[實用新型]一種耦合水束光纖的激光束聚焦系統

有效

• 申請號: 202020937792.6
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN212229325U
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 龍芋宏;黃宇星;梁恩;張光輝;劉清原;周嘉;焦輝
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;B23K26/00;B23K26/04;B23K26/06;G02B6/032
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 黃瑋

本實用新型公開一種耦合水束光纖的激光束聚焦系統，設置了相位板(6)，激光束(3)經反射、準直擴束后在相位板(6)進行相位調制后再生成無衍射光束，能夠降低無衍射光束的旁瓣效應，并提高光束的中心光斑能量密度，既提高了光束的質量又提高了水束?光束的耦合效率；設置了正/負軸棱錐鏡組合單元(7)，將經相位調制后的光束生成中心光斑小、準直區長的無衍射光束，降低后續階段與水束光纖耦合的難度。

技術領域

本實用新型涉及水導激光加工技術領域，具體涉及一種耦合水束光纖的激光束聚焦系統。

背景技術

水導激光是一種利用水束光纖傳導激光束的技術，由于水的折射率大于空氣折射率，當聚焦光束在水束的空氣與液體的交界面滿足全反射臨界條件時，形成的水束光纖能將其內部發生全反射的聚焦光束限制在水束中，聚焦光束在水束內部由于全反射作用沿水束光纖傳播到待加工工件的表面，在激光燒蝕和熔融工件表面的同時，微細水束沖擊工件去除材料并進行工件冷卻，從而完成對工件的加工。

由于水導激光加工技術存在零部件加工成本高、水束-光束耦合難度大的問題，現有技術針對該情況，使用單正軸棱錐鏡產生無衍射光束的方式來解決問題，由于無衍射光束接近平行光束的極小發散角，焦深范圍大，中心光斑小，能克服調焦難度大以及像差問題，從而降低了水束-光束的耦合難度，但是，單軸棱錐鏡錐角通常為1°-5°，加工精度要求高，加工誤差易使無衍射光束發生畸變，且在安裝過程中較小錐度的單軸棱錐鏡調焦難度較大，錐角磨損易影響光束質量，同時，無衍射光束的旁瓣效應導致能量利用率偏低。

因此，有待于提出一種耦合水束光纖的激光束聚焦系統，既能提高光束質量以及水束-光束的耦合效率，又能降低水束-光束的耦合難度。

實用新型內容

本實用新型提供一種耦合水束光纖的激光束聚焦系統，為解決現有技術中存在的“光束質量差、水束-光束耦合效率低、水束-光束耦合難度大”的問題提供硬件支持和結構支持。

本實用新型通過以下技術方案解決技術問題：

一種耦合水束光纖的激光束聚焦系統，包括控制器、激光發射器、反光鏡、激光束準直擴束單元、相位板以及正/負軸棱錐鏡組合單元；所述激光束準直擴束單元、相位板和正/負軸棱錐鏡組合單元同軸設置；

所述激光發射器在控制器的控制下向反光鏡發射激光束，所述激光束經激光束準直擴束單元完成準直擴束后入射至相位板進行相位調制；

所述正/負軸棱錐鏡組合單元由負軸棱錐鏡和正軸棱錐鏡組成，經相位板完成相位調制后的光束經負軸棱錐鏡、正軸棱錐鏡后再與外部水束光纖耦合。

進一步地，所述負軸棱錐鏡和正軸棱錐鏡的折射率相同。

進一步地，所述負軸棱錐鏡和正軸棱錐鏡貼合安裝，且同軸設置。

進一步地，所述反光鏡設置在所述激光發射器的前方，所述激光發射器發出的激光束與所述反光鏡的軸線呈45°角。

進一步地，所述反光鏡鏡面鍍有反射膜。

進一步地，所述激光束準直擴束單元由第一準直擴束鏡和第二準直擴束鏡組成；所述第一準直擴束鏡和第二準直擴束鏡形成倒置望遠鏡結構，且虛共焦。

進一步地，所述相位板為環狀結構，所述相位板的相位為二元相位 0/π。

進一步地，所述相位板的外徑大于所述激光束準直擴束單元的出射光束的直徑。

進一步地，所述激光束的波長為532nm或1064nm。

進一步地，所述激光束為脈沖式激光，所述脈沖式激光的脈寬為 5ns-50ns，功率為50W-500W，頻率范圍為20kHz-200kHz。

與現有技術相比，具有如下特點：