阅读说明：本技术 一种高耦合效率的光纤激光调试装置及调试方法 (High-coupling-efficiency fiber laser debugging device and method ) 是由 李勋武 刘德军 于 2019-12-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高耦合效率的光纤激光调试装置及调试方法,其用于将激光器射出的激光耦合到一激光加工头上的光纤芯径中,其包括45°反射镜、耦合镜组、内设有光纤的双头QBH光纤接头、激光加工头、观察镜组、平行光管以及一光源,所述观察镜组用于观察通过所述45°反射镜反射过来的水平光线成像,所述平行光管位于所述45°反射镜的另一侧且与所述耦合镜组同轴设置,所述耦合镜组位于将光束聚焦到所述双头QBH光纤接头虚拟焦点的位置,所述光源设置在所述激光加工头的焦点位置。本发明能够有效的、安全的将激光器发射出来的激光束精准的耦合到小直径光纤芯径中,且耦合效率高达95％以上。(The invention discloses an optical fiber laser debugging device with high coupling efficiency and a debugging method, which are used for coupling laser emitted by a laser device into an optical fiber core diameter on a laser processing head and comprise a 45-degree reflector, a coupling mirror group, a double-end QBH optical fiber connector with optical fibers arranged inside, the laser processing head, an observation mirror group, a collimator and a light source, wherein the observation mirror group is used for observing horizontal light reflected by the 45-degree reflector to form images, the collimator is positioned on the other side of the 45-degree reflector and is coaxially arranged with the coupling mirror group, the coupling mirror group is positioned at a position for focusing light beams to a virtual focus of the double-end QBH optical fiber connector, and the light source is arranged at a focus position of the laser processing head. The invention can effectively and safely accurately couple the laser beam emitted by the laser to the small-diameter optical fiber core diameter, and the coupling efficiency is up to more than 95%.)

一种高耦合效率的光纤激光调试装置及调试方法

【技术领域】

本发明属于激光耦合调试技术领域，特别是涉及一种高耦合效率的光纤激光调试装置及调试方法。

【背景技术】

激光加工在制造业中的应用越来越广泛，如激光切割、激光焊接等，激光加工设备其原理是利用一激光发生装置发射出一束激光，然后将其耦合到一光纤中，再将光纤端部的接头***到激光加工头中，通过光纤将激光束引入激光加工头中，再经过准直、聚焦射到工件表面实现切割或焊接。其中，光纤接头起到了非常重要的作用。在使用前，需要将激光光束通过一耦合镜组通过耦合调试耦合到光纤芯径中才能实现正常传输与精准控制；由于光纤直径较小，传统的耦合调试方法是直接在激光加工头的焦点位置设置一个光功率计，然后调节耦合镜组的三维调节机构，当光功率计检测到的最大功率时，则调试成功；但随着科技的发展，高功率激光的需求越来越多，光纤芯径直径越来越小，上述调试方法只能适用于300um以上的光纤，对于50～300um的光纤，该方法则不适用，因为稍有偏差，激光束就会将光纤烧毁。因此，如何将激光束耦合到一个如此小直径的光纤芯径中成为了一大难题。

因此，需要提供一种新的高耦合效率的光纤激光调试装置及调试方法来解决上述问题。

【

发明内容

】

本发明的主要目的之一在于提供一种高耦合效率的光纤激光调试装置，能够有效的、安全的将激光器发射出来的激光束精准的耦合到小直径光纤芯径中，且耦合效率高达95％以上。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种高耦合效率的光纤激光调试装置，其用于将激光器射出的激光耦合到一激光加工头上的光纤芯径中，其包括45°反射镜、耦合镜组、内设有光纤的双头QBH光纤接头、激光加工头、观察镜组、平行光管以及一光源，所述观察镜组用于观察通过所述45°反射镜反射过来的水平光线成像，所述平行光管位于所述45°反射镜的另一侧且与所述耦合镜组同轴设置，所述耦合镜组位于将光束聚焦到所述双头QBH光纤接头虚拟焦点的位置，所述光源设置在所述激光加工头的焦点位置。

进一步的，所述激光器与所述耦合镜组位于所述45°反射镜的同一侧且呈90°分布。

进一步的，所述激光器与所述45°反射镜之间设置有一准直镜组；所述激光器射出的发散光经过所述准直镜组形成准直平行光，然后通过所述45°反射镜反射至所述耦合镜组中，经过所述耦合镜组将其聚焦到所述双头QBH光纤接头的虚拟焦点位置。

