CN111600191A - 激光光闸及激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光器技术领域，公开了一种激光光闸及激光器，其中激光光闸包括激光输入接口、准直透镜、多个激光输出接口、多个耦合透镜以及多个光路切换组件；光路切换组件包括旋转反射镜和固定反射镜，多个旋转反射镜均通过对应的第一倾角调节机构安装于激光输入接口的入射光路上，每个固定反射镜通过对应的第二倾角调节机构安装于激光输出接口的出射光路上；旋转反射镜的旋转轴连接于旋转驱动机构，旋转驱动机构用于带动旋转反射镜在光路导通位置和光路断开位置之间切换。该激光光闸通过转动旋转反射镜实现光路切换，稳定性高，切换速度快，通过独立调节旋转反射镜和固定反射镜的倾角，无需再对耦合透镜进行偏转调节，降低了调节难度。

Description

激光光闸及激光器

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种激光光闸及激光器。

背景技术

6kW及以上高功率激光在汽车和新能源行业应用越来越多，其生产线对激光系统稳定性要求极高。尤其在动力电池行业，动力电池焊接材料以铝、铜为主，因而在激光加工过程中，激光器易受高反光影响，进而导致激光系统的故障几率提升，这也成为制约动力电池产线稳定生产的重大隐患。

目前市场上使用的高功率光闸原理主要为，激光束通过准直镜准直、反射镜反射后射向聚焦镜，通过聚焦镜聚焦在传输光纤一端，光束在输出光纤内全反射传输至另一端输出。由于光纤纤芯直径极小，一般在数百微米以内，同时镜片加工误差、机械装配误差，导致激光束聚焦焦点部分甚至全部处于传输光纤纤芯之外，这种情况极易造成传输光纤损坏。因此需要对激光束聚焦焦点空间位置进行精准调节，以确保照射在输出光纤端面的聚焦光斑位于纤芯直径范围内。

现有光闸基本采用同时调整聚焦镜的前后位置和偏转角度，来同步调整聚焦光斑直径以及在输出光纤端面的位置；由于加工误差、装配误差的存在，射向聚焦镜的光束无法与聚焦镜轴线完全重合，且在调节聚焦光斑直径的时候，会引起聚焦光斑在输出光纤端面的位置变化，该变化大小正比于射向聚焦镜的光束与聚焦镜轴线偏角；同时，在调节聚焦镜偏转角度调整聚焦光斑在输出光纤端面的位置的时候，也会引起聚焦光斑直径变化，该变化大小也正比于射向聚焦镜的光束与聚焦镜轴线偏角，这也就导致光闸使用时需要反复多次调节聚焦镜前后位置和偏转角度，对调试人员和使用人员都提出了极高的要求。而且集成聚焦镜前后位置调节和偏转角度调节的机械结构极其复杂，不利于长期工作稳定性。

发明内容

本发明实施例提供一种激光光闸及激光器，用以解决现有的激光光闸调节装置结构复杂、稳定性差、调试和使用难度大的问题。

本发明实施例提供一种激光光闸，包括激光输入接口、准直透镜、多个激光输出接口、多个耦合透镜以及多个光路切换组件；所述光路切换组件包括相对设置的旋转反射镜和固定反射镜，多个所述旋转反射镜均通过对应的第一倾角调节机构安装于所述激光输入接口的入射光路上，每个所述固定反射镜通过对应的第二倾角调节机构安装于所述激光输出接口的出射光路上；所述准直透镜安装于所述激光输入接口的入射光路上，所述准直透镜用于将入射光束变为准直光束后投射至所述旋转反射镜；每个所述激光输出接口的出射光路上各设置一个所述耦合透镜，所述耦合透镜用于将所述准直光束汇聚后出射至所述激光输出接口；

所述旋转反射镜的旋转轴连接于旋转驱动机构，所述旋转驱动机构用于带动所述旋转反射镜在光路导通位置和光路断开位置之间切换；所述固定反射镜用于在所述旋转反射镜位于所述光路导通位置时，将经过所述旋转反射镜反射的光束再次反射后，从所述激光输出接口出射。

其中，还包括固定座，所述第一倾角调节机构包括至少三个第一调节件，所述旋转反射镜通过所述第一调节件安装于所述固定座，所述第一调节件可沿所述旋转反射镜的法线方向移动，以调节所述旋转反射镜的倾角。

其中，所述第二倾角调节机构包括至少三个第二调节件，所述固定反射镜通过所述第二调节件安装于所述固定座，所述第二调节件可沿所述固定反射镜的法线方向移动，以调节所述固定反射镜的倾角。

