CN214849522U - 一种抗高返的激光输出头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光设备技术领域，特别涉及一种抗高返的激光输出头。包括窗口片、晶体端帽、内水管、主体及传输光纤，其中主体为中空结构，内水管贯穿于主体的内腔；晶体端帽嵌设于内水管的一端，且通过窗口片固定；传输光纤容置于内水管内且与晶体端帽连接。本实用新型采用无胶化的纯机械方式实现端帽固定并加之窗口片的设计起到光阑的作用，能够有效增加激光输出头的回返光承受能力，通过无胶化设计提高激光输出头内部烧的阈值，进而达到抗高返的目的。

Description

一种抗高返的激光输出头

技术领域

本实用新型涉及激光设备技术领域，特别涉及一种抗高返的激光输出头。

背景技术

高功率光纤激光器由于其转换效率高，光束质量高，结构紧凑等特点，在众多领域有广泛应用，而且逐步取代传统的气体激光器和固体激光器。随着高功率半导体激光器和大模场面积增益光纤的发展，加之主振荡功率放大技术日益成熟，可用于高功率连续光纤激光器，激光器输出功率已突破数万瓦，随之对光纤激光器核心器件提出越来越高的要求。激光输出头作为核心部件之一，性能指标也亟需不断提升。

目前，现有激光输出头种类较多，包括QBH、Q plus、LOC、LOE等，主要通过输出光纤熔接石英柱实现光斑扩大进而降低功率密度的作用，进而实现高功率激光的稳定输出。随着光纤激光器输出功率屡创新高，激光终端应用类别也不断推陈出新，如激光切割、激光焊接、激光清洗、3D打印等，其中不乏涉及高返类金属材料的激光应用，目前鲜有能稳定应用于高返材料应用的光纤激光器，原因在于高功率连续激光器输出头不具备回返光高隔离能力，不能长时间工作在高回返光环境下，传统QBH一般是采用机械+点胶固定的方式进行制作，在高回返光作用下，易引起激光头发热或者内部烧的问题。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种抗高返的激光输出头，以解决传统激光输出头采用机械和点胶固定的方式进行制作，在高回返光作用下，易引起激光头发热或者内部烧的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型实施例提供的一种抗高返的激光输出头，包括窗口片、晶体端帽、内水管、主体及传输光纤，其中主体为中空结构，内水管贯穿于主体的内腔；晶体端帽嵌设于内水管的一端，且通过窗口片固定；传输光纤容置于内水管内且与晶体端帽连接。

在一种可能的实现方式中，所述窗口片包括石英片、窗口片压帽及窗口片底座，其中石英片设置于窗口片底座的一端，且通过与窗口片底座螺纹连接的窗口片压帽固定；窗口片底座的另一端与所述内水管连接。

在一种可能的实现方式中，所述窗口片底座的另一端沿周向设有多个窗口片引脚，通过窗口片引脚径向向内弯折实现与所述内水管的固定连接。

在一种可能的实现方式中，所述窗口片底座上沿周向设有多个散光孔，多个散光孔与所述晶体端帽的端部相对应。

在一种可能的实现方式中，窗口片底座的一端设有石英片安装口，该石英片安装口的直径大于所述晶体端帽的直径。

在一种可能的实现方式中，所述晶体端帽包括石英晶体及设置石英晶体后端的双斜面结构，石英晶体的前端面设有镀膜面；

所述双斜面结构包括同轴设置的第一晶体斜面和第二晶体斜面，第一晶体斜面与石英晶体连接，且斜面锥角大于第二晶体斜面的斜面锥角；第二晶体斜面的端部与所述传输光纤熔接。

在一种可能的实现方式中，所述第一晶体斜面的斜面锥角为90°；所述第二晶体斜面的斜面锥角为30°。

在一种可能的实现方式中，所述内水管的侧壁为夹层结构，该夹层结构用于填充冷却介质；所述内水管的一端端部设有用于容置所述晶体端帽的嵌槽。

在一种可能的实现方式中，所述主体上设有与所述内水管的夹层结构连通的水嘴。

在一种可能的实现方式中，所述主体的外侧套装有间隔交替设置的多个电极环和多个绝缘环，所述电极环和绝缘环通过与所述主体连接的卡件轴向限位。

本实用新型实施例提供的一种抗高返的激光输出头，可承受高回返光，通过晶体端帽设计合理降低回返光和发热的影响，增加散光孔避免回返光的大量聚集，采用无胶化的纯机械方式实现端帽固定并加之窗口片设计起到光阑的作用，可拦截回返光，从而通过引入端帽设计、散光孔和光阑能够有效增加激光输出头的回返光承受能力，通过无胶化设计提高激光输出头内部烧的阈值，进而达到抗高返的目的。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型实施例中一种抗高返的激光输出头的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中一种抗高返的激光输出头的剖视图；

