CN220419621U - 一种光纤端帽 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光纤端帽，所述光纤端帽包括至少两个输入端面和一个输出端面，所述输入端面上熔融连接有至少一根与激光器相连接的光纤，以使得自所述输出端面输出多个光束。本申请通过在光纤端帽上设置多个与光纤相熔接的输入端面，实现了单个光纤端帽多光束耦合输出，实现了与之相配的光路系统加工速度与效率的双突破，还使得耦合光路结构更加简单，也更易于集成；同时，光纤端帽上的输入端面可还根据接入的光纤灵活排布，可根据不同的加工需求及功率输出要求进行特殊定制，有助于提升光纤端帽的使用灵活性。

Description

一种光纤端帽

【技术领域】

本申请属于光学元器件领域，尤其涉及一种光纤端帽。

【背景技术】

众所周知，在高功率光纤激光系统中，光纤的纤芯直径仅为10μm-30μm，纤芯中光的功率密度很高，任何细小的端面污染和加工缺陷，都有可能使得其局部功率密度加强，进而引起光纤端面的损伤，因此光纤输出端面处理是一项重要的核心技术。光纤端帽是一种通过对光纤中光束进行扩束从而降低输出端的光功率密度，最终实现光纤端面保护的高功率无源器件。

而在传统的光纤端帽制备工艺中，光纤端帽一端为光纤耦合端面，另一端为输出端面，且一般只能耦合熔接一根光纤，与之相配的光路系统的加工速度与效率均无法突破，即这种光纤端帽存在严重的耦合输出局限性；在另外一些需要运用到多个光纤的激光装置中，光纤端帽也需要配置为多个，光路比较复杂。因此传统的光纤端帽还存在无法同时进行多光束耦合输出的问题。

因此，有必要设计一种能够提升光纤输出功率、加工速度和效率的光纤端帽，以简化光路系统。

【实用新型内容】

本申请的目的在于针对现有技术中的不足之处，提供一种光纤端帽，以使得光路系统在小型化、集成化的前提下实现多光束耦合输出以及高速度、高效率的加工。

本申请解决其技术问题采用以下技术方案：

一种光纤端帽，包括至少两个输入端面和一个输出端面，输入端面上熔融连接有至少一根与激光器相连接的光纤，以使得自输出端面输出多个光束。

作为优选方案，各个输入端面垂直于端帽的中心轴或与中心轴保持预定的倾斜角度。

作为优选方案，光纤端帽包括本体，本体的入光侧设置有锥部，输入端面设于锥部的入光侧。

作为优选方案，锥部配置为多个时，各个锥部各自的端面一一对应地配置为输入端面。

作为优选方案，锥部配置为一个时，锥部的端面上对应设有多个输入端面。

作为优选方案，本体的出光侧还包括输出端面，输出端面为平面或者曲面。

作为优选方案，锥部被配置为自所述入光侧向外延伸的凸起部。

作为优选方案，锥部沿端帽的中心轴方向的截面呈梯形或三角形。

作为优选方案，各个输入端面沿预定形状间隔布置。

作为优选方案，各个光束对应的光斑之间形成预定间距。

本申请的有益效果是：通过在光纤端帽上设置多个与光纤相熔接的输入端面，实现了单个光纤端帽多光束耦合输出，进而实现了与之相配的光路系统加工速度与效率的双突破，还使得耦合光路结构更加简单，也更易于集成；同时，光纤端帽上的输入端面可还根据接入的光纤灵活排布，即可根据不同的加工要求进行特殊定制，有助于提升光纤端帽的使用灵活性。

【附图说明】

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1中光纤端帽的正视图；

图2为实施例1中光纤端帽的俯视图；

图3为实施例1中光纤端帽的立体示意图；

图4为实施例1中光斑的示意图；

图5为实施例2中光纤端帽的正视图；

图6为实施例2中光纤端帽的俯视图；

图7为实施例2中光纤端帽的立体示意图；

图8为实施例2中光斑的示意图；

图9为实施例3中光纤端帽的正视图；

图10为实施例3中光纤端帽的俯视图；

图11为实施例3中光纤端帽的立体示意图；

图12为实施例3中光斑的示意图；

图13为实施例4中光路的正视图；

图14为实施例4中光路的俯视图。

其中，图中各附图标记：

1、光纤端帽；2、光纤；21、光斑；3、锥部；31、输入端面；311、第一输入端面；312、第二输入端面；313、第三输入端面；4、本体；41、输出端面；5、输出头；6、第一透镜单元；7、反射振镜；8、第二透镜单元。