其中，所述旋转反射镜的法线和所述固定反射镜的法线的夹角在90°±3°之间或者180°±3°之间可调。

其中，所述耦合透镜通过光束耦合机构安装于所述激光输出接口的出射光路上，所述光束耦合机构用于带动所述耦合透镜沿所述准直光束的传输方向移动，以调节聚焦光斑的直径。

其中，所述准直光束在所述旋转反射镜上的投影为椭圆形光斑，所述旋转反射镜的尺寸大小与所述旋转反射镜的旋转角度之间满足如下关系式：

其中，L为所述旋转反射镜的旋转轴的中心与所述椭圆形光斑的中心的距离，θ为所述旋转反射镜绕所述旋转轴转动的角度，W为所述旋转反射镜的宽度，R为所述准直光束的半径。

其中，还包括激光吸收机构，所述激光吸收机构安装于所述激光输入接口的入射光路上，且所述激光吸收机构位于所述旋转反射镜背离所述激光输入接口的一侧。

其中，还包括指示光发射机构，所述指示光发射机构安装于所述激光输出接口的出射光路上，且所述指示光发射机构位于所述固定反射镜背离所述激光输出接口的一侧。

其中，所述旋转反射镜为全反镜或者分光镜；所述固定反射镜为全反镜。

本发明实施例还提供一种激光器，包括如上述所述的激光光闸，还包括激光发生器，所述激光发生器的输出端连接于激光输入接口。

本发明实施例提供的激光光闸及激光器，其中激光光闸通过转动旋转反射镜实现光路切换，稳定性高，切换速度快，可在数十毫秒时间内完成切换，且可实现一激多用，便于多工位操作，让用户在应用需求发生改变或是传输光纤发生损坏时，可以随时切换激光输出接口，提高了更换传输光纤的便捷性。且该激光光闸在切换光路时，还可以保持激光器的输出功率不变，多通道可独立操作互不影响，有助于提高对激光系统的保护。同时该激光光闸通过第一倾角调节机构和第二倾角调节机构来独立调节旋转反射镜和固定反射镜的倾角，无需再对耦合透镜进行偏转调节，大大降低了调节难度。

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是本发明实施例中的一种两路输出的激光光闸在分时输出模式下的示意图；

图2是图1中的两路输出的激光光闸在分时输出模式下切换光路后的示意图；

图3是本发明实施例中的另一种两路输出的激光光闸在分能量输出模式下的示意图；

图4是本发明实施例中的又一种两路输出的激光光闸在分时输出模式下的示意图；

图5是本发明实施例中的一种四路输出的激光光闸在分时输出模式下的示意图；

图6是本发明实施例中的另一种四路输出的激光光闸在分能量输出模式下的示意图；

图7是本发明实施例中的旋转反射镜的旋转角度调节示意图；

图8是本发明实施例中的旋转反射镜的倾角调节示意图；

图9是本发明实施例中的一种旋转反射镜的结构示意图；

图10是图9中的旋转反射镜的剖视图；

图11是本发明实施例中的固定反射镜的倾角调节示意图；

图12是本发明实施例中的一种固定反射镜和指示光发射机构的结构示意图；

图13是本发明实施例中的一种指示光发射机构的结构示意图；

图14是本发明实施例中的一种光束耦合机构的平面剖视结构示意图；

图15是图14中的光束耦合机构的立体剖视结构示意图；

图16是图14中的光束耦合机构的立体结构示意图；

图17是图14中的光束耦合机构对光束进行耦合的原理示意图；

图18是本发明实施例中的镜筒的结构示意图。

附图标记说明：

1、激光输入接口； 21、第一激光输出接口； 22、第二激光输出接口；

23、第三激光输出接口； 24、第四激光输出接口； 3、旋转反射镜；

31、第一旋转反射镜； 32、第二旋转反射镜； 33、第三旋转反射镜；

34、第四旋转反射镜； 301、旋转反射镜镜片； 302、旋转轴；

303、旋转电机； 304、防尘筒； 305、第一固定座；

306、第一调节螺杆； 307、第一弹簧； 308、第一调节板；

309、第一调节套； 310、霍尔传感器； 311、感应片；

312、限位杆； 313、磁钢； 314、位置检测电路板；

315、联轴器； 316、轴承； 4、固定反射镜；

41、第一固定反射镜； 42、第二固定反射镜； 43、第三固定反射镜；

44、第四固定反射镜； 401、固定反射镜镜片； 402、第二固定座；

403、第二调节螺杆； 404、第二弹簧； 405、第二调节板；

51、第一耦合透镜； 52、第二耦合透镜； 53、第三耦合透镜；

54、第四耦合透镜； 6、准直透镜； 7、指示光发射机构；

71、第一指示光发射机构； 72、第二指示光发射机构；

73、第三指示光发射机构； 74、第四指示光发射机构；

701、指示光管； 702、第三固定座； 703、第三调节板；

704、第三弹簧； 8、激光吸收机构； 9、椭圆形光斑；

10、光束耦合机构； 101、第一固定套筒； 102、第二固定套筒；

103、调节螺圈； 104、激光输出接口； 105、传输光纤；

106、镜筒； 1061、第一镜筒段； 1062、第二镜筒段；

107、耦合镜片； 108、冷却流道； 109、冷却套筒；

110、第一密封结构； 111、第二密封结构； 112、预紧弹簧；

113、环形调节构件； 114、光敏元件； 115、第一窗口；

116、第二窗口； 117、进水接头； 118、出水接头。

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做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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”“第三”“第四”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。术语“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明实施例中的具体含义。

