一种多波长光束处理装置及方法

1.本公开涉及激光加工技术领域，具体涉及一种多波长光束处理装置及方法。


背景技术：

2.随着科学技术的不断发展，激光在民用、医疗、工业、军事等领域具有巨大的应用前景，尤其体现在装备制造、医学成像、光学测量等方向。但因单波长光束存在诸多制约因素，如功率小、亮度低、测量通道数少等，无法直接满足应用需求，光束合束技术能够有效地解决上述问题。但在合束后的光束工作完成后，在光学测量、医学成像等领域应用时需将光束重新分解为单波长子光束进行光信号采集及处理，此时需用到光束分束技术。如何提供一种兼容多波长光束合束和分束功能的合束/分束装置，是本技术领域人员急需解决的问题。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种多波长光束处理装置及方法，该装置能够同时实现多波长光束的合束与分束功能，具备便捷的光纤准直过程三自由度调节功能，操作简便，合束或分束后的光束质量高，且装置结构简单、紧凑，空间利用率高。
4.本公开的一个方面提供了一种多波长光束处理装置，包括：至少一个光束处理子装置，光束处理子装置用于对多波长光束进行合束或分束处理，包括：一主光束准直器、至少两个分光束准直器及至少两个透反射组件，其中，当光束处理子装置用于多波长光束合束时，多波长的分光束分别经过对应的分光束准直器进行准直后，经过至少一个透反射组件进行反射或透射后分别输出至主光束准直器进行合束并输出；当光束处理子装置用于多波长光束分束时，多波长的主光束经过所述主光束准直器进行准直后，经过对应的至少一个透反射组件进行反射或透射后分别输出至对应的分光束准直器输出。
5.进一步地，还包括：至少两个滤波组件，每个滤波组件分别与分光束准直器对应设置，用于对光束进行滤波处理。
6.进一步地，每个透反射组件与水平方向夹角均为45
°
。
7.进一步地，每个透反射组件的反射波长不同，多波长光束中大于每个透反射组件的反射波长的光束透射该透反射组件。
8.进一步地，主光束准直器和所述分光束准直器均为具有三自由度调节功能的准直器，包括：由内向外依次设置的卡环、透镜组件、光纤连接件、调节环、准直器基体及外壳。
9.进一步地，卡环与透镜组件之间设置柔性垫圈，该柔性垫圈用于防止所述卡环与透镜组件直接接触时刮伤所述透镜组件的表面。
10.进一步地，主光束准直器和分光束准直器分别通过卡环设置于所述光束处理子装置的基体上。
11.进一步地，光纤连接件通过螺旋机构设置于所述调节环内，并通过旋转所述光纤连接件可实现光纤的z轴方向位置调节。
12.进一步地，每个分光束准直器的工作波长不同，该工作波长与其对应的入射或出射光束的波长相同。
13.本公开的另一个方面提供了一种基于本公开第一个方面提供的多波长光束处理装置的多波长光束处理方法，包括：当光束处理子装置用于多波长光束合束时，多波长的分光束分别经过与之对应的分光束准直器进行准直后，经过对应的至少一个透反射组件进行反射或透射后分别输出至主光束准直器进行合束并输出；当光束处理子装置用于多波长光束分束时，多波长的主光束经过所述主光束准直器进行准直后，经过对应的至少一个透反射组件进行反射或透射后分别输出至对应的所述分光束准直器输出。
14.本公开提供的一种多波长光束处理装置及方法，该装置通过主光束准直器、多个分光束准直器及多个透反射组件的合理设置，能够同时实现多波长光束的合束与分束功能，具备便捷的光纤准直过程三自由度调节功能，操作简便，通过本装置合成或分束后的光束质量高，且装置结构简单、紧凑，空间利用率高。
附图说明
15.为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
16.图1示意性示出了本公开实施例的多波长光束处理装置的结构示意图；
17.图2示意性示出了本公开实施例的光束处理子装置的结构示意图；
18.图3示意性示出了本公开实施例的光束处理子装置的基体结构示意图；
19.图4示意性示出了本公开实施例的主光束准直器的结构示意图；
20.图5示意性示出了本公开实施例的光束处理子装置的光束处理原理图。
具体实施方式
21.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
22.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
23.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
24.本公开的实施例提供一种多波长光束处理装置，包括：至少一个光束处理子装置，所述光束处理子装置用于对多波长光束进行合束或分束处理，包括：一主光束准直器、至少两个分光束准直器及至少两个透反射组件，其中，当光束处理子装置用于多波长光束合束时，多波长的分光束分别经过对应的分光束准直器进行准直后，经过至少一个透反射组件进行反射或透射后分别输出至主光束准直器进行合束并输出；当光束处理子装置用于多波长光束分束时，多波长的主光束经过主光束准直器进行准直后，经过对应的至少一个透反
射组件进行反射或透射后分别输出至对应的分光束准直器输出。