进一步的，所述观察镜组位于所述准直镜组与所述45°反射镜之间。

进一步的，所述双头QBH光纤接头其中一端的QBH光纤接头与所述耦合镜组同轴设置，另一端的QBH光纤接头插接在所述激光加工头顶部的QBH光纤接口中。

进一步的，所述45°反射镜的一面镀有激光反射膜，另一面为石英抛光面；所述45°反射镜3镀有激光反射膜的一面朝所述激光器和所述耦合镜组设置；所述45°反射镜的石英抛光面朝所述平行光管设置。

进一步的，所述光源与所述平行光管的颜色不同。

进一步的，所述观察镜组包括将所述45°反射镜反射过来的光束进行转向的三棱镜、焦距可调的变焦镜组、聚焦镜、分划板以及可轴向移动的目镜。

进一步的，所述观察镜组的放大倍率为4～8倍，所述目镜的轴向调节范围大于等于15mm。

本发明的另一目的在于提供一种高耦合效率的光纤激光调试方法，其包括以下步骤：

1)将一耦合镜组设置在一双头QBH光纤接头的虚拟焦点位置，并在所述耦合镜组上方同轴设置一45°反射镜，在所述45°反射镜反射出来的水平光路上设置一观察镜组，将所述双头QBH光纤接头的接头***一激光加工头顶部的QBH光纤接口中，并在所述激光加工头的焦点位置设置一光源；

2)调节所述观察镜组内的变焦镜组与目镜，使得被光源照亮的所述双头QBH光纤接头的光纤芯径端面形成的第一圆形光斑位于所述观察镜组内分化板的正中央；

3)在所述45°反射镜的另一侧与所述耦合镜组同轴设置一平行光管；

4)调节所述观察镜组内的变焦镜组与目镜，使得所述双头QBH光纤接头的水晶头端面反射形成的第二圆形光斑成清晰像；

5)调节所述耦合镜组的位置和角度，使得所述第一圆形光斑与所述第二圆形光斑位于所述观察镜组内分化板的正中央；

6)将所述耦合镜组的位置进行矫正使其位于所述双头QBH光纤接头的虚拟焦点位置。

与现有技术相比，本发明一种高耦合效率的光纤激光调试装置及调试方法的有益效果在于：耦合效率可高达95％以上，适用于芯径大于等于50um的光纤，分别在光纤端面和水晶头端面两次观察，并利用观察镜定量测量误差；其调试操作简单，可用于工业激光设备调试；准直镜组不需要调节机构，所有的装配公差将由耦合镜组的三维调节机构一次性补偿；结构设计简单，装置体积小，便于调试，提高调试效率；激光聚焦光束与光纤芯径的轴向耦合精度可视化调节，操作简单、精度高；高耦合效率，降低了水冷要求和激光功损，提高激光加工头的加工能力。

【附图说明】

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中双头QBH光纤接头的局部放大结构示意图；

图3为本发明实施例中观察镜组的结构示意图；

图中数字表示：

100高耦合效率的光纤激光调试装置及调试方法；101光束；

1激光器；2准直镜组；345°反射镜；4耦合镜组；5双头QBH光纤接头；6观察镜组，61三棱镜，62变焦镜组，63聚焦镜，64分划板，65目镜；7平行光管。

【

具体实施方式

】

实施例：

请参照图1-图3，本实施例为高耦合效率的光纤激光调试装置100，其用于将激光器1射出的激光耦合到一激光加工头上的光纤芯径中，且其包括45°反射镜3、耦合镜组4、内设有光纤的双头QBH光纤接头5、激光加工头(图中未标识)、观察镜组6、平行光管7以及一光源(图中未标识)，观察镜组6与耦合镜组4位于45°反射镜3的同一侧且呈90°分布，平行光管7位于45°反射镜3的另一侧且与耦合镜组4同轴设置，耦合镜组4位于将光束聚焦到双头QBH光纤接头5虚拟焦点的位置，所述光源设置在所述激光加工头的焦点位置。

本装置主要用于调试耦合镜组4的摆放位置以及角度，使得激光射出的激光束能够聚焦到双头QBH光纤接头5的光纤芯径中，再经过激光加工头中的镜组输出至工件表面，调试完成后，即可使用实现激光加工。

所述激光器1与耦合镜组4位于45°反射镜3的同一侧且呈90°分布，激光器1与45°反射镜3之间设置有一准直镜组2。激光器1射出的发散光经过准直镜组1形成准直平行光，然后通过45°反射镜3反射至耦合镜组4中，经过耦合镜组4将其聚焦到双头QBH光纤接头5的虚拟焦点位置。

