CN113649690A - 一种具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统 - Google Patents

一种具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统，其特征在于，包括：激光系统，用于产生激光束，并且将所述激光束准直后聚焦；双纤芯光纤，包括内纤芯以及包络于所述内纤芯的环状外纤芯；双楔形棱镜组：包括第一楔形镜片以及第二楔形镜片，所述第一楔形镜片以及第二楔形镜片的光轴重合；所述双楔形棱镜组设置于激光束照射路径的任意位置上，第一楔形镜与第二楔形镜片的相对旋转，使所述激光系统得到的焦点照射于双纤芯光纤的内纤芯或者外纤芯的截面。

Description

一种具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统
【技术领域】
本发明涉及种一种具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统。。
【背景技术】
现代激光技术高速发展，其在工业加工领域、国防、医疗等领域的应用不断的扩展，尤其是高功率光纤激光器在工业加工领域展现出独有的优势，例如金属板材的切割，但同时在焊接、熔覆、清洗等领域都展现出巨大的潜力。在以上的应用中常常需要根据具体工艺或者应用场合选择光束类型，例如，由圆形光束切换到圆环状光束。
为了获取不同光束模式的光束，在实际应用中，激光器往往针对一种光束设计，从而每一种光束都需要对应一台激光器，当需要从圆形光束切换成环形光束的使用工况，要求相应地切换激光器，这大大增加了使用成本和系统复杂度。
【发明内容】
综上所述，本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统，包括：激光系统，用于产生激光束，并且将所述激光束准直后聚焦；
双纤芯光纤，包括内纤芯以及包络于所述内纤芯的环状外纤芯；
双楔形棱镜组：包括第一楔形镜片以及第二楔形镜片，所述第一楔形镜片以及第二楔形镜片的光轴重合；
所述双楔形棱镜组设置于激光束照射路径的任意位置上，第一楔形镜与第二楔形镜片的相对旋转，使所述激光系统得到的焦点照射于双纤芯光纤的内纤芯或者外纤芯的截面。
在一些具体实施方式中，所述激光系统包括：激光器、准直镜片以及聚焦镜片；所述激光器产生的激光束经过准直镜片变成平行光束后，由聚焦镜片聚焦。
在一些具体实施方式中，所述双楔形棱镜组设置于激光器与准直镜片之间，激光器的中心和第一楔形镜片以及第二楔形镜片的光轴重合；
所述第一楔形镜与第二楔形镜片的相对旋转，使激光器与准直镜片之间的激光束发生偏折，发生偏折的激光束经过准直镜片和聚焦镜片镜片后得到的焦点照射于内纤芯或者外纤芯的截面。
在一些具体实施方式中，所述双楔形棱镜组设置于准直镜片以及聚焦镜片之间，准直镜片与聚焦镜片之间的平行激光束的中心和第一楔形镜片以及第二楔形镜片的光轴重合；所述第一楔形镜与第二楔形镜片的相对旋转，使准直镜片以及聚焦镜片之间的激光束发生偏折，发生偏折的激光束经过聚焦镜片镜片后得到的焦点照射于内纤芯或者外纤芯的截面。
在一些具体实施方式中，所述双楔形棱镜组设置于聚焦镜片和双纤芯光纤之间，聚焦镜片和双纤芯光纤之间的激光束的中心和第一楔形镜片以及第二楔形镜片的轴心重合；所述第一楔形镜与第二楔形镜片的相对旋转，使聚焦镜片和双纤芯光纤之间的激光束发生偏折，发生偏折的激光束照射于内纤芯或者外纤芯的截面。
本发明的技术方案中，通过旋转位于激光束内的第一楔形镜或者第二楔形镜片，在第一楔形镜或者第二楔形镜片处在某一个位置上，光束照射双楔形棱镜组后经过聚焦镜片后，激光束不发生偏折，最终形成一个焦点，使该焦点其落在内纤芯上，旋转双楔形棱镜组中的第一楔形镜或者第二楔形镜片，使第一楔形镜和第二楔形镜片的相对位置发生改变，在此位置栅个，经过第一楔形镜和第二楔形镜片的激光束发生偏折，最终使得到的焦点发生移动落在第二纤芯的截面截面上，由于给第二纤芯为环状结构，最终经过第二纤芯的引导后，得到环状光斑。由此可见，本发明的光学系统最终可以得到圆形光斑或者环状光斑，并且，可以在圆形光斑和环状光斑之间切换，而无需分别制造另外一个激光设备。
【附图说明】
图1为本发明一实施方式的具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统示意图；
图1-1为图1所示具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统的焦点照射于内纤芯时候的P处局部放大剖面示意图；
图1-2图1所示具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统的焦点照射于外纤芯时候的P处局部放大剖面示意图；
图2为图1所示具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统的工作原理示意图；
