具有保持元件的光缆耦合输出插头的制作方法

本发明涉及一种光缆耦合输出插头，其具有用于从光缆的端件耦合输出光的光出射口。

背景技术：

1、为了实现激光加工过程公知的是，借助于光缆将位置固定的射束源的激光引导至期望的使用地点。在那里借助于耦合输出插头将激光从光缆输送到光学加工器件，最后所述光学加工器件将激光射束成形和/或聚焦、给工件施加激光射束并且由此加工工件。

2、在所述激光加工过程中，激光从工件的反射可能与光学加工器件相对于工件的焦点位置和角度位置有关，然而还可能与工件的表面特性和反射率有关。然后所述返回反射例如通过光学加工器件返回到耦合输出插头。返回反射的一部分被耦合输入到耦合输出插头中的光缆中并且被传导回到射束源。然而另一部分未射到光缆，而是射到耦合输出插头的表面区域，由此当返回反射超过耦合输出插头的相应材料的加工阈值时，可能在耦合输出插头中导致损坏。

3、对耦合输出插头的材料的这种不期望的加工会导致浓烟和颗粒，由此污染例如光缆的光出射面，而且污染耦合输出插头的保护玻璃。由于现在所述面上又增大的吸收，在那里通过直接引入激光可能导致损毁光学构件。

4、以往耦合输出插头在光出射面的区域中被镀金，以便通过再次反射引导返回反射离开耦合输出插头。然而金具有低的熔点，从而使这种耦合输出插头不能普遍地被使用。

5、us 8724945描述了一种具有光纤端件的高功率光纤激光器系统，其中，应借助于全反射来避免被反射回的激光射束的耦合输入。

6、de 102017210350描述了一种用于从光导纤维耦合输出辐射的设备，其中，应借助于遮光器来避免被反射回的激光射束的耦合输入。

技术实现思路

1、从已知的现有技术出发，本发明的任务在于提供一种改进的光缆耦合输出插头。

2、所述任务通过具有本发明的优选实施例的特征的光缆耦合输出插头来解决。有利的进一步方案由可选实施例、说明书和附图得出。

3、相应地提出一种光缆耦合输出插头，其具有用于从光缆的端件耦合输出光的光出射口，所述光缆耦合输出插头包括用于保持光缆的端件的保持元件，其中，光缆的端件被接收在保持元件中。根据本发明，保持元件包括散射元件，其中，散射元件设置用于使反射回光出射口中的激光散射。

4、保持元件也可以完全设计为散射元件并且优选地由相应地散射的材料构成。

5、优选地，被反射回的、经散射的激光的功率密度在经过散射元件之后小于光缆耦合输出插头的材料的加工阈值。换句话说，散射元件使被反射回的激光的功率密度如此程度地减小或者被散射到较大的面积上，以使得避免加工光缆耦合输出插头的材料并且由此也避免损坏光缆耦合输出插头。

6、光缆设置用于将激光器的激光、例如超短脉冲激光器和/或高功率激光器的激光引导至光缆耦合输出插头。所述光缆例如可以包括玻璃纤维或其他适合的纤维。在光缆耦合输出插头中，激光从光缆被引导至所谓的端件，所述端件大体上是熔化和/或接合和/或焊接到光缆的端部上的光学元件。

7、所述端件被使用，因为例如可通过光缆传输的最大功率受到光缆的端面上的功率密度的限制。由于光缆的直径很小，因此在高激光功率的情况下可能会出现极高的功率密度并且由此可能会损坏光缆的端面。通过安装在光缆上的端件可以在一定程度上人为地增大光缆的直径，从而使得激光可以在不会造成损坏的情况下经由端件的所谓端面被耦合输出。

