CN110783802B

CN110783802B - 光纤激光器用光闸的收光装置

Info

Publication number: CN110783802B
Application number: CN201911009780.5A
Authority: CN
Inventors: 孔庆庆; 沈华; 邓世炜; 李岳峰; 张瑞
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2019-10-23
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2039-10-23
Also published as: CN110783802A

Abstract

本发明公开了一种光纤激光器用光闸的收光装置，用于吸收光闸光路的残余光，提高光闸的安全性与稳定性，包括后端封装板、反光楔块、水冷基体、固定连接板、密封圈、温控开关和温控开关封装板。后端封装板和固定连接板分别固定在水冷基体两端，密封圈设置在反光楔块上，反光楔块固定在水冷基体内，水冷基体的外壁面上开有温控开关槽，温控开关设置在温控开关槽内，并通过温控开关封装板封装。

Description

光纤激光器用光闸的收光装置

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用光闸的收光装置。

背景技术

光纤激光器被广泛应用于切割、焊接和材料加工中，光纤激光器中采用光闸，使得一个激光器可以同时执行多个操作。通过光闸进行光路切换，使得一个光纤激光器可以提供多个输出端，连接到不同的工作单元中，一台光纤激光器可以成为多个工作单元的功率源，显著降低了用户对设备的投入成本。当光闸上输出端光纤损坏时或者使用需求改变时，可以随时更换光纤，提高了操作的简便性。随着国内光纤激光器的发展和应用，市场上对于光闸的需求日益加大，目前国际上生产大功率光纤激光器用光闸的公司主要有瑞典的Optoskand和美国的IPG，国内还没有相关的光闸产品，其中的一个难点就在于光闸的收光装置设计上。

随着光纤激光器不断发展，光纤激光器作为光闸的输入源，其最大功率越来越高。光闸作为光纤激光输入端到激光输出端的中间设备，也需要具备承受高功率的能力。光闸承受高功率，其中的一个问题在于光闸的收光装置设计上，因此需要一种机械装置来收集光闸中残余光，提高光闸的安全性与稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光纤激光器用光闸的收光装置，收集光闸中残余光，提高光闸的安全性与稳定性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种光纤激光器用光闸的收光装置，用于吸收光闸光路的残余光，提高光闸的安全性与稳定性，包括后端封装板、反光楔块、水冷基体、固定连接板、密封圈、温控开关和温控开关封装板。后端封装板和固定连接板分别固定在水冷基体两端，密封圈设置在反光楔块上，反光楔块固定在水冷基体内，水冷基体的外壁面上开有温控开关槽，温控开关设置在温控开关槽内，并通过温控开关封装板封装。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）结构简单，加工难度小，成本低；（2）反光楔块的设计，使光在收光装置内部多次反射吸收，提高了收光装置的光吸收率，增强了光闸的收光装置的收光能力；（3）收光装置水路的设计，使水冷却遍布收光装置整体，可以对对收光装置整体充分冷却，保证收光装置在正常温度；（4）内部粗糙面的设计，使光在收光装置内部形成漫反射，提高了收光装置的光吸收率，提高了光闸的安全性与稳定性；（5）收光装置内部装有温控开关，有效提高了光闸的安全性。

附图说明

图1为本发明一种光纤激光器用光闸的收光装置的结构示意图。

图2为本发明水冷基体的结构示意图，其中图a为后视图，图b为水冷基体的三维图一，图c为正视图，图d为水冷基体的三维图二。

图3为本发明水冷基体水路的结构示意图。

图4为本发明反光楔块的结构示意图，其中图a为反光楔块的三维图一，图b为正视图，图c为反光楔块的三维图二。

图5为本发明固定连接板的结构示意图。

图6为本发明收光装置的装配完成图。

图7为本发明收光装置的循环水路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图5，一种光纤激光器用光闸的收光装置，用于吸收光闸光路的残余光，提高光闸的安全性与稳定性，包括后端封装板1、反光楔块2、水冷基体3、固定连接板4、密封圈5、温控开关6和温控开关封装板7。后端封装板1和固定连接板4分别固定在水冷基体3两端，密封圈5设置在反光楔块2上，反光楔块2固定在水冷基体3内，水冷基体3的外壁面上开有温控开关槽307，温控开关6设置在温控开关槽307内，并通过温控开关封装板7封装。