观察镜组6位于准直镜组2与45°反射镜3之间。

本实施例中，双头QBH光纤接头5其中一端的QBH光纤接头与耦合镜组4同轴设置，另一端的QBH光纤接头插接在所述激光加工头顶部的QBH光纤接口中。

本实施例中，所述光源为白光源，所述平行光管7为红光平行光管。在其他实施例中，光源和平行光管7也可以是其他颜色的光源，只需两者颜色不同即可，如蓝光光源和红光平行光管、或红光光源和蓝光平行光管、或红光光源和紫光平行光管、或紫光光源和红光平行光管等。

观察镜组6包括将45°反射镜3反射过来的光束向上反射的三棱镜61、焦距可调的变焦镜组62、聚焦镜63、分划板64以及可轴向移动的目镜65。三棱镜61用于转向，方便观察；分划板64位于聚焦镜63的焦距位置处。观察镜组6的放大倍率为4～8倍，目镜65的轴向调节范围大于等于15mm。

45°反射镜3的一面镀有激光反射膜，另一面为石英抛光面。45°反射镜3镀有激光反射膜的一面面朝激光器1和耦合镜组4设置；45°反射镜3的石英抛光面面朝平行光管7设置。

本实施例一种高耦合效率的光纤激光调试方法，其包括以下步骤：

1)将一耦合镜组4设置在一双头QBH光纤接头5的虚拟焦点位置，并在耦合镜组4上方同轴设置一45°反射镜3，在45°反射镜3反射出来的水平光路上设置一观察镜组6，将双头QBH光纤接头5的接头***激光加工头顶部的QBH光纤接口中，并在所述激光加工头的焦点位置设置一光源；

本实施例中，光源为白光源，根据光的可逆性，白光源发射的光穿过激光加工头照射到双头QBH光纤接头5的端面，此时双头QBH光纤接头5的光纤端面被照亮，并经过耦合镜组4、45°反射镜3进入观察镜组6内；观察镜组6与耦合镜组4位于45°反射镜3的同一侧且呈90°分布；

2)调节观察镜组6内的变焦镜组62与目镜65，使得被光源照亮的双头QBH光纤接头5的光纤芯径端面形成的第一圆形光斑清晰地成像在所述观察镜组6的视野范围内，再调节观察镜组6的放置位置，使得第一圆形光斑位于观察镜组6内分化板的正中央，即“+”字刻度交叉位置；

3)在45°反射镜3的另一侧与耦合镜组4同轴设置一平行光管7；所述平行光管7的光束颜色与所述光源的颜色不同；

本实施例中，所述平行光管7为红光平行光管，其发射出来的光经过45°反射镜3透射再经过耦合镜组4进入双头QBH光纤接头5，被双头QBH光纤接头5的水晶头端面反射出一部分光，其反射光经耦合镜组4、45°反射镜3进入观察镜组6内；

4)调节观察镜组6内目镜65的轴向位置，使得双头QBH光纤接头5的水晶头端面反射形成的第二圆形光斑成清晰像；此时，目镜65中观察到的像为红色光斑；

5)调节耦合镜组4中的三维调节机构微调耦合镜的位置和角度，使得所述第一圆形光斑与所述第二圆形光斑位于观察镜组6内分化板的正中央，即“+”字刻度交叉位置；这样就保证了耦合镜组的光轴与双头QBH光纤接头5的光纤是同轴的；

6)由于耦合镜组4位置进行了微调，因此还需对耦合镜组4的位置进行矫正使其位于双头QBH光纤接头5的虚拟焦点位置；其调整方法有两种：

方法一：由于红光和激光对于耦合镜组镜片材质的折射率是不一样的，所以可计算出红光与激光的理论偏差x，然后调节耦合镜组4使其在轴向上移动x距离；其中，理论偏差x的计算公式为：

其中，d为双头QBH光纤接头5中水晶头的长度，f为耦合镜的焦距；n为石英材料的折射率，D_e为光束直径。

方法二：在激光加工头的焦点位置设置一光功率计，然后轴向调节耦合镜组4位置，当光功率计检测到的最大功率时对应的耦合镜组4位置即调节成功。

本实施例高耦合效率的光纤激光调试装置100及调试方法，耦合效率可高达95％以上，适用于芯径大于等于50um的光纤，分别在光纤端面和水晶头端面两次观察，并利用观察镜定量测量误差；其调试操作简单，可用于工业激光设备调试；准直镜组不需要调节机构，所有的装配公差将由耦合镜组的三维调节机构一次性补偿；结构设计简单，装置体积小，便于调试，提高调试效率；激光聚焦光束与光纤芯径的轴向耦合精度可视化调节，操作简单、精度高；高耦合效率，降低了水冷要求和激光功损，提高激光加工头的加工能力。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。