CN111948829A - 一种可调式光纤准直系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可调式光纤准直系统，包括镜筒，所述镜筒内依次设置有分光组件、偏振组件、放大组件、转向组件和汇聚组件；所述分光组件的入射端连接光纤入射端口，所述分光组件的出射端设有接收窗口；所述光纤入射端口的入射角度可调；所述偏振组件包括多个波片，每个波片均具有独立的调节机构；所述转向组件相对于系统的距离和角度可调；所述汇聚组件与放大组件之间的距离可调。本发明既能够调节出射光能量并使出射光为标准的圆偏光且减小系统的横向尺寸，又具有多组件独立可调的功能，改善系统的准直性能。

Description

一种可调式光纤准直系统

技术领域

本发明涉及光学设备技术领域，尤其涉及一种高准直性、结构紧凑、光束质量优异且出射光斑能量和偏振态可调的光纤准直系统及其调试方法，具体为一种可调式光纤准直系统。

背景技术

随着激光和光纤相关技术快速发展，激光器相关产品日渐成熟、商用化程度不断提高。由于光纤激光的光能量集中、方向性和单色性好等特点，光纤激光在各行各业中的应用越来越普遍，在工业生产和科学研究中，人们希望光纤激光经过准直后的光能量和偏振态可调，且机械结构能够更加紧凑，目前市场上现有的光纤激光准直器结构多为直筒的准直系统，无偏振态的设计需求，且设计的口径较小，直筒式设计导致的系统总长过长也大大限制了准直系统在工业生产和科学研究中的应用。

公开号CN110174775A的中国专利于2019年8月27日公开了一种可调式光纤准直系统，激光光源连接光纤发出的激光经过所述光纤准直系统后出射准直光，所述光纤准直系统包括镜筒和依次设置在所述镜筒内的1/2波片、偏振分光棱镜、1/4波片、平凹透镜、反射镜和双胶合透镜，所述1/2波片用于旋转改变入射光偏振态，所述偏振分光棱镜用于改变出射光能量，所述1/4波片用于旋转改变出射光偏振态，经过所述的1/2波片、偏振分光棱镜和1/4波片之后的出射光经平凹透镜扩束后，由所述反射镜发射到双胶合透镜，然后由所述双胶合透镜进行准直。该专利申请可以调节出射光能量并使出射光为标准的圆偏光，同时通过转角设计减小了系统的横向尺寸，但是其偏振组件调节不便，且转向组件不可调，限制了系统的应用范围。

因此，本发明提供一种可调式光纤准直系统，既能够调节出射光能量并使出射光为标准的圆偏光且减小系统的横向尺寸，又具有多组件独立可调的功能。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种可调式光纤准直系统，该系统内多组件独立可调，扩大了系统的可应用范围。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种可调式光纤准直系统，包括镜筒，所述镜筒内依次设置有分光组件、偏振组件、放大组件、转向组件和汇聚组件；所述分光组件的入射端连接光纤入射端口，所述分光组件的出射端设有接收窗口；所述光纤入射端口的入射角度可调；所述偏振组件包括多个波片，每个波片均具有独立的调节机构；所述转向组件相对于系统的距离和角度可调；所述汇聚组件与放大组件之间的距离可调。

上述技术方案中，通过分光组件与偏振组合改变入射光偏振态与出射光能量分布，通过放大组件与汇聚组件对光纤发出的光进行放大和准直，通过转向组件改变光线的传播方向，实现出射光能量可调且出射光为标准的圆偏光，并且减小了系统的横向尺寸。另外，光纤入射端口可调，能够改变光的入射角度；偏振组件内的每个波片独立可调，使偏振态调制操作可便捷；转向组件与系统之间的相对距离和角度均可调，能够实现光斑任意角度的设计；汇聚组件与放大组件之间的距离可调，能够改善准直性能。

作为进一步的技术方案，所述调节机构包括行星齿轮组，每个行星齿轮组装入一波片；相邻两行星齿轮组之间通过螺纹连接。

进一步地，所述偏振组件设有两组行星齿轮组，一组装配1/2波片，另一组装配1/4波片。

作为进一步的技术方案，所述镜筒内与偏振组件相对应的位置设有机架和端盖，所述行星齿轮组装配于机架和端盖之间；所述行星齿轮组包括设置在最外端的调节环及设置在调节环与波片之间的导向轮。

