一种光纤激光器的光路调节装置的制作方法

1.本实用新型涉及激光器技术及应用领域，尤其涉及一种光纤激光器的光路调节装置。


背景技术：

2.光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器。相比于传统固体激光器，光纤激光器具有体积小、寿命长、激光亮度高、激光转换效率高、激光光束质量好等优点，从而广泛应用于材料加工、光通信、光谱成像、医疗等领域。
3.近年来，随着对激光加工精度要求的越来越高，在光学存储、光谱成像以及医学领域中，对光纤激光器的激光光束形成的激光光斑的要求也越来越高，这相应地要求激光光束必须具有更好的单色性、更高的相干性以及更小的发散角。其中，激光光束质量的一个重要评价标准为激光光束质量因子m2。在光纤激光器技术领域中，测试激光光束质量因子的传统方法为，在测试光路中采用两个45
°
反射镜组，以此来调整激光光束入射进光束质量因子测试仪中的光路。
4.由于必须确保激光光束垂直的入射至测试仪上ccd探测器的光接收面，从而对进入测试仪中的激光光束的方向性的要求比较高。在实际测试过程中，主要依靠两个45
°
排布的反射镜，一个反射镜用于调试光路的水平方向，另一个反射镜用于调试光路的垂直方向，调节操作较为繁琐，对光路的调试效率低下。与此同时，激光光路的偏移量对反射镜较为敏感，易受反射镜的安装形变及其他微型变化量影响，导致难以对光路进行精细化调节。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种光纤激光器的光路调节装置，用以解决现有的光路调节装置操作繁琐，难以对光路进行精细化调节的问题。
6.本实用新型提供一种光纤激光器的光路调节装置，包括：镜筒、孔板组件及调节支架；孔板组件包括多个孔板，所述孔板可拆卸式地安装于所述镜筒的入光口与出光口，所述孔板上设有与所述镜筒同轴设置的开孔，所述开孔用于供激光光束通过；所述调节支架上安装所述镜筒，以沿x轴方向、y轴方向、环绕于所述x轴的旋向及环绕于所述y轴的旋向对所述镜筒进行调节，所述x轴方向与所述y轴方向相垂直且分布于垂直于所述镜筒的光轴所在的平面。
7.根据本实用新型提供的一种光纤激光器的光路调节装置，所述调节支架包括间隔设置的固定架与调节板；所述固定架上设有固定点位、第一调节点位及第二调节点位，所述固定点位与所述第一调节点位的连线沿所述x轴方向设置，所述固定点位与所述第二调节点位的连线沿所述y轴方向设置；所述固定架通过所述固定点位与所述调节板的第一表面固定连接；所述固定架通过所述第一调节点位及所述第二调节点位分别与所述第一表面沿所述镜筒的光轴方向可调节式连接；所述调节板上开设有过孔，所述镜筒穿过所述过孔，且所述镜筒的外径小于所述过孔的孔径，所述镜筒与所述调节板上背向所述第一表面的第二
表面连接；所述调节板上设有第三调节点位及第四调节点位，并通过所述第三调节点位及所述第四调节点位分别与所述镜筒的外侧壁沿径向可调节式连接，所述第三调节点位所在的径向调节方向沿所述x轴方向，所述第四调节点位所在的径向调节方向沿所述y 轴方向。
8.根据本实用新型提供的一种光纤激光器的光路调节装置，所述第一调节点位装有第一调节螺栓，所述第二调节点位装有第二调节螺栓，所述第一调节螺栓与所述第二调节螺栓均安装于所述固定架上，且所述第一调节螺栓与所述第二调节螺栓的螺杆端分别沿所述光轴方向垂直伸向所述第一表面；所述第三调节点位装有第三调节螺栓，所述第四调节点位装有第四调节螺栓，所述第三调节螺栓与所述第四调节螺栓安装于所述调节板上，且所述第三调节螺栓与所述第四调节螺栓的螺杆端均伸入至所述过孔内，并分别沿所述镜筒的径向伸向所述镜筒的外侧壁。
