CN205507255U - 一种大功率激光衰减器 - Google Patents

Abstract

一种大功率激光衰减器，激光通过镜筒入射衰减器壳体内，沿激光入射方向在入射光轴上依次设置1/2波片、第一镜片和第二镜片；1/2波片可绕入射光轴旋转，两个镜片入射面的法线与入射光轴设置成布儒斯特角；激光吸收体组件设置在第一镜片的反射光路中；电机系统的输出轴与镜筒垂直设置，输出轴通过换向传动装置连接镜筒以带动镜筒旋转，镜筒上安装调节杆。本实用新型通过旋转1/2波片改变输入激光的偏振方向从而使透射率变化，实现激光能量衰减调节；本实用新型可同时实现衰减器的电动和手动调节，提高了旋转结构的安全防护等级，使吸收体组件可方便、快速接入外部水冷系统，便于吸收体的安装、更换和维护。

Description

一种大功率激光衰减器

技术领域

本实用新型属于激光技术领域，具体涉及激光功率衰减技术，特别是一种适用于大功率激光衰减器。

背景技术

在激光应用系统中，通常需要将激光功率通过衰减器衰减后才能进行使用或测量。在以往的应用中，衰减器通常只设计有单一的调节方式，一旦调节装置失效，很难在短时间内修复并投入使用，另外，单一的调节方式在某些情况下也很难满足使用人员需要手动调节的需求；在衰减器调节过程中，对于调节过度的防护措施相对薄弱，甚至是没有考虑，存在一定的安全隐患；而对于大功率激光，其吸收体通常采用水冷散热，但现有的设计都将吸收体内置于衰减器，水路连接复杂，且安装维护不便。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种大功率激光衰减器。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种大功率激光衰减器，包括壳体、上盖、镜筒、1/2波片、偏振分束装置和激光吸收体组件，激光通过镜筒入射壳体内，沿激光入射方向在入射光轴上依次设置1/2波片和偏振分束装置，所述激光吸收体组件设置在偏振分束装置的分束光路中；还包括调节杆、电机系统和换向传动装置；所述1/2波片安装在所述镜筒中，通常1/2波片粘接固定在镜筒的激光入射端；镜筒与壳体活动连接，镜筒可绕入射光轴旋转；所述电机系统安装在壳体内，其输出轴与镜筒垂直设置，所述输出轴通过换向传动装置带动镜筒旋转，从而使镜筒内安装的1/2波片转动，1/2波片转动时其光轴角度发生变化，线偏振的输入激光通过1/2波片后偏振方向发生不同的偏转，由于不同偏振方向激光的P光与S光分量不同，通过偏振分束装置后，最终输出的分束光强度占比不同，通过转动1/2波片可调节输入激光 的衰减比率，对输出激光的功率进行调节；镜筒上安装所述调节杆，拨动调节杆可旋转镜筒，调节杆作为手动调节1/2波片的旋转位置的把手，同时也作为机械限位的装置。

优选地，所述镜筒通过第一轴承和第二轴承与壳体实现活动连接，镜筒在二轴承限制下相对壳体旋转。

优选地，所述镜筒与壳体间安装有卡簧，所述卡簧轴向定位镜筒位置。

优选地，所述镜筒的激光入射端套接安装有指示环，所述调节杆固定在所述指示环上；壳体表面固定有一中间带空槽的刻度环，调节杆穿过所述空槽，因为调节杆被约束在空槽内运动，可通过阻挡调节杆强制停止镜筒转动，该空槽与其中的调节杆配合，形成防止衰减器调节过度的机械限位。

所述偏振分束装置包括沿激光入射方向在入射光轴上依次放置的第一镜片和第二镜片，二镜片相对倾斜放置，二镜片的入射镜面法线均与所述入射光轴成布儒斯特角；所述激光吸收体组件设置在第一镜片的反射光路中。

优选地，所述第一镜片和第二镜片相对垂直入射光轴的平面镜面对称摆放。

优选地，所述偏振分束装置包括沿激光入射方向在入射光轴上依次设置的第一镜片和第二镜片，二镜片相对倾斜放置，二镜片的入射镜面法线均与所述入射光轴成布儒斯特角，所述激光吸收体组件设置在第一镜片的反射光路中。输入激光经过1/2波片后偏振方向发生偏转，不同偏振方向的输入激光入射第一镜片时反射率不同，透射激光再入射第二镜片的透射率也不同，通过改变输入激光偏振方向实现输出激光功率的调节。

进一步优选地，所述第一镜片和第二镜片相对垂直入射光轴的平面成镜面对称设置，激光在二镜片上的入射面相互重合。

优选地，所述激光吸收体组件包括吸收体和两个水接头，所述吸收体安装入壳体内，所述水接头露于壳体外部；反射的激光进入吸收体腔内，将光能转化为热能，水冷机连接水接头，通过水接头流入冷水将热量带走。吸收体由衰减器外部装入，并可通过螺丝或法兰等连接方式固定在衰减器壳体上。

