一种光纤阵列分束传输装置的制作方法

本实用新型涉及激光传输技术领域，更具体地说，是涉及一种光纤阵列分束传输装置。

背景技术：

传输二氧化碳激光能量光纤是一种可以实现二氧化碳激光能量柔性传输的特种光纤，具有损耗低、纤细和柔软等优点，可用于纸张、布类、塑料等行业的激光切割，也可用于医疗手上中的美容、体表切除、口腔、鼻腔内、体内等的激光治疗。

目前市场上的传输二氧化碳激光能量光纤可传输的激光能量较低，传输连接激光时，可传输的激光能量一般不超过60W，只能用于纸张、布类等非金属材料的切割，切割皮革或金属薄板则需要100W-200W的激光能量，传输二氧化碳激光能量光纤传输的激光能量远远达不到，严重制约了该特种光纤的应用范围。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种光纤阵列分束传输装置，其可传输较大功率的激光能量，解决现有传输二氧化碳激光能量光纤的传输能量过低的不足，可应用于皮革、金属薄板、3D工件等材料的切割，扩大了应用范围。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种光纤阵列分束传输装置，包括阵列分束耦合装置、分束光纤和准直聚焦刀头，所述阵列分束耦合装置具有位于同一光路上的激光反射装置、扩束镜和耦合器，所述扩束镜装设在耦合器的内部一端，所述耦合器的一端装设在反射装置上，所述分束光纤的一端与耦合器的另一端相连接，所述分束光纤的另一端与准直聚焦刀头相连接，所述分束光纤的内部设有若干根纤芯，所述耦合器能够将经过扩束镜扩束后的激光分束耦合进分束光纤内的每根纤芯，以进行激光的分束传输。

作为优选的，所述激光反射装置包括反射镜架、镜托、反射镜和压镜垫，所述反射镜架与耦合器的一端相连接，所述反射镜通过镜托安装在反射镜架上的反射区域处，所述压镜垫将反射镜固定在镜托的内部。

作为优选的，所述扩束镜包括扩束镜架和按照激光传输方向依次布置的第一平凹ZnSe透镜、第一平凸ZnSe透镜，所述第一平凹ZnSe透镜装设在扩束镜架的内部一端，所述第一平凸ZnSe透镜装设在扩束镜架的内部另一端。

作为优选的，所述耦合器包括耦合器本体、微透镜阵列和调焦套，所述扩束镜装设在耦合器本体的内部一端，所述调焦套装设在耦合器本体的内部另一端并与分束光纤相连接，所述调焦套能够相对于耦合器本体发生移动，以实现对分束光纤的位置进行微调，所述微透镜阵列装设在耦合器本体的内部并位于扩束镜与调焦套之间，所述微透镜阵列能够将经过的激光聚焦成均布的且与分束光纤的纤芯数量相对应的若干个焦点，从而分别耦合进分束光纤的每根纤芯。

作为另一优选的，所述耦合器也可以包括耦合器本体、激光衍射分束器、第四平凸ZnSe透镜和调焦套，所述扩束镜装设在耦合器本体的内部一端，所述调焦套装设在耦合器本体的内部另一端并与分束光纤相连接，所述调焦套能够相对于耦合器本体发生移动，以实现对分束光纤的位置进行微调，所述激光衍射分束器和第四平凸ZnSe透镜依次装设在耦合器本体的内部并位于扩束镜与调焦套之间，所述激光衍射分束器和第四平凸ZnSe透镜能够将经过的激光聚焦成均布的且与分束光纤的纤芯数量相对应的若干个焦点，从而分别耦合进分束光纤的每根纤芯。

作为优选的，所述分束光纤包括分束连接头、分束护套、光纤护套和7根用于进行激光能量传输的纤芯，所述分束连接头与耦合器相连接，所述分束护套与准直聚焦刀头相连接，所述光纤护套连接在分束连接头与分束护套之间，所述纤芯从分束连接头的内部延伸至分束护套的内部。

