光能传输系统及材料加工系统的制作方法

光能传输系统及材料加工系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光能传输系统及材料加工系统。其中，光能传输系统包括依次设置的光源、入射耦合单元、流体核芯光纤以及输出光调制单元；光源发出的光束沿着入射耦合单元、流体核芯光纤以及输出光调制单元依次传输；流体核芯光纤包括具有第一折射率的流体核芯以及包裹在流体核芯外侧的具有第二折射率的外包层，第一折射率大于第二折射率。本实用新型的光能传输系统能够可靠地实现高能量密度光能的刚性及柔性长距离、高效率传输。本实用新型的材料加工系统包括该光能传输系统。通过采用本实用新型的材料加工系统，能方便地实现高峰值功率激光加工的智能化和柔性化。
【专利说明】光能传输系统及材料加工系统

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光传导【技术领域】，特别是涉及一种基于流体核芯光纤柔性传导光能的光能传输系统以及包括该光能传输系统的材料加工系统。

【背景技术】
[0002]高能量密度的光能在工业生产和科研领域有众多重大应用，比如，高能量密度的激光被用于材料加工、医疗手术等；高亮度的光源被用于照明、加热、促进化学反应等。高能量密度的光能的成功应用需要有效解决其传输与汇聚问题。
[0003]光能从光源到最终作用点一般是通过反射镜和各种光束变换透镜来传输汇聚实现的。反射镜等离散光学器件的使用存在零件多、系统复杂、传输特性不稳定、容易漂移，使用不便等问题。
[0004]随着柔性光学传输系统的出现，则相对简化了由离散光学器件组成的光能传输系统。目前柔性光学传输系统主要有两大类，一类是将光学反射镜等集成到关节式管子里的光管系统或导光臂系统，另一类是光纤光能传输系统。关节式光管相对于离散光学系统使用方便，但仍存在需要调节控制漂移、尺寸偏大损耗过高等问题。传统的光纤光能传输系统主要使基于全内反射原理通过固核光纤实现光能传输，其已经在激光加工领域获得广泛应用。比如石英实心光纤，可以高效率柔性传输千瓦级CW激光数十米甚至百米距离，然后通过光束调制，用于激光切割、焊接、打孔等领域。但是，长距离(大于I米)柔性光能传输的一系列优点只局限在有限的波长和脉冲长度的光源系统。此外，当传输高能量密度的光能时，传统的固核光纤存在可靠性差、传输效率降低、光纤易于损坏等问题。
[0005]目前，能用光纤可靠耦合的激光器发展迅速，包括连续波光纤激光器和固体激光器，以及纳秒、微秒、毫秒级脉冲1064纳米波长激光器等。绿光、紫外脉冲激光器是高端微细加工的主力型激光器，但是由于没有合适的高能量光能长距离传输手段，导致其依赖离散光学器件传输的现状，影响了其市场的进一步扩展。另外，瞬态高能量密度的超短脉冲激光的各种波长传输都存在可靠性问题。
[0006]因此，急需一种能够可靠实现高能量密度或大功率光能的远距离传输系统，并在此基础上实现将传输的光能在材料加工端高精度汇聚应用。
实用新型内容
[0007]基于此，有必要针对现有技术的缺陷和不足，提供一种基于流体核芯光纤传导高能量密度光能的光能传输系统以及包括该光能传输系统的材料加工系统，实现高能量密度光能的远距离传输及三维柔性激光加工。
[0008]为实现本实用新型目的而提供的光能传输系统，包括依次设置的光源、入射耦合单元、流体核芯光纤以及输出光调制单元；
[0009]所述光源发出的光束沿着所述入射耦合单元、所述流体核芯光纤以及所述输出光调制单元依次传输；
[0010]所述流体核芯光纤包括具有第一折射率的流体核芯以及包裹在所述流体核芯外侧的具有第二折射率的外包层，所述第一折射率大于所述第二折射率。
[0011]在其中一个实施例中，本实用新型的光能传输系统还包括流体输入装置；
[0012]所述流体输入装置连接所述流体核芯光纤，用于向所述外包层中输入所述流体核
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[0013]在其中一个实施例中，本实用新型的光能传输系统还包括控制器；
