CN115981016B - 一种激光匀化装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种激光匀化装置，光纤，包括光纤输入端、光纤输出端，以及连接光纤输入端以及光纤输出端的弯曲段；激光输入装置，用于固定所述光纤输入端；激光输出装置，用于固定所述光纤输出端；振动装置，位于所述激光输入装置以及激光输出装置之间，并用于驱动所述弯曲段振动。在上述技术方案中，通过设置弯曲段以增大激光的传播路径，利用激光在光纤内的相干性，匀化激光。此外，通过设置的振动装置来驱动弯曲段振动，光子的分布和反射经过多次相互叠加反射在短时间内重新经过同的路径，使激光的相干性和叠加能够更均匀的输出，从而可改善激光匀化的效果，同时降低匀化装置的尺寸。

Description

一种激光匀化装置

技术领域

本申请涉及激光技术领域，尤其涉及一种激光匀化装置。

背景技术

激光设备在使用时，需要将激光匀化，以形成光斑，当前的激光的匀化方式为通过增大激光的传播路径，如图1中所示，激光器1以及光纤法兰盘3之间的光纤2被盘形折弯，以增大光纤2的长度，通过将光纤2进行折弯，以在较小的空间内容纳较多的光纤2。

但是这种方式，一方面光纤的弯曲半径大于光纤50倍以上，另一方面占用空间巨大，此外，光纤多次盘绕容易损伤光纤误操作引起光纤折断，如果大功率光纤或者直径比较大的光纤容易造成光纤由于盘绕半径过小引起光纤烧毁。

发明内容

本申请提供了一种激光匀化装置，改善对激光的匀化效果。

本申请提供了一种激光匀化装置，该激光匀化装置包括：光纤，包括光纤输入端、光纤输出端，以及连接光纤输入端以及光纤输出端的弯曲段；

激光输入装置，用于固定所述光纤输入端；

激光输出装置，用于固定所述光纤输出端；

振动装置，位于所述激光输入装置以及激光输出装置之间，并用于驱动所述弯曲段振动。

在上述技术方案中，通过设置弯曲段以增大激光的传播路径，利用激光在光纤内的相干性，匀化激光。此外，通过设置的振动装置来驱动弯曲段振动，光子的分布和反射经过多次相互叠加反射在短时间内重新经过同的路径，使激光的相干性和叠加能够更均匀的输出，从而可改善激光匀化的效果，同时降低匀化装置的尺寸。

在一个具体的可实施方案中，所述振动装置包括壳体，以及设置在所述壳体内的振动组件，所述振动组件支撑所述弯曲段，并用于带动所述弯曲段振动。

在一个具体的可实施方案中，所述振动组件包括支撑所述弯曲段的振动平台，与所述振动平台连接并用于带动所述振动平台振动的振动马达。

在一个具体的可实施方案中，所述壳体分别与所述激光输入装置以及所述激光输出装置分别固定连接；

所述振动马达与所述壳体通过弹性件固定连接。

在一个具体的可实施方案中，所述振动马达的个数为两个，且两个振动马达分列在所述振动平台的两侧。

在一个具体的可实施方案中，所述振动马达为超声波马达或振镜马达。

在一个具体的可实施方案中，所述弯曲段为波浪形弯曲段。

在一个具体的可实施方案中，还包括：

光斑观察板，用于接收所述光纤输出端输出的光斑；

摄像装置，用于采集所述光斑观察板上的光斑；

控制装置，用于在所述摄像装置采集的光斑小于设定值时，控制所述振动装置增大振动频率。

在一个具体的可实施方案中，所述控制装置用于，将所述摄像装置采集的光斑与光斑样板进行对比，在所述摄像装置采集的光斑未达到所述光斑样板时，控制所述振动装置增大振动频率。