8、光缆耦合输出插头通常用于将射束源的、上文提及的激光器的激光引导至光学加工器件。例如所述光学加工器件可以设置用于用激光作用于工件并由此加工工件。

9、激光射束通过施加给工件特别是与工件的材料相互作用。这会导致激光射束在工件的材料上被部分地反射并且通过光学加工器件被引导返回至光缆耦合输出插头。

10、为了将光缆的端件保持在光缆耦合输出插头中、例如是始终保持在光缆耦合输出插头的横截面的中间，将端件保持在保持元件中。在此，保持元件可以例如围绕端件布置，和/或保持元件可以包围端件，和/或保持件可以径向环绕端件。在特别优选的设计方案中，在保持元件中设置通孔，光缆的端件被推入到所述通孔中，以便将所述构件保持在保持元件中。

11、由此特别是防止或者使端件垂直于射束传播方向或垂直于光缆的纵向轴线在光缆耦合输出插头中的偏移减小到最小程度。为了避免损坏光缆耦合输出插头的材料，保持元件在此包括散射元件。

12、端件可以这样保持在保持元件中，以使得端件与保持元件齐平，或者从保持元件中伸出或缩回到保持元件中。

13、散射元件散射已反射回到光缆耦合输出插头中的激光。例如散射元件为此可以具有多个散射中心。例如气体夹杂物、特别是气泡可以是散射元件的散射中心。通常散射元件例如可以是多孔的，从而使其具有特别多的散射中心。

14、由于反射回的激光被散射，因此激光的功率分散到更大的面积上，从而使功率密度降低。因此，特别是不会在相关的表面上出现激光功率峰值，从而避免光缆耦合输出插头的材料受到损坏。当功率密度小于光缆耦合输出插头的、由被反射回的经散射的光所射到的相应材料的加工阈值时，光缆耦合输出插头仅被反射回且经散射的激光加热或升温。因此不会发生损坏(或不期望的加工)。

15、在此，光缆耦合输出插头的材料可以理解为装入光缆耦合输出插头中的下述材料、例如壳体的材料、也特别是光缆的材料、端件的材料、还在下文中描述的冷却元件的材料、以及保护玻璃的材料。

16、散射元件可以具有至少30％、优选地大于90％的透射率。透射率在此特别是对于被反射回的激光的波长被给出。

17、透射率越高，散射元件中的吸收就越少。例如通过较少的吸收可以避免散射元件本身由被反射回的激光加热和破坏。由此特别是可以特别频繁地散射被反射回的激光。然而在较大吸收的情况下同时也可以减少蓄积在光缆耦合输出插头的其余材料中的激光能量。

18、散射元件可以包括陶瓷或由陶瓷构成，或者包括玻璃或由玻璃构成，特别是包括石英玻璃或由石英玻璃构成，或者包括不透明玻璃或由不透明玻璃构成。

19、陶瓷是多孔材料，所述多孔材料为激光提供多个散射中心。由此所述多孔材料非常适合使用在散射元件中。陶瓷特别是可以例如在不能使用玻璃的激光波长下使用。

20、例如在制造过程中可以通过气体夹杂物使玻璃、特别是石英玻璃或不透明玻璃变得模糊，从而使玻璃具有足够高的散射中心密度，以便在散射元件中使用。然而通过在制造方法中使用染料或其他添加剂，玻璃也可以对所使用的激光波长有特别好的散射特性。玻璃在此典型地具有高透射率，从而所述玻璃特别适用于必须频繁散射激光的应用。

21、散射元件可以轴对称地成型。

22、因此，散射元件在横截面中特别是可以呈圆形并且在前侧和后侧具有开口，所述开口与孔或通孔彼此连接。

23、例如能够特别容易且成本有效地制造轴对称的光学元件。轴对称的形状还使被反射回的激光被均匀地散射，从而使任何位置的功率密度都不会过高。

24、光缆的端件例如可以被引入散射元件后侧的开口并且布置在通孔中。优选地，端件这样布置在散射元件中，以使得从端件射出的激光不会辐射到散射元件中。因此，端件例如可以布置在整个通孔中，使得端件的端面与散射元件的前侧开口齐平。