具体地，机架和端盖之间通过螺钉连接，螺钉的安装位置避开行星齿轮组，设置于相对靠近中心的位置。

具体地，通过调节最外端的调节环，将旋转的力矩通过固定的导向轮传递给偏振组件，实现对偏振组件的调节。

作为进一步的技术方案，所述机架远离行星齿轮组的一侧设有外螺纹，所述端盖远离行星齿轮组的一侧设有内螺纹；相邻两行星齿轮组之间通过外螺纹和内螺纹的配合相连接。通过外螺纹和内螺纹的配合可以将多组行星齿轮组进行连接。

作为进一步的技术方案，所述转向组件包括基座，所述基座与镜筒可拆卸连接；所述基座靠近镜筒的一端装配有反射镜，远离镜筒的一端装配有旋转体，所述反射镜和旋转体一体设置。当转动旋转体远离镜筒时，反射镜与系统的相对距离增大；当转动旋转体靠近镜筒时，反射镜与系统的相对距离减小。

进一步地，所述转向组件可设计为45度、60度等任意角度，根据需求而定。

作为进一步的技术方案，所述旋转体远离反射镜的一端设有一组锁紧螺钉孔和一组可调螺钉孔，两组螺钉孔对称布设。锁紧螺钉孔内插入锁紧螺钉，可调螺钉孔内插入拉伸螺钉，旋转体与反射镜之间保持一定的距离，使反射镜可沿拉伸螺钉的轴线偏转，进而调节反射镜的俯仰角度，从而保证出射光轴线与汇聚组件的轴心线重合。该技术方案可实现距离与俯仰角度的相互独立调节。

具体地，通过光束质量分析仪和CCD相机，光差出射光束的圆度及能量分布。

作为进一步的技术方案，所述旋转体上设有螺旋导向槽，所述基座上设有定位销，所述定位销前端插入螺旋导向槽；所述基座上与定位销相对的另一侧设有螺钉固定孔。

作为进一步的技术方案，所述汇聚组件装配于旋转支架内，所述旋转支架与镜筒的内壁旋转连接。所述汇聚组件包括两个透镜，所述汇聚组件装设于旋转支架的底端。

进一步地，所述旋转支架上设有螺旋导向槽，所述镜筒侧壁配置有定位销，所述定位销的前端插入螺旋导向槽，调节到合适位置后，在与定位销相对的另一侧通过螺钉固定。

所述光纤入射端口设有入射角度调节组件，所述入射角度调节组件的外端面设有两组螺钉孔，一组用于固定，一组用于调节。所述入射角度调节组件的调节方式与转向组件调节俯仰角度的方式类似。

作为进一步的技术方案，所述镜筒的出射端设有法兰盘。所述法兰盘通过镜筒侧面的一圈紧固螺钉固定在镜筒上，方便系统的安装，同时可保证入射头360度旋转。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明可通过调节光纤入射端口改变光的入射角度，通过调节偏振组件改变光的出射光能量和偏振态，通过调节转向组件实现光斑任意角度的设计，通过调节汇聚组件改善准直性能，通过接收窗口对准直光进行检测，即通过实现多组件的独立调节，改善系统性能，扩大系统的应用场景。

(2)本发明通过行星齿轮组实现偏振组件内多个波片的独立调节，操作便捷且提高了偏振调节的准确性。

(3)本发明通过旋转体调节反射镜与系统的相对距离，通过锁紧螺钉组和可调螺钉组的组合调节反射镜的俯仰角度，满足对任意角度光斑的需求。

(4)本发明通过旋转支架调节汇聚组件与放大组件之间的距离，改善系统的准直性能。

(5)本发明通过法兰盘结构实现多个准直系统的组合使用。

(6)本发明的入射端光纤采用贴合可调设计，方便调节光斑能量汇聚于出射端的中心。

(7)本发明经入射端和出射端均设计为伸缩可调结构，可保证出射光的大小调节与准直性调节。

(8)本发明通过分光组件与偏振组合改变入射光偏振态与出射光能量分布，通过放大组件与汇聚组件对光纤发出的光进行放大和准直，通过转向组件改变光线的传播方向，实现出射光能量可调且出射光为标准的圆偏光，并且减小了系统的横向尺寸。