[0014]所述控制器分别与所述光源和所述流体输入装置电连接。
[0015]在其中一个实施例中，本实用新型的光能传输系统还包括冷却装置；
[0016]所述冷却装置设置在所述流体核芯光纤的外侧，用于对所述流体核芯光纤进行冷却降温。
[0017]在其中一个实施例中，所述外包层为柔性材质。
[0018]在其中一个实施例中，所述入射耦合单元包括第一安装腔室以及第一光学透镜组件；
[0019]所述第一光学透镜组件设置在所述第一安装腔室内部；
[0020]所述光源发出的光束通过所述第一安装腔室中的所述第一光学透镜组件调制后，进入所述流体核芯光纤的入射端。
[0021]在其中一个实施例中，所述流体核芯光纤的入射端设置有光纤入射端腔室；
[0022]所述流体核芯光纤的入射端固定在所述光纤入射端腔室中。
[0023]在其中一个实施例中，所述光纤入射端腔室上设置有流体核芯入口管道；
[0024]所述流体输入装置连接所述流体核芯入口管道。
[0025]在其中一个实施例中，所述流体核芯光纤的出射端设置有光纤出射端腔室；
[0026]所述流体核芯光纤的出射端固定在所述光纤出射端腔室中。
[0027]在其中一个实施例中，所述光纤出射端腔室上设置有流体核芯出口管道；
[0028]所述外包层中的流体核芯从所述流体核芯出口管道流出。
[0029]在其中一个实施例中，所述流体输入装置连接所述流体核芯出口管道；
[0030]从所述流体核芯出口管道流出的所述流体核芯，通过所述流体输入装置能够再次从所述流体核芯入口管道流入。
[0031]在其中一个实施例中，所述流体核芯光纤的入射端通过卡锁结构固定在所述光纤入射端腔室中。
[0032]在其中一个实施例中，所述流体核芯光纤的出射端通过卡锁结构固定在所述光纤出射端腔室中。
[0033]在其中一个实施例中，所述输出光调制单元包括第二安装腔室以及第二光学透镜组件；
[0034]所述第二光学透镜组件设置在所述第二安装腔室的内部；
[0035]从所述流体核芯光纤的出射端出射的光束能够通过所述第二安装腔室进入所述第二光学透镜组件。
[0036]在其中一个实施例中，所述光源为激光器。
[0037]在其中一个实施例中，所述流体核芯为纯净水、有机溶液、离子溶液、或惰性气体。
[0038]相应地，本实用新型还提供一种材料加工系统，包括上述任一实施例所述的光能传输系统，还包括加工装置；
[0039]所述加工装置连接所述光能传输系统的输出光调制单元的光出射端，经所述输出光调制单元调制后的光束进入所述加工装置，对工件进行加工。
[0040]在其中一个实施例中，本实用新型的材料加工系统还包括可移动平台；
[0041]所述加工装置设置在所述可移动平台上；
[0042]所述可移动平台和所述加工装置与所述光能传输系统的控制器电连接。
[0043]在其中一个实施例中，所述加工装置为激光加工头或激光扫描振镜。
[0044]本实用新型的有益效果:本实用新型的光能传输系统通过采用流体核芯光纤，能够实现高能量密度光能柔性及刚性长距离传输，其传输效率高，可靠性强。本实用新型的材料加工系统，通过采用本实用新型的光能传输系统结合加工装置，能实现大功率大幅度智能化柔性激光加工。

【专利附图】

【附图说明】
[0045]为了使本实用新型的光能传输系统、材料加工系统的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本实用新型的光能传输系统、材料加工系统进行进一步详细说明。
[0046]图1为本实用新型的光能传输系统的一个实施例的结构示意图；
[0047]图2为图1所示的本实用新型的光能传输系统的基本光路仿真图；
[0048]图3为图1中所示的流体核芯光纤的一个实施例的结构示意图；
[0049]图4为图1中所示的入射稱合单元的一个实施例的结构示意图,其中还示出了图1中所示的流体核芯光纤的入射端的光纤入射端腔体结构；
[0050]图5为图1中所示的流体核芯光纤的出射端的光纤出射端腔体结构；
