CN212009177U - 一种多束激光光路结构及激光熔接机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种多束激光光路结构，包括：激光器，用于发射原始光束；第一分光件，第一分光件设于原始光束的光路上，原始光束经过第一分光件分光后形成第一透射光束和第一反射光束；第二分光件，第二分光件设于第一透射光束的光路上，第一透射光束经过第二分光件分光后形成第二透射光束和第二反射光束；若干反光件，第二透射光束、第二反射光束和第一反射光束经过若干反光件反射后射经一个熔接点。本实用新型技术方案提供一种多束激光光路，使热场分布从一维扩展到二维，能够提高热场均匀性。

Description

一种多束激光光路结构及激光熔接机

技术领域

本实用新型涉及熔接机领域，特别涉及一种多束激光光路结构及激光熔接机。

背景技术

光纤熔接机主要用于光通信中光纤器件的加工，其一般工作原理是：在利用高压电弧将两光纤断面熔化的同时，用高精度运动机构平缓推进两光纤，让两根光纤融合成一根，以实现光纤模场的耦合。

目前的激光熔接机大多采用两束激光对光纤进行熔接，在需要熔接的光纤直径大于1mm时，热场分布不均匀的现象开始明显，经过熔接后的光纤截面呈现为椭圆形的熔融面，而不是圆对称的。随着工业应用的发展，熔接直径大于1mm的光纤的应用越来越多，使得只有两束激光熔接的方案无法满足需求。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种多束激光光路结构及激光熔接机，旨在提供一种多束激光光路，使热场分布从一维扩展到二维，提高热场均匀性。

为实现上述目的，本实用新型提出一种多束激光光路结构，包括：激光器，用于发射原始光束；第一分光件，第一分光件设于原始光束的光路上，原始光束经过第一分光件分光后形成第一透射光束和第一反射光束；第二分光件，第二分光件设于第一透射光束的光路上，第一透射光束经过第二分光件分光后形成第二透射光束和第二反射光束；若干反光件，第二透射光束、第二反射光束和第一反射光束经过若干反光件反射后射经一个熔接点。

可选地，若干反光件包括：第一反光件，第一反光件设于第二透射光束的光路上，第二透射光束经过第一反光件反射后形成第一熔接光束；第二反光件，第二反光件设于第二反射光束的光路上，第二反射光束经过第二反光件反射后形成第二熔接光束；第三反光件，第三反光件设于第一反射光束的光路上，第一反射光束经过第三反光件反射后形成第三熔接光束；其中，第一熔接光束、第二熔接光束和第三熔接光束射经熔接点，且相邻光束之间的夹角为120°。

可选地，多束激光光路结构还包括第三分光件，第三分光件设于第一反射光束的光路上，第一反射光束经过第三分光件分光后形成第三透射光束和第三反射光束；第二透射光束、第二反射光束、第三透射光束和第三反射光束经过反光件反射后射经一个熔接点。

可选地，若干反光件包括：第一反光件，第一反光件设于第二透射光束的光路上，第二透射光束经过第一反光件反射后形成第一熔接光束；第二反光件，第二反光件设于第二反射光束的光路上，第二反射光束经过第二反光件反射后形成第二熔接光束；第三反光件，第三反光件设于第三透射光束的光路上，第三透射光束经过第三反光件反射后形成第三熔接光束；第四反光件；第四反光件设于第三反射光束的光路上，第三反射光束经过第四反光件反射后形成第四熔接光束；其中，第一熔接光束、第二熔接光束、第三熔接光束和第四熔接光束射经熔接点。

可选地，第一分光件和第三分光件之间还设有第五反光件，第五反光件设于第一分光件反射的第一反射光束的光路上，第三分光件设于第五反光件反射的第一反射光束的光路上。

可选地，第一熔接光束、第二熔接光束、第三熔接光束和第四熔接光束中，相邻两光束之间的夹角在87°至93°范围内。

可选地，第一熔接光束、第二熔接光束、第三熔接光束和第四熔接光束中，相邻两光束之间的夹角均为90°。

可选地，第一熔接光束与第二熔接光束不共线时，第一反光件于第二熔接光束的入射点、第二反光件于所示第一熔接光束的入射点设有挡板；第三熔接光束与第四熔接光束不共线时，第三反光件于第四熔接光束的入射点、第四反光件于所示第三熔接光束的入射点设有挡板。

可选地，分光件为分光镜。

可选地，反光件为平面反射镜。

本实用新型还提出一种激光熔接机，包括上述多束激光光路结构，还包括：机台，多束激光光路结构设于机台上；光纤夹具，用于夹持光纤；驱动机构，驱动机构设于机台上，并与光纤夹具连接，用于驱动光纤夹具移动，以使光纤需要熔接的部位位于熔接点所在的位置。