作为优选的，所述准直聚焦刀头包括聚焦筒、锁紧螺母、透镜架、镜头、第二平凸ZnSe透镜、第二平凹ZnSe透镜和第三平凸ZnSe透镜，所述聚焦筒的一端与分束光纤相连接，所述透镜架和镜头依次装设在聚焦筒的另一端，所述第二平凸ZnSe透镜装设在聚焦筒的内部一端，所述第二平凹ZnSe透镜装设在透镜架的内部，所述锁紧螺母装设在聚焦筒的外壁上以调节透镜架和聚焦筒之间的相对位置，使得第二平凸ZnSe透镜与第二平凹ZnSe透镜的焦点能够重合，所述第三平凸ZnSe透镜装设在镜头的内部以用于激光的聚焦。

作为优选的，所述准直聚焦刀头上还装设有用于保护第三平凸ZnSe透镜不受污染和排走激光烟雾的微型气嘴及烟罩。

作为优选的，所述烟罩可使用工作房代替，所述工作房内设有用于及时抽走烟尘的净化设备。

作为优选的，所述准直聚焦刀头上还装设有用于根据切割或清洗等要求对准直聚焦刀头的位置进行移动的位置自动调节装置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型设有阵列分束耦合装置、分束光纤和准直聚焦刀头，阵列分束耦合装置包括激光反射装置、扩束镜和耦合器，扩束镜能够把入射的二氧化碳激光进行扩束，从而增大光束的面积，缩小光束的入射角，使得入射到耦合器内的激光束的能量分布更均匀，耦合器能够将经过扩束镜后的激光分束耦合进分束光纤内的每根纤芯，以进行激光的分束传输，通过多纤芯的传输完成更大功率的激光能量传输，解决了现有传输二氧化碳激光能量光纤的传输能量过低的不足，可应用于皮革、金属薄板、3D工件等材料的切割，扩大了应用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的光纤阵列分束传输装置的剖面图；

图2是本实用新型提供的阵列分束耦合装置的剖面图；

图3是本实用新型提供的激光反射装置的剖面图；

图4是本实用新型提供的扩束镜的剖面图；

图5是本实用新型提供的耦合器的剖面图；

图6是本实用新型提供的激光衍射分束器和第四平凸ZnSe透镜的光路图；

图7是本实用新型提供的分束光纤的剖面图；

图8是本实用新型提供的准直聚焦刀头的剖面图；

图9是本实用新型提供的带有烟罩的准直聚焦刀头的剖面图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，本实用新型的实施例提供了一种光纤阵列分束传输装置，该光纤阵列分束传输装置包括阵列分束耦合装置10、分束光纤20和准直聚焦刀头30，下面将结合附图对本实施例的各个组成部分进行详细说明。

如图2所示，阵列分束耦合装置10包括位于同一光路上的激光反射装置11、扩束镜12和耦合器13，扩束镜12装设在耦合器13的内部一端，耦合器的一端13装设在反射装置11上，分束光纤20的一端与耦合器13的另一端相连接，分束光纤20的另一端与准直聚焦刀头30相连接。

进一步而言，如图3所示，激光反射装置11包括反射镜架111、镜托112、反射镜113和压镜垫114，反射镜架111与耦合器的一端13相连接，反射镜113通过镜托112安装在反射镜架111上的反射区域处，压镜垫114将反射镜113固定在镜托112的内部。

组装时，激光反射装置11可以装设在合适的激光器的激光出射口处并使用螺丝进行固定。二氧化碳激光从水平方向入射，激光反射装置11内的反射镜113能够使二氧化碳激光完成90度的转折，激光方向变为竖直向下，从而进入扩束镜12。

如图4所示，扩束镜12包括扩束镜架121和按照激光传输方向依次布置的第一平凹ZnSe透镜122、第一平凸ZnSe透镜123，第一平凹ZnSe透镜122装设在扩束镜架121的内部一端，第一平凸ZnSe透镜123装设在扩束镜架121的内部另一端。