附图说明

图1为根据本发明实施例的可调式光纤准直系统的结构示意图。

图2(a)为根据本发明实施例的行星齿轮组的示意图。

图2(b)为根据本发明实施例的偏振组件的调节结构示意图。

图3(a)为根据本发明实施例的转向组件的结构示意图。

图3(b)为根据本发明实施例的旋转体的结构示意图。

图4(a)为根据本发明实施例的光纤入射端口的示意图。

图4(b)为根据本发明实施例的入射角度调节组件的示意图。

图5(a)-(b)为根据本发明实施例的转向组件的调节示意图。

图6(a)-(b)为根据本发明实施例的法兰盘的示意图。

图中：1、光纤入射端口；101、光纤；102、斜口；103、M2的螺纹孔；104、M2的螺纹间隙孔；2、分光组件；3、偏振组件；301、调节环；302、导向轮；303、波片；304、机架；3041、外螺纹；305、端盖；3051、内螺纹；306、螺钉；4、放大组件；5、转向组件；501、旋转体；5011、螺旋导向槽；502、基座；503、定位销；504、固定螺钉；505、反射镜；506、锁紧螺钉孔；507、可调螺钉孔；6、汇聚组件；7、法兰盘；

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

如图1所示，本实施例提供一种可调式光纤准直系统，包括镜筒，所述镜筒内依次设置有分光组件、偏振组件、放大组件、转向组件和汇聚组件；所述分光组件的入射端连接光纤入射端口，所述分光组件的出射端设有接收窗口；所述光纤入射端口的入射角度可调；所述偏振组件包括多个波片，每个波片均具有独立的调节机构；所述转向组件相对于系统的距离和角度可调；所述汇聚组件与放大组件之间的距离可调。

所述偏振组件用于实时改变光的偏振态。所述偏振组件设有两组行星齿轮组，一组装配1/2波片，另一组装配1/4波片。1/2波片和1/4波片均可独自实现360度旋转。

如图2(a)-(b)所示，所述镜筒内与偏振组件相对应的位置设有机架和端盖，所述行星齿轮组装配于机架和端盖之间。机架和端盖之间通过螺钉连接，螺钉的安装位置避开行星齿轮组，设置于相对靠近中心的位置。

所述行星齿轮组包括设置在最外端的调节环及设置在调节环与波片之间的导向轮。通过调节最外端的调节环，将旋转的力矩通过固定的导向轮传递给偏振组件，实现对偏振组件的调节。

所述机架远离行星齿轮组的一侧设有外螺纹，所述端盖远离行星齿轮组的一侧设有内螺纹；相邻两行星齿轮组之间通过外螺纹和内螺纹的配合相连接。通过外螺纹和内螺纹的配合可以将多组行星齿轮组进行连接。

所述转向组件用于实现光斑任意角度的设计。如图1，按照45度设计，首先将反射镜装配在基座上面，然后将基座装入准直系统。调节方式如图5(a)-(b)所示，通过转动旋转体调节反射镜基座与准直系统之间的距离。然后通过调节旋转体处设置的螺钉孔，安装螺钉，通过控制螺钉的松紧力度来控制反射镜的角度。通过锁紧螺钉孔，连接旋转体与反射镜；通过可调螺钉孔，使反射镜与旋转体之间保持一定的距离，同时保证出射光轴线与汇聚组件的轴心线重合。测试时，通过光束质量分析仪和CCD,观察出射光束的圆度和能量分布。

所述转向组件可实现距离调节与俯仰角度调节相互独立，距离调节可采用图3所示的结构。

如图3(a)-(b)所示，通过基座、旋转体、定位销、螺钉实现距离调节。其中旋转体中设置一螺旋导向槽，然后在基座上的相对两侧设置螺孔，定位销穿过其中一螺孔插入螺旋导向槽，销钉前端插入旋转体中的螺旋导向槽，调节到合适位置后固定，然后用螺钉穿过另一侧的螺孔与旋转体表面固定，从而对整个旋转体进行固定。

所述汇聚组件装配于旋转支架内，所述旋转支架与镜筒的内壁旋转连接。所述汇聚组件包括两个透镜，所述汇聚组件装设于旋转支架的底端。所述旋转支架的调节结构与旋转体的调节结构类似，这里的定位销穿过镜筒侧壁插入存在支架的螺旋导向槽内，另一侧的螺钉同样穿过镜筒侧壁与旋转支架的外壁相抵固定，从而在汇聚组件旋转到合适位置时对汇聚组件进行固定。所述光纤准直系统通过旋转支架实现放大组件和汇聚组件间的位置调节功能，改善准直性能。