[0051]图6为图4和图5中所示的卡锁结构对流体核芯光纤进行固定的截面示意图；
[0052]图7为本实用新型的材料加工系统的一个实施例的结构示意图；
[0053]图8为图7中所示的加工装置为激光加工头的一个实施例的结构示意图；
[0054]图9为图7中所示的加工装置为激光扫描振镜的一个实施例的结构示意图。

【具体实施方式】
[0055]下面将结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0056]传统的实心固核光纤由低折射率的包层包覆高折射率的固态核芯组成，满足内部全反射条件。但是固核光纤用于传输高峰值光能时，其固态核芯本身不可避免存在的缺陷使其有着一定的散射吸收损耗。固态核芯中的缺陷会进一步吸收入射的光能，形成局部热中心，当峰值能量或平均能量高于该固态核芯的破坏阈值时，固核光纤将产生变形或熔断等损伤。不管是机械损伤还是热损伤，都破坏了固核光纤内界面全反射的条件，导致传输效率下降，甚至器件失效。所以，传统的基于固核光纤的光能传输系统难以可靠实现高能量密度或大功率光能的远距离传输。
[0057]而激光在水中，例如532nm激光的有效的作用距离能达到20米以上。激光在纯净的水中，传输的能量强度极限很高，比如，对532nm的激光对水的破坏阈值大于6000MW/cm2，远高于一般的固核光纤，其破坏阈值一般低于1000MW/cm2，加上流动的水的冷却性能，能传输大功率的激光。
[0058]基于此，本实用新型提供了一种基于流体核芯光纤传导高能量密度光能的光能传输系统，其传输效率高、适用光谱范围宽、高能量耦合更加安全可靠，既实现了高能量密度光能的远距离传输，又能进一步实现智能化的三维柔性激光加工或光学照明。
[0059]参见图1，本实用新型一实施例提供的光能传输系统，包括依次设置的光源100、入射耦合单元200、流体核芯光纤300以及输出光调制单元400，光源100发出的光束依次通过入射耦合单元200、流体核芯光纤300、以及输出光调制单元400进行传输。
[0060]其中，光源100可以是可见光源、紫外光源等任意光源，能够产生高能量密度的光能。本实用新型实施中的光源100优选为大功率激光器，其可以产生连续激光或脉冲激光，用于材料加工。
[0061]入射耦合单元200和输出光调制单元400均可以由光学透镜系统实现，主要用于调节或控制光源100发出的光束的传播光路。
[0062]其中，入射耦合单元200用于对光源100发出的光束进行调制，包括但不限于聚焦。光源100发出的光束经入射耦合单元200调制后进入流体核芯光纤300中传输。输出光调制单元400用于对从流体核芯光纤300中出射的光束进行调制，准直、聚焦等，使其满足设定的加工作业要求，其光路如图2所示。从流体核芯光纤300中出射的扩束光束经输出光调制单元400准直、聚焦后可以直接作用于工件上，也可以进一步通过喷嘴式加工头或激光扫描振镜等光学加工结构对工件进行加工。
[0063]参见图3，流体核芯光纤300至少包括具有第一折射率的流体核芯310以及包裹在流体核芯310外侧的具有第二折射率的外包层320，第一折射率大于第二折射率，以满足内全反射条件。流体核芯310能够在外包层320中流动。
[0064]其中，流体核芯310可以采用任意液体或气体，尤其是采用高纯度液体或气体，比如纯净水、去离子水、有机溶液、离子溶液、高纯度空气或惰性气体等，能够提高系统的稳定性。外包层320可以为刚性材质，也可以为柔性材质，例如高分子材料等。其外部还可以设置一层或多层的保护层，其可以在保护层的保护下以一定的弯曲半径弯曲而不破坏内部光纤的全反射效应，从而实现高密度光能的柔性长距离传输
[0065]例如，流体核芯光纤300可以呈一种中空管状结构，其中心具有高折射率的流体核芯310为液体，例如水，折射率为1.33。管壁相当于外包层320，材料为低于水的折射率的材料，如TEFLON(聚四氟乙烯)，折射率为1.29。这样的结构，光线以低于内部全反射角的角度入射，则发生全反射，可以低损耗长距离传输光能。
