CN116053896A - 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。该激光反射装置还包括反射镜固定件，所述反射镜为圆饼型，所述反射镜固定件为外表面切除两侧的球壳结构，该两侧可以收光和出光，所述反射镜套设于所述反射镜固定件的内侧，所述反射镜和反射镜固定件上设有销钉孔，所述反射镜固定件的外侧设有旋转销钉。通过利用销钉孔和旋转销钉之间的可拆式设计的特点，同时，巧妙利用反射镜和反射镜固定件的特殊形状搭配，实现同时调整激光进入接收光纤时在X轴方向上的坐标和Y轴方向上的坐标。并且，解决了激光反射装置调整光束的二维运动和激光反射装置的固设、夹持机构共存的问题。

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坐标或角度难度极大，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。

本申请的激光反射装置通过调整所述反射镜3绕Y轴旋转和绕X轴旋转，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。本申请的激光反射装置还包括反射镜固定件，所述反射镜为圆饼型，所述反射镜固定件为外表面切除两侧的球壳结构，该两侧可以收光和出光，所述反射镜套设于所述反射镜固定件的内侧，所述反射镜和反射镜固定件上设有销钉孔，所述反射镜固定件的外侧设有旋转销钉。

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。

本申请通过利用销钉孔和旋转销钉之间的可拆式设计的特点，同时，巧妙利用反射镜和反射镜固定件的特殊形状搭配。通过先将反射镜围绕X旋转轴或Y旋转轴的旋转销钉旋转至理想的角度，然后拆除该旋转轴上的旋转销钉，由于该旋转轴上的旋转销钉此时已经被拆除，再旋转另一个旋转轴上的旋转销钉时，被拆除旋转销钉所对应的旋转轴上的销钉孔会跟随运动，而该被拆除旋转销钉所对应的旋转轴上没有旋转销钉运动，不需要考虑旋转销钉运动影响激光反射装置的固设和夹持问题。本申请通过上述巧妙设计实现了反射镜产生围绕X旋转轴和Y旋转轴两个方向旋转的自由度，进而，可以同时调整激光光束进入接收光纤时在X轴方向上的坐标和Y轴方向上的坐标。并且，解决了激光反射装置调整激光光束在目标光纤的端面的X、Y方向上坐标的二维运动和激光反射装置的固设、夹持机构共存的问题。

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为本申请的反射镜的固设结构示意图；

图5为本申请的激光反射装置的第三结构示意图。

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，41、凸透镜固定件，5、光束，6、外固件，61、外固件延伸部，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、固定件压环，341、销钉孔，342、旋转销钉，343、销钉开口，344、第一滑槽，345、第二滑槽。

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。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。

然而，实际设计中，可以同时调整X轴方向上的坐标和Y轴方向上的坐标的装置，对反射镜3的固设、夹持机构难以设计，即调整两个维度坐标和稳定的固设、夹持机构难以共存。

为了解决上述问题，如图3～4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，所述反射镜3为圆饼型，所述反射镜固定件31为外表面31a切除两侧的球壳结构，该两侧可以收光和出光，所述反射镜3套设于所述反射镜固定件31的内侧。所述反射镜3和反射镜固定件31的X旋转轴和Y旋转轴上均至少设有一个销钉孔341，所述反射镜固定件31的X旋转轴和Y旋转轴上均至少设有一个旋转销钉342，所述旋转销钉342为可拆式设于销钉孔341上。所述反射镜固定件31上至少设有第一滑槽344，所述第一滑槽344环绕Y旋转轴设置。

在具体的实施例中，所述旋转销钉342为可采用螺栓结构或者螺柱结构可拆式设于销钉孔341上，既可以固定，也可以拆除。

为了实现反射镜3产生围绕X旋转轴和Y旋转轴两个方向旋转的自由度，本申请的旋转工作如下，旋转Y旋转轴上的旋转销钉342，可以使得反射镜3围绕Y旋转轴旋转，进而，改变入射至接收光纤2的入射激光的X轴方向上的坐标，同时，X旋转轴的旋转销钉342会沿着第一滑槽344运动，当入射至接收光纤2的光束5到达理想的X坐标位置时，拆除Y旋转轴上的旋转销钉342，然后旋转X旋转轴上的旋转销钉342，可以使得反射镜3围绕X旋转轴旋转，进而，改变入射至接收光纤2的入射激光的Y轴方向上的坐标，最终使得入射至接收光纤2的光束5到达理想的位置，提升光束5的使用效率。

