CN115832827A - 一种激光反射装置和激光器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种激光反射装置和激光器。本申请所提供的激光反射装置包括：发射光纤、接收光纤、反射镜和凸透镜。光束发射和接收方向互为相反方向，所述凸透镜位于发射光纤和反射镜之间，也位于接收光纤和反射镜之间。光束从发射光纤发出，该光束离开发射光纤后，通常会扩散，光束经过凸透镜后变成准直光，再遇到反射镜后反射，再经过凸透镜后被聚焦，然后进入接收光纤的中心。通过调整所述反射镜绕Y轴旋转或绕X轴旋转，以及通过调整所述反射镜绕Z轴旋转，进而，对光束入射至端面的X轴方向上的坐标和Y轴方向上的坐标均进行调整，使得光束可以入射至端面的中心，充分有效利用光束。

Description

一种激光反射装置和激光器

技术领域

本申请涉及激光技术领域，尤其是涉及一种激光反射装置和激光器。

背景技术

随着激光技术日趋成熟，激光光束越来越多地应用于对由各种材料制成的工件进行切割、焊接、钻孔、标记和划线等。传统的机械加工会产生不想要的缺陷，例如当加工工件受力时可能会产生微裂纹或者毛刺，从而降级和削弱加工工件的强度和品质。激光加工最大限度地减少了这种不需要的缺陷，通常更清洁，并导致更小的热影响区。激光加工使用聚焦激光束来产生精确的切口和孔，具有高质量的边缘，可以最大限度地减少不需要的缺陷的形成。

光纤激光器基于高功率和高光束质量的特性，已经广泛用于工业激光加工应用。例如，金属和金属合金的激光切割和激光焊接。通常激光光束是正向在光纤中传输，但是在一些特殊应用场景，也需要使用反射镜让激光光束反向传输，例如，反向光纤耦合器等器件。

为实现激光反向传输，需要使用反射镜，而反射时会形成一个反射角，所使用的器件的制作都存在误差，通常组装器件时难以保证安装角度完美契合需求，且有时为了多次使用，反射角度还需要灵活可调，以保证光束进入目标光纤的中心。加之，如图1所示，目标光纤的中心在光纤的端面上，属于二维坐标，即X、Y坐标，当前已有的光学器件同时调整两个维度的角度难度极大，光束被调节后，光束进入目标坐标的精准度也无法同时得到保证。

因此，有必要设计一种激光反射装置，可以调整激光光束在目标光纤的端面的X、Y方向上二维运动，以解决光束灵活调节问题，同时还需要设置固设、夹持机构解决光束达到目标坐标的精准度和稳定性。

发明内容

本申请提供一种激光反射装置和激光器。本申请提供的激光反射装置包括：发射光纤、接收光纤、反射镜和凸透镜。光束发射和接收方向互为相反方向(需要说明的是：此处的相反方向为近似相反方向，并非光束发射和接收方向必须刚好处于180°逆向方向，例如170°逆向的10°以内偏差也可以算为本申请所述的相反方向)，所述凸透镜位于发射光纤和反射镜之间，也位于接收光纤和反射镜之间。光束从发射光纤发出，该光束离开发射光纤后，通常会扩散，光束经过凸透镜后变成准直光，再遇到反射镜后反射，再经过凸透镜后被聚焦，然后进入接收光纤的中心。

所述接收光纤具有端面，以端面的中心为原点，设置三维坐标系，X轴、Y轴位于端面上互相垂直，Z轴经过端面的中心垂直于端面。本申请的反射镜具有两个可调的自由度，通过两个可调的自由度分别可以改变光束入射至端面上的X轴方向上的坐标和Y轴方向上的坐标。

本申请与现有技术的区别之处在于，本申请的激光反射装置通过调整所述反射镜3绕Y轴旋转或绕X轴旋转，改变光束入射至端面上的X轴方向上的坐标或Y轴方向上的坐标，此外，还通过调整所述反射镜3绕Z轴旋转，同时改变光束入射至端面上的X轴方向上的坐标和Y轴方向上的坐标，进而，对光束入射至端面的X轴方向上的坐标和Y轴方向上的坐标均进行调整，使得光束可以入射至端面的中心，充分有效利用光束。

由于同时设计绕Y轴旋转的自由度和绕X轴旋转的自由度将对反射镜的固设、夹持造成困难，即制作反射镜的固设、夹持机构难以设计。同时设计绕Y轴旋转的自由度或绕X轴旋转的自由度，还设计绕Z轴旋转的自由度将对反射镜的固设、夹持设计的难度要求有所降低。