【具体实施方式】

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等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。

在本申请中，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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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申请中的具体含义。

定义：以本申请中的光纤端帽在图1中所处的状态定义各个部件之间的上下方位关系。

在本申请中，定义光纤端帽中心轴的延伸方向为第一方向X，垂直于第一方向且沿竖直方向向上的方向为第二方向Y,以及实施例1中两个锥部的连线的方向为第三方向Z来对本申请中的光纤端帽进行说明。可以理解的是，以上各方向说明适用于下述各项实施例。

请参照图2，本申请公开的光纤端帽1包括至少两个输入端面31和一个输出端面41，所述输入端面31熔接于与激光器连接的光纤2，各个输入端面31垂直于光纤端帽1沿光束传输方向的中心轴，或者与中心轴保持一定的倾斜角度，以使得自多个光纤2出射的光束经过光纤端帽1后，得到多束扩束后的光束，并在待加工工件上形成多个间隔预定间距的光斑。

请参照图1和图2，在一个实施例中，锥部3为自本体4一端向外延伸并逐渐收缩的锥状凸起，锥状凸起背离于锥部3的末端上设置有多个输入端面31，以用于与光纤2的输出端的端面对接。其中输入端面31的面积略大于与之对接的光纤2的端面面积，或者与对接的光纤2的端面面积相等。

相较于现有技术中的单光纤熔接光纤端帽而言，通过在光纤端帽上设置多个与光纤相熔接的输入端面，实现了单个光纤端帽多光束耦合输出，使得耦合光路结构更加简单，也更易于集成；同时，光纤端帽上的输入端面可还根据接入的光纤灵活排布，即可根据不同的加工需求以及功率输出要求进行特殊定制，有助于光路系统更好地用在工业、科研等领域。

现参考以下实施例，对本申请中光纤端帽的技术方案进行详细解释，其中锥部的数量不仅限于实施例中的两个或者三个，也可以为多个，例如4、5、6、、、等等。此外，可以理解的是，光纤2一般和锥部3熔接，因此光纤2内光束的光轴和对应的锥部3的中心轴线共线，进一步地，锥部3的中心轴线和光纤端帽1的中心轴相互平行或保持一定的倾斜角度。

实施例1

在本实施例中，请参照图1和图2，图1为实施例1中光纤端帽的正视图,图2为实施例2中光纤端帽的俯视图。所述光纤端帽1的入光侧间隔设置有两个锥部3，且两个锥部3的端面分别配置有第一输入端面311和第二输入端面312，两根与激光器相连接的光纤2分别与第一输入端面311和第二输入端面312相熔接。

对于实施例1而言，两个锥部3沿光纤端帽中心轴方向的截面均呈等腰梯形。在本实施例中，两个锥部3为自本体4的入光侧分别向外延伸并逐渐收缩的锥状凸起。

可选的，在其他实施例中，锥部3沿第一方向X的截面也可呈三角形，顶角为圆角的梯形、拱形、异形等，在此不仅限于上述等腰梯形。

进一步地，第一输入端面311的面积略大于与之对接的光纤2的端面面积，或者与对接的光纤2的端面面积相等；第二输入端面312的面积略大于与之对接的光纤2的端面面积，或者与对接的光纤2的端面面积相等。

进一步地，在实施例1中，如图2和图3所示，两个锥部3沿第二方向Y间隔设置，且第一输入端面311与第二输入端面312位于同一平面；同时，两个锥部3的中心轴线互相平行，且二者均和光纤端帽1的中心轴相互平行设置。

可选的，锥部3的顶部还可以是凹陷状。

请继续参照图4，图4为实施例1中光纤端帽的左视图。由于在本实施例中两个锥部3与光纤端帽1三者的中心轴线均互相平行，因此在光纤2纤芯内的激光经光纤端帽1扩束之后，输出两束相互间隔且平行的光束。

