CN114744487A - 一种激光束传输通道及阵列式激光合束装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光束传输通道及阵列式激光合束装置，涉及激光领域，激光束传输通道包括波纹膨胀节和内锥筒，波纹膨胀节与合束光学密封舱密封连接；波纹膨胀节的一端为外锥筒，内锥筒插入或脱离外锥筒实现激光器与合束光学密封舱的连接或拆卸；内锥筒与外锥筒之间设置有锥筒密封圈；阵列式激光合束装置包括合束光学密封舱和多个阵列分布的激光器，合束光学密封舱通过激光束传输通道与激光器均连接。本发明能够在保证密封的前提下，使得激光器和合束光学密封舱方便分离和安装，降低激光器的安装与拆卸难度，使高度紧凑集成或者激光器和合束光学密封舱间距小的阵列式合束装置的安装和拆卸方便，避免操作空间的限制对操作员的操作影响。

Description

一种激光束传输通道及阵列式激光合束装置

技术领域

本发明涉及激光领域，尤其是一种激光束传输通道及阵列式激光合束装置。

背景技术

受空气中的水汽影响，高功率密度激光束在空气中传输会产生热效应导致光束质量下降，降低到靶功率密度，进而影响作用效果。所以，通常在激光器与合束光学密封舱（安装有靶体的舱体）之间设置激光束传输通道，该通道严格要求密封，以保证激光光束在传输时候不受空气中水汽的影响。

现有常用的激光束传输通道是在膨胀节两端焊接带有密封槽的法兰，密封法兰再分别与需要连通的激光器和合束光学密封舱连接，实现两者的联通和密封；但是对于需要经常拆卸、调试和维护的使用工况，该激光束传输通道并不适用，对于设备阵列式、高度紧凑集成的场景或者激光器和合束光学密封舱的间距x小的场景，该激光束传输通道更不适用。

发明内容

本发明的一个目的在于：针对上述存在的问题，提供一种激光束传输通道，能够在保证密封的前提下，使得激光器和合束光学密封舱方便分离和安装，降低激光器的安装与拆卸难度，从而达到能够在经常拆卸、调试和维护的工况下使用的目的。

本发明的另一个目的在于：针对上述存在的问题，提供一种阵列式激光合束装置，该装置应用所述的激光束传输通道，使高度紧凑集成或者激光器和合束光学密封舱间距x小的阵列式合束装置的安装和拆卸方便，避免操作空间的限制对操作员的操作影响。

本发明采用的技术方案如下：一种激光束传输通道，应用在激光器与合束光学密封舱之间，包括波纹膨胀节和与激光器密封连接的内锥筒，所述波纹膨胀节的一端与合束光学密封舱密封连接；所述波纹膨胀节的另一端为外锥筒，所述内锥筒的外形尺寸与外锥筒的内壁尺寸相匹配，所述内锥筒插入所述外锥筒实现所述激光器与合束光学密封舱的连接，所述内锥筒脱离所述外锥筒实现所述激光器与合束光学密封舱的拆卸；所述内锥筒与外锥筒之间设置有至少一个用于保证密封的锥筒密封圈，所述内锥筒与外锥筒挤压锥筒密封圈实现密封。

进一步地，所述内锥筒或/和所述外锥筒的锥度为3.5°-5°。

进一步地，所述内锥筒的外壁上或外锥筒的内壁上开设有用于放置锥筒密封圈的环形槽，该环形槽的数量与锥筒密封圈的数量相匹配。

进一步地，所述波纹膨胀节的一端一体成型有舱体端法兰，所述舱体端法兰通过紧固件与合束光学密封舱的侧面可拆卸连接。

进一步地，所述舱体端法兰的端面设置有至少一个舱体端密封圈，所述舱体端密封圈在舱体端法兰与合束光学密封舱的侧面的挤压下实现密封。

进一步地，所述内锥筒的一端一体成型有光源端面法兰，所述光源端面法兰通过紧固件与合束光学密封舱的侧面可拆卸连接。

进一步地，所述光源端面法兰的端面设置有至少一个光源端密封圈，所述光源端密封圈在光源端面法兰与激光器的侧面的挤压下实现密封。

一种阵列式激光合束装置，应用所述的激光束传输通道，包括合束光学密封舱和至少两个激光器，所述合束光学密封舱通过所述激光束传输通道与所述激光器均连接，全部所述激光器阵列分布；所述合束光学密封舱内设置有光路合束装置。