本申请的实施例还提供一种激光器，所述激光器包括上述实施例的激光反射装置，通过该激光反射装置，使得该激光器传输的光束在不同的光纤中反向传输。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请的激光反射装置的第一结构示意图；

图2为本申请的激光反射装置的接收光纤的结构示意图；

图3为本申请的激光反射装置的第二结构示意图；

图4为本申请的激光反射装置的第三结构示意图；

图5为本申请的反射镜的固设结构示意图。

附图标记：1、发射光纤，2、接收光纤，2a、端面，3、反射镜，4、凸透镜，5、光束，6、Z轴旋转部件，7、准直头，8、石英帽端，31、反射镜固定件，31a、外表面，32、反射镜压环，33、销钉压环，34、旋转销钉，341、销钉开口。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，图1为本申请的激光反射装置的第一结构示意图，该激光反射装置包括：发射光纤1、接收光纤2、反射镜3和凸透镜4。光束发射和接收方向互为相反方向，所述凸透镜4位于发射光纤1和反射镜3之间，也位于接收光纤2和反射镜3之间。光束5从发射光纤1发出，该光束5离开发射光纤1后，通常会扩散，光束5经过凸透镜4后变成准直光，再遇到反射镜3后反射，再经过凸透镜4后被聚焦，然后进入接收光纤2的中心。

如图2所示，图2为本申请的激光反射装置的接收光纤2的结构示意图，所述接收光纤2具有端面2a，以端面2a的中心为原点，设置三维坐标系，X轴、Y轴位于端面2a上互相垂直，Z轴经过端面2a的中心垂直于端面2a。结合图1和图2，本申请的反射镜3具有两个可调的自由度，通过两个可调的自由度分别可以改变光束5入射至端面2a上的X轴方向上的坐标和Y轴方向上的坐标。通常，可以通过设计绕Y轴旋转的自由度和绕X轴旋转的自由度改变入射至端面2a上的X轴方向上的坐标和Y轴方向上的坐标，X轴、Y轴也分别称Y旋转轴和X旋转轴。通过调节反射镜3的两个自由度，使得光束5在端面2a上的X轴、Y轴方向上的坐标变化，即，当反射镜3绕Y轴旋转时，可以改变光束5在端面2a上X轴方向上的坐标，当反射镜3绕X轴旋转时，可以改变光束5在端面2a上Y轴方向上的坐标。

在可选的方案中，所述反射镜3仅在靠近发射光纤1、接收光纤2的一侧设有反射膜，光束5从发射光纤1经反射镜3上的反射膜反射至接收光纤2，所述反射镜3绕X轴和Y轴旋转的最大旋转角度为90°。

在可选的方案中，所述反射镜3的两侧均设有反射膜，光束5从发射光纤1经反射镜3上的反射膜反射至接收光纤2，所述反射镜3绕X轴和Y轴旋转的最大旋转角度为180度。

然而，同时设计绕Y轴旋转的自由度和绕X轴旋转的自由度将对反射镜3的固设、夹持造成困难。

为了解决上述问题，如图3～5所示，图3为本申请的激光反射装置的第二结构示意图，图4为本申请的激光反射装置的第三结构示意图，图5为本申请的反射镜的固设结构示意图。该激光反射装置还包括反射镜固定件31和Z轴旋转部件6，所述Z轴旋转部件6为圆筒型，Z轴旋转部件6绕Z轴旋转时，可以带动反射镜3绕Z轴旋转，产生反射镜3绕Z旋转轴的自由度。所述反射镜固定件31的外表面31a为圆筒型或者至少切除一侧的球面结构，套设于圆筒型的Z轴旋转部件6的内侧，所述Z轴旋转部件6和反射镜固定件31在靠近发射光纤1和接收光纤2的一侧具有开口，光束5从该开口进出。所述反射镜固定件31上还设有旋转销钉34，基于Z轴旋转部件6和反射镜固定件31的连接设计，当反射镜固定件31的外表面31a为圆筒型时，可以使得所述反射镜固定件31带动反射镜3绕着旋转销钉34的轴心转动，就可以产生X旋转轴或Y旋转轴中的一个方向的自由度，此时，激光反射装置的固设、夹持也较容易设计，可以保证激光反射装置的整体的精度和稳定性。