优选地，所述换向传动装置包括垂直啮合的主动伞齿轮和从动伞齿轮，实现90°换向传动，所述主动伞齿轮通过联轴器连接所述输出轴，所述从动伞齿轮套 在镜筒上并与镜筒固定。

作为前一方案的进一步优选，所述从动伞齿轮上安装有限位杆，所述镜筒旁安装有配合所述限位杆的槽型光电开关，所述槽型光电开关可选用U型槽，当限位杆随镜筒和齿轮旋转经过光电开关的U型槽时触发光电开关发出信号；所述电机系统包括电机组件、电机驱动器和编码器，所述输出轴安装在电机组件上，所述电机驱动器驱动输出轴转动，所述编码器安装在电机组件上监控输出轴转动状态，并分别与电机驱动器和槽型光电开关信号连接；槽型光电开关的触发时的信号反馈至编码器，编码器控制电机驱动器停止输出轴转动，实现衰减器的光电限位。

本实用新型所称“安装”与“固定”，包括直接连接和通过中间件间接连接的方式。

本实用新型的技术解决方案通过旋转1/2波片改变输入激光的偏振方向，进而改变激光以布儒斯特角入射镜片时的透射率，从而实现激光能量衰减的目的；本实用新型衰减器同时设置了电动和手动的调节方式，设置了衰减器调节的光电限位和机械限位，将吸收体水冷散热的水接头设置于衰减器壳体之外。

本实用新型同时实现了衰减器的电动和手动调节功能，提高旋转结构的安全防护等级，简化吸收体的水路连接，方便、快速接入外部水冷系统，同时便于吸收体的安装、更换和维护。

附图说明

图1为本实用新型衰减器的爆炸结构图；

图2为图1中的衰减器整体结构及光路示意图。

其中：

1：壳体；2：第一镜片；3：第二镜片；4：上盖；5：第一轴承；6：主动伞齿轮；7：限位杆；8：槽型光电开关；9：卡簧；10：1/2波片；11：调节杆；12：第二轴承；13：镜筒；14：指示环；15：刻度环；16：从动伞齿轮；17：联轴器；18：电机组件；19：编码器；20：电机驱动器；21：激光吸收体组件；22：水接头；L1：输入激光；L2：反射激光；L3：输出激光。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图1，沿激光入射方向依次放置在衰减器的入射光轴上的1/2波片10、第一镜片2、第二镜片3以及激光吸收体组件21共同组成衰减器光路上的重要节点，整个衰减器安装完毕后去除上盖4的整体结构如图2所示。其中：

第一镜片2和第二镜片3相对与入射光轴垂直的平面呈镜像对称设置，二镜片入射镜面的法线均与入射光轴成布儒斯特角；1/2波片10胶粘固定于镜筒13中靠近激光入射端位置，镜筒13上靠近1/2波片10的端部安装指示环14；第二轴承12和第一轴承5安装固定在壳体1对应的轴承孔内，将预先组装好的镜筒13依次穿过第二轴承12、从动伞齿轮16和第一轴承5，镜筒13与轴承内圈固定，从动伞齿轮16上安装固定螺钉与镜筒13固定连接；在镜筒13的中间的卡簧槽处安装卡簧9对镜筒13进行轴向定位，确定镜筒13伸入壳体1的长度；刻度环15通过螺钉固定于壳体1的正侧面，调节杆11穿过刻度环15中间的空槽安装固定于指示环14上，空槽与调节杆11组成镜筒13旋转的机械限位机构；

电机系统整体安装在壳体1内，其中电机组件18的输出轴通过联轴器17连接主动伞齿轮6构成电驱动轴，电机组件18由电机驱动器20驱动，电机驱动器20安装在壳体1内底上；主动伞齿轮6与从动伞齿轮16组成换向传动装置，二齿轮相互啮合，其齿轮轴交角为90°，使电驱动轴与镜筒13垂直设置，通过换向传动避免了电驱动轴占用空间对入射光路造成影响；电机组件18上安装的编码器19实时监控输出轴转动位置，编码器19与电机驱动器20连接，可发送信号控制电机组件18工作；从动伞齿轮16上安装限位杆7，齿轮转动时带动限位杆7转动，在壳体1内壁对应位置安装具有U型槽的槽型光电开关8，限位杆7转动经过U型槽时触发槽型光电开关8产生反馈信号，槽型光电开关8反馈信号传输至编码器19。

激光吸收体组件21从壳体1外部对应开孔位置装入，并通过螺钉固定牢固，为连接更稳固也可使用法兰连接，激光吸收体组件21包含吸收体、两个水接头22以及端盖；吸收体伸入壳体1内，设置吸收体位于第一镜片2的反射光路上，使输入激光在第一镜片2的反射光进入吸收体腔内；两个水接头22外露于壳体 1外部，外部的水冷机水接头22对吸收体进行水冷。