进一步地，所述激光束传输通道通过舱体端螺钉与合束光学密封舱连接，所述舱体端螺钉的自攻方向为合束光学密封舱的内部向合束光学密封舱的外部。

进一步地，所述激光束传输通道与合束光学密封舱的连接位置具有舱体端密封圈，所述舱体端密封圈的内径均大于舱体端螺钉之间的最大间距。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明通过设置外锥筒与内锥筒，并且将外锥筒与内锥筒分别安装在合束光学密封舱和激光器上，通过内锥筒插入外锥筒或者脱离外锥筒，使得激光束的传输通道连接和脱离，从而实现合束光学密封舱和激光器在拆卸、调试和维护的工况下快速安装和分离；

2、本发明在阵列式的激光合束装置中应用所述的激光束传输通道，有效解决了高集成度的激光器的安装和拆卸问题，也有效解决了激光器与合束光学密封舱的间距过小不方便操作员安装操作和拆卸操作的问题，避免了操作空间对操作员操作的影响。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明公开的实施例1的结构示意图；

图2为本发明公开的实施例1中内锥筒脱离外锥筒的状态示意图；

图3为本发明公开的实施例2的结构示意图；

图中标记：1-合束光学密封舱；2-激光器；3-激光束传输通道；31-波纹膨胀节；311-舱体端法兰；312-外锥筒；313-舱体端密封圈；32-内锥筒；321-光源端法兰；322-光源端密封圈；323-锥筒密封圈；4-舱体端螺钉；5-紧固件。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图1-图2所示，一种激光束传输通道，应用在激光器2与合束光学密封舱1之间，包括波纹膨胀节31和与激光器2密封连接的内锥筒32，所述波纹膨胀节31的一端与合束光学密封舱1密封连接，内锥筒32与激光器2的密封连接、波纹膨胀节31与合束光学密封舱1的密封连接能够使得连接位置不出现漏气的情况，保证激光束传输通道3内与外界隔绝，有效避免空气浸入；所述波纹膨胀节31的另一端为外锥筒312，所述内锥筒32的外形尺寸与外锥筒312的内壁尺寸相匹配，减少外锥筒312的内壁与内锥筒32的外壁之间存在间隙，所述内锥筒32插入所述外锥筒312实现所述激光器2与合束光学密封舱1的连接，所述内锥筒32脱离所述外锥筒312实现所述激光器2与合束光学密封舱1的拆卸；所述内锥筒32与外锥筒312之间设置有至少一个用于保证密封的锥筒密封圈323，所述内锥筒32与外锥筒312挤压锥筒密封圈323实现密封。

具体的，在需要连接激光器2与合束光学密封舱1时候，合束光学密封舱1通常是固定在工作台上，波纹膨胀节31安装在合束光学密封舱1上，内锥筒32安装在激光器2上，移动或推动激光器2，激光器2带着内锥筒32朝向外锥筒312移动，外锥筒312上远离合束光学密封舱1的一端的内径大于外锥筒312上靠近合束光学密封舱1的一端的内径，内锥筒32上远离激光器2的一端的外径小于外锥筒312上靠近激光器2的一端的外径，随着内锥筒32插入外锥筒312的深度增加，内锥筒32与外锥筒312之间的相互挤压的力越来越大，锥筒密封圈323位于内锥筒32与外锥筒312之间，内锥筒32与外锥筒312之间的挤压力也会作用在密封圈上，从而使锥筒密封圈323与内锥筒32的外壁、外锥筒312的内壁之间存在预紧力，进一步使锥筒密封圈323密封内锥筒32与外锥筒312之间的间隙，保证激光束传输通道3内的气密性。

