。对于空气中的数值孔径(NA)适用：NA＝sin(αM)。将数值孔径限制在例如约0.125rad的低值或将最大耦合输出角固定在例如约0.125rad的低值能够实现：防止通过从光导纤维的耦合输出侧端部耦合输出的辐射对整个壳体进行加热。
在另一实施方式中，所述遮光器本体具有相对于所述遮光器开口的中轴线位于径向外部的至少一个射束出射面，所述至少一个射束出射面用于使在所述第一全反射面和/或所述第二全反射面上反射的辐射从所述遮光器本体出射。射束出射面通常形成在圆周方向上环绕的遮光器边缘，所述遮光器边缘基本平行于中轴线地延伸。射束出射面尤其可以形成圆柱体的包覆面。
在一种实施方式中，射束出射面至少部分地由安装在壳体中的吸收器包围。吸收器可以例如环状地包围射束出射面并且以套筒或类似物的方式构造。借助全反射面使辐射有针对性地朝吸收器的方向偏转并且在所述吸收器上转化为热量。为此目的，吸收器可以由强吸收材料形成。从射束出射面出射的辐射可以必要时不在处于壳体中的吸收器处被吸收，而是以其他方式从壳体中导走，例如其方式是，将从射束出射面出射的辐射在透明的壳体部分上释放到周围环境。
优选地，射束出射面对通过射束出射面出射的辐射具有散射效应。为了产生散射效应，可以使射束出射面粗糙化，或者可以在射束出射面上或者在遮光器本体的与射束出射面直接邻接的体积区域中形成散射中心。如果将射束出射面构造为散射面，则出射的辐射的功率可以分布在更大的空间角范围上并且以这种方式可以被周围的吸收器更容易地吸收。
本发明也涉及一种光导线缆，其具有如进一步在上面描述那样的设备，其中，所述设备的壳体形成光导线缆的插接器壳体，在所述插接器壳体中，光导纤维的耦合输出侧端部布置成距所述遮光器一预给定的间距。光导线缆的插接器可以插入到光学器件——例如加工光学器件——的插接器容纳部中。从光导线缆出射的辐射的耦合输出角借助遮光器来限制，这例如对于在光学器件中、例如在加工头中辐射的后续的准直是有利的，因为可以避免或至少减少加工头的壳体由于以过大的张开角入射到所述壳体中的辐射而引起的加热。
本发明的另一方面涉及一种用于加工工件的加工头，其中，设备的在其中布置有遮光器的壳体形成加工头壳体，所述加工头壳体具有用于容纳光导线缆的插接器，其中，插接器容纳部构造用于将光导纤维的耦合输出侧端部置于(Lagerung)距遮光器一预给定的间距处。在所述加工头的情况下，即使插接器尚未插入到插接器容纳中，通过插接器容纳部来预给定光导纤维的耦合输出侧端部的位置，并且因此预给定在激光辐射的传播方向上或在遮光器的中轴线的方向上在耦合输出侧端部与遮光器之间的间距。
在借助从耦合输出侧端部耦合输出的(激光)辐射对工件进行加工时，通常将所述辐射聚焦到工件上。射到工件上的辐射的一部分可能会从工件反射回到加工头。关于回反射尤其已经证明有问题的是一个工件或待接合的两个工件部件沿角焊缝的焊接加工。在这种类型的加工的情况下，辐射可以相对于光轴横向偏移地在朝向加工头的方向上反射回。在这种有问题的情况下，借助在此描述的遮光器也可以在很大程度上避免反射回的辐射不期望地入射到光导纤维中。
附图说明
本发明的另外的优点由说明书和附图得出。先前提及的和还进一步列举的特征同样可以自身单独地或多个以任意组合的方式使用。所示出的和所描述的实施方式不应理解为穷举，而是具有用于描述本发明的示例性特征。
图1a、b示出光导纤维的和由透明材料制成的遮光器的示意性截面图，所述遮光器用于遮蔽从光导纤维耦合输出的激光辐射并且遮蔽由于激光辐射在两个全反射面上的反射而引起的在相反的方向上传播的激光辐射；
图2a、b类似于图1a、b的示意图，其中，遮光器的两个全反射面构造在两个遮光器部件的彼此面向的侧上；
图3a示出用于对工件进行加工的加工头的截面图，在所述加工头的加工头壳体中安装有图1a、b的遮光器；
图3b示出在借助图3a的加工头对工件进行焊接加工时的光路的示图；
图4示出具有插接器的光导线缆的截面图，在所述插接器中，安装有图2a、b的遮光器。
