CN114696196A - 一种光斑能量可调整的光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种光斑能量可调整的光纤激光器。其包括激光器本体，激光器本体通过控制电源与外部电源连接，激光器本体内设置有激光发生器及透镜组，安装壳内安装有铁芯，铁芯的一侧上固定设置初级磁芯，初级磁芯上缠绕有与外部电源相连的初级线圈，铁芯另一侧转动设置有磁性旋转体，安装壳内还转动设置有无磁旋转体，次级线圈依次缠绕于磁性旋转体和无磁旋转体上，次级线圈的两端与激光发生器的两个电源输入端连接；磁性旋转体和无磁旋转体之间传动连接。本发明通过对输入电压调整，达到对所述光纤激光器射出光斑能量密度的调节。另外，通过对第二透镜的位置的调整，同样达到控制光斑能量密度的要求。

Description

一种光斑能量可调整的光纤激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种光斑能量可调整的光纤激光器。

背景技术

现有技术中，采用激光对板材进行切割、刻蚀等工艺处理。但是，面对不同材质的板材，需要大小不同能量的光斑。如果光斑能量较大，容易出现板材烧蚀。如果光斑能量过小，处理效率低下。在实际应用中，一般采用遮光板遮挡部分光源的方式，但是这样只能控制光斑大小的变化，并不能达到降低光斑能量密度的技术目的。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种光斑能量可调整的光纤激光器，有效提高对板材的处理效率和处理质量。

为解决背景技术中存在的问题，本发明提出的技术方案是：

一种光斑能量可调整的光纤激光器，包括激光器本体，激光器本体通过控制电源与外部电源连接，激光器本体内设置有激光发生器及透镜组，控制电源包括安装于激光器本体外侧的安装壳，安装壳内安装有铁芯，铁芯的一侧上固定设置初级磁芯，初级磁芯上缠绕有与外部电源相连的初级线圈，铁芯另一侧转动设置有磁性旋转体，安装壳内还转动设置有无磁旋转体，次级线圈依次缠绕于磁性旋转体和无磁旋转体上，次级线圈的两端与激光发生器的两个电源输入端连接；磁性旋转体和无磁旋转体之间传动连接。

进一步地，所述磁性旋转体和无磁旋转体内均设置有L形的排线槽，安装壳上安装有第二导电滑环组、第一导电滑环组，次级线圈一端于磁性旋转体的排线槽引出并与第二导电滑环组连接，次级线圈另一端于无磁旋转体的排线槽引出并与第一导电滑环组连接，第二导电滑环组与第一导电滑环组分别与激光发生器的两个电源输入端连接。

进一步地，第二导电滑环组包括第二导电滑环内连接件、第二导电滑环外连接件，第二导电滑环外连接件固定于安装壳上，第二导电滑环内连接件限位转动设置于第二导电滑环外连接件内，磁性旋转体与第二导电滑环内连接件固定连接，次级线圈一端于磁性旋转体的排线槽引出并与第二导电滑环内连接件连接。

进一步地，第一导电滑环组包括第一导电滑环内连接件、第一导电滑环外连接件，第一导电滑环外连接件固定于安装壳上，第一导电滑环内连接件限位转动设置于第一导电滑环外连接件内，无磁旋转体与第一导电滑环内连接件固定连接，次级线圈另一端于无磁旋转体的排线槽引出并与第一导电滑环内连接件连接。

进一步地，磁性旋转体和无磁旋转体上均设置有传动轮，两个传动轮之间通过传动带传动连接。

进一步地，磁性旋转体和无磁旋转体上均设置有齿轮，两个齿轮啮合连接。

进一步地，透镜组至少包括一个固定的第一透镜、一个可上下移动的第二透镜、分光镜，一个固定的第一透镜、一个可上下移动的第二透镜、分光镜沿光线光路方向依次设置，分光镜的入射光处于法线的同侧方向。

进一步地，第一透镜固定安装于安装壳内，安装壳上开设有槽口，安装壳上槽口处固定设置滑杆，第二透镜固定于固定框上，固定框滑动设置于滑杆上，驱动机构驱动固定框沿滑杆移动。

进一步地，第一透镜、第二透镜为凸透镜。

进一步地，固定框上设置有齿条，驱动机构通过输出齿轮与齿条啮合连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过对输入电压调整，达到对所述光纤激光器射出光斑能量密度的调节。另外，通过对第二透镜的位置的调整，同样达到控制光斑能量密度的要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的另一视角的结构示意图；