如图1至图6所示，本发明实施例提供的激光光闸，包括激光输入接口1、准直透镜6、多个激光输出接口、多个耦合透镜以及多个光路切换组件。激光输入接口1用于与激光器的输出光纤对接，激光输出接口用于与传输光纤对接，以将激光传输至使用工位。每个光路切换组件均包括相对设置的旋转反射镜3和固定反射镜4，多个旋转反射镜3均通过第一倾角调节机构安装于激光输入接口1的入射光路上，每个固定反射镜4通过对应的第一倾角调节机构安装于激光输出接口的出射光路上。利用第一倾角调节机构和第二倾角调节机构调节旋转反射镜3和固定反射镜4的偏转角度，可以调节准直光束聚焦光斑在传输光纤端面位置，保证准直光束聚焦后全部进入传输光纤纤芯内部，达到高耦合效率传输。

准直透镜6安装于激光输入接口1的入射光路上，准直透镜6位于激光输入接口1和旋转反射镜3之间，准直透镜6用于将入射光束变为准直光束后投射至旋转反射镜3。准直透镜6可以为多片式镜组或非球面镜。耦合透镜位于激光输出接口和固定反射镜4之间，耦合透镜用于将准直光束汇聚后出射至激光输出接口。具体地，以图6中的实施例5为例进行说明，第一激光输出接口21对应设置有第一耦合透镜51，第二激光输出接口22对应设置有第二耦合透镜52，第三激光输出接口23对应设置有第三耦合透镜53，第四激光输出接口24对应设置有第四耦合透镜54。通过耦合透镜可以将准直光束进行聚焦，汇聚后输出至激光输出接口内的传输光纤中，由传输光纤进行传输。

旋转反射镜3的旋转轴302连接于旋转驱动机构，旋转驱动机构用于带动旋转反射镜3在光路导通位置和光路断开位置之间切换。固定反射镜4用于在旋转反射镜3位于光路导通位置时，将经过旋转反射镜3反射的光束再次反射后，从激光输出接口出射。固定反射镜4可以为全反镜。

具体地，图1和图2示出了一种两路输出的激光光闸在分时输出模式下的不同光路输出示意图，即为实施例1。实施例1中的激光光闸包括两个激光输出接口，分别为第一激光输出接口21和第二激光输出接口22。第一激光输出接口21对应第一光路切换组件，包括相对设置的第一旋转反射镜31和第一固定反射镜41；第二激光输出接口22对应第二光路切换组件，包括相对设置的第二旋转反射镜32和第二固定反射镜42。旋转反射镜3和固定反射镜4之间可以呈夹角设置，在本实施例中，夹角为90°。更具体地，旋转反射镜3的旋转轴302可以偏心地安装于旋转反射镜镜片301上，因而通过转动旋转反射镜3可以调节旋转反射镜3遮挡入射光路的面积大小，进而实现旋转反射镜3在光路导通位置和光路断开位置之间的切换。

第一旋转反射镜31和第二旋转反射镜32均安装于入射光束的光路上，可以根据用户使用需求转动两个旋转反射镜3。如图1所示，当第一旋转反射镜31处于光路导通位置，同时第二旋转反射镜32处于光路断开位置时，入射光束直接被第一旋转反射镜31反射至第一固定反射镜41，最后从第一激光输出接口21输出。如图2所示，当第一旋转反射镜31处于光路断开位置，同时第二旋转反射镜32处于光路导通位置时，入射光束直接掠过第一旋转反射镜31，进而被第二旋转反射镜32反射至第二固定反射镜42，最后从第二激光输出接口22输出。本实施例中的激光输出接口与激光输入接口1位于光路切换组件的同侧，即激光的入射方向与出射方向相反。

此外，图3示出了另一种两路输出的激光光闸在分能量输出模式下的不同光路输出示意图，即为实施例2。实施例2与实施例1的结构基本相同，不同的是实施例2中的旋转反射镜镜片301为分光镜，既可以透射光束又可以反射光束；而实施例1中的旋转反射镜镜片301为全反镜，绝大部分的入射光束被反射，极少部分被透射。因而在实施例2中，当第一旋转反射镜31和第二旋转反射镜32均处于光路导通位置时，可以将输入的激光器能量分配给两个激光输出接口输出，实现分能量输出，例如激光能量总输出为6kW，平均分给两个光路，那么每个光路获得的能量约为3kW；而在实施例1中，当第一旋转反射镜31或第二旋转反射镜32处于光路导通位置时，可以将输入的激光器能量输出给对应的一个激光输出接口，同一时间只有一路激光输出，实现分时输出，例如激光能量总输出为6kW，那么每个光路均可获得6kW的能量。

此外，图4示出了又一种两路输出的激光光闸在分时输出模式下的不同光路输出示意图，即为实施例3。实施例3与实施例1的结构基本相同，不同的是实施例3中的旋转反射镜3与固定反射镜4相互平行设置，激光输出接口与激光输入接口1位于光路切换组件的异侧，即激光的入射方向与出射方向相同。另外，还可以将实施例3中的旋转反射镜镜片301更换为分光镜，实现分能量模式的输出。