本实用新型的技术方案采用通过第一分光件将激光器发射的原始激光分为第一透射光束和第一反射光束，通过第二分光件再将第一透射光束分为第二透射光束和第二反射光束，通过若干反光件将第二透射光束、第二反射光束和第一反射光束反射后射经一个熔接点，从而形成熔接热场，使热场分布从一维扩展到二维，热场均匀性大大提升，熔接后的光纤截面更加均匀，能够适合用来熔接大直径的光纤，适用性更强，熔接均匀性更佳。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型多束激光光路结构一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	激光器	42	第三反射光束
11	原始光束	50	第一反光件
				12	第六反光件	51	第一熔接光束
20	第一分光件	60	第二反光件
				21	第一透射光束	61	第二熔接光束
22	第一反射光束	70	第三反光件
				30	第二分光件	71	第三熔接光束
31	第二透射光束	80	第四反光件
				32	第二反射光束	81	第四熔接光束
40	第三分光件	90	第五反光件
				41	第三透射光束

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种多束激光光路结构。

作为本实用新型的一实施例，该多束激光光路结构，包括：激光器10，用于发射原始光束11；第一分光件20，第一分光件20设于原始光束11的光路上，原始光束11经过第一分光件20分光后形成第一透射光束21和第一反射光束22；第二分光件30，第二分光件30设于第一透射光束21的光路上，第一透射光束21经过第二分光件30分光后形成第二透射光束31和第二反射光束32；若干反光件，第二透射光束31、第二反射光束32和第一反射光束22经过若干反光件反射后射经一个熔接点。

一般地，激光器10为CO₂激光器10，CO₂激光器10用于发射CO₂激光束，CO₂激光是一种分子激光，主要的物质是二氧化碳分子，具有比较大的功率和比较高的能量转换效率。CO2激光器10发射的CO2激光束近乎平行光束，在图中以有一定宽度的直线表示。

激光器10射出的原始光束11的光路上设有第一分光件20，入射到第一分光件20上的原始光束11分成两束激光，分别为沿原方向透射的第一透射光束21和偏转90°反射的第一反射光束22，第一分光件20实现了第一次分光，第一次分光后形成有两束激光束。

第一透射光束21的光路上设有第二分光件30，同样地，入射到第二分光件30上的第一透射光束21再次分成两束激光，分别为沿原方向透射的第二透射光束31和偏转90°反射的第二反射光束32，第二分光件30实现了第二次分光，第二次分光后又形成有两束激光束。

其中，第二透射光束31、第二反射光束32和第一反射光束22经过若干反光件的反射后分别射向熔接区域，即，三者射经一个共同的熔接点，待熔接的光纤在这个熔接区域内被汇聚的空间光束加热软化，以此实现熔接。

相较于原方案的一字形热场，本实用新型技术方案中的三束激光束使热场分布从一维扩展到二维，热场均匀性大大提升，熔接后的光纤截面更加均匀，能够适合用来熔接大直径的光纤，适用性更强，熔接效果更佳。

当然，为了进一步保证第二透射光束31、第二反射光束32和第一反射光束22三者汇聚形成的熔接热场的均匀性，可以通过选用合适的第一反光件50和第二分光件30使形成的第二透射光束31、第二反射光束32和第一反射光束22为功率相等的三束激光束。

综上，本实用新型的技术方案采用通过第一分光件20将激光器10发射的原始激光分为第一透射光束21和第一反射光束22，通过第二分光件30再将第一透射光束21分为第二透射光束31和第二反射光束32，通过若干反光件将第二透射光束31、第二反射光束32和第一反射光束22反射后射经一个熔接点，从而形成熔接热场，使热场分布从一维扩展到二维，热场均匀性大大提升，熔接后的光纤截面更加均匀，能够适合用来熔接大直径的光纤，适用性更强，熔接均匀性更佳。

进一步地，若干反光件包括：第一反光件50，第一反光件50设于第二透射光束31的光路上，第二透射光束31经过第一反光件50反射后形成第一熔接光束51；第二反光件60，第二反光件60设于第二反射光束32的光路上，第二反射光束32经过第二反光件60反射后形成第二熔接光束61；第三反光件70，第三反光件70设于第一反射光束22的光路上，第一反射光束22经过第三反光件70反射后形成第三熔接光束71；其中，第一熔接光束51、第二熔接光束61和第三熔接光束71位于同一平面内并射经熔接点，且相邻光束之间的夹角为120°。