在一个具体的可实施方案中，所述摄像装置为红外摄像机、紫外摄像机或可见光摄像机。

附图说明

图1为现有技术中的激光匀化装置的结构示意图；

图2为本申请提供的激光匀化装置的结构示意图；

图3为本申请提供的振动装置的结构示意图；

图4为本申请提供的另一振动装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

为方便理解本申请实施例提供的激光匀化装置，首先说明其应用场景。本申请实施例提供的激光匀化装置用于对激光进行匀化。可应用于连续激光器、脉冲激光器、光纤激光器、紫外激光、可见光波段激光、红外激光、等对光斑要求比较高的激光匀化需要的场合。当前的激光匀化装置中，对激光的匀化方式为通过增加光纤的路径，将光纤进行多次盘绕折弯，以增大激光在光纤内的传播路径，使得激光在光纤中多次反射以达到匀化的效果。但是这种方式会造成光纤的尺寸较大。光纤多次盘绕容易损伤光纤误操作引起光纤折断，如果大功率光纤或者直径比较大的光纤容易造成光纤由于盘绕半径过小引起光纤烧毁。为此本申请实施例提供了一种激光匀化装置，以改善对激光的匀化效果，同时降低激光匀化装置的尺寸以及对光纤的保护。下面结合具体的附图以及实施例对其进行详细的说明。

首先说明，本申请实施例提供的激光匀化装置可使用在连续半导体激光器上、脉冲激光器、的光纤组件，可以在光纤的前段、中段、后段任意部分。在本申请实施例汇总不做具体限定。

参考图2，图2示出了本申请实施例提供的激光匀化装置的结构示意图。本申请实施例提供的激光匀化装置的主体结构包括：光纤、激光输入装置10、激光输出装置40以及振动装置20。其中，光纤用于传播激光，激光输入装置10以及激光输出装置40作为固定装置用于固定光纤的两端。而振动装置20用于带动光纤振动，以改善激光在光纤内的反射位置，提高激光的匀化效果。下面结合附图分别对上述部件进行说明。

首先说明一下光纤，本申请实施例提供的光纤按照其功能可划分为不同段，分别为：光纤输入端、光纤输出端以及弯曲段30。其中，光纤输入端用于与激光器连接，激光器发射出的激光可从光纤输入端射入到光纤中，并在光纤中进行反射以进行匀化。光纤输出端为光纤的末端，用以射出激光。弯曲段30为增加激光传播路径的部分。在本申请实施例中，弯曲段30为光纤中的一小段，其可通过直光纤分别与光纤输入端及光纤输出端分别一一对应固定连接。

本申请实施例提供的弯曲段30，用以对光纤进行匀化。激光在弯曲段30内传播时，可通过激光在光纤内分布的的相干性，在光纤通道内多次高频率反射叠加进行匀化,以达到光斑均匀度的提升。示例性的，在激光光源包括L1、L2、L3、Ln.......；其中，n为正整数，且n＞3。L1～Ln个激光光源发射的激光在弯曲段30内多次反射，以提高激光匀化效果。

作为一个可选的方案，弯曲段30为波浪形弯曲段30。示例性的，该弯曲段30的弯曲形状可为正弦曲线或者其他类型的波浪形弯曲段30，如蛇形弯曲段30，但应理解本申请实施例弯曲段30可根据需要选择不同类型的弯曲段30，不仅限于上述的示例。

继续参考图2，激光输入装置10为一个固定装置，其用于固定光纤输入端。示例性的，激光输入装置10为一个柱体结构，其内部设置有供光纤插入的通道。在光纤穿过该通道后，激光输入装置10可将光纤输入端固定。具体的，该激光输入装置10上可设置有锁紧螺母，在光纤插入到位后，可通过锁紧螺母将光纤输入端锁紧固定在激光输入装置10中。当然，激光输入装置10也可采用其他的锁紧装置，以固定光纤输入端，在本申请实施例中不做具体限定。

继续参考图2，激光输出装置40为一个固定装置，其用于固定光纤输出端。示例性的，激光输出装置40为一个柱体结构，其内部设置有供光纤插入的通道。在光纤穿过该通道后，激光输出装置40可将光纤输出端固定。具体的，该激光输出装置40上可设置有锁紧螺母，在光纤插入到位后，可通过锁紧螺母将光纤输出端锁紧固定在激光输出装置40中。当然，激光输出装置40也可采用其他的锁紧装置，以固定光纤输出端，在本申请实施例中不做具体限定。

一并参考图2以及图3，图3示出了本申请实施例提供的一种振动装置20的结构示意图。本申请实施例提供的振动装置20，位于激光输入装置10以及激光输出装置40之间，并用于驱动弯曲段30振动。

本申请实施例提供的振动装置20包括壳体22以及振动组件21。其中壳体22为一支撑解保护结构，以保护振动组件21；而振动组件21设置在壳体22内，并用于支撑弯曲段30以及带动弯曲段30振动。