此外，图5示出了一种四路输出的激光光闸在分时输出模式下的示意图，即为实施例4。实施例4中的激光光闸包括四个激光输出接口，分别为第一激光输出接口21、第二激光输出接口22、第三激光输出接口23和第四激光输出接口24。第一激光输出接口21对应第一光路切换组件，包括相对设置的第一旋转反射镜31和第一固定反射镜41；第二激光输出接口22对应第二光路切换组件，包括相对设置的第二旋转反射镜32和第二固定反射镜42；第三激光输出接口23对应第三光路切换组件，包括相对设置的第三旋转反射镜33和第三固定反射镜43；第四激光输出接口24对应第四光路切换组件，包括相对设置的第四旋转反射镜34和第四固定反射镜44。第一旋转反射镜31、第二旋转反射镜32、第三旋转反射镜33和第四旋转反射镜34均安装于入射光束的光路上，可以根据用户使用需求转动四个旋转反射镜3。图5中的实线部分为第一旋转反射镜31处于导通状态下的光路走向，出射激光由第一激光输出接口21输出。图5中的虚线部分为第二旋转反射镜32、第三旋转反射镜33或第四旋转反射镜34分别处于导通状态下的光路走向，出射激光分别由第二激光输出接口22、第三激光输出接口23或第四激光输出接口24输出。

此外，图6示出了另一种四路输出的激光光闸在分能量输出模式下的示意图，即为实施例5。实施例5与实施例4的结构基本相同，不同的是实施例5中的旋转反射镜镜片301为分光镜，而实施例4中的旋转反射镜镜片301为全反镜。另外，除了图1至图6中示出的两路和四路激光光闸外，还可以为三路、五路、六路等其他不同数量输出的激光光闸，此处不做限制。

本实施例提供的一种激光光闸，包括激光输入接口1、多个激光输出接口以及多个光路切换组件，每个激光输出接口均对应一组光路切换组件，每组光路切换组件均包括相对设置的旋转反射镜3和固定反射镜4，旋转反射镜3在旋转轴302的带动下转动，进而可在光路导通位置和光路断开位置之间切换，当旋转反射镜3转动至光路导通位置时，由激光输入接口1入射的激光经过旋转反射镜3和固定反射镜4的反射后，反射至对应的激光输出接口输出；当旋转反射镜3转动至光路断开位置时，入射的激光将直接入射至下一个位于光路导通位置的旋转反射镜3，因而当前的反射光路处于断开状态，对应的激光输出接口无激光输出。该激光光闸通过转动旋转反射镜3实现光路切换，稳定性高，切换速度快，可在数十毫秒时间内完成切换，且可实现一激多用，便于多工位操作，让用户在应用需求发生改变或是传输光纤发生损坏时，可以随时切换激光输出接口，提高了更换传输光纤的便捷性。且该激光光闸在切换光路时，还可以保持激光器的输出功率不变，多通道可独立操作互不影响，有助于提高对激光系统的保护。同时该激光光闸通过第一倾角调节机构和第二倾角调节机构来独立调节旋转反射镜3和固定反射镜4的倾角，无需再对耦合透镜进行偏转调节，大大降低了调节难度。

更进一步地，如图7所示，准直光束在旋转反射镜镜片301上的投影为椭圆形光斑9，旋转反射镜镜片301的尺寸大小与旋转反射镜镜片301的旋转角度θ之间满足如下关系式：

其中，L为旋转反射镜3的旋转轴302的中心与椭圆形光斑9的中心的距离，θ为旋转反射镜镜片301绕旋转轴302转动的角度，W为旋转反射镜镜片301的宽度，R为准直光束的半径(即椭圆形光斑9的短轴半径)。

在一个具体的实施例中，当准直光束的半径R＝10mm，旋转反射镜镜片301的宽度W＝25mm，旋转反射镜3的旋转轴302的中心与椭圆形光斑9的中心的距离L＝30mm时，旋转反射镜镜片301的旋转角度θ≥58.8°，为预留足够空间，避免遮挡光束，旋转反射镜镜片301的旋转角度在60°～65°之间。

进一步地，如图8、图9和图10所示，激光光闸还包括固定座，第一倾角调节机构包括至少三个第一调节件，旋转反射镜3通过第一调节件安装于固定座，第一调节件可沿旋转反射镜3的法线方向移动，以调节旋转反射镜3的倾角。具体地，如图8所示，旋转反射镜镜片301设有三个定位点A、B、C，三个定位点的连线可以呈直角三角形。其中A点固定，B点和C点均可沿旋转反射镜镜片301的法线方向前后移动，使得旋转反射镜镜片301可分别绕轴线AB和轴线AC偏转，进而调整旋转反射镜3的倾角。