图3为安装壳的剖面示意图；

图4为第二旋转件的剖面示意图；

图5为第二透镜、固定框的安装结构示意图；

图6为透镜组的安装结构示意图；

图7为第二透镜处于第一位置的光路图；

图8为第二透镜处于第二位置的光路图。

图中：1、激光器本体；2、安装壳；3、铁芯；4、初级线圈；5、磁性旋转体；6、次级线圈；7、无磁旋转体；8、转轴；9、传动轮；10、传动带；11、排线槽；12、第一导电滑环内连接件；13、第一导电滑环外连接件；14、第二导电滑环内连接件；15、第二导电滑环外连接件；16、电连接端子；17、驱动齿轮；18、变速器；19、固定杆；20、输入齿轮；21、输出齿轮；22、通孔；23、激光发生器；24、第一透镜；25、第二透镜；26、分光镜；27、槽口；28、固定框；29、滑杆；30、齿条。

具体实施方式

实施例1

如图1-图4所示，一种光斑能量可调整的光纤激光器，包括激光器本体1。激光器本体1通过控制电源与外部电源连接，激光器本体1内设置有激光发生器23及透镜组。外部电源通过控制电源对激光器本体1提供能源，激光器本体1发生激光经透镜组调整后射出光斑。

控制电源设置在激光器本体1上。控制电源包括安装壳2。安装壳固定于激光器本体1外侧。安装壳2内安装有铁芯3。铁芯3的一侧上固定设置初级磁芯，初级磁芯上缠绕有与外部电源相连的初级线圈4。安装壳2上设置两个电连接端子16分别与初级线圈4的两端连接。外部电源通过电连接端子16与初级线圈4的两端连接。

铁芯3另一侧转动设置有磁性旋转体5。初级磁芯、铁芯3、磁性旋转体5形成磁性闭合回路。安装壳2内还转动设置有无磁旋转体7。次级线圈6依次缠绕于磁性旋转体5和无磁旋转体7上。次级线圈6的两端与激光发生器23的两个电源输入端连接。磁性旋转体5和无磁旋转体7之间传动连接。初级线圈4通有电流，磁性闭合回路产生磁通变量，使次级线圈6中感应处电压。通过次级线圈6缠绕在磁性旋转体5的圈数，调整次级线圈6产生的电压强度，进而调整施加于激光器本体1上的电压，达到调整激光器本体1的输出光斑的能量密度的目的。激光发生器23自身具有控制电路，输入电压经控制电路调制后使激光发生器23激发出光线。

为了实现磁性旋转体5和无磁旋转体7上缠绕的次级线圈6的圈数的变化，在所述磁性旋转体5和无磁旋转体7内均设置有L形的排线槽11。次级线圈6一端于磁性旋转体5的排线槽11引出，次级线圈6另一端于无磁旋转体7的排线槽11引出，这样对次级线圈6的两端进行固定设置。次级线圈6全部缠绕于磁性旋转体5和无磁旋转体7上，当磁性旋转体5和无磁旋转体7同步旋转时，次级线圈6分别调整在磁性旋转体5和无磁旋转体7缠绕的圈数。次级线圈6在磁性旋转体5和无磁旋转体7缠绕的总圈数不变。磁性旋转体5具有磁性，无磁旋转体7不具有磁性。这样次级线圈6缠绕到磁性旋转体5上较多时，次级线圈6的磁通量增大，次级线圈6的两端的电压增大。反之，次级线圈6缠绕到无磁旋转体7上较多时，次级线圈6的磁通量增小，次级线圈6的两端的电压增小。

安装壳2上安装有第二导电滑环组、第一导电滑环组。次级线圈6两端分别于磁性旋转体5上的排线槽11和无磁旋转体7上的排线槽11引出，并分别与第二导电滑环组、第一导电滑环组连接。

由于，磁性旋转体5和无磁旋转体7需要进行旋转。为了在磁性旋转体5和无磁旋转体7旋转过程中，使得次级线圈6仍能为激光发生器23不间断提供电能。

第二导电滑环组包括第二导电滑环内连接件14、第二导电滑环外连接件15。第二导电滑环外连接件15固定于安装壳2上，第二导电滑环内连接件14限位转动设置于第二导电滑环外连接件15内，磁性旋转体5与第二导电滑环内连接件14固定连接，次级线圈6一端于磁性旋转体5的排线槽11引出并与第二导电滑环内连接件14连接。

第一导电滑环组包括第一导电滑环内连接件12、第一导电滑环外连接件13，第一导电滑环外连接件13固定于安装壳2上，第一导电滑环内连接件12限位转动设置于第一导电滑环外连接件13内，无磁旋转体7与第一导电滑环内连接件12固定连接，次级线圈6另一端于无磁旋转体7的排线槽11引出并与第一导电滑环内连接件12连接。