在本实施例中，内锥筒32对外锥筒312的接触面存在挤压力，而该挤压力的一个分力会沿着内锥筒32的轴线、外锥筒312的轴线或波纹膨胀节31的轴线方向作用与波纹膨胀节31(说明的是，在通常的安装情况下和激光光束沿直线传播的约束下，内锥筒32的轴线、外锥筒312的轴线或波纹膨胀节31的轴线是共线状态)，使波纹膨胀节31具有产生沿轴线方向发生形变的趋势，从而使得波纹膨胀节31具有弹性补偿性能，波纹膨胀节31产生的补偿力沿轴线反作用于外锥筒312，外锥筒312在将该力传递至内锥筒32的外壁上，当激光器2达到设计位置时候，激光器2与合束光学密封舱1的相对位置不再改变，上述外锥筒312传递至内锥筒32的外壁上的力使得外锥筒312与内锥筒32之间的贴合更紧密，保证连接的稳定性和激光束传输通道3的密封性能。

进一步地，在需要将激光器2与合束光学密封舱1拆离时候，操作员只需要拉动激光器2，激光器2带着内锥筒32移动，使内锥筒32脱离外锥筒312，从而达到拆离激光器2与合束光学密封舱1的目的；在本实施例中，内锥筒32与激光器2之间、波纹膨胀节31与合束光学密封舱1之间均采用可拆卸连接的连接方式连接，在拆离激光器2与合束光学密封舱1后，内锥筒32与激光器2、波纹膨胀节31与合束光学密封舱1之间也能具有空间拆卸。

在本实施例中，外锥筒312和内锥筒32都具有导向的作用。

众所周知，锥筒都是具有一定的锥度的，在本实施例中，需要保证激光传输通道的密封性能的前提就需要使内锥筒32与外锥筒312之间存在足够的挤压力，在相同的挤压力时候，锥度过大时候，挤压力垂直于内锥筒32的外表面或/和外锥筒312的内表面的分力就会更小，沿着内锥筒32或/和外锥筒312的轴线分力就会越大，从而导致合束光学密封舱1与激光器2之间的轴向应力过大，过大的应力作用在激光器2上会引起光路的偏移；而锥度过小，容易造成外锥筒312与内锥筒32之间的挤压力不足，导致外锥筒312与内锥筒32之间的连接不稳定和密封能力不强，所以，所述内锥筒32或/和所述外锥筒312的锥度为3.5°-5°，对于目前常用的工况，该角度范围完全能够满足使用工况。

在本实施例中，所述内锥筒32的外壁上或外锥筒312的内壁上开设有用于放置锥筒密封圈323的环形槽，环形槽的设计为锥筒密封圈323提供了安装位置，该环形槽的数量与锥筒密封圈323的数量相匹配，在本实施例中，锥筒密封圈323和环形槽的数量均为两个，形成双层密封，保证密封能力。

需要说明的一点，由于内锥筒32与外锥筒312的几何尺寸相匹配，并且内锥筒32与外锥筒312存在相对运动，为了防止该相对运动使得锥筒密封圈323脱离环形槽位置，所述环形槽的深度大于随时锥筒密封圈323的截面圆的直径的一半(即半径)。

当然，锥筒密封圈323也不会过度撑起外锥筒312或/和内锥筒32，该效果的产生也是得益于环形槽深度的设计。

在本实施例中，所述波纹膨胀节31的一端一体成型有舱体端法兰311，一体成型能够减少焊接或其他连接产生的内应力，保证激光束传输通道3密封时受压的能力，所述舱体端法兰311通过紧固件5与合束光学密封舱1的侧面可拆卸连接。