工作时，扩束镜12能够把入射的二氧化碳激光进行扩束，从而增大光束的面积，缩小光束的入射角，使得入射到耦合器13上的激光束的能量分布更均匀。其中，扩束镜12的扩束倍率可根据实际需要进行选择。

如图5所示，耦合器13包括耦合器本体131、微透镜阵列132和调焦套133，扩束镜12装设在耦合器本体131的内部一端，调焦套133装设在耦合器本体131的内部另一端并与分束光纤20相连接，调焦套133能够相对于耦合器本体131发生移动，以实现对分束光纤20的位置进行微调，从而让激光可以更好地耦合进分束光纤20，微透镜阵列132装设在耦合器本体131的内部并位于扩束镜12与调焦套133之间，微透镜阵列132能够将经过的激光聚焦成均布的且与分束光纤20的纤芯数量相对应的若干个焦点，从而分别耦合进分束光纤20的每根纤芯23。

在另一实施例中，如图6所示，微透镜阵列131可以用激光衍射分束器134加第四平凸ZnSe透镜135的方案进行代替，从而降低产品的成本。激光衍射分束器134和第四平凸ZnSe透镜135依次装设在耦合器本体131的内部并位于扩束镜12与调焦套133之间。

工作时，耦合器13能够将经过扩束镜12后的激光分束耦合进分束光纤20内的每根纤芯23，以进行激光的分束传输。

如图7所示，分束光纤20包括分束连接头21、分束护套22、光纤护套24和用于进行激光能量传输的纤芯23，分束连接头21与耦合器13相连接，分束护套22与准直聚焦刀头30相连接，光纤护套24连接在分束连接头21与分束护套22之间，纤芯23从分束连接头21的内部延伸至分束护套22的内部。在本实施例中，较佳的，纤芯23的数量可以设置为7根，微透镜阵列131能够把激光束聚焦成7个均匀分布的焦点，在耦合器13上分别耦合进分束光纤20上的7根纤芯23，从而完成激光的分束传输，即一束激光分成7束，再使用7根纤芯完成激光能量的传输。

在此需要说明的是，分束光纤可根据不同的需求选择安装不同数量的纤芯，可传输的激光能量功率也有所不同，非本实施例为限。

较佳的，光纤护套24的表面可覆盖一层防油保护套，保护纤芯不受油气污染。

如图8所示，准直聚焦刀头30包括聚焦筒31、锁紧螺母32、透镜架33、镜头34、第二平凸ZnSe透镜35、第二平凹ZnSe透镜36和第三平凸ZnSe透镜37，聚焦筒31的一端与分束光纤20相连接，透镜架33和镜头34依次装设在聚焦筒31的另一端，第二平凸ZnSe透镜35装设在聚焦筒31的内部一端，第二平凹ZnSe透镜36装设在透镜架33的内部，锁紧螺母32装设在聚焦筒31的外壁上以调节透镜架33和聚焦筒31之间的相对位置，使得第二平凸ZnSe透镜35与第二平凹ZnSe透镜36的焦点能够重合，第三平凸ZnSe透镜37装设在镜头34的内部以用于激光的聚焦。

如图9所示，准直聚焦刀头30上还可以装设有用于保护第三平凸ZnSe透镜37不受污染和排走激光烟雾的微型气嘴38及烟罩39。

较佳的，当光纤阵列分束传输装置用于小型设备时，烟罩39可使用工作房代替，工作房用于观察切割过程和上下料的窗口均采用特制的激光防护玻璃，产生的烟尘在加工过程中利用净化设备及时抽走，从而保证了整个激光切割系统的安全性。

此外，准直聚焦刀头30上还可以装设有用于根据切割或清洗等要求对准直聚焦刀头的位置进行移动的位置自动调节装置。

综上所述，本实用新型的结构新颖，可通过多纤芯的传输完成更大功率的激光能量传输，解决了现有传输二氧化碳激光能量光纤的传输能量过低的不足，可应用于皮革、金属薄板、3D工件、较厚的非金属材料等材料的切割，扩大了应用范围。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。