CN116191180A - 一种光纤激光器点阵光束输出阵列装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤激光器点阵光束输出技术领域，具体公开了一种光纤激光器点阵光束输出阵列装置，包括阵列设置的多个输出单元，每个输出单元包括接头、固定环和准直器，固定环一端设置接头，固定环另一端设置准直器，固定环外壁上沿圆周方向均匀设置多组铰接机构；铰接机构设置在靠近准直器一侧；相邻两输出单元的固定环通过铰接机构连接；固定环外壁上配合铰接机构设置角度调节机构，能够调节相邻两输出单元的固定环之间的夹角。与现有技术相比，通过角度调节机构和铰接机构的设置，能够调节相邻两输出单元的固定环之间的夹角，能够使得阵列的输出单元输出的光束聚焦，进而实现超300KW以上的激光功率的输出。

Description

一种光纤激光器点阵光束输出阵列装置

技术领域

本发明涉及光纤激光器点阵光束输出技术领域，具体公开了一种光纤激光器点阵光束输出阵列装置。

背景技术

由于光纤激光器具有体积小、重量轻、结构简单、转换效率高、性能稳定等特点，光纤激光器在机械加工、国防医疗、工程制造等领域都有广泛的应用。同时，随着光纤激光器各种合束技术的出现，高功率光纤激光器也已经取得了快速的发展，并迅速的应用于工业制造的各个领域，比如在工业机械中的切割、焊接、打孔等方面均有广阔应用前景。实现超高功率光纤激光输出可以更好地应用于高端制造、军工行业、武器、光电对抗等领域。

目前，高功率光纤激光器输出激光主要采用功率合束和光谱合束的方式来进行。由于受功率合束器和光谱原件及激光波长的限制，以上两种方法难以实现超300KW以上的激光功率输出。

如公告号CN113391455B的专利公开了一种用于光纤激光阵列光束拼接合成的棒镜阵列装置，包括棒镜以及基座，光纤或光纤端帽固定在基座的第一端，与基座第一端相对的基座第二端安装有与光纤或光纤端帽一一相对的棒镜，所有棒镜按照设定的方式排布成棒镜阵列，待拼接合成的单元光束经光纤或光纤端帽入射到棒镜经棒镜产生对应形状的单元光束，由棒镜阵列拼接成对应形状、排布的光纤激光阵列光束输出。本发明可大幅缓解高光束占空比和小阵列光束尺寸间的矛盾，实现任意形状光束的紧密排列。

上述方案中，虽然能够将光纤激光阵列输出，但输出的光束平行，仍然难以实现超300KW以上的激光功率输出。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种光纤激光器点阵光束输出阵列装置，以解决光纤激光器点阵光束平行输出难以实现超300KW以上的激光功率输出的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种光纤激光器点阵光束输出阵列装置，包括阵列设置的多个输出单元，每个输出单元包括接头、固定环和准直器，固定环一端设置接头，固定环另一端设置准直器，固定环外壁上沿圆周方向均匀设置多组铰接机构；铰接机构设置在靠近准直器一侧；相邻两输出单元的固定环通过铰接机构连接；固定环外壁上配合铰接机构设置角度调节机构，能够调节相邻两输出单元的固定环之间的夹角。通过角度调节机构和铰接机构的设置，能够调节相邻两输出单元的固定环之间的夹角，能够使得阵列的输出单元输出的光束聚焦，进而实现超300KW以上的激光功率的输出。

优选地，固定环整体呈六棱柱设置，方便角度调节机构和铰接机构的设置。

优选地，铰接机构包括铰接板和铰接槽；铰接板和铰接槽交替设置在固定环外壁的六个面上；一件固定环的铰接板能够通过销轴铰接在另一件固定环的铰接槽内。完成了相邻两输出单元的固定环的铰接。

优选地，角度调节机构包括配合设置的拉伸弹簧和气囊；拉伸弹簧和气囊均固定设置在固定环外壁上；气囊配合铰接槽设置。拉伸弹簧的设置，在气囊未充气时，能够保证相邻两输出单元的固定环位置固定。在气囊充气时，气囊作用在垂直于固定环外壁上的力，与拉伸弹簧的拉力相抵消，保证相邻两输出单元的固定环间夹角的稳定，保证光束聚焦。

优选地，固定环外壁上设置固定台；固定台设置在铰接槽一侧；固定台上设置气囊槽；气囊配合设置在气囊槽内。气囊槽的设置，保证了气囊设置的稳定。固定台的设置，限制了固定环绕铰接处旋转的角度，固定了气囊未充气时相邻两输出单元的固定环的位置。