图3为图1所示具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统的焦点照射于内纤芯得到的圆形光斑示意图；
图4为图1所示具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统的焦点照射于外纤芯得到的环形光斑示意图；
图5和图6为双楔形棱镜组工作原理示意图。
【具体实施方式】
下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不会构成任何限制。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图1和图2所示，本发放的具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统，包括：激光系统1，用于产生激光束，并且将所述激光束准直后聚焦；
双纤芯光纤40，包括内纤芯402以及包络于所述内纤芯402的环状外纤芯401；
双楔形棱镜组2：包括第一楔形镜片21以及第二楔形镜片22，所述第一楔形镜片21以及第二楔形镜片22的光轴重合；
所述双楔形棱镜组2设置于激光束照射路径的任意位置上，第一楔形镜21与第二楔形镜片22的相对旋转（可以是第一楔形镜21不动，第二楔形镜片22转动；也可以是第二楔形镜片22不动，第一楔形镜21转动；也可以是第二楔形镜片22和第一楔形镜21都相对转动），使所述激光系统得到的焦点照射于双纤芯光纤40的内纤芯402（如图2中的焦点e1所示，最终，经过内纤芯402后，得到圆形光斑，参考图3）或者外纤芯401的截面（如图2中的焦点e2所示，最终，经过该外纤芯401后，得到环形光斑，参考图4）。
更具体地，第一楔形镜片21以及第二楔形镜片22的斜面相对，它们的光轴中心以及激光束的中心重合，并且第一楔形镜片21可以沿着自身的光轴中心转动，如图2中的W1所示，或者第二楔形镜片22可以沿着自身的光轴中心转动，如图2中的W2所示，或者第一楔形镜片21以及第二楔形镜片22均可以绕着自身的光轴转动，如图2中W1和W2箭头所示；参考图5，当第一楔形镜21与第二楔形镜片22的相对旋转，直到第一楔形镜21与第二楔形镜片22的倾斜面平行，即他们成互补位置状态，激光束经过第一楔形镜片21后所发生的偏折激光束再经过第二楔形镜片22，第二楔形镜片22又反方向使偏折的激光束发生相同程度的偏折，最终相当于激光束没有发生偏折，即偏折角度为0，即激光束没有发生偏折，激光束按照原来的方向照射，最终经过聚焦镜片30得到焦点e1，该焦点e1正好和内纤芯402正对（如图2以及图1-1所示），最终经过内纤芯402后得到圆形光斑（参考图3），以用于焊接等用途。当需要环形状光斑，则使第一楔形镜21与第二楔形镜片22相对旋转，打破了第一楔形镜21与第二楔形镜片22的互补位置状态，则激光束经过第一楔形镜21发生第一次偏折后再经过第二楔形镜片22发生相同方向的第二次偏折，最终使该激光束发生偏折（如图6所示，为激光束偏折的最大程度），设偏折角为m，参考图2，最终该偏折激光束照射到外纤芯401的截面（如图1-2和图2中的e2所示），经过该外纤芯401后，得到环形激光束，如图4所示。由此可见，第一楔形镜21与第二楔形镜片22相对的旋转可以使焦点在双纤芯光纤40的内纤芯402和外纤芯401之间快速切换以适应于不同应用场合以及不同工艺，无需分别单独设计激光设备。
进一步地，所述激光系统包括：激光器10、准直镜片20以及聚焦镜片30；所述激光器10产生的激光束经过准直镜片20变成平行光束后，由聚焦镜片30聚焦。
关于“所述双楔形棱镜组2设置于激光束照射路径的任意位置上”的理解，如下示意了三种具体实施例（注意，本发明的原理以实施例二为举例进行说明）
实施例一：所述双楔形棱镜组设置于激光器10与准直镜片20之间，激光器10的中心和第一楔形镜片以及第二楔形镜片的光轴重合；所述第一楔形镜与第二楔形镜片的相对旋转，使激光器10与准直镜片20之间的激光束发生偏折，发生偏折的激光束经过准直镜片20和聚焦镜片30镜片后得到的焦点照射于内纤芯或者外纤芯的截面。
实施例二：所述双楔形棱镜组设置于准直镜片20以及聚焦镜片30之间，准直镜片20与聚焦镜片30之间的平行激光束的中心和第一楔形镜片以及第二楔形镜片的光轴重合；所述第一楔形镜与第二楔形镜片的相对旋转，使准直镜片20以及聚焦镜片30之间的激光束发生偏折，发生偏折的激光束经过聚焦镜片30镜片后得到的焦点照射于内纤芯或者外纤芯的截面。
实施例三：所述双楔形棱镜组设置于聚焦镜片30和双纤芯光纤之间，聚焦镜片30和双纤芯光纤之间的激光束的中心和第一楔形镜片以及第二楔形镜片的轴心重合；所述第一楔形镜与第二楔形镜片的相对旋转，使聚焦镜片30和双纤芯光纤40之间的激光束发生偏折，发生偏折的激光束照射于内纤芯或者外纤芯的截面。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。

