[實用新型]光能傳輸系統(tǒng)及材料加工系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420631885.0
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN204129285U
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張文武;楊旸;張?zhí)鞚?/a>
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42;G02B6/032
• 代理公司: 廣州華進聯(lián)合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 李芙蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及光傳導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于流體核芯光纖柔性傳導(dǎo)光能的光能傳輸系統(tǒng)以及包括該光能傳輸系統(tǒng)的材料加工系統(tǒng)。

背景技術(shù)

高能量密度的光能在工業(yè)生產(chǎn)和科研領(lǐng)域有眾多重大應(yīng)用，比如，高能量密度的激光被用于材料加工、醫(yī)療手術(shù)等；高亮度的光源被用于照明、加熱、促進化學(xué)反應(yīng)等。高能量密度的光能的成功應(yīng)用需要有效解決其傳輸與匯聚問題。

光能從光源到最終作用點一般是通過反射鏡和各種光束變換透鏡來傳輸匯聚實現(xiàn)的。反射鏡等離散光學(xué)器件的使用存在零件多、系統(tǒng)復(fù)雜、傳輸特性不穩(wěn)定、容易漂移，使用不便等問題。

隨著柔性光學(xué)傳輸系統(tǒng)的出現(xiàn)，則相對簡化了由離散光學(xué)器件組成的光能傳輸系統(tǒng)。目前柔性光學(xué)傳輸系統(tǒng)主要有兩大類，一類是將光學(xué)反射鏡等集成到關(guān)節(jié)式管子里的光管系統(tǒng)或?qū)Ч獗巯到y(tǒng)，另一類是光纖光能傳輸系統(tǒng)。關(guān)節(jié)式光管相對于離散光學(xué)系統(tǒng)使用方便，但仍存在需要調(diào)節(jié)控制漂移、尺寸偏大損耗過高等問題。傳統(tǒng)的光纖光能傳輸系統(tǒng)主要使基于全內(nèi)反射原理通過固核光纖實現(xiàn)光能傳輸，其已經(jīng)在激光加工領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。比如石英實心光纖，可以高效率柔性傳輸千瓦級CW激光數(shù)十米甚至百米距離，然后通過光束調(diào)制，用于激光切割、焊接、打孔等領(lǐng)域。但是，長距離(大于1米)柔性光能傳輸?shù)囊幌盗袃?yōu)點只局限在有限的波長和脈沖長度的光源系統(tǒng)。此外，當(dāng)傳輸高能量密度的光能時，傳統(tǒng)的固核光纖存在可靠性差、傳輸效率降低、光纖易于損壞等問題。

目前，能用光纖可靠耦合的激光器發(fā)展迅速，包括連續(xù)波光纖激光器和固體激光器，以及納秒、微秒、毫秒級脈沖1064納米波長激光器等。綠光、紫外脈沖激光器是高端微細加工的主力型激光器，但是由于沒有合適的高能量光能長距離傳輸手段，導(dǎo)致其依賴離散光學(xué)器件傳輸?shù)默F(xiàn)狀，影響了其市場的進一步擴展。另外，瞬態(tài)高能量密度的超短脈沖激光的各種波長傳輸都存在可靠性問題。

因此，急需一種能夠可靠實現(xiàn)高能量密度或大功率光能的遠距離傳輸系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)將傳輸?shù)墓饽茉诓牧霞庸ざ烁呔葏R聚應(yīng)用。

實用新型內(nèi)容

基于此，有必要針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種基于流體核芯光纖傳導(dǎo)高能量密度光能的光能傳輸系統(tǒng)以及包括該光能傳輸系統(tǒng)的材料加工系統(tǒng)，實現(xiàn)高能量密度光能的遠距離傳輸及三維柔性激光加工。

為實現(xiàn)本實用新型目的而提供的光能傳輸系統(tǒng)，包括依次設(shè)置的光源、入射耦合單元、流體核芯光纖以及輸出光調(diào)制單元；

所述光源發(fā)出的光束沿著所述入射耦合單元、所述流體核芯光纖以及所述輸出光調(diào)制單元依次傳輸；

所述流體核芯光纖包括具有第一折射率的流體核芯以及包裹在所述流體核芯外側(cè)的具有第二折射率的外包層，所述第一折射率大于所述第二折射率。

在其中一個實施例中，本實用新型的光能傳輸系統(tǒng)還包括流體輸入裝置；

所述流體輸入裝置連接所述流體核芯光纖，用于向所述外包層中輸入所述流體核芯。

在其中一個實施例中，本實用新型的光能傳輸系統(tǒng)還包括控制器；

所述控制器分別與所述光源和所述流體輸入裝置電連接。

在其中一個實施例中，本實用新型的光能傳輸系統(tǒng)還包括冷卻裝置；

所述冷卻裝置設(shè)置在所述流體核芯光纖的外側(cè)，用于對所述流體核芯光纖進行冷卻降溫。

在其中一個實施例中，所述外包層為柔性材質(zhì)。

在其中一個實施例中，所述入射耦合單元包括第一安裝腔室以及第一光學(xué)透鏡組件；

所述第一光學(xué)透鏡組件設(shè)置在所述第一安裝腔室內(nèi)部；

所述光源發(fā)出的光束通過所述第一安裝腔室中的所述第一光學(xué)透鏡組件調(diào)制后，進入所述流體核芯光纖的入射端。

在其中一個實施例中，所述流體核芯光纖的入射端設(shè)置有光纖入射端腔室；

所述流體核芯光纖的入射端固定在所述光纖入射端腔室中。

在其中一個實施例中，所述光纖入射端腔室上設(shè)置有流體核芯入口管道；

所述流體輸入裝置連接所述流體核芯入口管道。

在其中一個實施例中，所述流體核芯光纖的出射端設(shè)置有光纖出射端腔室；

所述流體核芯光纖的出射端固定在所述光纖出射端腔室中。

在其中一個實施例中，所述光纖出射端腔室上設(shè)置有流體核芯出口管道；

所述外包層中的流體核芯從所述流體核芯出口管道流出。

在其中一個實施例中，所述流體輸入裝置連接所述流體核芯出口管道；