更具体地，如图9和图10所示，旋转驱动机构采用旋转电机303，第一调节件包括第一调节螺杆306、第一弹簧307和第一调节套309，旋转轴302的一端通过联轴器315与旋转电机303的输出轴对接，联轴器315可以采用弹性膜片联轴器、齿式联轴器、滑块联轴器、万向联轴器、弹性柱销联轴器等等。联轴器315除了可以补偿相对位移外，还可以缓和冲击、吸收振动。旋转轴302的另一端固接于旋转反射镜镜片301，进而传递转动。同时，旋转轴302的中部还可以通过轴承316连接于第一调节板308，第一调节板308通过三个第一调节件连接于第一固定座305，第一固定座305可安装于激光光闸的整机固定座上，保持相对固定。通过旋拧第一调节螺杆306，可以调整第一调节板308的倾角，进而使旋转轴302也随之倾斜，最终带动旋转反射镜镜片301倾斜，实现旋转反射镜3的倾角调节。

通过设置联轴器315，使得旋转轴302与旋转电机303的输出轴之间在轴线存在一定夹角时，也能够灵活传递转动，大大提升了镜片调节便捷性，降低了旋转反射镜3的装配难度。同时，通过设置第一调节件，不仅可以实现旋转反射镜3的空间位置调节，进而调整反射角度，而且还可以将旋转电机303运转时引起的振动与旋转反射镜镜片301完全隔离，有效提升了反射光路的稳定性。

更进一步地，在第一调节板308上还安装有两个限位杆312，可以限制旋转反射镜镜片301的旋转角度。在第一调节板308上还安装有位置检测电路板314，位置检测电路板314上设置有两组霍尔传感器310，相应地，旋转反射镜镜片301固接有感应片311，感应片311随旋转反射镜镜片301转动。感应片311的一端设有磁钢313，霍尔传感器310可以检测磁钢313的位置，进而反应出旋转反射镜镜片301的旋转角度。另外，位置检测电路板314还可以安装其他类型的位置传感器，或者在旋转轴302上安装角度传感器，此处不做限制。

更进一步地，如图9和图10所示，旋转电机303的机壳与第一固定座305之间还可以安装防尘筒304，用于罩住联轴器315和旋转电机303的输出轴，阻挡灰尘，提高旋转电机303的使用寿命，保证传动精度。

更进一步地，如图11和图12所示，第二倾角调节机构包括至少三个第二调节件，固定反射镜4通过第二调节件安装于固定座，第二调节件可沿固定反射镜4的法线方向移动，以调节固定反射镜4的倾角。

具体地，与旋转反射镜3的调节原理相同，如图11所示，固定反射镜镜片401设有三个定位点D、E、F，三个定位点的连线可以呈直角三角形。其中E点固定，F点和G点均可沿固定反射镜镜片401的法线方向前后移动，使得固定反射镜镜片401可分别绕轴线EF和轴线EG偏转，进而调整固定反射镜4的倾角。

更具体地，如图12所示，固定反射镜镜片401固接于第二调节板405，第二调节件包括第二调节螺杆403和第二弹簧404，第二调节板405通过三个第二调节件连接于第二固定座402，第二固定座402可安装于激光光闸的整机固定座上，保持相对固定。通过旋拧第二调节螺杆403，可以调整第二调节板405的倾角，进而使固定反射镜镜片401也随之倾斜，实现固定反射镜4的倾角调节。

通过调节旋转反射镜3和固定反射镜4的偏转角度，可以调节准直光束聚焦光斑在传输光纤端面位置，保证准直光束聚焦后全部进入传输光纤纤芯内部，达到高耦合效率传输。

更进一步地，旋转反射镜3的法线和固定反射镜4的法线的夹角在90°±3°之间或者180°±3°之间可调。当旋转反射镜3的法线和固定反射镜4的法线的夹角在90°±3°范围内时，激光输入和输出方向相反；当旋转反射镜3的法线和固定反射镜4的法线的夹角在180°±3°范围内时，激光输入和输出方向相同。

具体地，该激光光闸在初步装配时，A处的第一调节件和E处的第二调节件固定不动，通过调节B和C第一调节件调整旋转反射镜偏转角度，调节D和F处的第二调节件调整固定反射镜偏转角度，进而实现激光束与耦合透镜轴线的高同轴度，调节完成后，A、B、C处第一调节件和E处第二调节件点胶固定，同时做上位置标记，以便后期观察上述位置的调节件是否松动。光闸工作时，通过调节D和F处第二调节件调整固定反射镜偏转角度，实现聚焦光斑位置微调，通过调节耦合透镜沿准直光束传输方向的位置调整聚焦光斑直径，确保聚焦光斑位于传输光纤端面纤芯范围内，提高耦合效率。

更进一步地，如图1至图6以及图12和图13所示，激光光闸还包括指示光发射机构7，指示光发射机构7安装于激光输出接口的出射光路上，且指示光发射机构7位于固定反射镜4背离激光输出接口的一侧。具体地，以图6中的实施例5为例进行说明，第一激光输出接口21对应设置有第一指示光发射机构71，第二激光输出接口22对应设置有第二指示光发射机构72，第三激光输出接口23对应设置有第三指示光发射机构73，第四激光输出接口24对应设置有第四指示光发射机构74。指示光发射机构7可以出射指示光，指示光透过固定反射镜4进入耦合透镜，汇聚至激光输出接口内的传输光纤。通过指示光发射机构7可以对激光输出接口输出的光束进行定位指示，便于进行工件定位和模拟加工。