进一步的，光纤端帽1还设有输出端面41，输入端面31与输出端面41分别位于光纤端帽1的两端，所述输入端面31包括第一输入端面311和第二输入端面312。

可选的，在输出端面41配置为平面的时候，上述两束激光为发散光束，并在光纤端帽1的输出端面41上显示为两个相互间隔的圆形光斑。

可选的，在输出端面41配置为具有一定曲率的曲面的时候，上述两束激光为会聚光束，并在光纤端帽1的输出端面41上显示为两个相互间隔的圆形光斑。

可以理解的是，多个圆形光斑21之间为预定间距，所述预定间距基于多个光纤2的中心轴线的相对位置、输出端面的曲率以及纤芯直径等因素决定，在此不仅限于本实施例图例中的两个相离的圆形光斑。

可选的，所述两个锥部3还可以被配置为自本体4的入光侧分别向外延伸的柱状凸起部，柱状凸起部沿激光传输方向的轴向横截面为矩形，沿垂直于激光传输方向的径向横截面为圆形或其他多边形。

实施例2

在本实施例中，请参照图5和图6，图5为实施例2中光纤端帽的正视图，图6为实施例2中光纤端帽的俯视图。所述光纤端帽1的入光侧间隔设置有两个锥部3，且两个锥部3的端面分别配置为第一输入端面311和第二输入端面312，两根与激光器相连接的光纤分别与第一输入端面311和第二输入端面312相熔接。

对于实施例2而言，所述两个锥部3沿光纤端帽1中心轴方向的截面均呈梯形。在本实施例中，两个锥部3为自本体4的入光侧向外延伸并逐渐收缩的锥状凸起。

可选的，在其他实施例中，锥部3沿第一方向X的截面也可呈顶角为圆角的三角形、拱形、异形等，在此不仅限于上述梯形。

进一步地，第一输入端面311的面积略大于与之对接的光纤2的端面面积，或者与对接的光纤2的端面面积相等；第二输入端面312的面积略大于与之对接的光纤2的端面面积，或者与对接的光纤2的端面面积相等。

进一步的，在实施例2中，如图6和图7所示，两个锥部3沿第二方向Y间隔设置，且第一输入端面311与第二输入端面312不在同一平面；同时，两个锥部3的中心轴线分别与光纤端帽1的中心轴相交并呈一定角度，且两个锥部3的中心轴线也相交并呈一定角度。

可选的，锥部3的顶部还可以是凹陷状。

请继续参照图8，图8为实施例1中光纤端帽的左视图。由于在本实施例中，两个锥部3的中心轴线各自均与光纤端帽1的中心轴相交，两个锥部3的中心轴线也相交并呈一定角度，因此在光纤2纤芯内的激光经光纤端帽1扩束之后，输出两束光束，且所述两束光束的光轴相交。

进一步的，光纤端帽1还设有输出端面41，输入端面31与输出端面41分别位于光纤端帽1的两端，所述输入端面31包括第一输入端面311和第二输入端面312。

可选的，在输出端面41配置为平面的时候，上述两束激光为发散光束，并在输出端面41上显示出两个相互间隔的椭圆形光斑。

可选的，在输出端面41被配置为具有一定曲率的曲面的时候，上述两束激光为会聚光束，并在输出端面41上显示为两个相互间隔的椭圆形光斑。

可以理解的是，多个椭圆形光斑21之间为预定间距，所述预定间距基于取多个光纤2的中心轴线的相对位置、输出端面的曲率以及纤芯的直径等因素决定，在此不仅限于本实施例图例中的两个相离的椭圆形光斑。

可选的，两个锥部3还可以被配置为自本体4的入光侧分别向外延伸的柱状凸起部，柱状凸起部沿激光传输方向的轴向横截面为矩形，沿垂直于激光传输方向的径向横截面为圆形或其他多边形。

实施例3

在本实施例中，请参照图9和图10，图9为实施例3中光纤端帽的正视图，图8为实施例3中光纤端帽的俯视图。所述光纤端帽1的入光侧设置有锥部3。锥部3的末端上还设置有三个相互连接但不处在同一平面的端面，即第一输入端面311、第二输入端面312与第三输入端面313，三根光纤2分别与第一输入端面311、第二输入端面312与第三输入端面313相熔接。

