CN111399121A - 一种光纤及激光切割机 - Google Patents

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沈本剑
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李敏
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Abstract

本申请提供一种光纤及激光切割机。光纤包括：合束光纤；分光元件，所述分光元件设置在所述合束光纤内，所述分光元件与所述合束光纤一体成型，所述合束光纤内传输的合束光的光束中心经所述分光元件的分光面，且所述分光面与所述合束光的传输方向不垂直。由于分光元件和合束光纤是一体成型进行的制造，且合束光纤内传输的合束光的光束中心还经分光元件的分光面，分光面还与合束光的传输方向不垂直，故在测量合束光的光强时，无需设置额外的分光元件，仅通过合束光纤内的分光元件便可以进行分光测量，降低了测量时光路的复杂度，从而可以降低对合束后的最大光强进行测量时的误差，以实现高精度的测量。

Description

一种光纤及激光切割机
技术领域
本申请涉及激光技术领域，具体而言，涉及一种光纤及激光切割机。
背景技术
在激光技术中，为了实现极高的输出功率，通常将几束激光进行合束使用，其中，相干合束是一种能够极大的提升激光总功率的方式。
针对合束，图1示出了以7束激光合束为例的示意图。根据图1所示，激光合束的时候，一般存在两种情况。一种情况是，如果入射的各激光的相位不同步，那么出射光就是非相干叠加，其在光斑中心位置的最高点强度与入射光最高点的强度为7倍的关系。但另一种情况是，如果入射的各光的相位同步，由于光强与电场强度为平方关系，那么出射光最高点的光强就为入射光最高点的强度的49倍。由此可见，相干合束比非相干合束的光斑，其中心点的强度要高出7倍。
因此，在合束时则需要测量合束后的最大光强，以根据测得的最大光强对合束进行调制，以确保能够进行相干合束。
如图2所示，在测量合束后的最大光强时，目前的手段是在合束光的光路中***一个分光镜，以分出合束光中1％的能量的合束光。再通过一个很小的光阑，对分出的合束光中心位置的光强进行测量。
可以理解到，由于测量时需要***分光镜，使得测量时的光路变得复杂，容易导致误差，造成测量结果不准确。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种光纤及激光切割机，用以降低对合束后的最大光强进行测量时的误差，以实现高精度的测量。
第一方面，本申请实施例提供了一种光纤，所述光纤包括：合束光纤；分光元件，所述分光元件设置在所述合束光纤内，所述分光元件与所述合束光纤一体成型，所述合束光纤内传输的合束光的光束中心经所述分光元件的分光面，且所述分光面与所述合束光的传输方向不垂直。
在本申请实施例中，由于分光元件和合束光纤是一体成型进行的制造，且合束光纤内传输的合束光的光束中心还经分光元件的分光面，分光面还与合束光的传输方向不垂直，故在测量合束光的光强时，无需设置额外的分光元件，仅通过合束光纤内的分光元件便可以进行分光测量，降低了测量时光路的复杂度，从而可以降低对合束后的最大光强进行测量时的误差，以实现高精度的测量。
结合第一方面，在第一种可能实现方式中，所述分光元件为倾斜光栅，所述倾斜光栅中每个栅栏的表面均为所述分光面。
在本申请实施例中，由于分光元件为倾斜光栅，故分出的合束光是多个栅栏分出的光耦合而成，提高了被分出的合束光的质量，以实现更准确的测量。
结合第一方面，在第二种可能实现方式中，
所述分光元件为单晶片，所述单晶片的上表面和下表面均为所述分光面。
在本申请实施例中，由于单晶片结构简单便于制造，故简化了一体成型制造分光元件和合束光纤时的工艺，使得其实际应用的前景更广阔。
结合第一方面，在第三种可能实现方式中，所述分光面与所述合束光传输方向的夹角为80°-90°。
在本申请实施例中，在夹角为80°-90°的情况下，其能够确保余下能量不影响光纤的正常使用。
结合第一方面的第三种可能实现方式，在第四种可能实现方式中，所述夹角为86°-87°。
在本申请实施例中，在夹角为86°-87°，其能够在正常测量的情况下，余下最多的能量，以将分光测量对光纤实际使用的影响降到最低。
结合第一方面，在第五种可能实现方式中，所述分光面的直径小于等于所述合束光的光束直径。
在本申请实施例中，由于分光面的直径小于等于合束光的光束直径，可以确保分光元件的小型化，使得一体成型的制造也更加便捷。
结合第一方面的第五种可能实现方式，在第五种可能实现方式中，所述分光面的直径为所述合束光的光束直径的1/30-1/10。
在本申请实施例中，由于分光面的直径仅为合束光的光束直径的1/30-1/10，这种尺寸使得就算光纤弯折也不影响分光元件的分光效果，进一步提高了测量的准确性。
第二方面，本申请实施例提供了一种激光切割机，包括：激光切割机本体；如第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述的光纤，所述光纤设置在所述激光切割机本体内。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为现有技术中合束光纤的示意图；
图2为现有技术中合束光纤进行分光测量的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种光纤的第一结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种光纤的第二结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种光纤的第三结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种光纤的第四结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种光纤的第五结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种激光切割器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案行进描述。