9.根据本实用新型提供的一种光纤激光器的光路调节装置，所述固定架包括固定部与调节部，所述固定部与所述调节部垂直设置，所述调节部与所述调节板间隔设置，且所述调节部上设置所述固定点位、所述第一调节点位及所述第二调节点位。
10.根据本实用新型提供的一种光纤激光器的光路调节装置，所述调节支架还包括安装板，所述安装板安装于所述调节板的第二表面，并与所述镜筒固定连接。
11.根据本实用新型提供的一种光纤激光器的光路调节装置，所述镜筒包括第一镜筒与第二镜筒，所述第一镜筒可滑动地插装于所述第二镜筒内，所述第一镜筒穿过所述过孔，所述第二镜筒与所述安装板固定连接。
12.根据本实用新型提供的一种光纤激光器的光路调节装置，所述孔板组件包括第一组孔板与第二组孔板；所述第一组孔板包括第一孔板与第二孔板，所述第一孔板用于安装于所述镜筒的入光口，所述第二孔板用于安装于所述镜筒的出光口，所述第一孔板的开孔直径小于所述激光光束的光斑的直径的2/3，所述第二孔板的开孔直径大于所述光斑的直径的1.5倍；所述第二组孔板包括第三孔板与第四孔板，所述第三孔板用于安装于所述镜筒的入光口，所述第四孔板用于安装于所述镜筒的出光口，所述第三孔板的开孔直径小于所述光斑的直径的2/3，所述第四孔板的开孔直径大于所述光斑的直径的2/3。
13.根据本实用新型提供的一种光纤激光器的光路调节装置，所述开孔的半径与所述激光光束的波长满足如下公式：
14.θ0＝0.61λ/a；
15.其中，θ0表示激光光束经过所述开孔在ccd靶面上形成的光照强度最大的衍射环所对应的衍射角；λ表示所述激光光束的波长；a表示所述开孔的半径；所述ccd靶面设置于靠近所述镜筒的出光口侧，且所述ccd靶面与所述镜筒的光轴方向垂直。
16.本实用新型提供的一种光纤激光器的光路调节装置，通过设置镜筒、孔板组件及调节支架，依据小孔衍射及光斑成像原理，在多个孔板的配合下，可基于调节支架沿x轴方向、y轴方向、环绕于x轴的旋向及环绕于y轴的旋向对镜筒的调节作用，快速定位经过光路调节装置的激光光束相对于孔板上开孔的偏移量，确保了激光光束的光轴的一致性，具有精度高、操作简便、调试效率高、能适配各种激光光斑大小的光路等优点。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有
技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本实用新型提供的光纤激光器的光路调节装置的立体结构示意图；
19.图2是本实用新型提供的光纤激光器的光路调节装置的主视结构示意图；
20.图3是本实用新型提供的调节支架的立体结构示意图；
21.图4是本实用新型提供的调节支架的主视结构示意图；
22.图5是本实用新型提供的基于光纤激光器的光路调节装置的调节方法的流程示意图；
23.附图标记：
24.1：镜筒；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2：孔板组件；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3：调节支架；
25.31：固定架；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
32：调节板；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
33：安装板；
26.301：固定点位；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
302：第一调节点位； 303：第二调节点位；
27.304：第三调节点位； 305：第四调节点位。
具体实施方式
