[發明專利]準直儀及帶準直儀的光隔離器

有效

• 申請號: 201280032564.2
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN103765267B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 細川忠利
• 申請（專利權）人: 古內化學株式會社
• 主分類號: G02B6/27
• 分類號: G02B6/27;G02F1/09;B23K1/005;B23K26/064;B23K26/08;B23K26/20;B23K26/38
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司11243
• 代理人: 張敬強,嚴星鐵

技術領域

本發明涉及將用于焊接、切割或做標記等加工的光纖激光器的光導向被加工物體的傳輸用光纖的前端所使用的帶準直儀的光隔離器，用于防止向傳送用光纖及激光器返回的返回光。

背景技術

以往，使用固體YAG激光器來進行金屬的焊接、切割及做標記，最近，從波長1.0至1.1μm的光纖激光器變得實用，作為代替YAG激光器的設備而備受矚目。

作為被加工物的金屬在上述波長區域的光反射率如果為金、銀、銅或鋁，則較大而為90%以上，如是認為其反射率比較低且適于在上述波長區域的激光加工的鐵、鎳以及鈷則光反射率為50%以上。被加工物的表面未必一定是進行了鏡面加工的平面，因此必須考慮到照射的能量未必會全部返回激光器，相當的量反射到激光器。

與在YAG等固體激光器中諧振體是晶體的情況相比，光纖激光器的諧振體是石英玻璃，其光學破壞閾值低且容易壞。因此，尤其需要注意必須防止向激光器返回的返回光，避免垂直入射等，但終究光隔離器在如光纖激光器那樣，光的偏振面不確定的場合是有效的，尤其偏振面無關式光隔離器是有效的。

偏振面無關式光隔離器是由偏光鏡與法拉第旋轉器構成的設備，根據使用的雙折射晶體制偏光鏡的種類，能夠大致分為平板型與楔型兩種。

就法拉第元件所需的截面積而言，當將入射到光隔離器的光束直徑為Φ時，在平板型的情況下，由平板偏光鏡分離的兩個光束在法拉第元件中平行地前進。因此，至少需要2Φ的直徑。另一方面，在楔型的情況下，光束由楔分離為具有角度θ的常光與異常光。因此，在將偏光鏡間距離設為d時，所需的法拉第元件的直徑為Φ+d×tanθ。這兩種中哪一種有利取決于光束直徑、偏光鏡間距離及分離角的設計，但普遍認為不存在光束直徑越大法拉第元件的截面越成比例地增加的楔型光隔離器更有利。若考慮隨著今后光纖激光器的輸出變高光束直徑逐漸增大的情況，則可以預想楔型光隔離器的需求會增大，需要楔型光隔離器能夠耐受高輸出。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特公昭58-28561號公報

專利文獻2：日本特公昭61-58809號公報

專利文獻3：日本特公第2775547號公報

專利文獻4：US5，408，354A

專利文獻5：US7，306，376B2，

專利文獻6：US7，426，325B2

專利文獻7：日本特開2009-168894號公報

發明內容

發明所要解決的課題

與以往使用的通信用光隔離器相比，用于焊接、切割或做標記的光纖激光器的光隔離器具有應當注意的特征。由于光功率強，因此需要使返回光的熱量安全地釋放以避免激光系統受到熱損傷。

在使用了楔型偏光鏡的光隔離器中，當將透鏡的焦點距離設為f，返回光的角度設為θ時，返回光在距入射光為距離f×tanθ的位置與焦點連結。

在通信用光隔離器的情況下，只要設定內嵌光隔離器的透鏡焦點距離f及返回光角度θ以獲得充分的距離而使該返回光不與入射光纖的芯光耦合即可。芯的直徑僅為10μm左右。返回光會進入直徑125μm的包覆層部分，這是可以接受的。

然而，在大功率用光纖激光器中，由于返回光的功率大，因此需要不僅以不與芯耦合的方式進行設定，還必須將f×tanθ設定得能夠得到充分的距離以使至少返回光不會入射到光纖的包覆層。否則，會對光纖或其有機保護材料、套圈、或光隔離器的內壁進行加熱，最終引起激光器主體、準直儀等的損壞。

作為對于該難點的對策，例如美國專利US7，426，325B2的偏振面無關式內嵌光隔離器的準直儀使用美國專利US7，306，376B2所示的光纖、端帽或端帽兼用透鏡、以及套圈一體式的準直儀。若在利用該專利方法的準直儀上安裝楔型光隔離器，則返回光不會返回激光器主體，不會損壞光纖或準直儀。

然而，即使在該場合，返回光也在準直儀的周圍散熱，會加熱準直儀的支架、光隔離器的支架。這意味著光隔離器的部件之一的磁鐵也會被加熱，物理性質上，磁鐵的磁場強度與溫度相關地變化，因此光隔離器的的性能會與溫度存在相關性。在向光反射率高的物質照射光的場合，需要水冷等冷卻，在過度的場合還需限制使用。

鑒于這種狀況，本發明的課題在于，提供使來自照射物體的反射光不會在準直儀及其周圍的支架或光隔離器上蓄積熱量，而被安全地隔離并取出到外部進行散熱的結構。

用于解決課題的方法