25.本公开提供的一种多波长光束处理装置，该装置通过主光束准直器、多个分光束准直器及多个透反射组件的合理设置，能够同时实现多波长光束的合束与分束功能，具备便捷的光纤准直过程三自由度调节功能，操作简便，通过本装置合成或分束后的光束质量高，且装置结构简单、紧凑，空间利用率高。
26.下面将结合本公开具体的实施例中的多波长光束处理装置的结构，对本公开的技术方案进行详细说明。应当理解，图1～5中示出的多波长光束处理装置及光束处理子装置的结构仅是示例性的，以帮助本领域的技术人员理解本公开的技术方案，并非用以限制本公开的保护范围。
27.图1示意性示出了本公开实施例的多波长光束处理装置的结构示意图。如图1所示，该多波长光束处理装置包括：
28.至少一个光束处理子装置100，该光束处理子装置100用于对多波长光束进行合束或分束处理。每个光束处理子装置100与其相邻的光束处理子装置通过双头螺杆进行连接设置，且每个光束处理子装置100为相互独立的光束处理子装置，不受彼此影响。
29.本公开的实施例中，如图2和3所示，该光束处理子装置100包括：一主光束准直器10、至少两个分光束准直器20及至少两个透反射组件30，主光束准直器10用于将多波长光束进行准直处理，每个分光束准直器20用于对一个波长光束进行准直处理，透反射组件30用于对光束进行反射和透射处理。其中，当光束处理子装置100用于多波长光束合束时，多波长的分光束分别经过对应的分光束准直器20进行准直后，经过至少一个透反射组件30进行反射或透射后分别输出至主光束准直器10进行合束并输出；当光束处理子装置100用于多波长光束分束时，多波长的主光束经过主光束准直器10进行准直后，经过对应的至少一个透反射组件30进行反射或透射后分别输出至对应的分光束准直器10输出。本公开的实施例中，透反射组件30可以为二向色镜、平板分束镜等。
30.根据本公开的实施例，每个光束处理子装置100还包括：至少两个滤波组件40，每个滤波组件40分别与分光束准直器20对应设置，用于对光束进行滤波处理。其中，每个滤波组件40与其对应的分光束准直器20同轴设置，且每个滤波组件40嵌设于光束处理子装置100的基体50两侧，并对称分布。具体地，每个滤波组件40的工作波长与其对应的分光束准直器20的工作波长相同，滤波组件40可以去除其余波长的光。本公开的实施例中，滤波组件40可以为介质膜滤波片、有色玻璃滤波片等。
31.具体地，如图3所示，每个光束处理子装置100的基体50包括5个基体块(i、ii、iii、iv、v)，每个基体块与其相邻的基体块之间设置一个透反射组件30，不同基体块之间通过螺纹和螺母配合固定锁紧，也可以用胶水将基体块粘接，拼合成光束处理子装置100，该种安装方式使得光束处理子装置100的结构紧凑小巧，零件相似程度高，便于加工制造。需说明的是，在其他数量分光束准直器20构成的光束处理子装置100，每个光束处理子装置100的基体50并不仅限于5个基体块，图3仅为示例性的说明，其并不构成本公开实施例的光束处理子装置100的限定。
32.如图3所示，每个透反射组件30与水平方向夹角均为45
°
，且每个透反射组件30与其相邻的滤波组件40和相邻的透反射组件间的夹角也为45
°
，以使经过该透反射组件30反射的波长可沿水平方向直接透射至相邻的透反射组件30上。本公开的实施例中，当需要对
不同的波长的光束进行合束或分束时，可以每个透反射组件30的反射波长不同，实现对不同的波长的光束进行反射和透射，即当光束波长满足透反射组件30的反射条件时，透反射组件30对该光束进行反射处理，当光束波长不满足透反射组件30的反射条件时，透反射组件30对该光束进行透射处理。具体地，透反射组件30对于小于等于其反射波长的光束进行反射，对于大于其反射波长的光束进行透射。
33.本公开的实施例中，为防止透反射组件30嵌置于基体块之间被压坏，每个透反射组件30一侧与基体块接触定位，其另一侧和基体块间有柔性压片，防止透反射组件被压坏。透反射组件30的定位与安装方式简单，极大地简化了操作的复杂程度。
34.根据本公开的实施例，如图4所示，主光束准直器10和分光束准直器20均为具有三自由度调节功能的准直器，包括：由内向外依次设置的卡环101、透镜组件102、光纤连接件103、调节环104、准直器基体105及外壳106。需说明的是，本公开的实施例中，主光束准直器10和分光束准直器20的结构一致，如图4所示，本公开的实施例不再对分光束准直器20的结构进行详细赘述。
35.具体地，主光束准直器10和分光束准直器20内的透镜组件102安装在准直器基体105上，并利用卡环101将之固定。卡环101和透镜组件102间装有柔性垫圈107，防止卡环101与透镜组件102直接接触刮伤透镜表面。光纤连接件103通过螺旋机构装入调节环104内，通过旋转光纤连接件103可实现光纤的z向位置调节，z向调节完毕后利用6枚锁紧螺钉109将之锁紧在调节环104上。安装光纤连接件103后，调节环104装入准直器基体105上，利用其端面与基体接触实现z向定位，通过6枚调节螺钉108进行调节环的xy方向位置调节，进而调节光纤xy方向位置。将具备三自由度调节功能的准直器内的光纤连接件103调节完成后，将外壳106旋入准直器基体105上，外壳106内部端面与调节环104接触，可将调节环104压紧在准直器基体105上。