请参阅图3，本申请实施例提供了一种光纤100，该光纤100包括：合束光纤110和分光元件120。
本实施例中，分光元件120设置在合束光纤110内，且分光元件120与合束光纤110是一体成型的结构，且合束光纤110内传输的合束光的光束中心经分光元件120的分光面，且分光面与合束光的传输方向不垂直。
可以理解到，这种一体成型的结构确保了在分光测量该合束光的最大光强度时，可以直接利用内置且一体式的分光元件120进行分光，无需再设置其他分光元件120，简化了测量时的光路设计，避免因光路复杂而带来测量误差。并且，由于光束中心经分光元件120的分光面，使得分出光是合束光具有的最大光强的光，确保了测得的该合束光的最大光强度是准确的。
如图4所示，作为分光元件120的一种可选实施方式，分光元件120可以为倾斜光栅121，该倾斜光栅121中每个栅栏122的表面均为分光元件120分光面。其中，在刻蚀设置倾斜光栅121时，为确保良好的分光效果，需要根据实际应用环境合理的设置每两个栅栏122之间的距离。比如图5所示，在合束光纤110的结构常规，且合束光的波长在1060纳米左右时，需要将每两个栅栏122之间的距离A设置为730纳米左右，才能够确保倾斜光栅121具有良好的分光效率。
可以理解到，由于倾斜光栅121具有多个栅栏122，故倾斜光栅121分出的合束光是多个栅栏122分出的光耦合而成，提高了被分出的合束光的质量，以实现更准确的测量。
如图6所示，作为分光元件120的另一种可选实施方式，分光元件120还可以为单晶片123，该单晶片123的上表面和下表面均为分光元件120的分光面。
可以理解到，由于单晶片123的结构简单便于制造，故在采用单晶片123时，其简化了一体成型制造分光元件120和合束光纤110时的工艺，使得其实际应用的前景更广阔。
本实施例中，为确保分光元件120分光后，合束光纤110内剩余的合束光的能量不影响光纤100的正常使用，可以将分光元件120的分光面与合束光传输方向的夹角设置为80°-90°。更进一步的，可以将分光元件120的分光面与合束光传输方向的夹角设置为86°-87°，该角度使得分出的能量能够确保进行正常测量的同时，合束光还能余下最多的能量，从而将分光测量对光纤100实际使用的影响降到最低。
本实施例中，为降低一体成型的工艺难度，可以将分光元件120小型化，比如将分光元件120的尺寸设置成分光元件120的分光面的直径小于等于合束光的光束直径。
更进一步的，可以将分光元件120的尺寸设置成其分光面的直径为合束光的光束直径的1/30-1/10。在这一尺寸下，其不仅降低一体成型的工艺难度，还使得就算合束光纤110弯折也不影响分光元件120的分光效果，进一步提高了分光测量的准确性。
如图7所示，本实施例中，在进行分光测量时，为进一步提高测量的准确性，可以将积分球200套设在合束光纤110设置分光元件120的这一段上，并且还将光强度探测器300的探头***到积分球200内。这样，经分光元件120分出的光便在积分球200进行各种反射并最终汇聚到光强度探测器300的探头处，而被光强度探测器300采集到，从而避免了外接环境对分光元件120分出的光产生干扰，进一步提高测量的准确性。
请参阅图8，基于同一发明构思，本申请实施例中还提供了一种激光切割机10，该激光切割机10可以包括：激光切割机本体11，以及前述的光纤100，该光纤100设置激光切割机本体11内。
通过设置该光纤100，该光纤100将多束激光合束后输出的合束光其强度很高，以便于激光切割机本体11能够利用该合束光完成切割工作。
综上所述，本申请实施例提供了一种光纤及激光切割机。由于分光元件和合束光纤是一体成型进行的制造，且合束光纤内传输的合束光的光束中心还经分光元件的分光面，分光面还与合束光的传输方向不垂直，故在测量合束光的光强时，无需设置额外的分光元件，仅通过合束光纤内的分光元件便可以进行分光测量，降低了测量时光路的复杂度，从而可以降低对合束后的最大光强进行测量时的误差，以实现高精度的测量。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光纤，其特征在于，所述光纤包括：
合束光纤；
分光元件，所述分光元件设置在所述合束光纤内，所述分光元件与所述合束光纤一体成型，所述合束光纤内传输的合束光的光束中心经所述分光元件的分光面，且所述分光面与所述合束光的传输方向不垂直。
2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，
所述分光元件为倾斜光栅，所述倾斜光栅中每个栅栏的表面均为所述分光面。
3.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，
所述分光元件为单晶片，所述单晶片的上表面和下表面均为所述分光面。
4.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，
所述分光面与所述合束光传输方向的夹角为80°-90°。
5.根据权利要求4所述的光纤，其特征在于，
所述夹角为86°-87°。
6.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，
所述分光面的直径小于等于所述合束光的光束直径。
7.根据权利要求6所述的光纤，其特征在于，
所述分光面的直径为所述合束光的光束直径的1/30-1/10。
8.一种激光切割机，其特征在于，包括：
激光切割机本体；
如权利要求1-7任一权项所述的光纤，所述光纤设置在所述激光切割机本体内。
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