[0066]流体核芯光纤300也可以呈另一种中空管状结构，其中心的流体核芯310为液体或气体，例如水或空气，折射率为1.33或1.0;管壁(相当于外包层320)材料为固体，如石英或其他光纤材料，具有一定柔性，具备光纤效应的结构，固体管壁的内壁材料光折射率大于管壁外围材料的光折射率。这样的结构，光线以低于内部全反射角的角度入射管壁内侧时，一部分光在固体管壁内全反射，另一部分光在管壁中的流体核芯310内传输。对于高能量密度传输的光能，管壁中的流体核芯310可以产生强冷却效应，还可以承担部分激光传输任务。
[0067]流体核芯光纤300还可以呈另一种中空管状结构，中心的流体核芯310为水或空气，管壁材料为有一定柔性的固体，如石英或其他光学材料，管壁本身具有单一折射率，其折射率可以大于中心的流体核芯310的折射率，同时其内外壁均具有光学光滑表面；该管管壁与环绕周边的流体，包括空气或水，构成光纤效应，因为绝大多数光学固体的折射率大于水的折射率，更大于空气的折射率。这样的结构，光线以低于内部全反射角的角度入射管壁时，光线在管壁外表面内全反射，一部分光在管壁中的流体核芯310内传输。对于高能量密度传输，管壁中的流体核芯310可以产生强冷却效应，还可以承担部分激光传输任务。
[0068]上述流体核芯光纤300可以针对不同的工作环境和要求，根据不同的应用领域和目的，选择满足使用波长范围相应透射要求的材料和结构，并根据实际需要选择合适的尺寸。
[0069]上述列举的流体核芯光纤300的核芯均是流体。流体在一定压力下以适当速度流动，一方面加强散热冷却，扩展材料的固有传光极限；另一方面可以拓展流体自身耐受高能量密度光能的极限。静止不动的水承受强激光辐射时，水中杂质容易形成局部热源，对激光传输形成散射甚至阻隔破坏；流动的水则及时清除微气泡，保持传输通道的流体性能一致性，降低性能漂移。
[0070]常规的光纤稱合为了保持光的质量，一般光纤传光的芯部直径很小，一般在300微米以内，有时为了保持激光的模态，芯部直径更小至10微米以内。这样小的空间内传输高能量对定位和材料提出了很大挑战，限制了高的平均功率。单模和多模激光光纤的可靠传输功率一般相差数倍甚至十倍以上。比如，目前固体实芯单模CW光纤激光器光纤可以安全传输IKW功率，多模态则早已突破1KW甚至50-100KW量级。更进一步地提高传输极限，并不能一味地扩大光能有效传输直径(光纤的高折射率材料部分的直径)，仿真表明，光纤的核芯部增大后，后续的聚焦性能下降。因此，本实用新型采用流体核芯光纤，有助于通过尽可能小的直径获取尽可能高的传输极限，有利于获取更好的聚焦特性。
[0071]此外，对某些特定波长的激光来说，流体的破坏阈值远远高于固体的破坏阈值。比如，对532纳米激光而言，纯净水的激光破坏阈值在6GW/cm2 (1GW = 109W)左右，空气的破坏阈值则在10GW/cm2以上，而石英等材料的破坏阈值很难突破lGW/cm2，原因是固体的微观缺陷几率远远高于密度低得多的流体。本实用新型中用流体承担传统光纤系统中固体材料的传光负担，用流体核芯和外包层的组合保障全反射传输条件，大大扩展了系统总体的传递光能密度的极限。
[0072]因此，本实用新型实施例提供的光能传输系统，通过采用入射耦合单元、流体核芯光纤以及输出光调制单兀依次传输光束，在实现高能量密度光能的可靠、高效率传输的同时，也为后续实现高的聚焦性能保留了优化裕度。
[0073]本实用新型实施例提供的光能传输系统可以被用于高能激光或其他光源光能的传输，可以实现直线型传输，也可以实现柔性传输，可以是100毫米以内的短距离传输，也可以是I米以上量级的长距离传输。
[0074]在上述实施例的基础上，如图1所示，本实用新型另一实施例提供的光能传输系统还包括流体输入装置500。该流体输入装置500连接流体核芯光纤300，用于向外包层320中输入流体核芯310。流体输入装置500可以为与外界气体或液体连通的管道组件，能够严格控制输入的流体核芯310的流量及相关参数。流体核芯310可以从流体核芯光纤300的入射端流入，进而从流体核芯光纤300的出射端流出，可以回收，循环使用。