如图4(a)-(b)所示，所述光纤入射端口设有入射角度调节组件，可以改变入射光纤的入射角度。如4(a)所示，将光纤接口设置为倾斜结构，倾斜角度，与APC光纤角度一致，可设置为8度的倾斜角。利用如图4(b)中的螺纹调节入射角，其中103处为M2的螺纹孔，104处为M2的螺纹间隙孔，调节方式类似图5中的调节方式。

所述光纤准直系统能调节光纤入射点到放大组件的距离，其实现方案于转向组件的距离调节方案一致。图4(b)中，一组螺纹孔供紧固螺钉插入进行锁紧固定，另一组螺纹孔供拉伸螺钉插入用于入射角度调节组件的偏转，从而实现光的入射角度调节；另外，通过紧固螺钉的推进或拉出来调节入射角度调节组件与放大组件之间的距离。

如图6(a)-(b)所示，所述镜筒的出射端设有法兰盘。所述法兰盘通过镜筒侧面的一圈紧固螺钉固定在镜筒上，方便系统的安装，同时可保证入射头360度旋转。所述光纤准直系统可实现多个系统组合在一起使用，保证出射光斑汇聚于一点，可设置一圆环，四周对称均布n个法兰接口，装配N个准值系统，将光斑汇聚于正中心。

所述的系统，根据使用功能不同，为镜片镀上不同的膜系，如780nm、1064nm等不同波长，反射镜亦可以镀保护金，保护银等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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实施例技术方案。

Claims (10)

1.一种可调式光纤准直系统，包括镜筒，其特征在于，所述镜筒内依次设置有分光组件、偏振组件、放大组件、转向组件和汇聚组件；所述分光组件的入射端连接光纤入射端口，所述分光组件的出射端设有接收窗口；所述光纤入射端口的入射角度可调；所述偏振组件包括多个波片，每个波片均具有独立的调节机构；所述转向组件相对于系统的距离和角度可调；所述汇聚组件与放大组件之间的距离可调。

2.根据权利要求1所述的可调式光纤准直系统，其特征在于，所述调节机构包括行星齿轮组，每个行星齿轮组装入一波片；相邻两行星齿轮组之间通过螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的可调式光纤准直系统，其特征在于，所述镜筒内与偏振组件相对应的位置设有机架和端盖，所述行星齿轮组装配于机架和端盖之间；所述行星齿轮组包括设置在最外端的调节环及设置在调节环与波片之间的导向轮。

4.根据权利要求3所述的可调式光纤准直系统，其特征在于，所述机架远离行星齿轮组的一侧设有外螺纹，所述端盖远离行星齿轮组的一侧设有内螺纹；相邻两行星齿轮组之间通过外螺纹和内螺纹的配合相连接。

5.根据权利要求1所述的可调式光纤准直系统，其特征在于，所述转向组件包括基座，所述基座与镜筒可拆卸连接；所述基座靠近镜筒的一端装配有反射镜，远离镜筒的一端装配有旋转体，所述反射镜和旋转体一体设置。

6.根据权利要求5所述的可调式光纤准直系统，其特征在于，所述旋转体远离反射镜的一端设有一组锁紧螺钉孔和一组可调螺钉孔，两组螺钉孔对称布设。

7.根据权利要求5所述的可调式光纤准直系统，其特征在于，所述旋转体上设有螺旋导向槽，所述基座上设有定位销，所述定位销前端插入螺旋导向槽；所述基座上与定位销相对的另一侧设有螺钉固定孔。

8.根据权利要求1所述的可调式光纤准直系统，其特征在于，所述汇聚组件装配于旋转支架内，所述旋转支架与镜筒的内壁旋转连接。

9.根据权利要求1所述的可调式光纤准直系统，其特征在于，所述光纤入射端口设有入射角度调节组件，所述入射角度调节组件的外端面设有两组螺钉孔，一组用于固定，一组用于调节。

10.根据权利要求1所述的可调式光纤准直系统，其特征在于，所述镜筒的出射端设有法兰盘。

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