36.本公开的实施例中，为实现不同的光束合束或分束，每个分光束准直器20的工作波长不同，即每个分光束准直器20内的透镜组件102的工作波长不同。需说明的是，在其他实施例中，若为了实现相同光束的合束处理，可将一定数量的分光束准直器20的工作波长设置为相同，本公开对此不做限定。
37.下面将结合图5对本公开实施例提供的光束处理子装置100的工作原理进行具体说明，其主要包括光束合束和分束处理两个过程。
38.如图5所示，当光束处理子装置100用于多波长光束合束时，主要包括下述过程：
39.波长为λ1的光束由第一分光束准直器201准直后，再经过第一滤波组件401进行滤波处理，再入射至与水平方向呈45
°
放置的第一透反射组件301进行反射后，依次水平透射第二透反射组件302、第三透反射组件303和第四透反射组件304，最后输入至主光束准直器10。
40.波长为λ2的光束由第二分光束准直器202准直后，经过第二滤波组件402进行滤波处理，再入射至与水平方向呈45
°
放置的第二透反射组件302进行反射后，依次水平透射第三透反射组件303和第四透反射组件304，最后输入至主光束准直器10。
41.波长为λ3的光束由第三分光束准直器203准直后，经过第三滤波组件403进行滤波处理，再入射至与水平方向呈45
°
放置的第三透反射组件303进行反射后，直接水平透射第四透反射组件304，最后输入至主光束准直器10。
42.波长为λ4的光束由第四分光束准直器204准直后，经过第四滤波组件404进行滤波处理，再入射至与水平方向呈45
°
放置的第四透反射组件304进行反射后，直接水平输入至主光束准直器10。
43.波长为λ1的光束、波长为λ2的光束、波长为λ3的光束及波长为λ4的光束输出至主光束准直器10后汇聚合成为主光束，并进入光纤输出。
44.如图5所示，当光束处理子装置100用于多波长光束分束时，主要包括下述过程：
45.由λ1、λ2、λ3、λ4四种不同波长构成的主光束经过光纤输入至主光束准直器10，经主光束准直器10准直后入射到第四透反射组件304。
46.波长λ4的光束经过第四透反射组件304反射后经过第四滤波组件404进行滤波，输出至第四分光束准直器204并输出。
47.波长λ3的光束经过第四透反射组件304透射后输出至第三透反射组件303进行反射，再经过第三滤波组件403进行滤波，输出至第三分光束准直器203并输出。
48.波长λ2的光束依次经过第四透反射组件304、第三透反射组件303透射后输出至第二透反射组件302进行反射，再经过第二滤波组件402进行滤波，输出至第二分光束准直器202并输出。
49.波长λ1的光束依次经过第四透反射组件304、第三透反射组件303、第二透反射组件302透射后输出至第一透反射组件301进行反射，再经过第一滤波组件401进行滤波，输出至第一分光束准直器201并输出。
50.根据上述实施例可知，λ1、λ2、λ3、λ4四种不同波长的光束对应的波长大小为：λ1＞λ2＞λ3＞λ4，即第一分光束准直器201、第一滤波组件401及第一透反射组件302对应的工作波长最大，第四分光束准直器204、第四滤波组件404及第四透反射组件304对应的工作波长最小。需说明的是，上述实施例给出了分光束准直器的处理相互不同的光束波长。在其他实施例中，可根据实际需求，将部分分光束准直器的处理的光束波长设置为相同，且不同波长对应的分光束准直器与透反射组件可根据需求进行排列设置，本公开对此不做限定。
51.需说明的是，本公开的实施例提供的光束处理子装置100并不仅限于由1个主光束准直器10、4个分光束准直器20及4个透反射组件30构成，其仅为示例性的说明，根据实际应用需求可以设置为其他数量的分光束准直器20构成的光束处理子装置100，例如2个、3个、5个等其他数量的分光束准直器20构成，以实现不同数量的多波长的光束的合束或分束处理。另外，光束处理子装置100的数量也并不仅限于图示的4个，本公开对其数量不做限定。
52.尽管已经在附图和前面的描述中详细地图示和描述了本公开，但是这样的图示和描述应认为是说明性的或示例性的而非限制性的，如图1～图5所示为根据本公开实施例示意的光束处理装置的结构示意图，在实际应用过程中该光束处理装置中某些部件可用其他相同或类似功能的部件替代或是实验原理装置结构更加简化或复杂，此实施例并不构成对该光束处理装置的限定。
53.本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种范围组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
54.尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术
人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。