在本申请的实施例中，由于Y旋转轴上的旋转销钉342此时已经被拆除，旋转X旋转轴上的旋转销钉342时，Y旋转轴上的销钉孔341会跟随运动，而没有Y旋转轴上的旋转销钉342运动，不需要考虑旋转销钉342运动影响激光反射装置的固设和夹持问题。

需要说明的是，本申请的X轴和Y轴只是定义的方向，是可以互换的。

在优选的方案中，所述反射镜固定件31上还设有第二滑槽345，所述第一滑槽344和第二滑槽345位于反射镜固定件31上的圆环面相互垂直，即所述第二滑槽345环绕X旋转轴设置，X旋转轴上的旋转销钉342和Y旋转轴上的旋转销钉342分别可以在第一滑槽344和第二滑槽345上滑动。此时可以更加方便地实现反射镜3产生围绕X旋转轴和Y旋转轴两个方向旋转的自由度。

在优选的方案中，所述销钉孔341和旋转销钉342在反射镜3的X旋转轴和Y旋转轴上均至少设有两个，两个所述销钉孔341均处于相对的位置上，两个所述旋转销钉342也均处于相对的位置上。以便于更好地调整反射镜3产生围绕X旋转轴和Y旋转轴两个方向旋转的自由度。

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从发射光线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从发射光线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。

在优选的方案中，所述激光反射装置还包括一外固件6，所述外固件6为球壳型，所述外固件6套设于反射镜固定件31的外侧，所述销钉孔341和第一滑槽344延伸至外固件6，当设有第二滑槽345时，第二滑槽345同样延伸至外固件6。本实施例中，对激光反射装置增加外固件6的设计，可以更好的保持整体激光反射装置的稳定性，反射镜3的固设、夹持也会更稳定，反射镜3转动的可靠性也更佳。

如图3所示，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旋转轴和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固定件压环33，通过固定件压环33将反射镜固定件31形成稳定、密封状态。

如图5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，所述外固件6具有一外固件延伸部61，所述准直头7位于所述外固件延伸部61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，所述凸透镜4上还设有凸透镜固定件41，通过凸透镜固定件41将凸透镜4形成更稳定的状态。

在具体的实施例中，所述旋转销钉342上设有销钉开口343，所述销钉开口343可以通过使用工具转动销钉开口343，进而便于扭动旋转销钉342，带动反射镜3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)；

该激光反射装置还包括反射镜固定件(31)，所述反射镜(3)为圆饼型，所述反射镜固定件(31)为外表面(31a)切除两侧的球壳结构，该两侧可以收光和出光，所述反射镜(3)套设于所述反射镜固定件(31)的内侧，所述反射镜(3)和反射镜固定件(31)的X旋转轴和Y旋转轴上均至少设有一个销钉孔(341)，所述反射镜固定件(31)的X旋转轴和Y旋转轴上均至少设有一个旋转销钉(342)，所述旋转销钉(342)为可拆式设于销钉孔(341)上；

所述反射镜固定件(31)上还至少设有第一滑槽(344)，所述第一滑槽(344)环绕X或Y旋转轴设置。

2.如权利要求1所述的激光反射装置，其特征在于，所述反射镜固定件(31)上还设有第二滑槽(345)，所述第一滑槽(344)和第二滑槽(345)位于反射镜固定件(31)上的圆环面相互垂直，X旋转轴上的旋转销钉(342)和Y旋转轴上的旋转销钉(342)分别可以在第一滑槽(344)和第二滑槽(345)上滑动。

3.如权利要求1所述的激光反射装置，其特征在于，所述旋转销钉(342)采用螺栓结构或者螺柱结构可拆式设于销钉孔(341)上。

4.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°。

5.如权利要求1所述的激光反射装置，其特征在于，还包括外固件(6)，所述外固件(6)为球壳型，套设于反射镜固定件(31)的外侧，所述旋转销钉(342)设于外固件(6)的外侧，所述销钉孔(341)和第一滑槽(344)延伸至外固件(6)。

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6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)，所述外固件(6)具有一外固件延伸部(61)，所述准直头(7)位于所述外固件延伸部(61)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，所述旋转销钉(342)上设有销钉开口(343)，通过使用工具转动销钉开口(343)，进而便于扭动旋转销钉(342)，带动反射镜(3)绕着X旋转轴或Y旋转轴进行轴心转动。

9.如权利要求6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)和固定件压环(33)，在反射镜(3)绕X旋转轴和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，通过固定件压环(33)将反射镜固定件(31)形成稳定、固设状态。

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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