为了使磁性旋转体5和无磁旋转体7实现同步运动。本实施例中，磁性旋转体5和无磁旋转体7上均设置有传动轮9，两个传动轮9之间通过传动带10传动连接。

磁性旋转体5和无磁旋转体7的另一端均可通过与电机的旋转轴固定。通过电机提供磁性旋转体5和无磁旋转体7旋转的动力源。

第二导电滑环内连接件14、第二导电滑环外连接件15、第一导电滑环内连接件12、第一导电滑环外连接件13均为导电材质。其他部件为绝缘材质。

实施例2

本实施例与实施例1的区别技术内容为：

磁性旋转体5和无磁旋转体7上均设置有齿轮，两个齿轮啮合连接。

实施例3

本实施例中，提供了一种通过变换透镜位置实现调整光斑能量密度大小的方案。

如图1至图3、图5至图8所示。一种光斑能量可调整的光纤激光器，包括激光器本体1。激光器本体1通过控制电源与外部电源连接，激光器本体1内设置有激光发生器23及透镜组。

激光发生器23处于透镜组的前端，提供平行光源。透镜组包括一个固定安装于安装壳2内的第一透镜24，一个倾斜设置的分光镜26，以及一个设置于第一透镜24、分光镜26之间的第二透镜25。在实际应用中，在分光镜26下游还需设置多个调整镜片，对光路进行搭建。第一透镜24和第二透镜25为凸透镜。

通过控制第二透镜25上下方向的移动，使分光镜26的入射光的入射角的不断变化，实现调整所述光线激光器输出光斑的能量密度的大小。为了实现上述技术目的，分光镜26的入射光处于法线的同侧方向。如图7所示，分光镜26的入射光，即第二透镜25的透射光，均从分光镜26的侧下方射向分光镜26。

安装壳2上开设有槽口27，安装壳2上槽口27处固定设置滑杆29。固定框28内固定设置第二透镜25。固定框28滑动设置于滑杆29上，驱动机构驱动固定框28沿滑杆29移动。

固定框28上设置有齿条30，驱动机构通过输出齿轮21与齿条30啮合连接。驱动机构包括变速器18。变速器18的输入齿轮20与电机相连。变速器18的输出端与输出齿轮21连接。电机旋转，通过变速器18带动固定框28上下移动，实现调整所述光线激光器输出光斑的能量密度的大小变化的技术目的。

为了进一步说明本实施例的工作过程，下面对本实施例进行详细阐述。

如图7所示，平行光源经第一透镜24进行初步聚焦，然后通过第二透镜25进行二次聚焦，然后经分光镜26分成有一定光强比的透射光和反射光。透射光进入后续调整镜片。分光镜26的透射光相比分光镜26的入射光强度降低。通常用透过后的光通量与入射光通量之比T来表征物体的透光性质，T称为光透射率。光线由空气进入透镜中，光线的入射角越大，光线的透射率越小。

第二透镜25处于第一位置时，如图7所示。第二透镜25的透射光为单箭头的光线。第二透镜25的透射光，即分光镜26的入射光。此时，分光镜26的入射光均从分光镜26左下角方向向分光镜26，此时分光镜26的入射光的入射角为a1。图7中，垂直于分光镜26的直线为分光镜26的入射光的法线。

第二透镜25向上移动一定距离后处于第二位置，如图8中所示位置。第二透镜25的透射光为双箭头的光线。第二透镜25的透射光，即分光镜26的入射光。此时，分光镜26的入射光均从分光镜26左下角方向向分光镜26，此时分光镜26的入射光的入射角为a2。图8中，垂直于分光镜26的直线为分光镜26的入射光的法线。

由于第二透镜25的位置上移，其焦点位置上移。所有射入第二透镜25的光线，经第二透镜25折射后，均向上方向发生偏移。也就是，分光镜26的入射光向上方向发生偏移，使分光镜26的入射光的入射角变大,即a2>a1。由于光线由空气进入透镜中，入射角越大，透射率越小。