28.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.下面结合图1
‑
图5描述本实用新型的光纤激光器的光路调节装置。
30.如图1至图4所示，本实施例提供一种光纤激光器的光路调节装置，包括：镜筒1、孔板组件2及调节支架3；孔板组件2包括多个孔板，孔板可拆卸式地安装于镜筒1的入光口与出光口，孔板上设有与镜筒1同轴设置的开孔，开孔用于供激光光束通过，其中，开孔优选为圆孔；调节支架3上安装镜筒1，以沿x轴方向、y轴方向、环绕于x轴的旋向及环绕于y轴的旋向对镜筒1进行调节，x轴方向与y轴方向相垂直且分布于垂直于镜筒1的光轴所在的平面。
31.具体的，本实施例通过设置镜筒1、孔板组件2及调节支架3，依据小孔衍射及光斑成像原理，在多个孔板的配合下，可基于调节支架3沿x轴方向、y轴方向、环绕于x轴的旋向及环绕于y轴的旋向对镜筒1的调节作用，快速定位经过调节装置的激光光束相对于孔板上开孔的偏移量，确保了激光光束的光轴的一致性，具有精度高、操作简便、调试效率高、能适配各种激光光斑大小的光路等优点，易于与其他激光器测试装置的接口集成。
32.在此应指出的是，在光纤激光器光束质量即m2测量系统中，光束质量因子测试仪中的光学系统的光轴必须保持与激光传输系统的光轴重合，系统对光轴一致性精度要求较高，光轴的一致性将直接反映光束质量因子测试仪的ccd靶面上接收到的光束质量、光斑形状及光斑大小等的结果。由于激光光束在发射面内既存在对于x轴与y 轴方向的偏移量，又存在相对于x轴方向的俯仰(旋转)及相对于y 轴方向旋转的偏移量，从而本实施例基于调节支架3对镜筒1的调节，能够实现对激光光束相对于孔板上开孔的偏移量的调节，从而可依据小孔衍射及光斑成像原理，对光纤激光器输出的激光光束的光轴进行调节，以确保纤
激光器输出的激光光束的光轴与光束质量因子测试仪中的光学系统的光轴的一致性。
33.本实施例所示的调节支架3可设置由本领域所公知的xy平移台及分别沿x轴、y轴旋转的旋转机构组成，也可设置为由下述实施例所示的固定架31与调节板32构成的组合结构，在此不作具体限定。
34.与此同时，本实施例所示的孔板组件2包括第一组孔板与第二组孔板。第一组孔板包括第一孔板与第二孔板，第一孔板用于安装于镜筒1的入光口，第二孔板用于安装于镜筒1的出光口，可具体设置第一孔板的开孔直径小于激光光束的光斑的直径的2/3，第二孔板的开孔直径大于光斑的直径的1.5倍。与此同时，第二组孔板包括第三孔板与第四孔板，可具体设置第三孔板用于安装于镜筒1的入光口，第四孔板安装于镜筒1的出光口，第三孔板的开孔直径小于激光光束的光斑的直径的2/3，第四孔板的开孔直径大于光斑的直径的2/3。
35.如图2与图3所示，本实施例所示的调节支架3包括间隔设置的固定架31与调节板32。
36.进一步地，本实施例所示的固定架31上设有固定点位301、第一调节点位302及第二调节点位303，固定点位301与第一调节点位 302的连线沿x轴方向设置，固定点位301与第二调节点位303的连线沿y轴方向设置；固定架31通过固定点位301与调节板32的第一表面固定连接；固定架31与第一表面通过第一调节点位302及第二调节点位303沿镜筒1的光轴方向可调节式连接。
37.其中，本实施例所示的第一调节点位302装有第一调节螺栓，第二调节点位303装有第二调节螺栓，第一调节螺栓与第二调节螺栓均安装于固定架31上，且第一调节螺栓与第二调节螺栓的螺杆端分别沿光轴方向垂直伸向调节板32的第一表面。如此，通过调节第一调节螺栓的给进量，可对激光光束相对于y轴的旋转偏移量进行微量调节。通过调节第二调节螺栓的给进量，可对激光光束相对于x轴的俯仰偏移量进行微量调节。