示例性的，在具体设置壳体22时，该壳体22为一中空的结构，其内部具有一腔体，以用于容纳振动组件21以及光纤的弯曲段30。该壳体22位于激光输入装置10以及激光输出装置40之间，并可与激光输入装置10以及激光输出装置40固定连接。示例性的，在一种可实施的方案中，壳体22分别与激光输入装置10以及激光输出装置40分别固定连接；如壳体22的一端与激光输入装置10固定连接，壳体22的另一端与激光输出装置40固定连接。

光纤输入端以及光纤输出端在分别通过激光输入装置10以及激光输出装置40固定时，该光纤位于壳体22内的部分为悬空设置的，也即光纤在壳体22内可移动的。其中，弯曲段30也位于该壳体22内。

位于壳体22内的光纤通过振动组件21驱动其振动。示例性的，在具体设置时，弯曲段30通过振动组件21支撑，并带动该弯曲段30振动。在具体设置时，振动组件21包括一振动平台211以及振动马达212。其中，振动平台211用于支撑弯曲段30，而振动马达212用于与振动平台211连接并用于带动振动平台211振动，以带动弯曲段30振动。

在振动马达212工作时，带动振动平台211高频振动，进而带动弯曲段30高频振动。使悬空安装的光纤(弯曲段30)高频振动。在振动中，光子的分布和反射经过多次相互叠加反射在短时间内重新经过同的路径，使激光的相干性和叠加能够更均匀的输出，从而改善激光的匀化效果。

通过上述示例可看出，本申请实施例提供的激光匀化装置对激光存在两方面的匀化。一方面通过激光在光纤内分布的的相干性，激光光源L1、L2、L3、Ln.......在光纤通道内多次高频率反射叠加进行匀化,以达到光斑均匀度的提升。另一方面，通过振动马达212使悬空安装的光纤高频振动，在振动中，光子的分布和反射经过多次相互叠加反射在短时间内重新经过同的路径，使激光的相干性和叠加能够更均匀的输出。

在一种可选的方案中，振动马达212的个数为两个，且两个振动马达212分列在振动平台211的两侧。如图2及图3中所示，振动马达212的个数为两个，且两个振动马达212分列在振动平台211的两侧。在具体连接时，振动马达212分别与振动平台211连接，以同步驱动振动平台211振动。在具体振动时，两个振动马达212分别连接电机驱动模块70，该电机驱动模块70可控制振动马达212的振动频率，以调整振动马达212驱动弯曲段30的振动效果。在一个可选的方案中，振动马达212可通过电机驱动模块70选择开启普通振动模式或者脉冲振动模式，可以开启马达的调频模式，调试电机的振动频率。在具体控制时，可通过电机驱动模块70从100HZ-144kHZ之间调试，以调整对弯曲段30的振动效果。

继续参考图3，振动组件21还包括弹性件213，在具体设置振动马达212时，振动马达212与壳体22通过弹性件213固定连接。示例性的，弹性件213的个数为两个，且两个弹性件213分别与两个振动马达212一一对应连接。如弹性件213为压缩弹簧，该压缩弹簧的一端与振动马达212固定连接，另一端与壳体22的底板固定连接。在振动马达212工作时，可通过弹性件213进行缓冲，以降低振动马达212的振动对壳体22的影响。

本申请实施例提供的振动马达212可为超声波马达。当然，应理解，本申请实施例提供的振动马达212不仅限于超声波马达，还可采用其他的提供高频振动的装置。如图4中所示，图4中示例出了振动马达212为振镜马达。当然，本申请实施例提供的振动马达212还可为其他输出高频振动的器件。在本申请实施例中不再一一列举示例说明。

继续参考图2，本申请实施例提供的激光匀化装置还可包括检测装置以及控制装置70，以提高对激光匀化的自动化控制效果。下面分别进行说明。

本申请实施例提供的激光匀化装置还包括光斑观察板50、摄像装置60以及控制装置70。其中，光斑观察板50用于形成光斑，摄像装置60用于采集光斑观察板50上的光斑。控制装置70用于根据采集的光斑观察板50上的光斑控制振动装置20调整对弯曲段30的振动效果。下面结合具体的附图分别进行说明。