在附图的以下描述中，对于相同或功能相同的部件使用相同的附图标记。
具体实施方式
图1a、b示出一种用于从光导纤维4的耦合输出侧的(端侧的)端部3耦合输出激光辐射2的设备1的示例性结构。为了将从光导纤维4的端部3耦合输出的、发散的激光辐射2的耦合输出角α限制在预给定的最大耦合输出角αM上，在图1a、b中示出的设备1具有遮光器5。遮光器5、更确切地说其遮光器开口6——其限定遮光器5的(最小)直径d——布置成距遮光器开口6一预给定的间距A。间距A以及遮光器开口6的直径d根据公式αM＝tan(d/(2A))来限定最大耦合输出角αM，在所述最大耦合输出角αM下，从光导纤维4的端部3耦合输出的激光辐射2可以穿过遮光器5的遮光器开口6。对于在此描述的应用，最大耦合输出角αM小于约20°已被证明为有利的。
图1a、b示出的遮光器5、更确切地说遮光器5的遮光器本体8构造成相对于遮光器开口6的中轴线9旋转对称。在所示的示例中，遮光器本体8由对于激光辐射2透明的材料制成。透明材料例如可以是石英玻璃。该材料的优点在于，其对于如下的激光辐射2具有低吸收性：所述激光辐射例如可以具有约1.0μm的IR波长范围内或在可见光波长范围内的波长，以及该材料即使在高激光功率下也具有高耐抗性。可以理解，遮光器本体8——尤其在激光辐射2的其他波长的情况下——可以由不同于石英玻璃的其他透明材料形成。
在图1a、b示出的示例中，遮光器5的遮光器本体8具有两个全反射面10、11，所述两个全反射面相对于中心轴9旋转对称地延伸并且分别形成圆锥面。在所示的示例中，遮光器本体8一件式地构造。在图1a、b示出的示例中，两个全反射面10、11构造在遮光器本体5的彼此背向的侧上，也就是说，遮光器本体8形成(旋转对称的)双锥。两个全反射面10、11在环状环绕的尖端7处相交，所述尖端限界遮光器开口6。
为了防止以比最大耦合输出角αM更大的耦合输出角αG从光导纤维4中的耦合输出侧端部3出射的激光辐射2穿过遮光器5，设有第一全反射面10，所述第一全反射面在所示的示例中沿耦合输出的激光辐射2的传播方向X布置在第二全反射面11之后。以比最大耦合输出角αM更大的耦合输出角αG从光导纤维2的耦合输出侧端部3耦合输出的激光辐射2入射穿过第二全反射面11到遮光器本体8中，并且在此朝向法线方向轻微地折射(参见图1a)。因此，第二全反射面11形成以比最大耦合输出角αM更大的耦合输出角从光导纤维4耦合输出的激光辐射2的射束入射面。
在第一全反射面10上反射的激光辐射2在环绕的、相对于中轴线9位于径向外部的圆柱形的射束出射面12上从遮光器本体8出射。所述射束出射面12形成遮光器5的环绕的外边缘，所述外边缘平行于中轴线9地延伸。从遮光器本体8通过射束出射面12出射的激光辐射2基本上垂直于中轴线9延伸，并且因此可以被在射束出射面12的区域中环状地包围遮光器5的吸收器13吸收，所述吸收器13固定在设备1的壳体14上。穿过射束出射面12，由遮光器5遮蔽的激光辐射2可以有针对性地被偏转到吸收器13的区域中并且被所述吸收器吸收。射束出射面12尤其可以形成在第一全反射面10上偏转的激光辐射2的散射面，从而所述激光辐射可以被吸收器13更好地吸收。为了起到散射面的作用，可以使射束出射面12粗糙化，或者必要时可以将散射中心嵌入到射束出射面中或遮光器本体8的位于射束出射面下方的体积中。
如在图1b中可以看出的那样，遮光器5也用于保护光导纤维4以防与从耦合输出侧端部3出射的激光辐射2反向地传播的激光辐射15入射到耦合输出侧端部3中。基本上沿XYZ坐标系的负X方向传播的激光辐射15尤其可以是从光导纤维4的端部3耦合输出并且在障碍物上、例如在工件上反射回的激光辐射15的一部分。