38.进一步地，本实施例所示的调节板32上开设有过孔，镜筒1穿过过孔，且镜筒1的外径小于过孔的孔径，镜筒1与调节板32上背向第一表面的第二表面连接。
39.进一步地，本实施例所示的调节板32上设有第三调节点位304 及第四调节点位305，并通过第三调节点位304及第四调节点位305 分别与镜筒1的外侧壁沿径向可调节式连接，第三调节点位304所在的径向调节方向沿x轴方向，第四调节点位305所在的径向调节方向沿y轴方向。
40.其中，本实施例所示的第三调节点位304装有第三调节螺栓，第四调节点位305装有第四调节螺栓，第三调节螺栓与第四调节螺栓安装于调节板32上，且第三调节螺栓与第四调节螺栓的螺杆端均伸入至过孔内，并沿径向伸向镜筒1的外侧壁。如此，通过调节第三调节螺栓的给进量，可对激光光束进行x轴方向的偏移量的微量调节。通过调节第四调节螺栓的给进量，可对激光光束进行y轴方向的偏移量的微量调节。
41.在此应指出的是，本实施例所示的调节板32可设置为矩形。本实施例所示的第三调节点位304不限于一个，也可设置两个，并沿x 方向分设于调节板32的相对侧。与此同时，本实施例所示的第四调节点位305不限于一个，也可设置两个，并沿y方向分设于调节板 32的相对侧。
42.如图3所示，本实施例所示的固定架31包括固定部与调节部，固定部与调节部垂直
设置，调节部与调节板32间隔设置，且调节部上设置固定点位301、第一调节点位302及第二调节点位303。
43.其中，在实际安装时，可将固定架31的固定部水平设置，并安装于水平分布的光学平台上，且还可在固定部上开设条形安装孔，以实现对固定架31安装位置的调节。
44.优选地，本实施例所示的调节支架3还包括安装板33，安装板 33安装于调节板32的第二表面，并与镜筒1固定连接。
45.如图1所示，为了便于实现镜筒1两端安装的两个孔板的轴向间距的调节，本实施例所示的镜筒1包括第一镜筒与第二镜筒，第一镜筒可滑动地插装于第二镜筒内，第一镜筒穿过过孔，第二镜筒与安装板33固定连接。
46.在此应指出的是，本实施例所示的孔板与镜筒1螺纹连接。其中，可在孔板的其中一侧面上设置沿周向延伸的环形沿边，在环形沿边上开设内螺纹，在镜筒1的端部开设外螺纹，从而可将孔板与镜筒1通过内螺纹与外螺纹进行螺纹连接。
47.下面将根据圆孔夫琅和费衍射理论推导本实施例所示的方案。
48.设定孔板上圆孔的半径为a，圆孔的中心与ccd靶面中心处于同一光轴上，θ为激光光束经过圆孔后的衍射角，即激光光束经圆孔的中心后与光轴的夹角，则可得到如下公式所示的在ccd靶面上接收到的衍射角为θ处的p点光强：
[0049][0050]
式中，i0＝(πa2)|c1|2，表示光轴上中心点p0处的光强度；j1(z)为一阶段贝塞尔函数；z＝kaθ，表示所求的圆孔衍射的光强度分布公式。
[0051]
由上述公式中可以看出，激光光束经小孔衍射后到达ccd靶面上的p点，p点的光强度与其对应的衍射角处形成光斑，然而，本实施例所示的方案需要调节激光光束的光路质量，即是调节激光光束经小孔后的衍射角度。
[0052]
根据衍射原理，θ＝r/f；其中，r为激光光束到达ccd靶面后形成的衍射环的半径，f为等效焦距。
[0053]
由上可知，激光光束在ccd靶面上的衍射图样为圆环型的光强条纹，在z＝0处，即在光轴中心点p0处，时，光强有极大值；当j1(z)＝0，时，光强有极小值。
[0054]
因而，相邻两个极小值的光强之间有一个极大值，而中心光能量最强。假设激光光束经小孔衍射后，在ccd靶面上的中心光强最大的光斑半径为r0，则可得到下述公式：
[0055][0056][0057]