优选地，气囊槽一侧壁上设置通孔；气囊的输气管设置在通孔内。减小输气管对气囊工作的干涉，保证气囊的正常工作，保证相邻输出单元的固定环的夹角稳定。

优选地，气囊未充气状态下厚度等于气囊槽深度。方便通过控制气囊的压强，实现相邻输出单元的固定环的夹角的调节。

优选地，固定环外壁上均匀设置固定孔；拉伸弹簧设置在固定孔内。保证拉伸弹簧设置的稳定。

优选地，拉伸弹簧一端固定设置在一件固定环的固定孔内，拉伸弹簧另一端固定设置在相邻固定环的对应的固定孔内。

优选地，拉伸弹簧设置在靠近接头一侧。

本发明的有益效果是：通过角度调节机构和铰接机构的设置，能够调节相邻两输出单元的固定环之间的夹角，能够使得阵列的输出单元输出的光束聚焦，进而实现超300KW以上的激光功率的输出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本发明实施例的主视结构示意图；

图2为本发明实施例的右视结构示意图；

图3为本发明实施例的输出单元的结构示意图；

图4为图3所示的本发明实施例的输出单元的不同视角的结构示意图；

图5为本发明实施例的相邻两输出单元的固定环连接状态的主视示意图；

图6为本发明实施例的相邻两输出单元的固定环连接状态的俯视示意图；

图7为本发明实施例的相邻两输出单元的固定环连接状态且气囊充气时的主视示意图。

附图标记说明：

1-接头，2-固定环，3-准直器，4-拉伸弹簧，5-气囊，6-输气管，7-气囊槽，8-铰接板，9-铰接槽，10-固定台，11-固定孔。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，一种光纤激光器点阵光束输出阵列装置，包括阵列设置的多个输出单元，每个输出单元包括接头1、固定环2和准直器3，固定环2一端螺纹设置接头1，固定环2另一端插设准直器3，接头1能够连接QBH、QD、Q+等通用光纤激光器输出接头。

如图3-6所示，固定环2外壁上沿圆周方向均匀设置多组铰接机构；铰接机构设置在靠近准直器3一侧；相邻两输出单元的固定环2通过铰接机构连接；固定环2外壁上配合铰接机构设置角度调节机构，能够调节相邻两输出单元的固定环2之间的夹角。通过角度调节机构和铰接机构的设置，能够调节相邻两输出单元的固定环2之间的夹角，能够使得阵列的输出单元输出的光束聚焦，进而实现超300KW以上的激光功率的输出。其中，固定环2整体呈六棱柱设置，方便角度调节机构和铰接机构的设置。铰接机构包括铰接板8和铰接槽9；铰接板8和铰接槽9交替设置在固定环2外壁的六个面上，即一个面上设置铰接板8，顺时针旋转的下一个面设置铰接槽9；一件固定环2的铰接板8能够通过销轴铰接在另一件固定环2的铰接槽9内，完成了相邻两输出单元的固定环2的铰接。

上述设置中，角度调节机构包括配合设置的拉伸弹簧4和气囊5；拉伸弹簧4和气囊5均固定设置在固定环2外壁上；气囊5配合铰接槽9设置。拉伸弹簧4的设置，在气囊5未充气时，能够保证相邻两输出单元的固定环2位置固定。在气囊5充气时，气囊5作用在垂直于固定环2外壁上的力，与拉伸弹簧4的拉力相抵消，保证相邻两输出单元的固定环2间夹角的稳定，保证光束聚焦。气囊5未充气时，拉伸弹簧4处于稳定状态，即未拉伸状态，保证此时相邻两输出单元的固定环2连接的稳定。固定环2外壁上设置固定台10；固定台10设置在铰接槽9一侧；固定台10上设置气囊槽7；气囊5配合设置在气囊槽7内。气囊槽7的设置，保证了气囊5设置的稳定。固定台10的设置，限制了固定环2绕铰接处旋转的角度，固定了气囊5未充气时相邻两输出单元的固定环2的位置。气囊槽7一侧壁上设置通孔；气囊5的输气管6设置在通孔内，减小输气管6对气囊5工作的干涉，保证气囊5的正常工作，保证相邻输出单元的固定环2的夹角稳定。固定环2外壁上均匀设置固定孔11；拉伸弹簧4设置在固定孔11内，保证拉伸弹簧4设置的稳定。拉伸弹簧4一端固定设置在一件固定环2的固定孔11内，拉伸弹簧4另一端固定设置在相邻固定环2的对应的固定孔11内。

