CN210092559U

CN210092559U - 一种高功率光纤激光头光阑

Info

Publication number: CN210092559U
Application number: CN201921443478.6U
Authority: CN
Inventors: 常勇
Original assignee: Foshan Beyond Laser Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Hongshi Laser Technology Co Ltd
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2020-02-18
Anticipated expiration: 2029-08-30

Abstract

本实用新型公开了一种高功率光纤激光头光阑。该方案包括接头本体、光阑块、安装块，接头本体内设置有空腔，光阑块包括第一锥形部以及第二锥形部，第一锥形部的上端以及所述第二锥形部的下端均设置开口，安装块与接头本体连接，安装块内开设有第一安装槽，安装块上还开设有连通孔，第一锥形部在安装块内，第一锥形部外延伸有挡光部，空腔的内壁还设置有静电吸附板；挡光部对部分杂散光进行遮挡，减少了光阑块温度急剧升高的可能，适用于高功率的光纤激光头，设置静电吸附板，减少粉尘从第一锥形部的开口进入光阑块内、再经光阑块掉落至下方的光学镜片上的可能，提高光纤激光头的使用可靠性、稳定性以及延长其使用寿命。

Description

一种高功率光纤激光头光阑

技术领域

本实用新型涉及激光技术域，具体涉及一种高功率光纤激光头光阑。

背景技术

在激光技术领域中，常用的激光发生器为光纤激光器，光纤激光器应用范围非常广泛，包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接(铜焊、淬水、包层以及深度焊接)、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设，作为其他激光器的泵浦源等等。

光纤激光器发出的激光是呈高斯分布状态，光纤激光器在相对较小的发散角度内集中了大部分的激光能量，此部分能量包括光纤激光切割机使用的可利用光，为对切割产生实际作用的能量，除了能够利用的能量，还包括一部分非常微弱的激光能量，此部分能量密度低、方向性差、会对切割产生负面影响。

现有技术中，公告号为CN 206349624 U的中国实用新型专利公开了一种激光装置，该激光装置包括中空的接头以及设置于接头内设置一倒锥光阑，倒锥光阑包括位于上方的倒锥结构的第一锥形部和位于下方的正锥结构的第二锥孔部，还包括水冷块以及插设于接头内的光源。

其通过设置倒锥光阑将光源发射的伞状激光进行整形，使得多余的光线在倒锥光阑的内部反射而不会辐射到接头中空腔体的内壁上，再通过水冷块将热量带走。

虽然这种激光装置的倒锥光阑能够将多余的光线反射在倒锥形内部，但是，因激光器功率不同，光束质量也会有差异，功率越高，光束质量相对越差，杂散光的能量越多，低功率激光头的光阑用在高功率激光头上是不合适的，因为这个可能会导致光阑严重发热甚至对激光头造成不可修复的损坏。

此外，在使用过程中，倒锥光阑的下方即为准直镜，准直镜为光学镜片，因使用环境或安装的原因，由光线激光头向下会有出现尘质掉落的现象，而若尘质经倒锥光阑的上端开口的落入，再经倒锥光阑，落至下方的光学镜片中，将光学镜片容易烧损。

因此，需要提供一种适用于高功率的激光装置的、可靠性强的光阑。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种高功率光纤激光头光阑，其在第一锥形部上设置挡光部并设置静电吸附板，该高功率光纤激光头光阑能适用于高功率光纤激光头上，并具有有效降低发热、提高使用的可靠性、延长使用寿命的优点。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种高功率光纤激光头光阑，该高功率光纤激光头光阑适用于光纤激光头的功率大于或等于6kW，包括接头本体、光阑块，所述接头本体内设置有空腔，光纤激光头插接于空腔内并位于接头本体的上端，所述光阑块位于接头本体的下端，所述光阑块包括位于上部的呈正锥形的第一锥形部以及位于下部的呈倒锥形的第二锥形部，所述第一锥形部的上端以及所述第二锥形部的下端均设置开口，光纤激光头光阑还包括安装块，所述安装块与所述接头本体连接，所述安装块内开设有供所述光阑块安装的第一安装槽，所述安装块上还开设有连通孔，所述连通孔与所述第一安装槽连通，所述第一锥形部在所述安装块内，所述第一锥形部外延伸有挡光部，所述空腔的内壁还设置有静电吸附板。