图3为本实用新型实施例中端帽的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中窗口片的轴测图；

图5为本实用新型实施例中窗口片的剖视图。

图中：100为窗口片，1000为石英片，1001为窗口片压帽，1002为散光孔，1003为窗口片底座，1004为窗口片引脚，101为晶体端帽，1011为镀膜面，1012为石英晶体，1013为第一晶体斜面，1014为第二晶体斜面，1015为光纤熔接面，102为内水管，103为卡件，1041为电极环Ⅰ，1042为电极环Ⅱ，1051为绝缘环Ⅰ，1052为绝缘环Ⅱ，1053为绝缘环Ⅲ，106为水嘴，107为主体，108为传输光纤。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供的一种抗高返的激光输出头，通过晶体端帽和窗口片的特殊设计能够有效增加激光输出头的回返光承受能力，通过晶体端帽无胶化固定提高激光输出头内部烧的阈值，进而达到抗高返的目的。参见图1至图2所示，该抗高返的激光输出头，包括窗口片100、晶体端帽101、内水管102、主体107及传输光纤108，其中主体107为中空结构，内水管102贯穿于主体107的内腔；晶体端帽101嵌设于内水管102的一端，且通过窗口片100固定；传输光纤108容置于内水管102内且一端与晶体端帽101连接，另一端由内水管102引出。

本实用新型的实施例中，内水管102的中心沿轴向设有光纤容置腔，传输光纤108容置于该光纤容置腔内。内水管102的一端端部设有用于容置晶体端帽101的嵌槽，晶体端帽101嵌设于该嵌槽内，且与传输光纤108熔接。晶体端帽101采用无胶化固定方式，通过窗口片100将其与内水管102紧装配成一个整体。内水管102的侧壁为夹层结构，该夹层结构用于填充冷却介质，主体107上设有与内水管102的夹层结构连通的水嘴106。冷却介质通过水嘴106进入内水管102的夹层腔体内，对容置于光纤容置腔内的传输光纤108及容置于嵌槽内的晶体端帽101进行冷却，进而提高散热效率以使得散热及时，能够防止由于回光强烈出现烧光纤或烧激光器的问题。

本实施例中，主体107上对称设有两个水嘴106，一个水嘴106用于进水口，另一个用于回水口。两个水嘴106通常与冷水机连接，进而构成一个完整的水循环路径，极大的提高了换热率，增加冷却效果。

如图3所示，本实用新型的实施例中，晶体端帽101包括石英晶体1012及设置于石英晶体1012后端的双斜面结构，双斜面结构可降低回返光和发热的影响。石英晶体1012的前端面设有镀膜面1011，镀膜面1011为表面抛光且加镀增透膜，以减少端面反射。

本实施例中，双斜面结构包括同轴设置的第一晶体斜面1013和第二晶体斜面1014，第一晶体斜面1013和第二晶体斜面1014均呈圆锥台结构，第一晶体斜面1013与石英晶体1012连接，且斜面锥角大于第二晶体斜面1014的斜面锥角；第二晶体斜面1014的端部与传输光纤108熔接。

优选地，第一晶体斜面1013的斜面锥角为90度，当回返光以近似平行光的小角度入射到第一晶体斜面1013上时，大部分的光会在其45度锥面上形成全反射，经两次反射后近似的沿原光路反射回去，可有效拦截回返光，大大提高了产品抗高返回光的能力。第二晶体斜面1014是为了保证第一晶体斜面1013的夹角90°，同时为了降低双斜面晶体与光纤熔接强度要求而设计的，第二晶体斜面1014的斜面锥角为30°，第二晶体斜面1014的端部为光纤熔接面1015，光纤熔接面1015与传输光纤108连接在一起。

本实用新型的实施例中，晶体端帽101的形状可以通过激光切割、端面研磨或石英生长方式实现。晶体端帽101的光纤熔接面1015与传输光纤108的熔接是采用氢氧焰、石墨丝、电极或激光放电方式实现加热熔接。

