[發(fā)明專利]矩形光斑的激光合束裝置及合束方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010083300.6
• 申請日: 2020-02-07
• 公開（公告）號: CN111258077B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白楊;王藝;查榕威;白晉濤
• 申請（專利權(quán)）人: 西北大學(xué)
• 主分類號: G02B27/10
• 分類號: G02B27/10;G02B27/09;G02B1/00;G02B1/11
• 代理公司: 北京前審知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11760
• 代理人: 張波濤;尹秀峰

1.一種矩形光斑的激光合束裝置，其包括，

多個(gè)激光器，每個(gè)激光器生成一路激光束，每一路激光束在傳輸光纖中傳輸，所有傳輸光纖的出光端面均在一個(gè)平面內(nèi)按照矩形陣列排列；

多個(gè)擴(kuò)束準(zhǔn)直套筒，其呈矩形陣列同軸排列，多個(gè)擴(kuò)束準(zhǔn)直套筒一一對應(yīng)地經(jīng)由光纖連接器連接多個(gè)激光器的傳輸光纖的出光端面，每個(gè)擴(kuò)束準(zhǔn)直套筒包括擴(kuò)束球面透鏡、第一準(zhǔn)直球面透鏡、第二準(zhǔn)直球面透鏡和小孔光闌，其中，每個(gè)光纖連接器發(fā)送的光束分別依次經(jīng)過擴(kuò)束球面透鏡擴(kuò)束、第一準(zhǔn)直球面透鏡及第二準(zhǔn)直球面透鏡準(zhǔn)直后形成準(zhǔn)平行光束，準(zhǔn)平行光束無功率衰減地通過小孔光闌，所述多個(gè)擴(kuò)束準(zhǔn)直套筒在光輸入一端與獨(dú)立的光纖連接器相連，所述光纖連接器經(jīng)由傳輸光纖連接激光器，在封裝套筒的光輸出端固定有接收合成光束的保護(hù)窗口鏡，

合束套筒，在通光方向上與擴(kuò)束準(zhǔn)直套筒的出光面連接，合束套筒包括接收所述準(zhǔn)平行光束的第一合束聚焦柱面透鏡、第二合束聚焦柱面透鏡、第三合束聚焦柱面透鏡和第四合束聚焦柱面透鏡，所述準(zhǔn)平行光束經(jīng)由第一合束聚焦柱面透鏡、第二合束聚焦柱面透鏡、第三合束聚焦柱面透鏡和第四合束聚焦柱面透鏡聚焦合束生成具有單一光束形態(tài)且橫截面為矩形的合成光束，

防塵保護(hù)罩，與合束套筒的出光面同軸連接，防塵保護(hù)罩的入光面和出光面均形成矩形通光孔，使得合束激光無功率衰減地穿過防塵保護(hù)罩，所述防塵保護(hù)罩的入光面和出光面的通光孔的尺寸與保護(hù)窗口鏡相同；入光面的通光孔與出光孔的通光孔之間，垂直于z軸的x軸和y軸方向各有多個(gè)高壓吹氣孔，利用高壓空氣形成高壓氣簾，防塵保護(hù)罩通過螺栓與封裝套筒的出光端同軸連接，所述多個(gè)擴(kuò)束準(zhǔn)直套筒和合束套筒設(shè)于封裝套筒中，所述多個(gè)擴(kuò)束準(zhǔn)直套筒以可拆卸方式固定在封裝套筒光輸入端的法蘭盤上，所述多個(gè)擴(kuò)束準(zhǔn)直套筒鑲嵌、螺紋旋接、或者通過連接件與封裝套筒以可拆離方式固定在法蘭盤上，所述保護(hù)窗口鏡包括平面透鏡，封裝套筒和小孔光闌為剛性材料。