通过这样设置，由光线激光头发出的激光光线中包括可利用光以及杂散光，激光光线通过第一锥形部上的开口进入光阑块内，挡光部对部分杂散光进行遮挡，避免全部的激光光线全部进入光阑块内，因高功率激光器发射的光线中杂散光的能量也较高，从而减少了光阑块温度急剧升高的可能，从而降低光阑块的发热、提高其使用的稳定性、延长其使用寿命；

此外，通过设置静电吸附板，静电吸附板对粉尘颗粒清理，粉尘颗粒被吸附至静电吸附板上，一方面，进一步减少粉尘经第一锥形部的开口进入光阑块内部的可能，另一方面，减少阻拦的粉尘发生飞扬的现象，进一步降低粉尘经第一锥形部的开口进入光阑块内部的可能。

作为优选，所述挡光部上设置有吸光层。

通过这样设置，吸光层可对挡光部遮挡的杂散光进行吸取，减少杂散光向光纤激光头的反射，从而降低光纤激光头的温度升高的可能。

作为优选，所述挡光部向上延伸设置，所述挡光部与所述连通孔的内壁之间形成集尘腔，所述静电吸附板向所述集尘腔延伸。

通过这样设置，静电吸附板对粉尘颗粒进行吸附，并自上而下设置，提高除尘的效果，并且在吸附的粉尘过量时，掉落的粉尘将掉落至集尘腔内，减少粉尘由第一锥形部的开口滑落至光阑块的可能。

作为优选，所述静电吸附板包括第一电极板以及第二电极板，所述第一电极板与第二电极板的带电极性相反，所述第一电极板与所述第二电极板相对设置且所述第一电极板、所述第二电极板分别位于所述光阑块中心线的两侧。

作为优选，所述第一电极板、第二电极板均至少设置两片，一所述第一电极板与一所述第二电极板形成一静电吸附组，所有的所述静电吸附组绕所述光阑块的中心均布。

通过这样设置，至少形成两组静电吸附组，从而进一步提高除尘的效果。

作为优选，所述光阑块外壁沿其周向开设有冷却水流动槽，所述安装块上开设有导水腔，所述导水腔与所述冷却水流动槽连通，所述安装块连接有若干冷却水管，若干所述冷却水管与所述导水腔连通。

通过这样设置，通过安装块将光阑块安装于接头本体上，方便组装，通过光阑块的外周设置冷却水流动槽，从而连接于安装块上的冷却水管向安装块内供水时，冷却水经导水腔进入冷却水流动槽中，从而对光阑块进行的冷却，冷却水流动槽的设置使得冷却水直接与光阑块接触，且接触面积更大，冷却的效率更高，降温的效果更佳。

作为优选，所述安装块上对应若干所述冷却水管开设若干螺纹孔，所述冷却水管上连接有水管接头，所述水管接头螺纹连接于所述螺纹孔内。

通过这样设置，水管接头螺纹连接于螺纹孔中，冷却水管再与水管连接，将冷却水管与安装块分离进行单独维护。

作为优选，所述接头本体上设置有第一安装部，所述安装块上设置有第二安装部，所述第一安装部与所述第二安装部通过第一螺纹连接件连接；

所述光阑块与所述的安装块通过第二螺纹连接件连接。

通过这样设置，便于安装块、光澜块拆、装，维护方便。

作为优选，所述安装块上侧设置有连接圆台部，所述接头本体上设置有连接凹槽部，所述连接凹槽部与所述连接圆台部适配，所述连接圆台部上开设有第一密封安装凹槽，所述第一密封安装凹槽内设置有第一密封圈。

通过这样设置，连接圆台部与连接凹槽部配合，提高安装安装的稳定性，再通过设置第一密封圈，增加安装块与接头本体之间连接密封性，减少阻断接头本体外的水汽、粉尘等进入接头本体中，提高光纤激光头使用的可靠性、稳定性，并延长使用寿命。

所述安装块的下端开设有第二安装槽，所述光阑块上设置有第一安装肩部与第二安装肩部，所述第一安装肩部位于所述第一锥形部所在的一侧并与所述第一安装槽适配，所述第二安装肩部位于所述第二锥形部所在的一侧并与所述第二安装槽适配，所述第一安装肩部的端面与侧面均设置有第二密封圈，所述第二安装肩部的端面设置有第三密封圈。

通过这样设置，第一安装肩部与第二安装肩部的设置增加光阑块与安装块连接的稳定性，第二密封圈的设置增加光阑块与安装块之间连接的密封性，阻断冷却水从光阑块与安装块之间的连接缝隙中进入到接头本体空腔中的可能；第三密封圈的设置是防止冷却水从光阑块与安装块之间的连接缝隙泄露至安装块外。

