一种光纤精度调焦耦合装置及装调方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光耦合装置，具体的，涉及一种光纤精密调焦耦合装置及装调方法。
【背景技术】
[0002]在激光行业中，现行的光纤耦合技术普遍存在的问题及缺陷是:
[0003]1.在激光光纤耦合技术中，小功率(几瓦——几十瓦级)光纤调焦耦合，常见技术只能进行非定量的目视手控调焦操作，用记录功率输出变化找拐点，凭经验感觉操作；或是用隔圈车配间隔来调焦，不能进行高精密度的精细定量调焦。
[0004]2.由前组传递过来准备进行聚焦透镜汇聚的激光束，在光纤激光器中往往是多路激光束，甚至多达近20束高功率激光束，单束激光功率高达60W甚至更高，多路激光束汇聚总功率高达上千瓦，经聚焦于Φ0.4mm的石英光纤工作端面上，其功率密度极高，焦点附近温度极高，若接收光纤端面达不到极高精度的调焦位置和正确的端面姿态，使激光能量耦合导入光纤中进行传递，极小的位置误差就会使光纤烧坏；传统的光纤调焦耦合技术不能有效解决这个技术难题，由于达不到必需的调焦耦合精度，极易烧光纤，损坏激光器，且是一种较大的质量事故。
[0005]3.传统的光纤调焦耦合技术的耦合效率一般不高，最高见有达到70%的，再想提高存在较大困难，这是由于传统耦合方法的缺点决定的。
[0006]4.在实际操作中，由于机械件的加工误差，光学件的误差，装配误差均是不可避免的，实际焦点位置往往偏离原理论的设计位置，传统的光纤调焦耦合方法不能很好的解决这个问题，由于找不到实际焦点的精确位置，往往是不能解决的。
[0007]针对现有技术中的相关问题，目前尚未提出有效的解决办法。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供了一种光纤精密调焦耦合装置及装调方法，以克服现有技术中的上述不足。
[0009]本发明的目的是通过以下技术方案来实现:
[0010]一种光纤精密调焦耦合装置，包括基准平台，所述基准平台上设有2秒自准直仪，所述2秒自准直仪包括分别设置在所述2秒自准直仪前端和后端的物镜和目镜，并且所述2秒自准直仪上设有水平角微动微调旋钮；所述2秒自准直仪的前端设有相匹配的光纤耦合组，所述光纤耦合组连接有相匹配的光源控制盒，其中所述光纤耦合组包括光纤耦合组底板，所述光纤耦合组底板上端设有耦合镜组，所述耦合镜组包括耦合镜组底座和设置在所述耦合镜组底座上端的耦合透镜安装面，所述透镜安装面上设有相匹配的耦合透镜，所述耦合透镜的前端设有光纤工作端面以及与光纤工作端面相匹配的光纤夹持组；并且所述耦合镜组和光纤夹持组分别设有相匹配的水冷制冷装置一和水冷制冷装置二。
[0011]进一步的，所述光纤耦合组连接有激光光纤，所述光源控制盒连接有与激光光纤相匹配的红光光源，所述光纤耦合组通过激光光纤和红光光源的相互配合与所述光源控制盒相连接。
[0012]进一步的，所述2秒自准直仪上设有相匹配的分划板，所述分划板位于所述物镜的后端以及目镜的前端，所述分划板上设有分划板十字刻线，所述2秒自准直仪上还设有与分划板相配合的照明光源。
[0013]进一步的，所述水冷制冷装置一包括设置在耦合镜组后端的透镜组进水管，并且所述耦合镜组的前端设有相匹配的透镜组出水管；
[0014]所述水冷制冷装置二包括设置在光纤夹持组后端的光纤组进水管，并且所述光纤夹持组的前端设有相匹配的光纤组出水管。
[0015]进一步的，所述2秒自准直仪下端通过调节螺钉连接有相匹配直仪底座，所述直仪底座为三角结构。
[0016]进一步的,所述基准平台由双零级花岗岩构成。
[0017]一种光纤精密调焦耦合装置的装调方法，包括以下步骤:
[0018]步骤1:将2秒自准直仪放置在基准平台上的预计位置处，在所述2秒自准直仪的前端放置预先准备好的0.2秒直角规，通过0.2秒直角规将2秒自准直仪的光轴调整为与所述基准平台平行，使得光轴成为基准轴，然后固定所述2秒自准直仪的姿态；
[0019]步骤2:将所述0.2秒直角规撤走，在0.2秒直角规位置处放置光纤耦合组中的光纤耦合组底板、耦合镜组底座以及设置在耦合镜组底座上端的耦合透镜安装面，使得耦合透镜安装面与所述2秒自准直仪对正，在所述耦合透镜安装面内放置预先准备好的平面反射镜，通过平面反射镜将耦合透镜安装面调整为垂直于所述2秒自准直仪的光轴，然后用耦合透镜替换所述平面反射镜，即完成了耦合镜组的装调过程，固定此时所述耦合透镜的姿态；
[0020]步骤3:在所述光纤耦合组底板上安装光纤夹持组，打开与光纤耦合组相连接的光源控制盒，使得红光光源发光并经激光光纤的传导在光纤工作端面处产生红光发光面，沿水平轴微调调整位于所述光纤耦合组底板上的光纤夹持组，使得光纤工作端面位于所述耦合透镜的焦面附近处，所述红光发光面经耦合透镜和物镜在分划板的视野中形成红色小圆光斑像的光纤工作端面像，然后对所述光纤工作端面像进行调整，使得与所述分划板十字刻线的中心像面重合，然后固定所述光纤耦合组的姿态；