2.如權(quán)利要求1所述的矩形光斑的激光合束裝置，其中，所述擴(kuò)束準(zhǔn)直套筒設(shè)有固定螺栓，法蘭盤上有與螺栓相匹配的通孔，通過將螺栓穿過通孔與螺母配合將法蘭盤與擴(kuò)束準(zhǔn)直套筒相互固定，所述法蘭盤同時(shí)也與封裝套筒相固定，所述法蘭盤設(shè)有帶連接孔的外沿，通過螺栓將法蘭盤與封裝套筒固定。

3.如權(quán)利要求1所述的矩形光斑的激光合束裝置，其中，所述封裝套筒設(shè)有夾層，在夾層中有一組環(huán)形冷卻水循環(huán)管道，冷卻水循環(huán)管道的冷卻水注入口安裝在封裝套筒的光輸入端，冷卻水流出口安裝在封裝套筒光輸出端的側(cè)壁上，在封裝套筒的橫截面方向，冷卻水循環(huán)管道為環(huán)狀矩形閉合水道。

4.如權(quán)利要求1所述的矩形光斑的激光合束裝置，其中，激光器生成的光束波長從400nm至2000nm，所述擴(kuò)束球面透鏡、第一準(zhǔn)直球面透鏡及第二準(zhǔn)直球面透鏡經(jīng)由球面透鏡隔圈組固定在擴(kuò)束準(zhǔn)直套筒內(nèi)，第一合束聚焦柱面透鏡、第二合束聚焦柱面透鏡、第三合束聚焦柱面透鏡和第四合束聚焦柱面透鏡經(jīng)由柱面透鏡隔圈組固定在合束器內(nèi)，所述擴(kuò)束球面透鏡、第一準(zhǔn)直球面透鏡、第二準(zhǔn)直球面透鏡、第一合束聚焦柱面透鏡、第二合束聚焦柱面透鏡、第三合束聚焦柱面透鏡、第四合束聚焦柱面透鏡和保護(hù)窗口鏡采用紫外級融石英材料制成，雙面鍍制增透膜使得波長處于400nm-2000nm范圍內(nèi)，波長透過率T≥99.7％，膜系激光耐受能力≥5000W/cm2，小孔光闌的通光孔徑與獲得的準(zhǔn)直光束直徑一致。

5.如權(quán)利要求1所述的矩形光斑的激光合束裝置，其中，同軸排列的生成的相鄰光束軸距15mm，相鄰兩個(gè)擴(kuò)束準(zhǔn)直套筒的通光軸截距為15mm，每個(gè)激光器輸出功率0-1000W范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。

6.如權(quán)利要求1所述的矩形光斑的激光合束裝置，其中，所述準(zhǔn)平行光束經(jīng)由第一合束聚焦柱面透鏡、第二合束聚焦柱面透鏡、第三合束聚焦柱面透鏡和第四合束聚焦柱面透鏡于預(yù)定焦深內(nèi)聚焦合束生成具有單一光束形態(tài)且橫截面為矩形的合成光束。

7.一種權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述矩形光斑的激光合束裝置的合束方法，其包括以下步驟，

多個(gè)激光器，每個(gè)激光器生成一路激光束，每一路激光束在一一對應(yīng)的傳輸光纖中傳輸，所有傳輸光纖的端面在一個(gè)平面內(nèi)按照矩形陣列排列；

光束分別依次經(jīng)過擴(kuò)束球面透鏡擴(kuò)束、第一準(zhǔn)直球面透鏡及第二準(zhǔn)直球面透鏡準(zhǔn)直后形成橫截面按照矩形陣列排列的準(zhǔn)平行光束；準(zhǔn)平行光束無功率衰減通過小孔光闌；

所述準(zhǔn)平行光束經(jīng)由第一合束聚焦柱面透鏡、第二合束聚焦柱面透鏡、第三合束聚焦柱面透鏡和第四合束聚焦柱面透鏡聚焦合束生成具有單一光束形態(tài)且橫截面為矩形的合成光束。