类似于在US 8,724,945 B2的情况下，将由石英玻璃制成的截锥体状的终止块16接合(angespleisst)到光导纤维4的端部3上，激光辐射2从该端部耦合输出。不同于在US8,724,945 B2中描述的那样，在图1a、b示出的设备1的情况下，不通过终止块16(Abschlussblock)来阻止反射回的激光辐射15入射到光导纤维4中，而是通过如下方式：反射回的激光辐射15在遮光器本体8的第二全反射面11上在朝向射束出射面12的方向上反射并且被吸收器13吸收，如图1b示出的那样。可以理解，附加地，终止块16也以在US 8,724,945 B2中描述的方式来构造并且可以设有相对大的张开角。
在所示的示例中，从障碍物——例如工件反射回的激光辐射15会聚地射到遮光器5的背向光导纤维4的一侧(即背侧)上，并且在图1b示出的示例中具有相对于从光导纤维4的耦合输出侧端部3耦合输出的激光辐射2的微小的横向偏移。反射回的激光辐射15的一部分在第一全反射面10——所述第一全反射面用作反射回的激光辐射15的射束入射面——上入射到遮光器本体8中，在所述第一全反射面10上轻微折射并且射到第二全反射面11上，在所述第二全反射面上全反射至射束出射面12，反射回的激光辐射15在所述射束出射面上从遮光器本体8出射并且射到吸收器13上。
遮光器5与最大耦合输出角αM如此相协调，使得对于以比最大耦合输出角αM更大的耦合输出角αG射到第一全反射面10上的激光辐射2满足全反射条件。近似地，如果以下适用，则可以在图1a示出的光圈5中满足全反射条件：
Figure BDA0002326065300000101
其中，nL＝1.0表示(周围环境)空气的折射率，nB＝1.46表示遮光器本体8的石英玻璃材料的折射率，αT1表示第一全反射面10与垂直于中轴线9的平面E(YZ平面)所围成的(第一)角度，并且αT2表示第二全反射面11与垂直于中轴线9的平面E所围成的(第二)角度。对于第一角度αT1，在当前的示例中，约10°和约40°之间的值已经证明为有利的。对于第二角度αT2，约20°与约60°之间的值或约10°与约45°之间的值已经证明为有利的。
对于反射回的辐射，即对于以比相对于中轴线8的最大耦合输出角αM更大的角度αG沿反向的传播方向射到遮光器5上的辐射，相应地适用：
Figure BDA0002326065300000102
对于在图1a、b中示出的设备1替代地，也可以使用如在图2a、b中所示出的那样的设备1a用于将激光辐射2从光导纤维4的耦合输出侧端部3耦合输出。图2a、b的设备1a与图1a、b的设备1在遮光器5的、更确切地说遮光器本体8的构型方面不同，该遮光器本体具有由石英玻璃制成的两个遮光器部件8a、8b，所述两个遮光器部件分别相对于中轴线旋转对称地构造。两个遮光器部件8a、8b在垂直于遮光器5的中轴线9的平面中的两个平坦面上彼此邻接。两个遮光器部件8a、8b可以在平坦面上彼此连接，例如其方式是，将两个遮光器部件彼此粘接。但是，两个遮光器部件8a、8b之间的材料锁合连接不是强制性地需要的，而是也可能的是，将两个遮光器部件8a、8b如此容纳在一个共同的托座(Fassung)中，使得所述两个遮光器部件固定在彼此贴靠的位置中。替代地同样可能的是，与图2a、b所示不同地，两个遮光器部件8a、8b彼此间隔开地布置。
在图2a、b示出的遮光器5中，第一全反射面10在耦合输出的激光辐射2的传播方向X上布置在第二全反射面11之前。以比最大耦合输出角αM更大的耦合输出角αG从光导纤维4出射的激光辐射2穿过第一射束入射面10a入射到遮光器本体8中、更确切地说入射到遮光器部件8a中。第一射束入射面10a在垂直于遮光器5的中轴线9的平面E1中延伸并且与第一全反射面10相对置，所述第一全反射面10相对于平面E1或相对于第一射束入射面10a以角度αT1倾斜。如图2a中示出的那样，以大于最大耦合输出角αM的耦合输出角αG入射到第一遮光器部件8a中的激光辐射2在第一全反射面10上反射，并且通过圆柱形的射束出射面12a从第一遮光器部件8a出射并且被吸收器13吸收。