当反射镜固定件31的外表面31a为至少切除一侧的球面结构时，切除的一侧形成的平面和Z旋转轴垂直，可以设计使得所述反射镜固定件31带动反射镜3绕着旋转销钉34的轴心转动，理论上可以产生X旋转轴或Y旋转轴中的一个方向的自由度，相比较圆筒形的外表面31a的反射镜固定件31，此时，激光反射装置的固设、夹持较难设计，器件稳定性会减弱，且会导致反射镜3可以反射光束5的面积减少。

需要说明的是，如图3所示，当发射光纤1和接收光纤2在Y轴上坐标不同、在X轴上坐标相同的情况时，可以通过调整反射镜3绕X旋转轴旋转改变光束5入射到端面2a上的Y轴方向上的坐标，绕Z旋转轴旋转时改变光束5入射到端面2a上的X轴和Y轴方向上的坐标，进而，使得光束5可以入射至端面2a的中心，充分有效利用光束5。

此外，当发射光纤1和接收光纤2在Y轴上坐标不同、在X轴上坐标相同的情况时，也可以通过调整反射镜3绕Y旋转轴旋转改变光束5入射到端面2a上的X轴方向上的坐标。

然而，如图1所示，所述反射镜3需要和发射光纤1的出射光束5形成倾斜设置，此时绕Z旋转轴旋转时才能改变光束5入射到端面2a上的X轴和Y轴方向上的坐标，且使得光束5可以入射至端面2a的中心，充分有效利用光束5。即，若反射镜3和发射光纤1的出射光束5刚好垂直设置时，绕Y旋转轴旋转和绕Z旋转轴旋转，仅能改变x轴方向上的坐标，不能改变Y轴方向上的坐标，光束5不能进入接收光纤2。

在优选的方案中，当发射光纤1和接收光纤2在Y轴上坐标不同、在X轴上坐标相同的情况时，调整反射镜3绕Y旋转轴旋转和绕Z旋转轴旋转，所述反射镜3靠近发射光纤1的一侧向发射光纤1倾斜设置，此时需要旋转的角度不需要太大，即可以将光束5进入接收光纤2，降低了固设、夹持机构的设计难度。

同理，当发射光纤1和接收光纤2在X轴上坐标不同、在Y轴上坐标相同的情况时，也会有上述类似问题，也可以采用类似解决方法，即X轴和Y轴只是定义的方向，是可以互换的，在此不再赘述。

如图3所示，在具体的实施例中，所述激光反射装置还包括石英帽端8，所述石英帽端8的一端固定、夹持发射光纤1和接收光纤2，将发射光纤1和接收光纤2稳定固设，且不影响光束5的传输方向。

在具体的实施例中，所述石英帽端8的外侧还设有准直头7，所述准直头7位于所述Z轴旋转部件6的内侧，对石英帽端8形成稳定固设的作用。

在具体的实施例中，所述激光反射装置还包括反射镜压环32，在反射镜3绕X旋转轴或Y旋转轴旋转达到理想位置后，将反射镜3稳定密封、固设于该位置。

在具体的实施例中，所述激光反射装置还包括销钉压环33，在旋转销钉34扭动达到预设位置后，通过销钉压环33将旋转销钉34形成稳定密封、固设于该位置。

如图5所示，在具体的实施例中，所述旋转销钉34上设有销钉开口341，所述销钉开口341可以通过使用工具转动销钉开口341，进而便于扭动旋转销钉34，带动反射镜绕着X旋转轴或Y旋转轴旋转进行轴心转动。

本申请的实施例还提供一种激光器，所述激光器包括上述实施例的激光反射装置，通过该激光反射装置，使得该激光器传输的光束5在不同的光纤中反向传输。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。上、下、左、右、前、后、内、外之类的位置关系术语为了方便读者更好的理解产品结构的方位关系，而不一定要求产品结构实际的必须在该方向。且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者器件所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者器件中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，以及对本申请中的各个实施例进行组合，这些改进、修饰和组合也落入本申请权利要求的保护范围内，即本申请的权利要求可以对本申请的实施例进行任意组合，并不仅限于本申请通过的实施例的有限组合方式。

Claims (10)

1.一种激光反射装置，其特征在于，包括：发射光纤(1)、接收光纤(2)、反射镜(3)和凸透镜(4)，光束(5)发射和接收方向互为相反方向，所述凸透镜(4)位于发射光纤(1)和反射镜(3)之间，也位于接收光纤(2)和反射镜(3)之间；