对于实施例3而言，所述锥部3沿第一方向X的截面呈多边形。在本实施例中，锥部3为自本体4的入光侧向外延伸并逐渐收缩的锥状凸起。

可选的，在其他实施例中，锥部3沿第一方向X的截面也可呈顶角为圆角的三角形、拱形、异形等，在此不仅限于上述多边形。

其中，第一输入端面311的面积略大于与之对接的光纤2的端面面积，或者与对接的光纤2的端面面积相等；第二输入端面312的面积略大于与之对接的光纤2的端面面积，或者与对接的光纤2的端面面积相等；第三输入端面313的面积略大于与之对接的光纤2的端面面积，或者与对接的光纤2的端面面积相等。

可选的，锥部3的顶部还可以是凹陷状。

进一步的，在实施例3中，如图10和图11所示，第一输入端面311和第三输入端面313间隔设置，此时，第一输入端面311的中心轴线与光纤端帽1的中心轴相交并呈一定角度，第三输入端面313的中心轴线与光纤端帽1的中心轴相交并呈一定角度；第二输入端面312的中心轴线与光纤端帽1的中心轴相互重合，且第一输入端面311的中心轴线、第二输入端面312的中心轴线与第三输入端面313的中心轴线相交于一点。

请继续参照图12，图12为实施例3中光纤端帽的左视图。由于在本实施例中，第一输入端面311的中心轴线与光纤端帽1的中心轴相交，第三输入端面313的中心轴线与光纤端帽1的中心轴相交，第二输入端面312的中心轴线与光纤端帽1的中心轴相互重合，因此在光纤2纤芯内的激光经光纤端帽1扩束之后，最终输出三束光束，且所述三束光束的光轴相交。

进一步的，光纤端帽1还设有输出端面41，输入端面31与输出端面41分别位于光纤端帽1的两端，所述输入端面31包括第一输入端面311、第二输入端面312与第三输入端面313。

可选的，在输出端面41配置为平面的时候，上述三束激光为发散光束，并在输出端面41上显示为三个相互间隔的光斑21。其中，第一输入端面311熔接的光纤2纤芯中的光束最终形成的光斑与第三输入端面313熔接的光纤2最终形成的光斑均为椭圆形光斑_。第二输入端面312熔接的光纤2纤芯中的光束最终形成的光斑，为圆形光斑。

可选的，在输出端面41配置为具有一定曲率的曲面的时候，上述三束激光为会聚光束，并在工件表面形成三个相互间隔的光斑21。其中，两端的光斑，即第一输入端面311熔接的光纤2纤芯中的光束最终形成的光斑与第三输入端面313熔接的光纤2纤芯中的光束最终形成的光斑，均为椭圆形光斑；中间的光斑，即第二输入端面312熔接的光纤纤芯中的光束最终形成的光斑，为圆形光斑。

可以理解的是，上述多个光斑21之间为预定间距，所述预定间距基于多个光纤2的中心轴线的相对位置、输出端面的曲率以及纤芯的直径等因素决定，在此不仅限于本实施例图例中的三个相离光斑。

可选的，锥部3还可以被配置为自本体4向外延伸的柱状凸起部，柱状凸起部沿激光传输方向的轴向横截面为矩形，沿垂直于激光传输方向的径向横截面为圆形或多边形。

在其他实施例中，可以理解的是，光纤端帽的入光侧设置一个锥部3时，多个输入端面可以按别的预定方式设置，并不局限于上述三个相互连接但不处于同一平面的输入端面。

进一步的，光纤端帽的入光侧设置多个锥部3时，多个输入端面31还可按预定数目与预定形状排布，在此也不仅限于上述实施例中所述的两个光纤的光轴平行于光纤端帽1的中心轴，或两个光纤的光轴相交于光纤端帽1的中心轴。

优选的，光纤端帽1的各个输入端面均镀有均匀高透的增透膜，以便于光纤2纤芯中的激光光束能高效通过。

上述三实施例中的光纤端帽结构代替了传统技术中采用单光纤端帽熔接单根光纤的结构，实现了单个光纤端帽多光束耦合输出，使得耦合光路结构更加简单，也更易于集成，同时，光纤端帽上的输入端面还可根据接入的光纤灵活排布，以根据不同的加工需求和功率输出需求进行特殊定制，如此，相对于现有技术中传统光纤端帽只能进行单光纤熔接而言，本申请的光纤端帽不仅简化了光路，更便于后续光路的集成化，还实现了加工速度与效率的双提升。