相应地，反射回的激光辐射15在第二遮光器部件8b上在平坦的、在平面E2中相对于遮光器5的中轴线9延伸的射束入射面11a上入射到第二遮光器部件8b中，并且在第二全反射面11上反射至第二遮光器部件8b的径向外部的射束出射面12b并且在从遮光器本体8出射之后被吸收器13吸收，所述第二全反射面以(第二)角度αT2相对于射束入射面11a倾斜。
第一全反射面10与垂直于中轴线9的平面E1所围成的第一角αT1以及第二全反射面11与垂直于中轴线9的平面E2所围成的第二角αT2在图2a、b示出的遮光器5中大致处在与在图1a、b示出的遮光器5中相同的数量级，即在约20°与约60°之间。
第一锥形全反射面10和第一射束入射面10a在第一遮光器部件8a的第一尖端7a处彼此邻接，而第二锥形全反射面11和第二射束入射面11a在第二遮光器部件8b的第二尖端7b处彼此邻接。因此，在图2a、b中的遮光器5如在图1a、b示出的遮光器5那样构造成双圆锥形，区别在于，在图2a、b中两个全反射面10、11构造在两个平锥形的遮光器部件8a、8b上并且彼此面向，而两个全反射面10、11在图1a、b的遮光器本体8中彼此背向。图2a、b中示出的遮光器5不必强制地具有两个遮光器部件8a、8b，而是可以必要时一件式地构造，但是这使得遮光器5的制造更昂贵。
第一遮光器部件8a的尖端7a限制遮光器开口6在第一遮光器部件8a上的最小直径d1。第二遮光器部件8b的尖端7b限制遮光器开口6在第二遮光器部件8b上的最小直径d2。第一遮光器部件8a的第一尖端7a与光导纤维4的端部3的间距A1、第二遮光器部件8b的尖端7b与光导纤维4的端部3的间距A2以及遮光器开口6在两个尖端7a、7b处的两个最小直径d1和d2如此彼此相协调，使得在两个尖端7a、7b处将穿过遮光器5的耦合输出的激光辐射2的耦合输出角α限制在相同的最大耦合输出角αM上。这也能够实现对于反射回的激光辐射的遮光器效应。
在图1a、b或图2a、b中示出的设备1可以应用在不同的光学器件中，例如以下光学器件中：在所述光学器件中，在遮光器5之后对从光导纤维4的端部3耦合输出的激光辐射2进行准直。
图3a示出加工头17，其具有根据图1a、b的设备1。在所示的示例中，加工头17用于对在图3b中示出的工件22进行焊接加工。在这种情况下，用于容纳遮光器5的壳体形成(激光)加工头17的加工头壳体14。
加工头壳体14具有插接器容纳部19，在图3a中示出的加工头17中，在插接器容纳部中容纳有光导线缆24的插接器18。具有用于保护光导纤维4的保护包罩的光导线缆24在图3a未图解示出的入射侧端部处与用于产生激光辐射2的激光源连接。光导纤维4的耦合输出侧端部3固定在光导线缆24的插接器18中，所述插接器置于加工头壳体14的插接器容纳部19中并且由此在其位置方面相对于加工头壳体14固定。因此，为了容纳光导纤维4的耦合输出侧端部3，加工头壳体14、更确切地说加工头壳体14的插接器容纳部19构造成距固定在加工头壳体14中的遮光器5一预给定的间距A。
以大于最大耦合输出角αM的耦合输出角从光导纤维4的耦合输出侧端部3耦合输出的激光辐射2在图3a示出的加工头17中被遮光器5遮蔽，从而在吸收器13以外，无耦合输出的激光辐射2射到加工头壳体14上。因此，耦合输出的激光辐射2以所期望的、最大张开角或最大耦合输出角αM穿过遮光器开口6并且射到准直透镜20上。耦合输出的激光辐射2在准直透镜20上准直，并且随后由同样布置在加工头17中的聚焦透镜21聚焦到图3b中示出的工件22上。
在所示的示例中，借助从加工头17出射的、经聚焦的激光辐射2对在边缘处以直角彼此紧靠(aneinander stoβen)的两个工件部分沿着所谓的角焊缝彼此进行焊接。在图3b中用虚线圆圈表示在对工件22进行激光射束焊接时的焊接区域23。如图3b中同样可以看出的那样，耦合输出的激光辐射2的一部分在工件22上在角焊缝的区域中被反射约90°两次，从而射到工件22上的激光辐射2总共偏转约180°。从工件22反射回的激光辐射15具有相对于射到工件22上的激光辐射2的横向偏移。在沿相反方向通过加工头17时，反射回的激光辐射15在聚焦透镜21上被准直并且聚焦在准直透镜20上，从而所述激光辐射会聚并且横向偏移地射到遮光器5的背侧上，如图1b所说明的那样。