结合图2与图3，水冷基体3为方形筒体，其内壁为黑色粗糙面，使光闸光路中的残余光在水冷基体3内壁可以发生漫反射，增强收光装置的收光能力。水冷基体3外壁设有温控开关槽304，所述温控开关槽304设置于靠近固定连接板4的一端，温控开关槽304用来装入温控开关，温控开关封装板7设置在温控开关槽304内，温控开关封装板7与水冷基体3通过螺丝固定，以来封装温控开关6。在水冷基体3两端面上分布着用来连接后端封装板1和固定连接板4的螺丝孔，底部分布着用来连接反光楔块2的螺丝沉头孔。

水冷基体3的外壁内平行间隔设置了N圈水流通道，与后端封装板1相连的水冷基体3的端面上设有进水口301和第一堵孔302，进水口301和第一堵孔302位于两个相互平行的侧壁，进水口301为盲孔，进水口301为整个收光装置的总进水口，进水口301垂直连通N条水流通道，第一堵孔302也垂直连通N条水流通道，水冷基体3内壁设有局部出水口303，局部出水口303为通孔，并与第一堵孔302垂直相交。每圈水流通道上通过开设4个堵孔305进行加工，简化了加工工艺，堵孔305采用圆台状堵头封堵，封堵后再打上密封胶；此外第一堵孔302和局部出水口303在水冷基体3外壁的一侧，这两处也需要圆台状堵头封堵再上密封胶。形成如图3所示的水冷基体3水路结构，箭头所指方向即水在水冷基体3中的流向。水冷基体3的水路与反光楔块2水路共同组成收光装置水路。N越大，水冷基体3结构越复杂，同时可以有效减少了水冷基体3的水阻，并增加收光装置的冷却能力和收光能力。水冷基体3是收光装置的核心部件，是收光装置用于冷却和收光的最关键的部件，其他零件均围绕它来设计。

结合图4，反光楔块2为三棱柱状，包括第一矩形面、第二矩形面、第三矩形面和两个三角形面，其中第一矩形面、第二矩形面、第三矩形面的面积依次减小。第一矩形面作为反光面201采用黑色粗糙面，使光闸残余光在反光面201发生漫反射和吸收；反光面201位于连接固定连接板4的一侧，反射面201与第三矩形面夹角在60°到65°之间，使得反光楔块2设计的重量体积较小，有利于光闸残余光在收光装置中多次反射被充分吸收。第三矩形面中心设有密封圈槽204，密封圈5设置在密封槽204内。在密封圈槽204四周均匀分布着四个螺丝孔，一方面将反光楔块2固定在水冷基体3内壁，一方面用来让密封圈5紧贴水冷基体3内壁，达到密封目的，防止漏水。第三矩形面中心（即密封圈槽204中心）设有局部入水口203，第三矩形面上设有出水口202，自第二矩形面中心向第三矩形面开设一个L形通道连通局部入水口203和出水口202，如图4b所示，箭头方向代表水流方向，出水口202为整个收光装置的总出水口，局部入水口203与水冷基体3的局部出水口303位置对应，收光装置组装好后局部入水口203与局部出水口303相通，反光楔块2的内部水路只是收光装置水路的一部分，水冷基体3的水路与反光楔块2水路共同组成收光装置水路。

密封圈5为硅胶O型密封圈，具有弹性好，密封效果好的优点。

后端封装板1通过螺丝与水冷基体固连，后端封装板1上有进水口预留孔和出水口预留孔。后端封装板1用来在不挡进水口301和出水口202的前题下，封装收光装置。

温控开关6的引线接到光闸电路板上。当温控开关6达到阈值温度，开关状态会发生变化，阈值温度即收光装置可承受的最高安全温度，以此来反馈收光装置状态，提高光闸的安全性。温控开关封装板7用来将温控开关6封装到水冷基体3的温控开关槽307中。

结合图5，固定连接板4中心设有通光孔402，固定连接板4中上还设有导线孔401，将固定连接板4固定在水冷基体3上，将组装好的收光装置固定在光闸外壳上。通光孔402是光闸残余光入射口，其面积小于水冷基体3内壁截面面积，使光在收光装置中多次反射，提高收光装置收光能力。温控开关6放入温控开关槽304中，其导线穿过导线孔401接到光闸电路板上，