25、端件能够以固定地或能运动地布置在散射元件中。

26、端件的固定的紧固具有的优点是，端件在光缆耦合输出插头中具有明确的定位。例如可以通过将端件粘合或夹紧在散射元件中或者将其与散射元件粘合或夹紧在一起来实现固定的紧固。

27、端件的能运动的紧固具有的优点是，例如在拉伸负荷时不会在光缆中产生应力，因此不会损坏光缆耦合输出插头。例如端件可以在通孔中沿轴向方向自由运动，从而端件例如在拉伸负荷下被拉入到散射元件中。

28、散射元件可以具有锥形的开口，端件位于或终止于所述开口的中心。

29、散射元件前侧的开口和/或散射元件后侧的开口例如可以是锥形的。

30、前侧上的锥形开口具有的优点是，可以实现特别容易地清洁端件。后侧上的锥形开口具有的优点是，能够以特别小的应力将端件引入到散射元件中。

31、在此，所述锥形设计为使得所述锥形的底面与前侧或后侧的开口相重合。特别是，锥形轴线因此与散射元件的对称轴线重合。

32、散射元件可以在射束传播方向上由保护玻璃覆盖，其中，所述保护玻璃优选地覆盖光出射口。

33、由此可以保护嵌入光缆耦合输出插头中的元件、特别是散射元件以及端件和光缆免受外部影响、特别是机械影响。在此，保护玻璃优选地对于所使用的激光的波长具有高透射性。

34、光缆耦合输出插头可以具有冷却元件，其中，散射元件布置在端件与冷却元件之间，其中，冷却元件设置用于导出经散射的激光的热能。

35、在此，冷却元件可以围绕散射元件布置，从而使冷却元件在空间上环绕端件和散射元件。优选地，反射回且经散射的激光被引导到冷却元件上，该激光在那里加热冷却元件，并且由此可以借助冷却元件将经散射的激光的能量导出。

36、这具有的优点是，光缆耦合输出插头是温度适合的，并且光缆耦合输出插头的温度保持在损坏阈值、特别是光缆耦合输出插头的熔化温度以下。

37、冷却元件可以包括冷却肋片。

38、冷却肋片是增大冷却元件表面的导热的面状的元件。例如冷却肋片可以是彼此平行布置的金属盘，所述金属盘可以与冷却元件相连接。冷却肋片例如可以被焊接或钎焊到冷却元件上。冷却元件也可以与冷却肋片一件式地构造。

39、通过更大的表面可以特别高效地导出由经散射的激光蓄积在冷却元件中的热能。

40、冷却元件可以包括液体冷却件，并且冷却元件可以是液体引导件、优选地金属的液体引导件，其中，冷却液体流过液体引导件。

41、液体引导件尤其可以是管。液体引导件例如可以是双壁管，所述双壁管由两根彼此相通引导的管构成，并且在所述管之间的空隙中引导冷却液体。

42、在液体引导件的内管中可以布置散射元件。如果散射元件将经反射的激光散射到冷却元件的内管上，则冷却元件可以将热量释放到液体引导件中的冷却液体。

43、在此，冷却液体可以主动地通过液体引导件被泵送，并且可以在适合的部位、例如在光缆耦合输出插头外部例如通过散热器或借助于冷却肋片被导出。通过泵送，热能主动地从光缆耦合输出插头中被导出，从而确保对嵌入光缆耦合输出插头中的材料的特别高水平的保护。

44、在散射元件与冷却元件之间可以布置吸收层，其中，所述吸收层设置用于吸收经散射的、被反射回的激光和/或将由经散射的、被反射回的激光蓄积在吸收层中的热量传导到冷却元件。

45、特别是可以通过散射元件与冷却元件之间的具有吸收能力的吸收层来避免再次反射回到散射元件中。导热的吸收层可以将经散射的激光特别高效地输送到冷却元件，从而能够特别高效地从光缆耦合输出插头中导出热能。