光束(5)从发射光纤(1)发出，该光束(5)离开发射光纤(1)后，经过凸透镜(4)后变成准直光，再遇到反射镜(3)后反射，再经过凸透镜(4)后被聚焦，然后进入接收光纤(2)的中心；

所述接收光纤(2)具有端面(2a)，以端面(2a)的中心为原点，设置三维坐标系，X轴、Y轴位于端面(2a)上互相垂直，Z轴经过端面(2a)的中心垂直于端面(2a)；

反射镜(3)具有两个可调的自由度，通过两个可调的自由度改变光束(5)入射至端面(2a)上的X轴方向上的坐标和Y轴方向上的坐标。

2.如权利要求1所述的激光反射装置，其特征在于，所述反射镜(3)仅在靠近发射光纤(1)、接收光纤(2)的一侧设有反射膜，光束(5)从发射光纤(1)经反射镜(3)上的反射膜反射至接收光纤(2)，所述反射镜(3)绕X轴和Y轴旋转的最大旋转角度为90°。

3.如权利要求1所述的激光反射装置，其特征在于，所述反射镜(3)的两侧均设有反射膜，光束(5)从发射光纤(1)经反射镜(3)上的反射膜反射至接收光纤(2)，所述反射镜(3)绕X轴和Y轴旋转的最大旋转角度为180度。

4.如权利要求1所述的激光反射装置，其特征在于，还包括反射镜固定件(31)和Z轴旋转部件(6)，所述Z轴旋转部件(6)为圆筒型，Z轴旋转部件(6)绕Z轴旋转时，带动反射镜(3)绕Z轴旋转，产生反射镜(3)绕Z旋转轴的自由度；

所述反射镜固定件(31)的外表面(31a)为圆筒型或者至少切除一侧的球面结构，套设于圆筒型的Z轴旋转部件(6)的内侧；

所述Z轴旋转部件(6)和反射镜固定件(31)在靠近发射光纤(1)和接收光纤(2)的一侧具有开口，光束(5)从该开口进出；

所述反射镜固定件(31)上设有旋转销钉(34)，基于Z轴旋转部件(6)和反射镜固定件(31)的连接设计，当反射镜固定件(31)的外表面(31a)为圆筒型时，使得所述反射镜固定件(31)带动反射镜(3)绕着旋转销钉(34)的轴心转动，产生X旋转轴或Y旋转轴中的一个方向的自由度；

所述反射镜(3)需要和发射光纤(1)的出射光束(5)形成倾斜设置。

5.如权利要求4所述的激光反射装置，其特征在于，当发射光纤(1)和接收光纤(2)在Y轴上坐标不同、在X轴上坐标相同的情况时，调整反射镜(3)绕Y旋转轴旋转和绕Z旋转轴旋转，所述反射镜(3)靠近发射光纤(1)的一侧向发射光纤(1)倾斜设置。

6.如权利要求1所述的激光反射装置，其特征在于，所述激光反射装置还包括石英帽端(8)，所述石英帽端(8)的一端固定、夹持发射光纤(1)和接收光纤(2)。

7.如权利要求1所述的激光反射装置，其特征在于，所述石英帽端(8)的外侧还设有准直头(7)，所述准直头(7)位于所述Z轴旋转部件(6)的内侧，对石英帽端(8)形成稳定固设的作用。

8.如权利要求1所述的激光反射装置，其特征在于，所述激光反射装置还包括反射镜压环(32)，在反射镜(3)绕X旋转轴或Y旋转轴旋转达到理想位置后，反射镜压环(32)将反射镜(3)稳定密封、固设于该位置；

所述激光反射装置还包括销钉压环(33)，在旋转销钉(34)扭动达到预设位置后，通过销钉压环(33)将旋转销钉(34)形成稳定密封、固设于该位置。

9.如权利要求7所述的激光反射装置，其特征在于，所述旋转销钉(34)上设有销钉开口(341)，所述销钉开口(341)可以通过使用工具转动销钉开口(341)，进而便于扭动旋转销钉(34)，带动反射镜绕着X旋转轴或Y旋转轴旋转进行轴心转动。

10.一种激光器，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的激光反射装置，通过该激光反射装置，使得该激光器传输的光束(5)在不同的光纤中反向传输。

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