这样，通过调整第二透镜25的位置，使分光镜26的入射光的入射角发生变化，调整光线通过分光镜26的透射率的大小，达到调整输出光斑能量密度的技术目的。

为了达到迅速调整输出光斑能量密度的目的，可将实施例1和实施例3的技术方案同步使用。例如，在无磁旋转体7的转轴上安装驱动齿轮17。在安装壳2上安装电机，电机的旋转轴与无磁旋转体7的转轴同轴固定。驱动齿轮17与变速器18通过输入齿轮20进行动力传输。通过电机即可同步调整次级线圈6的两端的电压、分光镜26的入射光的入射角。需要增加输出光斑能量密度时，增大次级线圈6的两端的电压，减小分光镜26的入射光的入射角。需要减小输出光斑能量密度时，降低次级线圈6的两端的电压，增大分光镜26的入射光的入射角。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光斑能量可调整的光纤激光器，包括激光器本体（1），激光器本体（1）通过控制电源与外部电源连接，激光器本体（1）内设置有激光发生器（23）及透镜组，其特征在于，控制电源包括安装于激光器本体（1）外侧的安装壳（2），安装壳（2）内安装有铁芯（3），铁芯（3）的一侧上固定设置初级磁芯，初级磁芯上缠绕有与外部电源相连的初级线圈（4），铁芯（3）另一侧转动设置有磁性旋转体（5），安装壳（2）内还转动设置有无磁旋转体（7），次级线圈（6）依次缠绕于磁性旋转体（5）和无磁旋转体（7）上，次级线圈（6）的两端与激光发生器（23）的两个电源输入端连接；磁性旋转体（5）和无磁旋转体（7）之间传动连接。

2.根据权利要求1所述一种光斑能量可调整的光纤激光器，其特征在于，所述磁性旋转体（5）和无磁旋转体（7）内均设置有L形的排线槽（11），安装壳（2）上安装有第二导电滑环组、第一导电滑环组，次级线圈（6）一端于磁性旋转体（5）的排线槽（11）引出并与第二导电滑环组连接，次级线圈（6）另一端于无磁旋转体（7）的排线槽（11）引出并与第一导电滑环组连接，第二导电滑环组与第一导电滑环组分别与激光发生器（23）的两个电源输入端连接。

3.根据权利要求2所述一种光斑能量可调整的光纤激光器，其特征在于，第二导电滑环组包括第二导电滑环内连接件（14）、第二导电滑环外连接件（15），第二导电滑环外连接件（15）固定于安装壳（2）上，第二导电滑环内连接件（14）限位转动设置于第二导电滑环外连接件（15）内，磁性旋转体（5）与第二导电滑环内连接件（14）固定连接，次级线圈（6）一端于磁性旋转体（5）的排线槽（11）引出并与第二导电滑环内连接件（14）连接。

4.根据权利要求2所述一种光斑能量可调整的光纤激光器，其特征在于，第一导电滑环组包括第一导电滑环内连接件（12）、第一导电滑环外连接件（13），第一导电滑环外连接件（13）固定于安装壳（2）上，第一导电滑环内连接件（12）限位转动设置于第一导电滑环外连接件（13）内，无磁旋转体（7）与第一导电滑环内连接件（12）固定连接，次级线圈（6）另一端于无磁旋转体（7）的排线槽（11）引出并与第一导电滑环内连接件（12）连接。

5.根据权利要求1所述一种光斑能量可调整的光纤激光器，其特征在于，磁性旋转体（5）和无磁旋转体（7）上均设置有传动轮（9），两个传动轮（9）之间通过传动带（10）传动连接。

6.根据权利要求1所述一种光斑能量可调整的光纤激光器，其特征在于，磁性旋转体（5）和无磁旋转体（7）上均设置有齿轮，两个齿轮啮合连接。

7.根据权利要求1所述一种光斑能量可调整的光纤激光器，其特征在于，透镜组至少包括一个固定的第一透镜（24）、一个可上下移动的第二透镜（25）、分光镜（26），一个固定的第一透镜（24）、一个可上下移动的第二透镜（25）、分光镜（26）沿光线光路方向依次设置，分光镜（26）的入射光处于法线的同侧方向。

8.根据权利要求7所述一种光斑能量可调整的光纤激光器，其特征在于，第一透镜（24）固定安装于安装壳（2）内，安装壳（2）上开设有槽口（27），安装壳（2）上槽口（27）处固定设置滑杆（29），第二透镜（25）固定于固定框（28）上，固定框（28）滑动设置于滑杆（29）上，驱动机构驱动固定框（28）沿滑杆（29）移动。

9.根据权利要求8所述一种光斑能量可调整的光纤激光器，其特征在于，第一透镜（24）、第二透镜（25）为凸透镜。

10.根据权利要求8所述一种光斑能量可调整的光纤激光器，其特征在于，固定框（28）上设置有齿条（30），驱动机构通过输出齿轮（21）与齿条（30）啮合连接。

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