[0075]进一步地，继续参见图1，本实用新型实施例提供的光能传输系统还包括控制器600，以实现智能化控制。控制器600分别与光源100和流体输入装置500电连接，能够根据预设程序控制光源的开关以及流体输入装置500的开关和流量。
[0076]考虑到流体核芯光纤300传输的光能强度较高，所以本实用新型另一实施例提供的光能传输系统还包括冷却装置700，如图1所示，该冷却装置700可以安装在流体核芯光纤300的外侧，采用气冷或水冷等方式带走热量，对流体核芯光纤300进行冷却降温。冷却装置700的设置避免了流体核芯光纤300过热，确保光能传输的稳定性。
[0077]具体地，参见图4，作为一种可实施方式，上述入射耦合单元200包括第一安装腔室210以及设置在第一安装腔室210内部的第一光学透镜组件220。第一安装腔室210可以与光源100连接，光源100发出的光束通过第一安装腔室中的第一光学透镜组件220调制后，进入流体核芯光纤300的入射端。
[0078]相应的，流体核芯光纤300的入射端设置有光纤入射端腔室330,流体核芯光纤300的入射端固定在光纤入射端腔室330中。如图4所示，光纤入射端腔室330连接第一安装腔室210，光源100发出的光束通过第一安装腔室210中的第一光学透镜组件220调制后，从光纤入射端腔室330进入流体核芯光纤300的入射端。
[0079]光纤入射端腔室330上设置有流体核芯入口管道331，流体输入装置500与该流体核芯入口管道331连接，通过该流体核芯入口管道331将流体核芯310输入光纤入射端腔室330，到达外包层320中。
[0080]继续参见图4，第一安装腔室210与光源100和光纤入射端腔室330密封连接，主要用于将第一光学透镜组件220紧固在光源100的光束出射端。第一光学透镜组件220用于对输入的光束进行调制，如聚焦，使焦斑对准流体核芯光纤300的芯径，耦合入流体核芯光纤300光纤中。第一光学透镜组件220通过螺栓或其他方式固定在第一安装腔室210中，其可以有一个或多个不同种类的光学透镜组成。第一安装腔室210与光纤入射端腔室330之间、光纤入射端腔室330与流体核芯光纤300的入射端之间均可以通过卡锁结构010进行固定，卡锁结构010 (如图6所示)可直接插入对准，实现自锁式自准型安装，保证了流体核芯光纤300与入射耦合单元200之间较高的重复定位精度。
[0081]参见图5，上述流体核芯光纤300的出射端设置有光纤出射端腔室340，流体核芯光纤300的出射端固定在光纤出射端腔室340中。流体核芯光纤300与光纤出射端腔室340的连接处可以采用密封材料进行密封。同理，可以采用上述卡锁结构010(参见图6)或其他固定装置将流体核芯光纤300的出射端固定在光纤出射端腔室340中，以保证光纤出射端可靠定位。
[0082]该光纤出射端腔室340上设置有流体核芯出口管道341，流体核芯光纤300中的流体核芯310从流体核芯出口管道341流出。流体核芯出口管道341可以与流体输入装置500连接，这样流体输入装置500、流体核芯入口管道331、流体核芯光纤300、以及流体核芯出口管道341形成一个循环回路，从流体核芯出口管道341流出的流体核芯310冷却后，再次通过流体输入装置500输入流体核芯光纤300中进行循环利用。
[0083]本实用新型一实施例中的输出光调制单元400包括第二安装腔室410以及设置在第二安装腔室410内部的第二光学透镜组件420 (如图8或图9所示)。第二安装腔室410可以连接光纤出射端腔室340，从流体核芯光纤300的出射端出射的光束能够通过光纤出射端腔室340进入第二安装腔室410，耦合进第二光学透镜组件。
[0084]例如，激光从流体核芯光纤300出射后扩散到一定距离，进入输出光调制单元400。该输出光调制单元400对大光斑整形，以利于获得最佳聚焦特性和加工特性为目标，然后通过聚焦透镜进对扩束光线进行聚焦，聚焦后的光束若达到加工作业要求即可对材料或工件进行加工。