Claims (5)

1.一种具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统，其特征在于，包括：
激光系统，用于产生激光束，并且将所述激光束准直后聚焦；
双纤芯光纤，包括内纤芯以及包络于所述内纤芯的环状外纤芯；
双楔形棱镜组：包括第一楔形镜片以及第二楔形镜片，所述第一楔形镜片以及第二楔形镜片的光轴重合；
所述双楔形棱镜组设置于激光束照射路径的任意位置上，第一楔形镜与第二楔形镜片的相对旋转，使所述激光系统得到的焦点照射于双纤芯光纤的内纤芯或者外纤芯的截面。
2.根据权利要求1所述的具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统，其特征在于，所述激光系统包括：激光器（10）、准直镜片（20）以及聚焦镜片（30）；所述激光器（10）产生的激光束经过准直镜片（20）变成平行光束后，由聚焦镜片（30）聚焦。
3.根据权利要求2所述的具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统，其特征在于，所述双楔形棱镜组设置于激光器（10）与准直镜片（20）之间，激光器（10）的中心和第一楔形镜片以及第二楔形镜片的光轴重合；所述第一楔形镜与第二楔形镜片的相对旋转，使激光器（10）与准直镜片（20）之间的激光束发生偏折，发生偏折的激光束经过准直镜片（20）和聚焦镜片（30）镜片后得到的焦点照射于内纤芯或者外纤芯的截面。
4.根据权利要求2所述的具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统，其特征在于，所述双楔形棱镜组设置于准直镜片（20）以及聚焦镜片（30）之间，准直镜片（20）与聚焦镜片（30）之间的平行激光束的中心和第一楔形镜片以及第二楔形镜片的光轴重合；所述第一楔形镜与第二楔形镜片的相对旋转，使准直镜片（20）以及聚焦镜片（30）之间的激光束发生偏折，发生偏折的激光束经过聚焦镜片（30）镜片后得到的焦点照射于内纤芯或者外纤芯的截面。
5.根据权利要求2所述的具有圆形和环形光斑切变功能的光学系统，其特征在于，所述双楔形棱镜组设置于聚焦镜片（30）和双纤芯光纤之间，聚焦镜片（30）和双纤芯光纤之间的激光束的中心和第一楔形镜片以及第二楔形镜片的轴心重合；所述第一楔形镜与第二楔形镜片的相对旋转，使聚焦镜片（30）和双纤芯光纤之间的激光束发生偏折，发生偏折的激光束照射于内纤芯或者外纤芯的截面。
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