更具体地，图12和图13所示，指示光发射机构7包括指示光管701、第三固定座702、第三调节板703和至少三个第三调节件，第三调节件包括第三弹簧704和第三调节螺杆(图中未示出)。指示光管701可以采用小功率有色光源，发出有色指示光，例如红光管等。指示光管701固接于第三调节板703，第三调节板703通过三个第三调节件连接于第三固定座702，第三固定座702可安装于激光光闸的整机固定座上，保持相对固定。通过旋拧第三调节螺杆，可以调整第三调节板703的倾角，进而使指示光管701也随之倾斜，实现指示光管701的倾角调节。在一个具体的实施例中，指示光管701的指示光的出射方向与固定反射镜4呈45°夹角设置。在使用固定反射镜4调节激光输出方向的同时，还可以独立调节指示光的传输方向，实现指示光与出射激光的高同轴精度，提升了指示光指示激光加工位置的精度。

在上述实施例的基础上，如图1至图6所示，激光光闸还包括激光吸收机构8，激光吸收机构8安装于激光输入接口1的入射光路上，且激光吸收机构8位于旋转反射镜3背离激光输入接口1的一侧。激光吸收机构8用于吸收从多个旋转反射镜3透射出来的多余的激光能量。具体地，激光吸收机构8包括激光吸收腔，激光吸收腔的内壁面设有黑色的阳极氧化膜。激光吸收腔可以采用铝合金加工成圆筒状，内表面进行黑色阳极氧化，有利于激光的吸收。激光吸收腔的外部设置有冷却水道。冷却水道内可以流通冷却水或者其他冷却液，如导热油等等，加快激光吸收腔的散热。冷却水道还可以呈螺旋状环绕设置于激光吸收腔的外部，进一步提高散热效果。

进一步地，如图14至图18所示，激光光闸还包括用于安装耦合透镜的光束耦合机构10，光束耦合机构10用于带动耦合透镜沿准直光束的传输方向前后移动，通过调节耦合透镜的位置，进而调节准直光束在传输光纤端面聚焦光斑的直径，确保传输光纤端面聚焦光斑的直径小于纤芯直径，提高耦合效率。耦合透镜可以包括一个或者多个耦合镜片107，可以为球面镜片和/或非球面镜片沿相同的轴向排布而成。光束耦合机构10包括同轴布置的固定套筒、激光输出接口104、镜筒106及耦合镜片107，激光输出接口104安装于固定套筒的第一端，镜筒106可调节式地安装于固定套筒内，镜筒106内安装耦合镜片107，通过镜筒106带动耦合镜片107沿准直光束的传输方向前后移动。

更进一步地，如图14和图15所示，固定套筒的中部可转动地设有与其同轴布置的旋转构件，镜筒106包括靠近激光输出接口104的第二镜筒段1062，旋转构件与第二镜筒段1062的外侧壁螺纹连接。

具体的，由于旋转构件与第二镜筒段1062的外侧壁螺纹连接，在转动旋转构件时，镜筒106可相对于固定套筒并朝向其第一端或第二端稳定地移动，由此便于实现对通过耦合镜片107的聚焦光斑的直径调节，在调节在操作上简单便捷，且同轴度高。

在其中一个优选实施例中，可进一步设置固定套筒包括同轴连接的第一固定套筒101与第二固定套筒102；旋转构件包括调节螺圈103，调节螺圈103转动安装在第一固定套筒101与第二固定套筒102之间，调节螺圈103与第二镜筒段1062的外侧壁螺纹连接；第一固定套筒101内安装激光输出接口104。

更进一步地，如图14至图17所示，光束耦合机构10还包括弹性预紧结构，镜筒106远离激光输出接口104的一端通过弹性预紧结构连接固定套筒的第二端。弹性预紧结构可以理解为本领域所公知的能够定向地提供预紧力的弹片、弹簧、弹性板等，对此也不作具体限定。对于现有的光束耦合机构而言，当前在调节镜筒相对于固定套筒的轴向位置，以对激光光斑进行聚焦时，由于装配误差的存在，往往不能将镜筒调节至预设位置，从而本实施例进一步设计了弹性预紧结构，基于弹性预紧结构对镜筒106所提供的预紧力，可准确地将镜筒106调节至预设位置，以使得在传输光纤105的端面上的聚焦光斑的直径小于纤芯直径，从而有效地减小了耦合装置所存在的装配误差，确保了光束耦合的可靠性，可进一步防止在大功率激光连续输出时因激光束的焦点部分甚至全部处于传输光纤纤芯之外而对传输光纤105造成损伤。