相对于现有技术，本实用新型取得了有益的技术效果：

1、挡光部对部分杂散光进行遮挡，减少了光阑块温度急剧升高的可能，适用于高功率的光纤激光头，并设置静电吸附板，减少粉尘从第一锥形部的开口进入光阑块内、再经光阑块掉落至下方的光学镜片上的可能，从而提高光纤激光头的使用可靠性、稳定性以及延长其使用寿命。

2、通过设置至少两组静电除尘组，提高静电除尘的效果。

3、通过在光阑块外设置冷却水流动通道，使得冷却水与光阑块直接接触，提高冷却的效率，降温效果好。

4、通过设置水管接头与安装块螺纹连接，冷却水管再与水管接头连接，便于将冷却水管与安装块分离，独立进行维护，方便维护。

5、通过设置第一密封圈，减少阻断接头本体外的水汽、粉尘等进入接头本体中，提高光纤激光头使用的可靠性、稳定性，并延长使用寿命。

6、通过设置第二密封圈，阻断冷却水从光阑块与安装块之间的连接缝隙中进入到接头本体空腔中的可能。

7、通过设置第三密封圈，防止冷却水从光阑块与安装块之间的连接缝隙泄露至安装块外。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的内部示意图；

图2是图1中A部的放大图；

图3是图1中B部的放大图；

图4是本实用新型实施例1的俯视方向示意图；

图5是本实用新型实施例1的立体图；

图6是现有技术中光纤激光头发射光纤的原理图；

图7是本实用新型实施例1中第一锥形部、第二锥形部的参数设计示意图；

图8是本实用新型实施例1的工作原理图；

图9是本实用新型实施例2的内部示意图。

其中，各附图标记所指代的技术特征如下：

1、接头本体；101、集尘腔；102、第一安装部；103、连接凹槽部；2、光阑块；201、第一锥形部；2011、挡光部；20111、吸光层；202、第二锥形部；203、冷却水流动槽；204、第一安装肩部；205、第二安装肩部；3、安装块；301、导水腔；302、第二安装部；303、连接圆台部；4、静电吸附板；401、第一电极板；402、第二电极板；5、绝缘圈；6、绝缘层；7、冷却水管；8、水管接头；9、第一密封圈；10、第二密封圈；11、第三密封圈；12、高压电离组件；13、光纤激光头；14、准直镜；15、可利用光；16、杂散光。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。

实施例1

参考图1，本实施例公开了一种高功率光纤激光头光阑，该高功率光纤激光头光阑适用于光纤激光头的功率大于或等于6kW，包括接头本体1、光阑块2，接头本体1内设置有空腔(图中未标注)，光纤激光头13插设于空腔中并位于接头本体1的上端，光阑块2插接于空腔内并位于接头本体1的下端。

参考图1以及图3，光阑块2包括位于上部的第一锥形部201以及位于下部的第二锥形部202，第一锥形部201呈正锥形，第二锥形部202呈倒锥形，第一锥形部201外设置挡光部2011，挡光部2011上设置有吸光层20111，吸光层20111可以选用现有技术中常用的黑色吸光材料。

参考图1，光纤激光头光阑还包括安装块3，安装块3与所述接头本体1连接，安装块3内开设有供光阑块2安装的第一安装槽(图中未标注)，安装块3上还开设有连通孔(图中未标注)，连通孔与第一安装槽连通，第一锥形部201位于安装块3内，不穿出连通孔。

参考图1，挡光部2011的外壁与连通孔的内壁之间保留间距以形成集尘腔101，接头本体1内还设置有静电吸附板4，静电吸附板4设置于空腔中，位于光纤激光头13与光阑块2之间，并由上至下向集尘腔101中延伸，静电吸附板4可与连通孔的内壁固定，便于安装。

参考图1以及图4，静电吸附板4包括第一电极板401以及第二电极板402，第一电极板401与第二电极板402的带电极性相反，例如，第一电极板401可以与直流电源的正极连接，第二电极板402与直流电源的负极连接；

第一电极板401与第二电极板402相对设置且第一电极板401、第二电极板402分别位于光阑块2中心线的两侧，本实施例中，第一电极板401、第二电极板402均至少设置两片，一个第一电极板401与一个第二电极板402形成一个静电吸附组(图中未标注)，所有的静电吸附组绕光阑块2的中心均布。

