激光输出头及激光器的制作方法

本发明涉及激光器技术领域，公开了激光输出头及激光器。

背景技术：

激光输出头在输出激光的过程中需要剥离出正向包层光和反向耦合包层光。

发明人在研究本发明的过程中发现，现有技术中激光输出头存在冷却效果不佳、冷却液泄露等诸多问题。

技术实现要素：

本发明提供一种激光输出头及激光器，旨在解决现有技术中激光输出头冷却效果不佳、冷却液泄露等诸多问题。

本发明的一个或者多个实施例公开了一种激光输出头，包括：内壳体、输出端帽、光纤、光纤固定件、锁紧件以及外壳体；所述输出端帽装设在所述内壳体内并且与所述光纤连接；所述光纤穿过所述内壳体和所述光纤固定件；所述外壳体装设在所述内壳体外，所述光纤固定件与所述内壳体和/或所述外壳体固定；所述内壳体与所述外壳体之间形成冷却通道；所述外壳体形成有与所述冷却通道连通的第一孔道和第二孔道；所述第一孔道和第二孔道对称分布；所述锁紧件装设在所述输出端帽与所述内壳体之间，用于锁紧所述输出端帽。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述光纤固定件形成有光纤通孔、至少一个与所述光纤通孔连通的螺钉孔以及扩散腔，所述扩散腔用于反射入射到所述光纤通孔内的正向包层光和反向耦合包层光，所述光纤穿过所述光纤通孔和所述扩散腔；所述螺钉孔内装设有隔离件和光纤紧固螺钉；所述光纤紧固螺钉用于挤压所述隔离件，使得所述隔离件紧固所述光纤通孔内的光纤。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述扩散腔内设置有至少一个用于探测正向包层光和反向耦合包层光的光电传感器。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述激光输出头还包括至少一个固定件紧固螺钉，所述固定件紧固螺钉用于将所述光纤固定件紧固在所述内壳体上或者所述外壳体上。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述锁紧件包括环形主体和形成于所述环形主体上的一片或者多片弹片，所述一片或者多片弹片卡入所述输出端帽与所述内壳体之间。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述内壳体和所述外壳体围合出焊料填充槽，所述焊料填充槽用于填充焊料；对所述焊料填充槽内的焊料加热，以密封所述内壳体和所述外壳体的接合处。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述内壳体内形成有连通的端帽安装腔和剥模腔，所述输出端帽装设在所述端帽安装腔内。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述端帽安装腔分为锁紧段和限位段，所述输出端帽输出激光的一端装设在所述锁紧段，所述输出端帽与所述光纤连接的一端装设在所述限位段。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述剥模腔包括：第一剥模腔、第二剥模腔以及第三剥模腔；所述第一剥模腔与所述端帽安装腔连通；所述第一剥模腔的直径小于所述第二剥模腔的直径，所述第二剥模腔的直径小于所述第三剥模腔的直径。

本发明的一个或者多个实施例公开了一种激光器，包括光路组件和电路组件。所述光路组件中包括上述任意一种激光输出头。

与现有技术相比，本发明公开的技术方案主要有以下有益效果：

本发明实施例中的激光输出头通过在内壳体与外壳体之间形成冷却通道，使得冷却液在冷却通道内吸收激光输出头工作过程中产生的热量，通过与冷却通道连通的第一孔道和第二孔道将冷却液导入冷却通道并且将冷却液从所述冷却通道导出，使得冷却液能够不断导出激光输出头工作过程中产生的热量，起到冷却激光输出头的作用。

附图说明

图1为本发明的一实施例中激光输出头的剖面图；

图2为本发明的一实施例中内壳体的侧视图；

图3为本发明的另一实施例中内壳体的的剖面图；

图4为本发明的一实施例中外壳体的剖面图；

图5为本发明的一实施例中锁紧件的侧视图；

图6为本发明的一实施例中端帽安装腔的放大图；

图7为本发明的一实施例中锁紧件锁紧输出端帽的示意图；

图8为本发明的一实施例中光纤固定件的剖面图；

图9为本发明的一实施例中光纤固定件的安装示意图。

主要附图标记说明

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。具体实施方式中涉及到的激光输出头及激光器只是较佳的实施例，并非本发明所有可能的实施例。本发明的权利要求书、说明书以及说明书附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