[0085]本实用新型实施例提供的光能传输系统既能够高速率、低损耗、稳定地实现高能量密度光能的长距离柔性及刚性传输，同时可以方便地与加工装置高精度耦合，进一步实现多种模式的智能化三维柔性激光加工。
[0086]参见图7，本实用新型实施例还提供一种材料加工的系统，包括上述任一实施例所述的光能传输系统，还包括加工装置800，加工装置800连接光能传输系统的输出光调制单元400的光出射端，经输出光调制单元400调制后的光束通过加工装置800对工件进行加工。
[0087]在此基础上，本实用新型的材料加工系统还可以包括可移动平台900。加工装置800设置在可移动平台900上，加工装置800和可移动平台900上也可以连接控制器600，实现智能化加工控制。
[0088]加工装置800可以为激光加工头810 (如图8所示)，也可以为激光扫描振镜820 (如图9所示)或其他光学加工机构。可移动平台900可以为机械手臂等可移动装置，能够将光束出射端结构深入液体介质、狭窄空间以及工件结构内部，加工装置800利用光能与工件材料进行相互作用。
[0089]加工装置800和可移动平台900与光能传输系统的控制器600连接，可以实时将加工过程反馈至控制器600，该控制器600接收加工目标及加工过程中的反馈，对各单元参数进行控制，即可实现长距离智能化三维柔性加工。
[0090]参见图8，经输出光调制单元400调制后的光能通过激光加工头810作用于加工工件上。这里的激光加工头810可以汇聚激光以用于高能量密度需求的激光切割、钻孔、焊接、冲击强化、清洗等一系列工艺中，也可以适当扩散调制，用于辐射、热处理等大面积、均勻光场应用场合。
[0091]利用激光加工头810聚焦的激光束可以深入材料结构内部直接加工材料，实现无深度限制的激光加工。其也可以结合水射流加工结构，或气包水多相水射流加工结构等，利用水-空气界面形成光导结构，全反射传输形成光纤效应，进行“湿”加工。“湿”加工中，水流能带走熔融的残渣，清洁加工表面，几乎无毛刺，能吸收产生的颗粒，气体等，无需高压辅助气体装置。而且水流有冷却效果，几乎无热应力影响。这样一来，避免了在空气或真空中进行激光加工时，目标残渣的再沉积及吸附，无需进行后处理。
[0092]参见图9，利用激光扫描振镜820对经输出光调制单元400调制后的光能进行进一步调制，出射光与加工材料进行相互作用，能对加工材料进行高速高效率加工。
[0093]相应地，采用上述实施例提供的材料加工系统进行材料加工的过程，包括以下步骤:
[0094]S100，控制激光器产生光束；
[0095]S200,利用输入稱合单兀对激光器产生的光束进行调制,稱合进流体核芯光纤中进行传输；流体核芯光纤包括具有第一折射率的流体核芯以及包裹在流体核芯外侧的具有第二折射率的外包层，第一折射率大于第二折射率；
[0096]S300，在光束从流体核芯光纤的出射端射出后，利用输出光调制单元对光束进行调制，使其进入预设的加工装置，加工装置设置在可移动平台上；
[0097]S400，调整可移动平台至预设的加工位置处，控制加工装置对工件进行加工。
[0098]较佳地，在步骤S200中包括以下步骤:
[0099]S210，将从流体核芯光纤的出射端流出的流体核芯引流至流体核芯光纤的入射端，循环利用。
[0100]本实用新型实施例提供的材料加工系统，利用由光学透镜组件等组成的输入耦合单元和对激光束进行聚焦后，使激光束的焦斑对准流体核芯光纤的核芯，进入流体核芯光纤中传输；再利用由光学透镜组件等组成的输出光调制单元与加工装置配合，对流体核芯光纤传输的光束进行调制，应用于材料加工，具有很高的系统重复定位精度，加工效率高、性能稳定、应用广泛。
[0101]本实用新型实施例提供的光能传输系统及材料加工系统，能进行超大功率连续波激光(高达10000瓦数量级激光器)或高平均功率脉冲激光(能量高达数百瓦数量级的纳秒、皮秒、飞秒激光器)的远距离柔性及刚性传输，同时，能实现大功率大幅度智能化柔性激光加工。