如图2，输入激光L1自镜筒13入射衰减器，通过镜筒中的1/2波片10到达第一镜片2，反射激光L2入射激光吸收体组件21后被吸收，剩余激光自第一镜片2透射后到达第二镜片3，再自第二镜片3透射后形成输出激光L3。线偏振的输入激光L1通过1/2波片10后偏振方向发生偏转，再以布儒斯特角入射第一镜片2时在入射面分为P光与S光分量，大部分S光形成反射激光L2被吸收，P光与剩余S光透射后继续传输；P光与S光通过第一镜片2和第二镜片3后的透射率固定，不同偏振方向的输入激光L1其P光与S光分量不同，通过转动1/2波片10改变输入激光L1的偏振方向可实现衰减器输出激光L3功率调节。

激光透射第一镜片2时，光斑会发生一定程度的形变，激光再透过传播方向上镜像对称设置的第二镜片3，可补偿光斑形变。

通常衰减器输出采用电动调节，通过电机组件18传动驱动镜筒13旋转实现1/2波片10转动，槽型光电开关8和限位杆7构成光电限位，当限位杆7转动经过U型槽时触发槽型光电开关8发出反馈信号，编码器19接收反馈信号后控制电机驱动器20停止电机组件18，从而停止1/2波片10转动；如光电限位开关失效，由调节杆11处的机械限位保证转动强制停止；通过拨动调节杆11可直接旋转镜筒13实现衰减器输出的手动调节。

应理解，上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本实用新型的内容并据以实施，并非具体实施方式的穷举，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种大功率激光衰减器，包括壳体(1)、上盖(4)、镜筒(13)、1/2波片(10)、偏振分束装置和激光吸收体组件(21)，激光通过镜筒(13)入射壳体(1)内，沿激光入射方向在入射光轴上依次设置1/2波片(10)和偏振分束装置，所述激光吸收体组件(21)设置在偏振分束装置的分束光路中，其特征在于：

还包括调节杆(11)、电机系统和换向传动装置；

所述1/2波片(10)安装在所述镜筒(13)中；镜筒(13)与壳体(1)活动连接，镜筒(13)可绕入射光轴旋转；所述电机系统安装在壳体(1)内，其输出轴与镜筒(13)垂直设置，所述输出轴通过换向传动装置带动镜筒(13)旋转；镜筒(13)上安装所述调节杆(11)，拨动调节杆(11)可旋转镜筒(13)。

2.根据权利要求1所述的大功率激光衰减器，其特征在于：所述镜筒(13)通过第一轴承(5)和第二轴承(12)与壳体(1)活动连接。

3.根据权利要求1所述的大功率激光衰减器，其特征在于：所述镜筒(13)与壳体(1)间安装有卡簧(9)，所述卡簧(9)轴向定位镜筒(13)位置。

4.根据权利要求1所述的大功率激光衰减器，其特征在于：所述镜筒(13)的激光入射端套接安装有指示环(14)，所述调节杆(11)固定在所述指示环(14)上；壳体(1)表面固定有一中间带空槽的刻度环(15)，调节杆(11)穿过所述空槽。

5.根据权利要求1所述的大功率激光衰减器，其特征在于：所述偏振分束装置包括沿激光入射方向在入射光轴上依次放置的第一镜片(2)和第二镜片(3)，二镜片相对倾斜放置，二镜片的入射镜面法线均与所述入射光轴成布儒斯特角；所述激光吸收体组件(21)设置在第一镜片(2)的反射光路中。

6.根据权利要求5所述的大功率激光衰减器，其特征在于：所述第一镜片(2)和第二镜片(3)相对垂直入射光轴的平面成镜面对称设置。

7.根据权利要求1所述的大功率激光衰减器，其特征在于：所述激光吸收体组件(21)包括吸收体和两个水接头(22)，所述吸收体安装入壳体(1)内，所述水接头(22)露于壳体(1)外部。

8.根据权利要求1-7任一项所述的大功率激光衰减器，其特征在于：所述换向传动装置包括垂直啮合的主动伞齿轮(6)和从动伞齿轮(16)，所述主动伞齿轮(6)通过联轴器(17)连接所述输出轴，所述从动伞齿轮(16)套在镜筒(13)上并与镜筒(13)固定。

9.根据权利要求8所述的大功率激光衰减器，其特征在于：所述从动伞齿 轮(16)上安装有限位杆(7)，所述镜筒(13)旁安装有配合所述限位杆(7)的槽型光电开关(8)；

所述电机系统包括电机组件(18)、电机驱动器(20)和编码器(19)，所述输出轴安装在电机组件(18)上，所述电机驱动器(20)驱动输出轴转动，所述编码器(19)安装在电机组件(18)上监控输出轴转动状态，并分别与电机驱动器(20)和槽型光电开关(8)信号连接。