上述设置中，气囊5未充气状态下厚度等于气囊槽7深度，方便通过控制气囊5的压强，实现相邻输出单元的固定环2的夹角的调节。拉伸弹簧4设置在靠近接头1一侧。

如图7所示，气囊5充气时，带动相邻两输出单元的固定环2绕铰接处转动。此时，根据弹簧拉力计算公式：F1=KX，其中F1为弹簧拉力、K为弹簧的弹性系数、X为弹簧的变化量。根据压力公式：F2=PS，其中F2为压力、P为压强、S为受力面积。对气囊5产生的力进行受力分析，L1为弹簧轴线到铰接处销轴中心线的距离，L2为气囊5受力处中心到铰接处销轴中心线的距离；F2作用力的方向垂直于固定环2左侧面，即F2作用方向与水平方向夹角为θ。而此时两相邻固定环2夹角固定，即拉伸弹簧4在水平方向做功与气囊5在水平方向做功方向相反，大小相等。

如图7所示，假设偏移角度为θ，即相邻两固定环2上接头1的侧面之间的夹角，得到公式：

即：

可通过公式计算出理想状态下所需角度时的压强，实现其连续变化角度的功能。同时拉伸弹簧4对其施加拉力，实现在不同角度随时固定的这一功能。

使用时，如图1所示，设置7个阵列设置的输出单元，以最中心的一个输出单元的固定环2前侧面，即该固定环2设置接头1的侧面为基准，调节第二圈输出单元（即中心固定环2四周的输出单元）与中心固定环2之间的夹角。第二圈输出单元的固定环2与中心的输出单元的固定环2连接处设置角度调节机构，且铰接板8通过销轴铰接在铰接槽9内。同时，第二圈输出单元的六个固定环2之间的连接处，不设置角度调节机构，且铰接板8放置在铰接槽9内，并不通过销轴铰接。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光纤激光器点阵光束输出阵列装置，包括阵列设置的多个输出单元，每个输出单元包括接头（1）、固定环（2）和准直器（3），固定环（2）一端设置接头（1），固定环（2）另一端设置准直器（3），其特征在于，固定环（2）外壁上沿圆周方向均匀设置多组铰接机构；铰接机构设置在靠近准直器（3）一侧；相邻两输出单元的固定环（2）通过铰接机构连接；固定环（2）外壁上配合铰接机构设置角度调节机构，角度调节机构能够调节相邻两输出单元的固定环（2）之间的夹角。

2.根据权利要求1所述的光纤激光器点阵光束输出阵列装置，其特征在于，固定环（2）整体呈六棱柱设置。

3.根据权利要求2所述的光纤激光器点阵光束输出阵列装置，其特征在于，铰接机构包括铰接板（8）和铰接槽（9）；铰接板（8）和铰接槽（9）交替设置在固定环（2）外壁的六个面上；一件固定环（2）的铰接板（8）能够通过销轴铰接在另一件固定环（2）的铰接槽（9）内。

4.根据权利要求3所述的光纤激光器点阵光束输出阵列装置，其特征在于，角度调节机构包括配合设置的拉伸弹簧（4）和气囊（5）；拉伸弹簧（4）和气囊（5）均固定设置在固定环（2）外壁上；气囊（5）配合铰接槽（9）设置。

5.根据权利要求4所述的光纤激光器点阵光束输出阵列装置，其特征在于，固定环（2）外壁上设置固定台（10）；固定台（10）设置在铰接槽（9）一侧；固定台（10）上设置气囊槽（7）；气囊（5）配合设置在气囊槽（7）内。

6.根据权利要求5所述的光纤激光器点阵光束输出阵列装置，其特征在于，气囊槽（7）一侧壁上设置通孔；气囊（5）的输气管（6）设置在通孔内。

7.根据权利要求6所述的光纤激光器点阵光束输出阵列装置，其特征在于，气囊（5）未充气状态下厚度等于气囊槽（7）深度。

8.根据权利要求4所述的光纤激光器点阵光束输出阵列装置，其特征在于，固定环（2）外壁上均匀设置固定孔（11）；拉伸弹簧（4）设置在固定孔（11）内。

9.根据权利要求8所述的光纤激光器点阵光束输出阵列装置，其特征在于，拉伸弹簧（4）一端固定设置在一件固定环（2）的固定孔（11）内，拉伸弹簧（4）另一端固定设置在相邻固定环（2）的对应的固定孔（11）内。

10.根据权利要求9所述的光纤激光器点阵光束输出阵列装置，其特征在于，拉伸弹簧（4）设置在靠近接头（1）一侧。

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