下面将结合附图对本发明的激光输出头及激光器进行详细说明。

参考图1至图4，其中图1为本发明的一实施例中激光输出头的剖面图，图2为本发明的一实施例中内壳体1的侧视图，图3为本发明的另一实施例中内壳体1的的剖面图，图4为本发明的一实施例中外壳体6的剖面图。

如图1中所示意的，激光输出头包括：内壳体1、输出端帽2、光纤3、光纤固定件4、锁紧件5以及外壳体6。输出端帽2装设在内壳体1内并且与光纤3连接。光纤3穿过内壳体1和光纤固定件4。外壳体6装设在内壳体1外，光纤固定件4与内壳体1和/或外壳体6固定。内壳体1与外壳体6之间形成冷却通道7。外壳体6形成有与冷却通道7连通的第一孔道61和第二孔道62。第一孔道61和第二孔道62对称分布。锁紧件5装设在输出端帽2与内壳体1之间，用于锁紧输出端帽2。所述激光输出头通过在内壳体1与外壳体6之间形成冷却通道7，使得冷却液在冷却通道7内吸收激光输出头工作过程中产生的热量，通过与冷却通道7连通的第一孔道61和第二孔道62将冷却液导入冷却通道7并且将冷却液从所述冷却通道7导出，使得冷却液能够不断导出激光输出头工作过程中产生的热量，起到冷却激光输出头的作用。

进一步参考图2，内壳体1的外壁形成有分隔结构11。分隔结构11将冷却通道7分隔成连通的第一热交换空间71和第二热交换空间72，其中第一热交换空间71与第一孔道61连通，第二热交换空间72与第二孔道62连通。内壳体1的外壁形成有散热结构12，所述散热结构12用于扩大内壳体1与冷却液的接触面积，以提高冷却液与内壳体1之间的导热效率，增强对内壳体1的冷却效果。具体的，分隔结构11包括第一分隔条和第二分隔条，所述第一分隔条和第二分隔条凸出于内壳体1的外壁。散热结构12包括多条凸出于内壳体1的散热条。

在本发明的实施例中，如果第一孔道61作为冷却液流入冷却通道7的通道，则第二孔道62作为冷却液从冷却通道7流出的通道。如果第二孔道62作为冷却液流入冷却通道7的通道，则第一孔道61作为冷却液从冷却通道7流出的通道。在一种可能的实施方式中，冷却液从第二孔道62流入第二热交换空间72，然后由第二热交换空间72流入第一热交换空间71，最后从第一孔道61流出。冷却液流经第二热交换空间72和第一热交换空间71时吸收并导出所述内壳体2的热量，起到冷却内壳体2的作用。第一孔道61和第二孔道62内形成有螺纹等用于连接的结构，便于所述第一孔道61和第二孔道62连接冷却液的传输管道。在本发明的实施例中，适用于所述冷却装置的冷却液包括但不限于冷却水。

进一步参考图3，内壳体1内形成有连通的端帽安装腔14和剥模腔15。输出端帽2装设在端帽安装腔14内，光纤3穿过剥模腔15和光纤固定件4。端帽安装腔14分为锁紧段141和限位段142，输出端帽2输出激光的一端装设在锁紧段141，输出端帽2与光纤3连接的一端装设在限位段142。锁紧件5卡入锁紧段141的内壁与输出端帽2的外壁之间，使得输出端帽2牢固的固定在锁紧段141和限位段142。限位段142的直径大于输出端帽2的直径。通过控制限位段142的直径与输出端帽2的直径之间的公差，限位段142能够限定输出端帽2输出的激光光束与内壳体1之间的同轴度。

剥模腔15包括：第一剥模腔151、第二剥模腔152以及第三剥模腔153。第一剥模腔151与端帽安装腔14连通。部分的光纤固定件4装入第三剥模腔153内。第一剥模腔151的直径小于第二剥模腔152的直径，第二剥模腔152的直径小于第三剥模腔153的直径。第一热交换空间71与第二热交换空间72的连通处位于第一剥模腔151外。反射回激光输出头的回返光会较大比例在输出端帽2与光纤3连接处轰击第一剥模腔151的内壁。第一剥模腔151的直径相对较小，会使得第一剥模腔151的内壁吸收尽可能多的回返光。第一热交换空间71与第二热交换空间72在第一剥模腔151外连通，使得冷却通道7内的冷却液在第一剥模腔151停留的时间相对较长，有利于充分吸收第一剥模腔151产生的热量。