现请继续参考以下实施例，以对本申请的光纤端帽进行再进一步的详细解释。

实施例4

在本实施例中，请参照图13和图14，图13为本实施例中光路系统的正视图，图14为本实施例中光路系统的俯视图。所述光路系统包括沿光束传播方向依次设置的光纤端帽1、第一透镜单元6和反射振镜7；光纤端帽1采用的是上述实施例1中的结构，光纤2的一端与激光器相连接，另一端与光纤端帽1的输入端面31相熔接，激光器产生的激光光束通过光纤2传输至光纤端帽1，随后光纤端帽1将发散的激光光束扩束后输出，扩束之后的光束向前继续传输至第一透镜单元6与反射振镜7，第一透镜单元6将平行光束准直，反射振镜7用于将上述准直光束反射至第二透镜单元8上，第二透镜单元8将上述反射光束会聚于待加工工件上，从而完成对工件的激光加工。

在其他实施例中，第一透镜单元6集成于加工头内部，或者与光纤端帽1一起封装成输出头5的形式。

在其他实施例中，光路系统中的光纤端帽可根据实际加工需求选用实施例1、实施例2、实施例3以及本申请中提到的任意一种光纤端帽的技术方案，最终输出的多光束可以实现加工过程中效率与速率的双提升。

优选的，在上述实施例中，光纤端帽1、第一透镜单元6及第二透镜单元8的透射率均在99.9％以上，以便于预设波段的激光光束能高效通过，从而降低光学系统整体的反射损失，保证了激光的出光功率。

具体的，在上述实施例中，光纤端帽1、第一透镜单元6、反射振镜7及第二透镜单元8的光学材料均为熔融石英。

当然，光纤端帽1也可采用其他耐高功率材料，比如氟化钙、氟化镁、宝石、硅或硒化锌等材料，在此不仅限于熔融石英。

可选的，第一透镜单元6可以是单透镜，比如凸透镜；也可以是多透镜组件。

可选的，第二透镜单元8可以是单透镜，比如凸透镜；也可以是多透镜组件。

本申请的技术方案具有以下优点：本申请的光纤端帽通过设置多个输入端面，使得光纤端帽能熔接更多的光纤，同时实现多光束耦合输出，便于集成；同时输入端面可根据接入的光纤灵活排布，可根据不同的加工需求和功率输出要求进行特殊定制，有助于光路系统更好地应用于工业和科研等领域，使得加工的速率与效率均大大提升。

可选场景下，本案的光纤端帽运用于激光清洗设备、激光打标设备或者美容等领域。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光纤端帽，其特征在于，包括至少两个输入端面(31)和一个输出端面(41)，所述输入端面(31)上熔融连接有至少一根与激光器相连接的光纤(2)，以使得自所述输出端面(41)输出多个光束。

2.根据权利要求1所述的光纤端帽，其特征在于，各个所述输入端面(31)垂直于所述端帽的中心轴或与所述中心轴保持预定的倾斜角度。

3.根据权利要求1所述的光纤端帽，其特征在于，所述光纤端帽包括本体(4)，所述本体(4)的入光侧设置有锥部(3)，所述输入端面(31)设于所述锥部(3)的入光侧。

4.根据权利要求3所述的光纤端帽，其特征在于，所述锥部(3)配置为多个时，各个所述锥部(3)各自的端面一一对应地配置为所述输入端面(31)。

5.根据权利要求3所述的光纤端帽，其特征在于，所述锥部(3)配置为一个时，所述锥部(3)的端面对应设有多个所述输入端面(31)。

6.根据权利要求3所述的光纤端帽，其特征在于，所述输出端面(41)为平面或者曲面。

7.根据权利要求3所述的光纤端帽，其特征在于，所述锥部(3)被配置为自所述入光侧向外延伸的凸起部。

8.根据权利要求3所述的光纤端帽，其特征在于，所述锥部(3)沿所述端帽的中心轴方向的截面呈梯形或三角形。

9.根据权利要求1所述的光纤端帽，其特征在于，各个所述输入端面(31)沿预定形状间隔布置。

10.根据权利要求1-9任一项所述的光纤端帽，其特征在于，各个所述光束对应的光斑之间形成预定间距。