进一步的，紧固件5包括螺钉等用于紧固的连接件。

更进一步的，所述舱体端法兰311的端面设置有至少一个舱体端密封圈313，舱体端法兰311为舱体端密封圈313提供安装位置，所述舱体端密封圈313在舱体端法兰311与合束光学密封舱1的侧面的挤压下实现密封，该挤压是通过紧固件5连接舱体端法兰311和合束光学密封舱1侧面形成的。

在本实施例中，所述内锥筒32的一端一体成型有光源端面法兰，一体成型能够减少焊接或其他连接产生的内应力，保证激光束传输通道3密封时受压的能力，所述光源端面法兰通过紧固件5与合束光学密封舱1的侧面可拆卸连接，该紧固件5同上也是包括螺钉等用于紧固的连接件。

进一步地，所述光源端面法兰的端面设置有至少一个光源端密封圈322，光源端法兰321为光源端密封圈322提供安装位置，所述光源端密封圈322在光源端面法兰与激光器2的侧面的挤压下实现密封，该挤压是通过紧固件5连接光源端法兰321和激光器2的侧面形成的。

需要说明的是，为了避免紧固件5和安装紧固件5的孔之间的空隙处引起密封泄露，所述紧固件5在本实施例中不穿过舱体端法兰311和合束光学密封舱1侧面两者。

在本实施例中，一种激光束传输通道的安装过程如下：

S1：将波纹膨胀节31通过舱体端法兰311安装在合束光学密封舱1的侧面，并且压紧舱体端法兰311；

S2：与S1同时或之前或之后，将内锥筒32通过光源端法兰321安装在激光器2的侧面，并且使得激光器2射出的激光束能够沿着内锥筒32的轴线，压紧光源端密封圈322；

S3：在S1和S2之后，推动激光器2，激光器2带着内锥筒32插入外锥筒312，直到激光器2达到预设位置，完成激光束传输通道3的连接。

实施例2

如图1-图3所示，一种阵列式激光合束装置，应用实施例1所述的激光束传输通道，包括合束光学密封舱1和至少两个激光器2，所述合束光学密封舱1通过所述激光束传输通道3与所述激光器2均连接，即，激光束传输通道3的一端与合束光学密封舱1连接，其另一端与激光器2连接，激光束传输通道3的数量与激光器2的数量相等，全部所述激光器2阵列分布；所述合束光学密封舱1内设置有光路合束装置，合束装置能够将各个激光器2产生的激光束合成一束激光，其如图3所示，是通过反射激光等方式实现合束。

需要说明的一点，合束装置对于本领域技术人员来说是所知晓且常规的，如公开号为CN102289078A的专利公开了“一种激光合束系统及一种激光合束方法”，又如公开号为CN211907934U的专利公开了“一种多路激光倍频耦合合束装置”，所以，在本说明书中不再对合束装置做过多的阐述。

在本实施例中，由于实施例1公开的激光束传输通道3具有的特殊的连接方式，对于阵列式激光合束装置能够使得多个激光束传输通道3同时连接并联通，也能使得多个激光通道能够同时断开，在每次的拆卸、调试和维护的工况，能够提高效率，并且对于激光器2分布高度集中、激光器2和合束光学密封舱1之间的间距x较小的情况来说，有效解决了操作空间对操作员操作的限制，实现方便操作。

在本实施例中，所述激光束传输通道3通过舱体端螺钉4与合束光学密封舱1连接，所述舱体端螺钉4的自攻方向为合束光学密封舱1的内部向合束光学密封舱1的外部，对于激光器2分布高度集中的情况，多个激光束传输通道3也会高度集中分布，而多个激光束传输通道3的舱体端法兰311连接于同一个合束光学密封舱1外表面，为此，舱体端螺钉4的自攻方向的设计能够避开合束光学密封舱1外侧面的操作空间限制。