进一步参考图4，外壳体6内形成有内壳体安装腔63。内壳体1装设在内壳体安装腔63。内壳体1的外表面与安装腔603的内壁形成冷却通道7。第一孔道61的轴线与第二孔道62的轴线的夹角θ小于180度。也即第一孔道61相对于第一热交换空间71倾斜，第二孔道62相对于第二热交换空间72倾斜。与第一孔道61垂直于第一热交换空间71时相比，第一孔道61倾斜于第一热交换空间71会使得冷却液在第一孔道61和第一热交换空间71的结合处受到的阻力相对较小，有利于冷却液在第一热交换空间71内流动，也有利于冷却液经由第一孔道61流出。同样与第二孔道62垂直于第二热交换空间72时相比，第二孔道62倾斜于第二热交换空间72也会使得冷却液在第二孔道62和第二热交换空间72的结合处受到的阻力相对较小，有利于冷却液在第二热交换空间72内流动，也有利于冷却液经由第二孔道62流出。

在一种可能的实施方式中，内壳体1和外壳体6围合出焊料填充槽8。焊料填充槽8用于填充焊料。对焊料填充槽8内的焊料加热，使得所述内壳体1和所述外壳体6焊接在一起，以密封内壳体1和外壳体6的接合处，有利于防止冷却通道7内的冷却液从内壳体1和外壳体6的接合处漏出，并且提高了内壳体1与外壳体6固定的可靠性。具体的，内壳体1靠近光纤固定件4的一端形成有第一环形阶13，内壳体安装腔63靠近光纤固定件4的一端形成有第二环形阶64。第一环形阶13和第二环形阶64围合出焊料填充槽8。

参考图5至图7，其中图5为本发明的一实施例中锁紧件5的侧视图，图6为本发明的一实施例中端帽安装腔14的放大图，图7为本发明的一实施例中锁紧件5锁紧输出端帽2的示意图。

如图5中所示意的，所述激光输出头还包括锁紧件5，所述锁紧件5装设在所述锁紧段141内，用于锁紧所述输出端帽2。所述锁紧件5包括环形主体51和形成于所述环形主体51上的一片或者多片弹片52，所述一片或者多片弹片52卡入所述输出端帽2与所述锁紧段141的内壁之间。

进一步参考图6和7，所述锁紧段141与所述限位段142的连通处形成有第一台阶143，所述锁紧段141内形成有第二台阶144，所述第一台阶143与所述第二台阶144之间形成有凹陷部145。所述弹片52远离所述环形主体51的一端形成有卡勾521，所述卡勾521卡入所述凹陷部145。所述第二台阶144形成有倒角，便于所述卡勾521能够顺利卡入所述凹陷部145。所述弹片52的内壁形成有一个或者多个抵持部522，所述抵持部522用于抵持所述输出端帽2。所述锁紧件5通过一片或者多片弹片52端部的卡勾521卡入所述第一台阶143与所述第二台阶144之间的凹陷部145内，通过一片或者多片弹片52内壁的一个或者多个抵持部522抵持所述输出端帽2，将所述输出端帽2锁定在所述第一安装腔11内。所述锁紧件5与所述锁紧段141配合锁紧所述输出端帽2，无需使用胶水将所述输出端帽2与所述第一安装腔11粘固，有利于牢固的固定所述输出端帽2，并保证了所述输出端帽2相对于所述第一安装腔11在轴向和径向的安装精度。

在一种可能的实施方式中，当所述环形主体51上形成有多片弹片52时，所述多片弹片52阵列分布于所述环形主体51上。多片弹片52从多个方向卡持所述输出端帽2，使得所述输出端帽2在轴向和径向都能保持稳定。当激光输出头在高速运动时，多片弹片52能够防止所述输出端帽2产生相对于所述壳体1的位移，有利于保障所述输出端帽2输出激光时的稳定性。

参考图8和图9，其中图8为本发明的一实施例中光纤固定件4的剖面图；图9为本发明的一实施例中光纤固定件4的安装示意图。

如图8中所示意的，所述光纤固定件4形成有光纤通孔41、至少一个与所述光纤通孔41连通的螺钉孔42以及扩散腔45。扩散腔45用于反射入射到光纤通孔41内的正向包层光和反向耦合包层光。光纤3穿过所述光纤通孔41和所述扩散腔45。螺钉孔42内装设有隔离件43和光纤紧固螺钉44。光纤紧固螺钉44用于挤压所述隔离件43，使得所述隔离件43紧固所述光纤通孔41内的光纤3。具体的，隔离件43可以是能够承受激光的相对较软的金属，还可以是其他能够承受激光的相对较软的工程塑料。隔离件43避免了所述光纤紧固螺钉44直接接触所述光纤通孔41内的光纤3，避免所述光纤紧固螺钉44损伤所述光纤通孔41内的光纤3。