参考图1与图2，第一电极板401与第二电极板402均安装于一绝缘圈5上，绝缘圈5与空腔内壁紧配合，第一电极板401、第二电极板402与空腔贴合，且第一电极板401、第二电极板402与空腔贴合的面上均设置有绝缘层6，避免第一电极板401、第二电极板402带电后接头本体1内、外的其他元器件的正常使用产生影响。

参考图1，光阑块2外壁沿其周向开设有冷却水流动槽203，安装块3上开设有导水腔301，导水腔301与冷却水流动槽203连通，安装块3连接有若干冷却水管7，若干冷却水管7与导水腔301连通。

参考图1，安装块3的下端开设有第二安装槽(图中未标注)，光阑块2上设置有第一安装肩部204与第二安装肩部205，第一安装肩部204位于第一锥形部201所在的一侧并与第一安装槽适配，第二安装肩部205位于第二锥形部202所在的一侧并与第二安装槽适配。

参考图5，接头本体1上设置有第一安装部102，安装块3上设置有第二安装部302，第一安装部102与第二安装部302通过第一螺纹连接件(图中未标注)连接，本实施例中，第一螺纹连接件为螺钉。

参考图5，光阑块2与安装块3通过第二螺纹连接件(图中未标注)连接，本实施例中，第二螺纹连接件为螺钉。

参考图1，安装块3上对应若干冷却水管7开设若干螺纹孔(图中未标注)，冷却水管7上连接有水管接头8，水管接头8螺纹连接于螺纹孔内，本实施例中，冷却水管7设置两根，其中一冷却水管7可作为进水管，另一冷却水管7可作为排水管，从而便于实现冷却水在光阑头外的循环流动，提高冷却效果。

参考图1，安装块3上侧设置有连接圆台部303，接头本体1上设置有连接凹槽部103，连接凹槽部103与连接圆台部303适配，连接圆台部303上开设有第一密封安装凹槽(图中未标注)，第一密封安装凹槽内设置有第一密封圈9，第一安装肩部204的端面与侧面均设置有第二密封圈10，第二安装肩部205的端面设置有第三密封圈11，第一安装肩部204上对应第二密封圈10开设有第二密封安装凹槽(图中未标注)，第二安装肩部205上对应点密封圈开设有第三密封安装凹槽图中未标注)，便于第二密封圈10、第三密封圈11的安装。

第一锥形部、第二锥形部以及挡光部的设计过程如下：

参考图6以及图7，在光纤激光领域中，激光器BPP(光束质量)值以及半径ω均为激光器给定参数，根据给定的参数值，可以计算出激光的发散半角θ₀，三者的关系为：BPP＝ω*θ₀。

光纤激光头发出的激光光线呈正态分布，2*θ₀包含了约86％的激光能量，根据正态分布函数，设计时，假设冷却水设计仅允许99％的光线穿过第二锥形孔下端的开口，则全部光线的1％为杂散光，假设设计挡光部遮挡50％的杂散光，则第一锥形口的开口允许所有光线中99.％的光线通过，按照正态分布函数，计算得到θ₁、θ₂，粗略计算可按照θ₁≈1.5*2*θ₀，θ₂≈1.45*2*θ₀，再根据三角函数关系：

其中，h₁、h₂为定值，a、b分别为第一锥形部开口的半径、第二锥形部的开口的半径。

参考图3，挡光部与水平方向的夹角α设计范围为40°～80°，优选的，α可以选择45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°，α越大，越能减少挡光部将光线反射至光纤激光头。

本实用新型的实施过程以及原理：

参考图8，光纤激光头13的出光面发出的激光包括可利用光15以及杂散光16，可利用光15位于杂散光16的中心，挡光部2011对部分杂散光16进行遮挡，进行光线预过滤，避免能量全部在光阑块2内部聚集，剩余的可利用光15以及少部分杂散光16由第一锥形部201的开口进入光阑块2内，可利用光15经下方的第二锥形部202的开口射出，剩余的少部分杂散光16在第二锥形部202内反射，停留在第一锥形部201与第二锥形部202中，从而起到对激光光线进行滤光和整形的目的。

留在光阑块2内部的光线携带能量，从而使得光阑块2的温度升高，外部通过冷水管向安装块3进水，冷却水经导水腔301进入冷却水流动槽203中，从而对光阑块2进行的冷却，从而避免温度过高影响光线激光头正常使用，冷却水流动槽203的设置使得冷却水直接与光阑块2接触，接触面积更大，冷却的效率更高，降温的效果更佳。