如图4、图5所示，本实用新型的实施例中，窗口片100包括石英片1000、窗口片压帽1001及窗口片底座1003，其中石英片1000设置于窗口片底座1003的一端，且通过与窗口片底座1003螺纹连接的窗口片压帽1001固定；窗口片底座1003的另一端与内水管102连接。

进一步地，窗口片压帽1001与窗口片底座1003之间通过密封圈密封，以提高气密性。

本实用新型的实施例中，窗口片底座1003的另一端沿周向设有多个窗口片引脚1004，通过窗口片引脚1004径向向内弯折抱紧内水管102，从而实现窗口片100与内水管102的固定连接。该方式采用无胶化固定，方便拆卸和安装。

进一步地，窗口片底座1003内沿轴向设有阶梯孔，该阶梯孔与内水管102的端部螺纹连接，晶体端帽101的端部容置于阶梯孔内侧。窗口片底座1003的侧壁上沿周向设有多个散光孔1002，多个散光孔1002与阶梯孔的底部连通，即与晶体端帽101的端部相对应，通过增加散光孔1002减少光囤积引起的晶体端帽101或机械件发热。因增加多组散光孔1002，一旦回返光进入激光输出头内部，长时间工作时也不会出现明显发热现象，不会影响激光输出头的可靠性，即通过增加多组散光孔1002可避免发热现象的发生。

优选地，窗口片底座1003的一端设有石英片安装口，石英片安装口通过内径逐渐收缩的连通孔与阶梯孔连通。该石英片安装口的直径大于晶体端帽101的直径，该结构有助于回返光反射出去，同时能够提高激光输出的同轴度。另外，通过增大石英片安装口和石英片1000的尺寸，在回返光到达窗口片100之前实现空间拦截，能够有效增加激光输出头的回返光承受能力。

本实施例中，窗口片底座1003、散光孔1002和窗口片引脚1004为一体成型。窗口片100的装配顺序为：将石英片1000放置于窗口片底座1003一端的石英片安装口上，使用窗口片压帽1001将其通过螺纹旋紧固定至石英片1000与窗口片底座1003紧装配为止。

本实用新型的实施例中，窗口片100通过设置散光孔1002和窗口片固定引脚1004，采用无胶化固定，方便拆卸且耐高温和高功率。

如图1、图2所示，在上述实施例的基础上，主体107的外侧套装有间隔交替设置的多个电极环和多个绝缘环，电极环和绝缘环通过与主体107连接的卡件103轴向限位。

本实施例中，电极环包括电极环Ⅰ1041和电极环Ⅱ1042，绝缘环包括绝缘环Ⅰ1051、绝缘环Ⅱ1052及绝缘环Ⅲ1053，绝缘环Ⅰ1051和绝缘环Ⅲ1053分别设置于电极环Ⅰ1041和电极环Ⅱ1042的外侧，绝缘环Ⅱ1052设置于电极环Ⅰ1041和电极环Ⅱ1042之间。电极环内部分别对应连接有导线，导线接入外接电路板上，当QBH插入激光加工头内部时，电极环与激光加工头分别接触即构成通路，可正常使用；当QBH插入激光加工头内部时，电极环与激光加工头接触但非形成通路，则激光加工头会报警。此处电极环是起导通作用判断的安全措施。

本实用新型的实施例中，传输光纤108可以是单模光纤或模光纤，也可以是单根光纤、多根光纤或熔融拉锥的光纤束，也可以是实心光纤或空心光纤；也可以是无源光纤或有源光纤；晶体端帽101的材质可以是高纯熔融石英、氟化钙、蓝宝石、氟化钙、氟化镁或硒化锌。

本实用新型实施例提供的一种抗高返的激光输出头，其具体装配过程是：

①用固化胶将内水管102固定至主体107的腔体内；

②使用固化胶将电极环和绝缘环依次间隔安装到主体107上，具体装配顺序为：依次将绝缘环Ⅲ1053、电极环1042Ⅱ、绝缘环1052Ⅱ、电极环Ⅰ1041及绝缘环Ⅰ1051套装在主体107的外侧，最后将卡件103旋拧在主体107上，通过卡件103将电极环和绝缘环紧装配至主体107上；

③用熔接机将晶体端帽101和传输光纤108的一端熔接为一体，将传输光纤108的另一端经内水管102靠近卡件103一端穿进内水管102内，并使晶体端帽101嵌设于内水管102的一端内部；