另外，光束耦合机构10还包括水冷结构，水冷结构设置在镜筒106的侧壁上。水冷结构可以理解为本领域所公知的用于冷却水进行热交换的夹层结构或流道结构，对此不作具体限定。通过设置在镜筒106的侧壁上的水冷结构，可基于水冷结构对镜筒106的水冷却而实现对耦合镜片107的间接冷却，有效防止在大功率激光连续输出时，耦合镜片107因吸收过多热量引起变形而导致聚焦光斑的位置出现偏差。从而本实施例综合水冷结构与弹性预紧结构对聚焦光斑的联合调控作用，有力地确保了光束耦合的可靠性。

优选地，如图14与图18所示，本实施例中镜筒106包括远离激光输出接口104的第一镜筒段1061，水冷结构包括开设在第一镜筒段1061外侧壁上的冷却流道108，第一镜筒段1061内安装有耦合镜片107，第一镜筒段1061的外侧壁上套装有用于密封冷却流道108的冷却套筒109，冷却套筒109的外侧壁与固定套筒的内侧壁滑动连接。通过将冷却流道108设置在第一镜筒段1061外侧壁上，可便于加工，且不占用过多的外部空间。为了便于冷却流道108较好地分布在第一镜筒段1061侧壁上的各个区域，冷却流道108排布的形状可优选为蛇形，从而也相应地确保了在第一镜筒段1061侧壁上的各个区域温度分布的均匀性。

弹性预紧结构包括预紧弹簧112，冷却套筒109与第一镜筒段1061远离激光输出接口104的一端共同抵接预紧弹簧112的一端，预紧弹簧112的另一端抵接第二固定套筒102。由于预紧弹簧具有较好的形变特性与自恢复性，并能够与镜筒106保持较好的同轴度，不会对光束在镜筒106内的传输带来影响。

更进一步地，如图14所示，本实施例中第二固定套筒102的内侧壁与冷却套筒109的外侧壁滑动连接。第二固定套筒102上开设有第一窗口115，冷却套筒109的外侧壁上设有沿其轴向排布的刻度线，刻度线与第一窗口115相对应。由于本实施例是基于对镜筒106位置的调节来相应地实现对聚焦光斑直径的调节，且在镜筒106移动时，冷却套筒109会随之一起移动，从而可在冷却套筒109的外侧壁上设置刻度线，通过观测第一窗口115内刻度线上刻度的变化，实时精确地控制镜筒106移动的距离，从而相应地达到对聚焦光斑直径的精确调节。

更进一步地，如图16所示，本实施例中第二固定套筒102上开设有第二窗口116，冷却套筒109的外侧壁上装有进水接头117与出水接头118，其中，进水接头117与出水接头118均沿冷却套筒109的径向布置，进水接头117连通冷却流道108的一端，冷却流道108的另一端连通出水接头118，进水接头117、出水接头118分别与第二窗口116相对应。具体地，本实施例所示的第二窗口116作为让位口，便于进水接头117与出水接头118直接安装在冷却套筒109的外侧壁上。

如图14所示，还可在第一镜筒段1061的两端与冷却套筒109的内侧壁之间设有第一密封结构110与第二密封结构111，如此，第一镜筒段1061、冷却套筒109、第一密封结构110及第二密封结构111围成了一个密闭腔，在将冷却流道108设置在第一密封结构110与第二密封结构111之间时，可有效防止冷却流道108内流动的冷却水从该密闭腔内流出。其中，第一密封结构110与第二密封结构111结构相同，均包括环形密封槽与环形密封圈，环形密封槽设置于第一镜筒段1061的外侧壁上，环形密封圈嵌装于环形密封槽内，并对冷却套筒109的内侧壁进行接触密封。

如图14所示，还可以在冷却套筒109与第一镜筒段1061远离激光输出接口104的一端开设有环形卡槽，环形卡槽沿着镜筒106的轴向布置，预紧弹簧112的一端伸入至环形卡槽内，另一端与环形调节构件113相抵接，环形调节构件113与固定套筒的第二端螺纹连接。由此，通过设计环形卡槽，可在环形卡槽的限制下确保预紧弹簧112稳定地进行弹性形变，并且基于环形调节构件113还可进一步调节预紧弹簧112的弹力大小，便于有效消除在对镜筒106的位置进行螺纹调节时出现的螺纹间隙，从而相应地提高了对耦合镜片107调节的精度，并确保了耦合镜片107的稳定性。

进一步地，如图17所示，本实施例中固定套筒内还装有光敏元件114，光敏元件114靠近激光输出接口104的朝向镜筒106的一端，其中，光敏元件114可以为本领域所公知的光敏二极管。具体地，工作时，激光输出接口104内插装有传输光纤105，传输光纤105的端面从激光输出接口104朝向镜筒106的一端略微伸出。在对光束进行耦合时，激光光束从固定套筒的第二端入射至镜筒106内，镜筒106内的耦合镜片107会对激光光束进行聚焦，当聚焦光斑过大并超过传输光纤105纤芯直径，或者聚焦光斑偏离光纤中心时，聚焦光斑超出纤芯范围进入包层区域，都会在传输光纤105端面产生强烈的散射光，从而可通过光敏元件114感知该光信号，并将光信号传输至控制系统，控制系统可基于光敏元件114采集的信号实时监控激光光束的耦合状态。