光斑观察板50为一板状结构，其位于光纤输出端的一侧，光纤输出端发射出的激光可照射到光斑观察板50上，并在光斑观察板50上形成一光斑。

摄像装置60用于采集光斑观察板50上的光斑。示例性的，摄像装置60为红外摄像机、紫外摄像机或可见光摄像机。在具体设置时，可根据需要选择不同类型的摄像机，以拍摄不同波段的光斑。应理解，在图2中示例出的摄像装置60的位置仅为一个示例，并不代表本申请实施例中的摄像装置60可设置的位置，本申请实施例提供的摄像装置60可设置在可采集光斑观察板50上的光斑的任意位置，具体可根据需要设定。

控制装置70用于在摄像装置60采集的光斑小于设定值时，控制振动装置20增大振动频率。在具体控制时，控制装置70可将摄像装置60采集的光斑与光斑样板进行对比，在摄像装置60采集的光斑未达到光斑样板时，控制振动装置20增大振动频率。下面详细进行说明。

在进行测试时，控制装置70启动后系统会发送100HZ(最低振动频率)，进行光斑对比测试(与光斑样板进行对比)。在控制装置70接收到摄像装置60采集的光斑的图片时，控制装置70根据检测到的光斑质量进行分析；如果光斑匀化的质量和控制装置70里存储的光斑样板匀化对比度一致，能达到匀化，系统会发送给电机驱动模块70停止指令以及数据保存指令，即可完成调试。

控制装置70根据检测到的光斑质量进行分析；如果光斑匀化的质量和控制装置70里的光斑样板匀化度对比不一致，不能达到匀化，系统会发送给电机驱动模块70加高振动频率指令，控制装置70会根据再次高频匀化后的光斑与控制装置70的光斑样板进行比对，如未达到，则控制装置会再次发送更高频率指令直至系统光斑再次匀化，在采集的光斑和控制装置70选择的光斑样板一致后，电机驱动模块70停止指令以及数据保存指令，即可完成调试。

通过上述描述可看出，本申请实施例提供的激光匀化装纸通过设置弯曲段30以增大激光的传播路径，利用激光在光纤内的相干性，匀化激光。此外，通过设置的振动装置20来驱动弯曲段30振动，光子的分布和反射经过多次相互叠加反射在短时间内重新经过同的路径，使激光的相干性和叠加能够更均匀的输出，从而可改善激光匀化的效果，同时降低匀化装置的尺寸。

本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种激光匀化装置，其特征在于，包括：

光纤，包括光纤输入端、光纤输出端，以及连接光纤输入端以及光纤输出端的弯曲段；

激光输入装置，用于固定所述光纤输入端；

激光输出装置，用于固定所述光纤输出端；

振动装置，位于所述激光输入装置以及激光输出装置之间，并用于驱动所述弯曲段振动；其中，所述振动装置包括壳体，以及设置在所述壳体内的振动组件；所述光纤位于壳体内的部分为悬空设置，所述光纤在所述壳体内可移动；所述振动组件支撑所述弯曲段，并用于带动所述弯曲段振动。

2.根据权利要求1所述的激光匀化装置，其特征在于，所述振动组件包括支撑所述弯曲段的振动平台，与所述振动平台连接并用于带动所述振动平台振动的振动马达。

3.根据权利要求2所述的激光匀化装置，其特征在于，所述壳体分别与所述激光输入装置以及所述激光输出装置分别固定连接；

所述振动马达与所述壳体通过弹性件固定连接。

4.根据权利要求2所述的激光匀化装置，其特征在于，所述振动马达的个数为两个，且两个振动马达分列在所述振动平台的两侧。

5.根据权利要求2所述的激光匀化装置，其特征在于，所述振动马达为超声波马达或振镜马达。

6.根据权利要求1~5任一项所述的激光匀化装置，其特征在于，所述弯曲段为波浪形弯曲段。

7.根据权利要求6所述的激光匀化装置，其特征在于，还包括：

光斑观察板，用于接收所述光纤输出端输出的光斑；

摄像装置，用于采集所述光斑观察板上的光斑；

控制装置，用于在所述摄像装置采集的光斑小于设定值时，控制所述振动装置增大振动频率。

8.根据权利要求7所述的激光匀化装置，其特征在于，所述控制装置用于，将所述摄像装置采集的光斑与光斑样板进行对比，在所述摄像装置采集的光斑未达到所述光斑样板时，控制所述振动装置增大振动频率。

9.根据权利要求7所述的激光匀化装置，其特征在于，所述摄像装置为红外摄像机、紫外摄像机或可见光摄像机。