[0102]以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种光能传输系统，其特征在于，包括依次设置的光源、入射耦合单元、流体核芯光纤以及输出光调制单元； 所述光源发出的光束沿着所述入射耦合单元、所述流体核芯光纤以及所述输出光调制单兀依次传输； 所述流体核芯光纤包括具有第一折射率的流体核芯以及包裹在所述流体核芯外侧的具有第二折射率的外包层，所述第一折射率大于所述第二折射率。
2.根据权利要求1所述的光能传输系统，其特征在于，还包括流体输入装置； 所述流体输入装置连接所述流体核芯光纤，用于向所述外包层中输入所述流体核芯。
3.根据权利要求2所述的光能传输系统，其特征在于，还包括控制器； 所述控制器分别与所述光源和所述流体输入装置电连接。
4.根据权利要求1所述的光能传输系统，其特征在于，还包括冷却装置； 所述冷却装置设置在所述流体核芯光纤的外侧，用于对所述流体核芯光纤进行冷却降温。
5.根据权利要求1所述的光能传输系统，其特征在于，所述外包层为柔性材质。
6.根据权利要求1至5任一项所述的光能传输系统，其特征在于，所述入射耦合单元包括第一安装腔室以及第一光学透镜组件； 所述第一光学透镜组件设置在所述第一安装腔室内部； 所述光源发出的光束通过所述第一安装腔室中的所述第一光学透镜组件调制后，进入所述流体核芯光纤的入射端。
7.根据权利要求2或3所述的光能传输系统，其特征在于，所述流体核芯光纤的入射端设置有光纤入射端腔室； 所述流体核芯光纤的入射端固定在所述光纤入射端腔室中。
8.根据权利要求7所述的光能传输系统，其特征在于，所述光纤入射端腔室上设置有流体核芯入口管道； 所述流体输入装置连接所述流体核芯入口管道。
9.根据权利要求8所述的光能传输系统，其特征在于，所述流体核芯光纤的出射端设置有光纤出射端腔室； 所述流体核芯光纤的出射端固定在所述光纤出射端腔室中。
10.根据权利要求9所述的光能传输系统，其特征在于，所述光纤出射端腔室上设置有流体核芯出口管道； 所述外包层中的流体核芯从所述流体核芯出口管道流出。
11.根据权利要求10所述的光能传输系统，其特征在于，所述流体输入装置连接所述流体核芯出口管道； 从所述流体核芯出口管道流出的所述流体核芯，通过所述流体输入装置能够再次从所述流体核芯入口管道流入。
12.根据权利要求7所述的光能传输系统,其特征在于， 所述流体核芯光纤的入射端通过卡锁结构固定在所述光纤入射端腔室中。
13.根据权利要求9所述的光能传输系统,其特征在于， 所述流体核芯光纤的出射端通过卡锁结构固定在所述光纤出射端腔室中。
14.根据权利要求1至5任一项所述的光能传输系统，其特征在于，所述输出光调制单元包括第二安装腔室以及第二光学透镜组件； 所述第二光学透镜组件设置在所述第二安装腔室的内部； 从所述流体核芯光纤的出射端出射的光束能够通过所述第二安装腔室进入所述第二光学透镜组件。
15.根据权利要求1至5任一项所述的光能传输系统,其特征在于，所述光源为激光器。
16.根据权利要求1至5任一项所述的光能传输系统，其特征在于，所述流体核芯为纯净水、有机溶液、离子溶液、或惰性气体。
17.—种材料加工系统,其特征在于,包括上述权利要求1至16任一项所述的光能传输系统，还包括加工装置； 所述加工装置连接所述光能传输系统的输出光调制单元的光出射端，经所述输出光调制单元调制后的光束进入所述加工装置，对工件进行加工。
18.根据权利要求17所述的材料加工系统，其特征在于，还包括可移动平台； 所述加工装置设置在所述可移动平台上； 所述可移动平台和所述加工装置与所述光能传输系统的控制器电连接。
19.根据权利要求17或18所述的材料加工系统，其特征在于，所述加工装置为激光加工头或激光扫描振镜。
【文档编号】G02B6/032GK204129285SQ201420631885
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】张文武, 杨旸, 张天润 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所