第一电极板401与第二电极板402之间产生静电场，因粉尘颗粒易被带电物体所吸附，从而粉尘颗粒被吸附至静电吸附板4上，一方面，进一步减少粉尘经挡尘束口部进入光阑块2内部的可能，另一方面，减少阻拦的粉尘发生飞扬的现象，进一步降低粉尘经挡尘束口部进入光阑块2内部的可能；

粉尘吸附过多时，掉落的粉尘可收集于集尘腔101中。

实施例2

参考图9，本实施公开另一种高功率光纤激光头光阑，基于实施例1，并与实施例1区别的地方在于为进一步提高除尘效果，可以在安装间隙内并位于静电吸附板4的上方设置高压电离组件12，高压电离组件产生高压电场，使得粉尘粒子更易于带电，从而更易于被静电吸附板4吸附。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对实用新型构成任何限制。

Claims

1.一种高功率光纤激光头光阑，该高功率光纤激光头光阑适用于光纤激光头的功率大于或等于6kW，包括接头本体、光阑块，所述接头本体内设置有空腔，光纤激光头插接于空腔内并位于接头本体的上端，所述光阑块位于接头本体的下端，所述光阑块包括位于上部的呈正锥形的第一锥形部以及位于下部的呈倒锥形的第二锥形部，所述第一锥形部的上端以及所述第二锥形部的下端均设置开口，其特征在于，光纤激光头光阑还包括安装块，所述安装块与所述接头本体连接，所述安装块内开设有供所述光阑块安装的第一安装槽，所述安装块上还开设有连通孔，所述连通孔与所述第一安装槽连通，所述第一锥形部在所述安装块内，所述第一锥形部外延伸有挡光部，所述空腔的内壁还设置有静电吸附板。

2.根据权利要求1所述的一种高功率光纤激光头光阑，其特征在于，所述挡光部上设置有吸光层。

3.根据权利要求1或2所述的一种高功率光纤激光头光阑，其特征在于，所述挡光部向上延伸设置，所述挡光部与所述连通孔的内壁之间形成集尘腔，所述静电吸附板向所述集尘腔延伸。

4.根据权利要求3所述的一种高功率光纤激光头光阑，其特征在于，所述静电吸附板包括第一电极板以及第二电极板，所述第一电极板与第二电极板的带电极性相反，所述第一电极板与所述第二电极板相对设置且所述第一电极板、所述第二电极板分别位于所述光阑块中心线的两侧。

5.根据权利要求4所述的一种高功率光纤激光头光阑，其特征在于，所述第一电极板、第二电极板均至少设置两片，一所述第一电极板与一所述第二电极板形成一静电吸附组，所有的所述静电吸附组绕所述光阑块的中心均布。

6.根据权利要求1、2、4或5任一项所述的一种高功率光纤激光头光阑，其特征在于，所述光阑块外壁沿其周向开设有冷却水流动槽，所述安装块上开设有导水腔，所述导水腔与所述冷却水流动槽连通，所述安装块连接有若干冷却水管，若干所述冷却水管与所述导水腔连通。

7.根据权利要求6所述的一种高功率光纤激光头光阑，其特征在于，所述安装块上对应若干所述冷却水管开设若干螺纹孔，所述冷却水管上连接有水管接头，所述水管接头螺纹连接于所述螺纹孔内。

8.根据权利要求6所述的一种高功率光纤激光头光阑，其特征在于，所述接头本体上设置有第一安装部，所述安装块上设置有第二安装部，所述第一安装部与所述第二安装部通过第一螺纹连接件连接；

所述光阑块与所述的安装块通过第二螺纹连接件连接。

9.根据权利要求6所述的一种高功率光纤激光头光阑，其特征在于，所述安装块上侧设置有连接圆台部，所述接头本体上设置有连接凹槽部，所述连接凹槽部与所述连接圆台部适配，所述连接圆台部上开设有第一密封安装凹槽，所述第一密封安装凹槽内设置有第一密封圈。

10.根据权利要求6所述的一种高功率光纤激光头光阑，其特征在于，所述安装块的下端开设有第二安装槽，所述光阑块上设置有第一安装肩部与第二安装肩部，所述第一安装肩部位于所述第一锥形部所在的一侧并与所述第一安装槽适配，所述第二安装肩部位于所述第二锥形部所在的一侧并与所述第二安装槽适配，所述第一安装肩部的端面与侧面均设置有第二密封圈，所述第二安装肩部的端面设置有第三密封圈。