本发明实施例还提供一种激光器，包括如上述所述的激光光闸，还包括激光发生器(图中未示出)，激光发生器的输出端连接于激光输入接口1。

通过以上实施例可以看出，本发明提供的激光光闸及激光器，其中激光光闸包括激光输入接口1、多个激光输出接口以及多个光路切换组件，每个激光输出接口均对应一组光路切换组件，每组光路切换组件均包括相对设置的旋转反射镜3和固定反射镜4，旋转反射镜3在旋转轴302的带动下转动，进而可在光路导通位置和光路断开位置之间切换，当旋转反射镜3转动至光路导通位置时，由激光输入接口1入射的激光经过旋转反射镜3和固定反射镜4的反射后，反射至对应的激光输出接口输出；当旋转反射镜3转动至光路断开位置时，入射的激光将直接入射至下一个位于光路导通位置的旋转反射镜3，因而当前的反射光路处于断开状态，对应的激光输出接口无激光输出。该激光光闸通过转动旋转反射镜3实现光路切换，稳定性高，切换速度快，可在数十毫秒时间内完成切换，且可实现一激多用，便于多工位操作，让用户在应用需求发生改变或是传输光纤发生损坏时，可以随时切换激光输出接口，提高了更换传输光纤的便捷性。且该激光光闸在切换光路时，还可以保持激光器的输出功率不变，多通道可独立操作互不影响，有助于提高对激光系统的保护。同时该激光光闸通过第一倾角调节机构和第二倾角调节机构来独立调节旋转反射镜3和固定反射镜4的倾角，无需再对耦合透镜进行偏转调节，大大降低了调节难度。

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 (10)

1.一种激光光闸，其特征在于，包括激光输入接口、准直透镜、多个激光输出接口、多个耦合透镜以及多个光路切换组件；所述光路切换组件包括相对设置的旋转反射镜和固定反射镜，多个所述旋转反射镜均通过对应的第一倾角调节机构安装于所述激光输入接口的入射光路上，每个所述固定反射镜通过对应的第二倾角调节机构安装于所述激光输出接口的出射光路上；所述准直透镜安装于所述激光输入接口的入射光路上，所述准直透镜用于将入射光束变为准直光束后投射至所述旋转反射镜；每个所述激光输出接口的出射光路上各设置一个所述耦合透镜，所述耦合透镜用于将所述准直光束汇聚后出射至所述激光输出接口；

所述旋转反射镜的旋转轴连接于旋转驱动机构，所述旋转驱动机构用于带动所述旋转反射镜在光路导通位置和光路断开位置之间切换；所述固定反射镜用于在所述旋转反射镜位于所述光路导通位置时，将经过所述旋转反射镜反射的光束再次反射后，从所述激光输出接口出射。

2.根据权利要求1所述的激光光闸，其特征在于，还包括固定座，所述第一倾角调节机构包括至少三个第一调节件，所述旋转反射镜通过所述第一调节件安装于所述固定座，所述第一调节件可沿所述旋转反射镜的法线方向移动，以调节所述旋转反射镜的倾角。

3.根据权利要求2所述的激光光闸，其特征在于，所述第二倾角调节机构包括至少三个第二调节件，所述固定反射镜通过所述第二调节件安装于所述固定座，所述第二调节件可沿所述固定反射镜的法线方向移动，以调节所述固定反射镜的倾角。

4.根据权利要求3所述的激光光闸，其特征在于，所述旋转反射镜的法线和所述固定反射镜的法线的夹角在90°±3°之间或者180°±3°之间可调。

5.根据权利要求1所述的激光光闸，其特征在于，所述耦合透镜通过光束耦合机构安装于所述激光输出接口的出射光路上，所述光束耦合机构用于带动所述耦合透镜沿所述准直光束的传输方向移动，以调节聚焦光斑的直径。

6.根据权利要求1所述的激光光闸，其特征在于，所述准直光束在所述旋转反射镜上的投影为椭圆形光斑，所述旋转反射镜的尺寸大小与所述旋转反射镜的旋转角度之间满足如下关系式：

其中，L为所述旋转反射镜的旋转轴的中心与所述椭圆形光斑的中心的距离，θ为所述旋转反射镜绕所述旋转轴转动的角度，W为所述旋转反射镜的宽度，R为所述准直光束的半径。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光光闸，其特征在于，还包括激光吸收机构，所述激光吸收机构安装于所述激光输入接口的入射光路上，且所述激光吸收机构位于所述旋转反射镜背离所述激光输入接口的一侧。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的激光光闸，其特征在于，还包括指示光发射机构，所述指示光发射机构安装于所述激光输出接口的出射光路上，且所述指示光发射机构位于所述固定反射镜背离所述激光输出接口的一侧。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的激光光闸，其特征在于，所述旋转反射镜为全反镜或者分光镜；所述固定反射镜为全反镜。

10.一种激光器，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的激光光闸，还包括激光发生器，所述激光发生器的输出端连接于激光输入接口。

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