上式中，θ0表示激光光束经过圆孔后，在ccd靶面上形成的光照强度最大的衍射环所对应的衍射角；λ表示激光光束的波长；a表示开孔的半径；ccd靶面设置于靠近镜筒的出光口侧，且ccd靶面与镜筒的光轴方向垂直。
[0058]
基于上述原理，在对波长为1080nm的激光光路进行调节时，可设置第一孔板与第二孔板的圆孔的孔径分别为4mm和9mm，可分别通过第三调节螺栓与第四调节螺栓，对激光
光束进行x轴方向与y 轴方向的偏移量的调节；与此同时，可设置第三孔板与第四孔板的圆孔的孔径分别为4mm及5mm，可分别通过第一调节螺栓与第二调节螺栓，对激光光束进行环绕于x轴的旋向及环绕于y轴的旋向的精细化调节。
[0059]
如图5所示，本实施例还提供一种如上所述的光纤激光器的光路调节装置的调节方法，包括：s1，将光纤激光器、镜筒及ccd靶面沿激光光束的传输方向依次设置，并将镜筒安装于调节支架上；s2，在镜筒的入光口安装第一孔板，镜筒的出光口安装第二孔板，启动光纤激光器，对镜筒进行x轴方向与y轴方向的调节，直至激光光束在ccd靶面上形成的光斑的中心与ccd靶面上定位标记的中心重合； s3，将第一孔板与第二孔板从镜筒上拆卸下来，再在镜筒的入光口安装第三孔板，镜筒的出光口安装第四孔板，对镜筒进行环绕于x轴的旋向及环绕于y轴的旋向的调节，直至光斑在ccd靶面上形成为中心对称分布的衍射环图样。
[0060]
具体的，本实施例结合上述实施例所示的第一组孔板与第二组孔板，以对波长为1080nm的激光光束的光路调节为例，进行如下具体说明。
[0061]
第一步，先将光纤激光器的输出头固定于测试激光光束质量的光路中，设置光纤激光器的输出功率，并计算合适的激光衰减倍数，加入衰减镜片，使得光纤激光器输出的激光束能量为光束质量因子测试仪所要求的安全阈值范围内。
[0062]
第二步，进行激光光路的初调，将光束质量因子测试仪的ccd 靶面置于光路中，记录下此时光斑的位置，并用ccd靶面上的定位标记进行定位，其中，定位标记通常为本领域所公知的“十”字线。
[0063]
第三步，将孔径为4mm的第一孔板安装于镜筒的入光口，将孔径为9mm的第二孔板安装于镜筒的出光口，启动光纤激光器，观察光束质量因子测试仪上光斑的大致分布位置。由于小孔衍射原理形成的同心圆环在图像上有相对于x
‑
y方向的偏移量，圆环中心与“十”字标靶定位的物理中心不重合，观察ccd靶面上的光斑图像，此时，通过旋拧第三调节螺栓与第四调节螺栓，进行x轴方向与y轴方向的调节，逐渐使光斑图像的中心与“十”字标靶中心重合，即完成入射激光与ccd靶面光轴一致性的初步调节。这一步的目的是调节激光光束的水平及垂直方向的偏移量。此步骤调节完后，可得到一个处于ccd靶面中心的衍射图样，但是，该衍射图样为非均匀对称的衍射环，衍射图样呈非均匀对称的原因是，由于激光光束在球发射面内还存在相对于y轴的旋转及相对于x轴的俯仰方向的偏移。
[0064]
第四步，在镜筒的入光口同样采用孔径为4mm的孔板，将第二孔板从镜筒上拆卸下来，替换上孔径为5mm的第四孔板。这一步调节的目的是调节激光光束相对于y轴的旋转及相对于x轴的俯仰方向的偏移程度。在替换好第四孔板，并再次启动光纤激光器时，查看 ccd靶面上形成的衍射环，只需微调第一调节螺栓与第二调节螺栓，即可调节激光光束在激光输出端的球形面内的发散偏移量，直至得到均匀对称的衍射图样，即衍射图样呈中心对称分布的多个圆形衍射环，完成此步骤后，直至在光束质量分析仪中清晰地看见一个完全对称的衍射环。此时完成激光光束质量分析测试光路的调试。结果显示，此装置调节效率很高，且能很好地呈现激光光斑的原始模式。
[0065]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术
方案的精神和范围。