进一步地，由于上文中提到“舱体端螺钉4的自攻方向为合束光学密封舱1的内部向合束光学密封舱1的外部”，合束光学密封舱1的密封可能会被破坏，即沿着舱体端螺钉4与安装舱体端螺钉4的孔之间的间隙、舱体端密封圈313与合束光学密封舱1侧面之间的间隙引起泄露，所述激光束传输通道3与合束光学密封舱1的连接位置具有舱体端密封圈313，所述舱体端密封圈313的内径均大于舱体端螺钉4之间的最大间距，该舱体端密封圈313既保证了合束光学密封舱1的密封，也保证了激光束传输通道3的密封连接。

在本实施例中，全部所述激光器2阵列式安装在安装机架上，所述安装机架与合束光学密封舱1均安装在光学平台上。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种激光束传输通道，应用在激光器（2）与合束光学密封舱（1）之间，其特征在于：包括波纹膨胀节（31）和与激光器（2）密封连接的内锥筒（32），所述波纹膨胀节（31）的一端与合束光学密封舱（1）密封连接；所述波纹膨胀节（31）的另一端为外锥筒（312），所述内锥筒（32）的外形尺寸与外锥筒（312）的内壁尺寸相匹配，所述内锥筒（32）插入所述外锥筒（312）实现所述激光器（2）与合束光学密封舱（1）的连接，所述内锥筒（32）脱离所述外锥筒（312）实现所述激光器（2）与合束光学密封舱（1）的拆卸；所述内锥筒（32）与外锥筒（312）之间设置有至少一个用于保证密封的锥筒密封圈（323），所述内锥筒（32）与外锥筒（312）挤压锥筒密封圈（323）实现密封。

2.根据权利要求1所述的激光束传输通道，其特征在于：所述内锥筒（32）或/和所述外锥筒（312）的锥度为3.5°-5°。

3.根据权利要求2所述的激光束传输通道，其特征在于：所述内锥筒（32）的外壁上或外锥筒（312）的内壁上开设有用于放置锥筒密封圈（323）的环形槽，该环形槽的数量与锥筒密封圈（323）的数量相匹配。

4.根据权利要求1所述的激光束传输通道，其特征在于：所述波纹膨胀节（31）的一端一体成型有舱体端法兰（311），所述舱体端法兰（311）通过紧固件（5）与合束光学密封舱（1）的侧面可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的激光束传输通道，其特征在于：所述舱体端法兰（311）的端面设置有至少一个舱体端密封圈（313），所述舱体端密封圈（313）在舱体端法兰（311）与合束光学密封舱（1）的侧面的挤压下实现密封。

6.根据权利要求1所述的激光束传输通道，其特征在于：所述内锥筒（32）的一端一体成型有光源端面法兰，所述光源端面法兰通过紧固件（5）与合束光学密封舱（1）的侧面可拆卸连接。

7.根据权利要求6所述的激光束传输通道，其特征在于：所述光源端面法兰的端面设置有至少一个光源端密封圈（322），所述光源端密封圈（322）在光源端面法兰与激光器（2）的侧面的挤压下实现密封。

8.一种阵列式激光合束装置，应用权利要求1-7任意一项所述的激光束传输通道，其特征在于：包括合束光学密封舱（1）和至少两个激光器（2），所述合束光学密封舱（1）通过所述激光束传输通道（3）与所述激光器（2）均连接，全部所述激光器（2）阵列分布；所述合束光学密封舱（1）内设置有光路合束装置。

9.根据权利要求8所述的阵列式激光合束装置，其特征在于：所述激光束传输通道（3）通过舱体端螺钉（4）与合束光学密封舱（1）连接，所述舱体端螺钉（4）的自攻方向为合束光学密封舱（1）的内部向合束光学密封舱（1）的外部。

10.根据权利要求9所述的阵列式激光合束装置，其特征在于：所述激光束传输通道（3）与合束光学密封舱（1）的连接位置具有舱体端密封圈（313），所述舱体端密封圈（313）的内径均大于舱体端螺钉（4）之间的最大间距。

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