安装如图1箭头所示，将密封圈5设置在反光楔块2的密封圈槽204内；通过螺丝将反光楔块2固定于水冷基体3中，并使密封圈5紧贴反光楔块2与水冷基体3内壁，防止漏水；再通过螺丝将将后端封装板1固定于水冷基体3上；将温控开关6放入温控开关槽304中，用温控开关封装板7封装，将温控开光6的导线从导线孔401穿过，通过螺丝使固定连接板4固定在水冷基体3上。收光装置组装完成，如图6所示。

收光装置整体水路如图7所示，箭头方向为水流方向，水从水冷基体3的

进水口301进入；进水口301垂直连通了N条水流通道，水分别从进水口301流经N条水流通道最后汇聚到第一堵孔302所形成的通道；局部出水口303与第一堵孔302垂直相交，并与局部入水口203相通，水从第一堵孔302所形成的通道流入局部出水口303形成的通道，再流入局部入水口203；反光楔块2内有L形通道，水从局部入水口203流入再经过L形通道从出水口202流出，这是收光装置一次水循环的过程。收光装置整体水路可对收光装置充分冷却。

光闸光路中残余准直光光从通光孔402进入，在反光楔块2的反光面201（黑色粗糙面）处发生漫反射和吸收，漫反射的光在水冷基体3的内壁（黑色粗糙面）发生多次漫反射和吸收，以此达到收光的目的。通过收光装置的内部水路的水循环带走收光装置吸收光而产生的热量，提高了光闸的稳定性。当收光装置收光达到最高安全温度，温控开关6状态发生改变，将信号传给光闸，光闸关闭激光，这样提高了光闸的安全性。

Claims

1.一种光纤激光器用光闸的收光装置，用于吸收光闸光路的残余光，提高光闸的安全性与稳定性，其特征在于：

水冷基体（3），为方形筒体，其内壁为黑色粗糙面，使光闸光路中的残余光在水冷基体（3）内壁可以发生漫反射，增强收光装置的收光能力，水冷基体（3）的外壁面上开有温控开关槽（307）；

后端封装板（1），固定于水冷基体（3）的一端；

固定连接板（4），固定于水冷基体（3）的另一端；

反光楔块（2），固定在水冷基体（3）内，且靠近后端封装板（1）；

密封圈（5），设置在反光楔块（2），且紧贴水冷基体（3）内壁；

温控开关（6），固定在温控开关槽（307）内，通过温控开关封装板（7）封装；

水冷基体（3）的外壁内平行间隔设置了N圈水流通道，与后端封装板（1）相连的水冷基体（3）的端面上设有进水口（301）和第一堵孔（302），进水口（301）和第一堵孔（302）位于两个相互平行的侧壁，进水口（301）垂直连通N条水流通道，第一堵孔（302）也垂直连通N条水流通道，水冷基体（3）内壁设有局部出水口（303），局部出水口（303）为通孔，并与第一堵孔（302）垂直相交；

反光楔块（2）为三棱柱状，包括第一矩形面、第二矩形面、第三矩形面和两个三角形面；第一矩形面作为反光面（201）采用黑色粗糙面，使光闸残余光在反光面（201）发生漫反射和吸收；反光面（201）位于连接固定连接板（4）的一侧，第三矩形面中心设有密封圈槽（204），密封圈（5）设置在密封槽（204）内；即密封圈槽（204）中心设有局部入水口（203），第三矩形面上设有出水口（202），自第二矩形面中心向第三矩形面开设一个L形通道连通局部入水口（203）和出水口（202），局部入水口（203）与水冷基体（3）的局部出水口（303）位置对应，收光装置组装好后局部入水口（203）与局部出水口（303）相通。

2.根据权利要求1所述的光纤激光器用光闸的收光装置，其特征在于：所述温控开关槽（304）设置于靠近固定连接板（4）的一端。

3.根据权利要求1所述的光纤激光器用光闸的收光装置，其特征在于：上述第一矩形面、第二矩形面、第三矩形面的面积依次减小。

4.根据权利要求1所述的光纤激光器用光闸的收光装置，其特征在于：反射面（201）与第三矩形面夹角在60°到65°之间，有利于光闸残余光在收光装置中多次反射被充分吸收。

5.根据权利要求1所述的光纤激光器用光闸的收光装置，其特征在于：固定连接板（4）中心设有通光孔（402），固定连接板（4）中上还设有导线孔（401）。

6.根据权利要求5所述的光纤激光器用光闸的收光装置，其特征在于：通光孔（402）是光闸残余光入射口，其面积小于水冷基体（3）内壁截面面积，使光在收光装置中多次反射，提高收光装置收光能力。