进一步参考图9，所述激光输出头还包括至少一个固定件紧固螺钉46。固定件紧固螺钉46用于将光纤固定件4紧固在内壳体1上或者外壳体6上。由于光纤固定件4与内壳体1之间不采用胶水粘接，而是采用固定件紧固螺钉46进行紧固，因此光纤固定件4与内壳体1之间的连接更为可靠，在激光输出头输出激光的过程中光纤固定件4与内壳体1之间的连接不会因为连接处温度升高或者激光照射而失效，提升了所述激光输出头工作的可靠性。可以理解，固定件紧固螺钉46也可以将光纤固定件4紧固在在内壳体1上。光纤固定件4通过一个或者多个固定件紧固螺钉46与外壳体6紧固在一起，还通过焊料填充槽8内的焊料将内壳体1和外壳体6焊接在一起，有利于加强内壳体1与外壳体6的固定，提高了激光输出头耐热能力，因而能够适应更高功率的激光输出。

在一种可能的实施方式中，扩散腔45内设置有至少一个用于探测正向包层光和反向耦合包层光的光电传感器(未图示)。光电传感器连接至激光器的保护模块(未图示)。保护模块用于在光电传感器探测到的正向包层光和反向耦合包层光的功率超过设定的阈值时关闭激光器。

本发明实施例中的激光输出头相对于现有技术而言主要有以下的有益效果：

1.本发明实施例中的激光输出头通过在内壳体1与外壳体6之间形成冷却通道7，使得冷却液在冷却通道7内吸收激光输出头工作过程中产生的热量，通过与冷却通道7连通的第一孔道61和第二孔道62将冷却液导入冷却通道7并且将冷却液从所述冷却通道7导出，使得冷却液能够不断导出激光输出头工作过程中产生的热量，起到冷却激光输出头的作用。

2.本发明实施例中的激光输出头通过锁紧件5与锁紧段141配合锁紧输出端帽2，有利于牢固的固定输出端帽2，并保证了输出端帽2相对于端帽安装腔14在轴向和径向的安装精度。

3.在本发明实施例中，激光输出头通过锁紧件5的多片弹片52防止输出端帽2产生相对于内壳体1的位移，有利于保障输出端帽2输出激光时的稳定性。

4.在本发明实施例中，激光输出头通过隔离件43避免了光纤紧固螺钉44直接接触光纤通孔41内的光纤3，进而光纤通孔41内的光纤3。

5.在本发明实施例中，光纤固定件4与内壳体1或者外壳体6之间不采用胶水粘接，而是采用固定件紧固螺钉46进行紧固，提高了激光输出头耐热能力。

6.在本发明实施例中，通过加热焊料填充槽8内的焊料使得内壳体1和外壳体6焊接在一起，一方面有利于内壳体1与外壳体6之间的密封，另一方面使得内壳体1与外壳体6之间的固定更为可靠，在激光输出头输出激光的过程中内壳体1与外壳体6之间的连接不会因为连接处温度升高或者激光照射而失效，提升了所述激光输出头工作的可靠性。

7.在本发明实施例中，通过扩散腔45反射进入光纤通孔41内的正向包层光和反向耦合包层光，防止进入光纤通孔41内的正向包层光和反向耦合包层光损伤光纤3。

8.在本发明实施例中，通过在扩散腔45内设置至少一个用于探测正向包层光和反向耦合包层光的光电传感器，并将光电传感器连接至激光器的保护模块。在光电传感器探测到的正向包层光和反向耦合包层光的功率超过设定的阈值时通过保护模块关闭激光器，有利于所述保护激光输出头和激光器。

9.本发明实施例中的激光输出头结构简单，加工和制造方便，能够承受几千万甚至上万瓦的激光功率。并具有高激光光束质量、高可靠性等优点。

本发明的一个或者多个实施例公开了一种激光器，所述激光器包括光路组件和电路组件。所述光路组件中包括上述任意一种激光输出头。

最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。