[0021]步骤4:在耦合镜组与光纤夹持组的预计位置处分别安装相匹配的水冷制冷装置一和水冷制冷装置二，此时完成了光纤耦合组的全部装调工作。
[0022]进一步的，其中，通过0.2秒直角规将2秒自准直仪的光轴调整为与所述基准平台平行包括:
[0023]步骤1-1:将预先准备的0.2秒直角规放置在所述2秒自准直仪的前端，其中，所述0.2秒直角规上设有直角规反射工作面，所述直角规反射工作面与所述2秒自准直仪的物镜对正；
[0024]步骤1-2:打开2秒自准直仪上分划板的照明光源，使得所述分划板十字刻线位于所述物镜的焦面位置，调节所述2秒自准直仪的物镜筒，使得所述分划板十字刻线位于所述物镜的像方焦面上；
[0025]步骤1-3:所述分划板十字刻线经所述直角规反射工作面反射后，再经物镜的聚焦，在分划板上形成十字线反射像；
[0026]步骤1-4:通过调整2秒自准直仪上的水平角微动微调旋钮和调节螺钉使得所述十字线反射像)与分划板十字刻线完全重合，使得所述2秒自准直仪的光轴与所述直角规反射工作面垂直，同时所述2秒自准直仪的光轴平行于基准平台的基准平面成为基准轴，即基准调平完成。
[0027]进一步的，所述通过平面反射镜将耦合透镜安装面调整为垂直于所述2秒自准直仪的光轴包括:
[0028]步骤2-1:通过目镜看到所述分划板十字刻线经所述平面反射镜并通过物镜在所述分划板上的十字线反射像；
[0029]步骤2-2:对于十字线反射像与分划板十字刻线所形成的俯仰角进行调整，通过对所述耦合镜组的耦合镜组底座的精研调整，使得所述十字线反射像与分划板十字刻线的水平线重合；
[0030]步骤2-3:对于所述十字线反射像与分划板十字刻线所形成的水平角进行调整，通过对光纤耦合组底板两侧的微调调整，使得所述十字线反射像与分划板十字刻线的垂直线重合，即使得所述耦合透镜安装面调整到位，使得所述耦合透镜安装面垂直于所述2秒自准直仪的光轴。
[0031]进一步的，所述对所述光纤工作端面像进行调整，使得与所述分划板十字刻线的中心像面重合包括:
[0032]步骤3-1:对所述光纤工作端面像与所述分划板十字刻线所形成的俯仰角进行调整，通过对所述光纤夹持组的光纤夹持组底座的精研调整，使得所述光纤工作端面像与所述分划板十字刻线的水平线重合；
[0033]步骤3-2:对所述光纤工作端面像的焦点进行调整，通过对所述光纤夹持组的光纤夹持组底座的前后底端面的微调调整，使得所述光纤工作端面像位于所述耦合透镜的焦面位置；
[0034]步骤3-3:对所述光纤工作端面像与所述分划板十字刻线所形成的水平角进行调整，通过所述光纤夹持组的光纤夹持组底座的左右两侧的微调调整，使得所述光纤工作端面像与所述分划板十字刻线的垂直线重合，即使得所述光纤工作端面像与所述分划板十字刻线的中心像面重合，完成了对光纤工作端面的装调工作。
[0035]本发明的有益效果为:
[0036]1、本发明引进了用红光成像光斑作为判读靶标，进行焦点对准，该焦点是一个空间虚拟的位置，没有直观依据，传统方法是无法确定焦点的精确位置的；在分划板13的视场中，可根据光纤工作端面像，来对光纤工作端面的俯仰角、水平位置、离焦量指引进行精密微调，以及在可视条件下进行位置和角度的判读指引进行精密研磨，以便能够定量、定向的进行精密微调耦合，本技术为激光行业中的一大创新方法；
[0037]2、本发明的调焦耦合精度可量化判断:a)角度误差:对光纤工作端面，可以判读出最后的耦合角度状态误差，精细调整下俯仰角、水平方向角精确度可做到高达到2-3角秒级以内；b)中心位置误差:接收光纤工作端面(光纤工作端面)中心位置误差可以精确到1/8光纤直径，即:约50微米，这是一个很高的调焦精度；传统的调焦耦合方法，凭经验感觉，用功率计读数找拐点来指引大致估调，两者完全不可比；c)调焦位置误差:可在视场中直观观察找出光纤工作端面像的最清晰位置，就可以将光纤工作端面定位在高斯光束的束腰中心位置上(误差值一般可控制在聚焦透镜的1/2-1/3焦深范围内)；
[0038]3、可以消除机械件加工误差、光学件误差、装配误差对实际焦点位置产生的影响，使实际的激光束汇聚焦点被调整到光纤工作端面中心上或控制在极小的可以接受的误差范围内；
[0039]4、光纤耦合头结构稳定，本发明方法可以定量、定方向地指引光纤头角度微调结构以精密研磨的方法进行微小角度调整，在此方法下调试好的结构稳定性极高，有效避开了传统弹性镜架调整微小角度后不能长期稳定工作的重大缺陷；使得在大功率下激光器能长期稳定地工作；
[0040]5、由于以上特点，使用本技术进行调焦耦合后，可以将大功率激光在高斯光束汇聚的范围内