④两个水嘴106分别固定至主体107两侧；

⑤将窗口片100通过螺纹旋转固定至内水管102上，并将窗口片引脚1004折弯完成锁紧操作。

本实用新型的窗口片通过增加散光孔减少光囤积引起的端帽或机械件发热，一旦回返光进入激光输出头内部长时间工作时会出现明显发热现象，进而影响可靠性，通过增加多组散光孔可降低该作用的影响。晶体端帽采用无胶化固定方式，通过窗口片和内水管的匹配设计实现机械式端帽固定，无需点胶，显著提高激光输出头的抗高返能力和耐热水平，降低激光头发热引起胶烧的风险。

本实用新型实施例提供的一种抗高返的激光输出头，从根源上拦截回返光，实现抗高返的目的：首先，通过双斜面结构的晶体端帽101和具有散光孔的窗口片100的特殊设计有助于回返光反射出去；其次，缩小晶体端帽101尺寸，增加窗口片光阑设计，在回返光到达窗口片之前实现空间拦截；再其次，内水管102的内部沿用原光阑方式拦截并加之水道设计实现快速热扩散；结合以上措施实现减少回返光进入激光输出头和内水管，从根源上降低回返光的影响。

本实用新型实施例提供的一种抗高返的激光输出头，可承受高回返光，通过晶体端帽的合理设计降低回返光和发热的影响，窗口片增加散光孔避免回返光的大量聚集，采用无胶化的纯机械方式实现端帽固定并加之窗口片设计起到光阑的作用，可拦截回返光，从而通过引入端帽设计、散光孔和光阑能够有效增加激光输出头的回返光承受能力，通过无胶化设计提高激光输出头内部烧的阈值，进而达到抗高返的目的。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种抗高返的激光输出头，其特征在于，包括窗口片(100)、晶体端帽(101)、内水管(102)、主体(107)及传输光纤(108)，其中主体(107)为中空结构，内水管(102)贯穿于主体(107)的内腔；晶体端帽(101)嵌设于内水管(102)的一端，且通过窗口片(100)固定；传输光纤(108)容置于内水管(102)内且与晶体端帽(101)连接。

2.根据权利要求1所述的抗高返的激光输出头，其特征在于，所述窗口片(100)包括石英片(1000)、窗口片压帽(1001)及窗口片底座(1003)，其中石英片(1000)设置于窗口片底座(1003)的一端，且通过与窗口片底座(1003)螺纹连接的窗口片压帽(1001)固定；窗口片底座(1003)的另一端与所述内水管(102)连接。

3.根据权利要求2所述的抗高返的激光输出头，其特征在于，所述窗口片底座(1003)的另一端沿周向设有多个窗口片引脚(1004)，通过窗口片引脚(1004)径向向内弯折实现与所述内水管(102)的固定连接。

4.根据权利要求2所述的抗高返的激光输出头，其特征在于，所述窗口片底座(1003)上沿周向设有多个散光孔(1002)，多个散光孔(1002)与所述晶体端帽(101)的端部相对应。

5.根据权利要求2所述的抗高返的激光输出头，其特征在于，窗口片底座(1003)的一端设有石英片安装口，该石英片安装口的直径大于所述晶体端帽(101)的直径。

6.根据权利要求1所述的抗高返的激光输出头，其特征在于，所述晶体端帽(101)包括石英晶体(1012)及设置于石英晶体(1012)后端的双斜面结构，石英晶体(1012)的前端面设有镀膜面(1011)；

所述双斜面结构包括同轴设置的第一晶体斜面(1013)和第二晶体斜面(1014)，第一晶体斜面(1013)与石英晶体(1012)连接，且斜面锥角大于第二晶体斜面(1014)的斜面锥角；第二晶体斜面(1014)的端部与所述传输光纤(108)熔接。

7.根据权利要求6所述的抗高返的激光输出头，其特征在于，所述第一晶体斜面(1013)的斜面锥角为90°；所述第二晶体斜面(1014)的斜面锥角为30°。

8.根据权利要求1所述的抗高返的激光输出头，其特征在于，所述内水管(102)的侧壁为夹层结构，该夹层结构用于填充冷却介质；所述内水管(102)的一端端部设有用于容置所述晶体端帽(101)的嵌槽。

9.根据权利要求8所述的抗高返的激光输出头，其特征在于，所述主体(107)上设有与所述内水管(102)的夹层结构连通的水嘴(106)。

10.根据权利要求1所述的抗高返的激光输出头，其特征在于，所述主体(107)的外侧套装有间隔交替设置的多个电极环和多个绝缘环，所述电极环和绝缘环通过与所述主体(107)连接的卡件(103)轴向限位。

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