图4示出一个示例，在该示例中与图3a、b相反，图2a、b的设备1a集成到光导线缆24中，更确切地说集成到光导线缆24的插接器18中，所述插接器用于将光导线缆24与加工头或其他光学器件连接。与图3a、b所示不同，在这种情况下，遮光器5集成到插接器18中或集成到插接器壳体14中，并且，光导纤维4的出射侧端部3距遮光器5的前侧一预给定的间距A1并且距遮光器5的背侧一预给定的间距A2地置于插接器壳体14中。耦合输出的激光辐射2通过可选的平坦的防护玻璃25从插接器18出射。如已经进一步在上面示出的那样，在图4示出的遮光器5中，两个遮光器部件8a、8b可以必要时彼此间隔开地布置。
总之，在进一步在上面示出的设备1、1a中，通过使用遮光器本体8的透明材料避免在使用由金属材料制成的遮光器时将出现的回反射。此外，进一步在上面描述的遮光器5还能够实现：遮蔽来自两个传播方向的辐射，而不必为此目的强制性地需要多个构件。此外，在遮光器本体8自身中不发生吸收或仅仅发生少量吸收，从而可以防止由于通过激光辐射2、15对遮光器本体8的材料进行加热而引起的在遮光器5处的变形和损坏。可以理解，在图1a、b中示出的遮光器5也可以集成在图3a示出的加工头17中。相应地，在图2a、b中示出的遮光器5也可以集成到在图4示出的、光导纤维24的插接器18中。

Claims (18)

1.一种用于从光导纤维(4)耦合输出辐射(2)的设备(1，1a)，其包括：
壳体(14)；
遮光器(5)，所述遮光器具有遮光器开口(6)，所述遮光器开口用于将从所述光导纤维(4)的耦合输出侧端部(3)耦合输出的辐射(2)的耦合输出角(α)限制在相对于所述遮光器开口(6)的中轴线(9)的最大耦合输出角(αM)上，其中，所述遮光器(5)布置在所述壳体(14)中；
其中，所述遮光器(5)具有由透明材料制成的遮光器本体(8)，其中，所述遮光器本体(8)具有第一全反射面(10)，所述第一全反射面(10)用于对以比所述最大耦合输出角(αM)更大的耦合输出角(αG)从所述光导纤维(4)的耦合输出侧端部(3)耦合输出的辐射(2)进行反射，其中，所述遮光器本体(8)具有第二全反射面(11)，所述第二全反射面用于对与从所述耦合输出侧端部(3)耦合输出的辐射(2)反向地传播的、尤其从工件(22)反射回的辐射(15)进行反射。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述遮光器本体(8)的第一全反射面(10)形成反向传播的辐射(15)的射束入射面，其中，所述遮光器本体(8)的第二全反射面(11)形成从所述光导纤维(4)耦合输出的辐射(2)的射束入射面。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一全反射面(10)和所述第二全反射面(11)在所述遮光器本体(8)的限界所述遮光器开口(6)的尖端(7)处彼此邻接。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一全反射面(10)在从所述光导纤维(4)耦合输出的辐射(2)的传播方向(X)上布置在所述第二全反射面(11)之前。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述遮光器本体(8)具有与所述第一全反射面(10)相对置的第一射束入射面(10a)和与所述第二全反射面(11)相对置的第二射束入射面(11a)，所述第一射束入射面用于使从所述光导纤维(4)的耦合输出侧端部耦合输出的辐射(2)入射到所述遮光器本体(8)中，所述第二射束入射面用于使所述反向传播的辐射(15)入射到所述遮光器本体(8)中，其中，所述第一射束入射面(10a)和/或所述第二射束入射面(11a)优选在垂直于所述遮光器开口(6)的中轴线(9)的平面(E)中延伸。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第一全反射面(10)和所述第一射束入射面(10a)在所述遮光器本体(8)的第一尖端(7a)处彼此邻接，而所述第二全反射面(11)和所述第二射束入射面(11a)在所述遮光器本体(8)的第二尖端(7b)处彼此邻接。
7.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中，所述遮光器本体(8)具有第一遮光器部件(8a)和第二遮光器部件(8b)，所述第一遮光器部件具有第一全反射面(10)，所述第二遮光器部件具有第二全反射面(11)，其中，所述两个遮光器部件(8a，8b)优选彼此邻接。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中，所述遮光器本体(8)一件式地构造。
9.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第一全反射面和/或所述第二全反射面(10，11)相对于所述遮光器开口(6)的中轴线(9)旋转对称地延伸。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述第一全反射面和/或所述第二全反射面(10，11)形成锥形面。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述第一全反射面(10)相对于垂直于所述遮光器开口(6)的中轴线(9)的平面(E)所具有的第一角度(αT1)处在10°与40°之间。
12.根据权利要求10或11所述的设备，其中，所述第二全反射面(11)相对于垂直于所述遮光器开口(6)的中轴线(9)的平面(E，E1，E2)所具有的第二角度(αT2)处在20°与60°之间。
13.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中，所述最大耦合输出角(αM)小于20°、优选小于10°。
14.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中，所述遮光器本体(8)具有相对于所述遮光器开口(6)的中轴线(9)位于径向外部的至少一个射束出射面(12，12a，12b)，所述至少一个射束出射面用于使在所述第一全反射面和/或所述第二全反射面(10、11)上反射的辐射(2，15)从所述遮光器本体(8)出射。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述射束出射面(12，12a，12b)至少部分地由安装在所述壳体(14)中的吸收器(13)包围。
16.根据权利要求14或15所述的设备，其中，所述射束出射面(12)对通过所述射束出射面(12)出射的辐射(2，15)具有散射效应。
17.一种光导线缆(24)，其包括根据以上权利要求中任一项所述的设备(1a)，其中，所述壳体形成所述光导线缆(24)的插接器壳体(14)，在所述插接器壳体中，所述光导纤维(4)的耦合输出侧端部(3)布置成距所述遮光器(5)一预给定的间距(A1，A2)。
18.一种用于对工件(22)进行加工的加工头(17)，其包括根据权利要求1至16中任一项所述的设备(1)，其中，所述壳体形成加工头壳体(14)，所述加工头壳体具有用于容纳光导线缆(24)的插接器(18)的插接器容纳部(19)，其中，所述插接器容纳部(19)构造用于将所述光导纤维(4)的耦合输出侧端部(3)置于距所述遮光器(5)一预给定的间距(A)处。
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