本实施例中，第二透射光束31、第二反射光束32和第一反射光束22分别通过反光件反射来改变光路。第二透射光束31经过第一反光件50反射后形成第一熔接光束51，第二反射光束32经过第二反光件60反射后形成第二熔接光束61，第一反射光束22经过第三反光件70反射后形成第三熔接光束71，第一熔接光束51、第二熔接光束61和第三熔接光束71射经一个共同的熔接点，从而形成熔接热场。为了进一步保证熔接热场的均匀性，本实施例中的第一熔接光束51、第二熔接光束61和第三熔接光束71均位于垂直于熔接区域的平面内，且相邻光束之间的夹角为120°，从而使熔接区域的光纤受到垂直于熔接区域的平面内三束均匀分布的激光束的熔化作用，光纤的熔融面会更加均匀。

请参阅图1，基于上述实施例，本实用新型提出另一实施例，该多束激光光路结构还包括第三分光件40，第三分光件40设于第一反射光束22的光路上，第一反射光束22经过第二分光件30分光后形成第三透射光束41和第三反射光束42；第二透射光束31、第二反射光束32、第三透射光束41和第三反射光束42经过反光件反射后射经一个熔接点。

本实施例中，激光器10射出的原始光束11的光路上设有第一分光件20，入射到第一分光件20上的原始光束11分成功率相等的两束激光，分别为沿原方向透射的第一透射光束21和偏转90°反射的第一反射光束22，第一分光件20实现了第一次分光，第一次分光后形成有两束功率相等的激光束。

第一透射光束21的光路上设有第二分光件30，第一反射光束22的光路上设有第三分光件40。同样地，入射到第二分光件30上的第一透射光束21再次分成功率相等的两束激光，分别为沿原方向透射的第二透射光束31和偏转90°反射的第二反射光束32；入射到第三分光件40上的第一反射光束22再次分成功率相等的两束激光，分别为沿原方向透射的第三透射光束41和偏转90°反射的第三反射光束42，第二分光件30和第三分光件40同时实现了第二次分光，第二次分光后总共形成有四束功率相等的激光束。

其中，第二透射光束31、第二反射光束32、第三透射光束41和第三反射光束42经过若干反光件的反射后分别射向熔接区域，即，四者射经一个共同的熔接点，待熔接的光纤在这个熔接区域内被汇聚的空间光束加热软化，以此实现熔接。

通过进一步分光，由四束激光束汇聚形成熔接热场，能够进一步提高热场的均匀性，能够适合用来熔接大直径的光纤，熔接均匀性更佳。

进一步地，若干反光件包括：第一反光件50，第一反光件50设于第二透射光束31的光路上，第二透射光束31经过第一反光件50反射后形成第一熔接光束51；第二反光件60，第二反光件60设于第二反射光束32的光路上，第二反射光束32经过第二反光件60反射后形成第二熔接光束61；第三反光件70，第三反光件70设于第三透射光束41的光路上，第三透射光束41经过第三反光件70反射后形成第三熔接光束71；第四反光件80；第四反光件80设于第三反射光束42的光路上，第三反射光束42经过第四反光件80反射后形成第四熔接光束81；其中，第一熔接光束51、第二熔接光束61、第三熔接光束71和第四熔接光束81位于同一平面内并射经熔接点。

本实施例中第二透射光束31、第二反射光束32、第三透射光束41和第三反射光束42分别通过反光件反射来改变光路。第二透射光束31经过第一反光件50反射后形成第一熔接光束51，第二反射光束32经过第二反光件60反射后形成第二熔接光束61，第三透射光束41经过第三反光件70反射后形成第三熔接光束71，第三反射光束42经过第四反光件80反射后形成第四熔接光束81，第一熔接光束51、第二熔接光束61和第三熔接光束71射经一个共同的熔接点，从而形成熔接热场。

其中，第一反光件50、第二反光件60、第三反光件70和第四反光件80均带有角度调节架，可以调节各自的角度，以用于补偿激光束的机械误差。

进一步地，第一分光件20和第三分光件40之间还设有第五反光件90，第五反光件90设于第一分光件20反射的第一反射光束22的光路上，第三分光件40设于第五反光件90反射的第一反射光束22的光路上。

因分光件的分光角度为按原方向透射或偏离90°反射，虽然通过设置第一反光件50、第二反光件60、第三反光件70、第四反光件80，可以使第一熔接光束51、第二熔接光束61和第三熔接光束71射经一个共同的熔接点，还可进一步做到第一熔接光束51和第二熔接光束61呈180°的夹角对称分布，第三熔接光束71和第四熔接光束81呈180°的夹角对称分布，但是不能做到第一熔接光束51或第二熔接光束61与第三熔接光束71和第四熔接光束81之间的夹角呈90°，即相邻光束之间夹角不能达到90°，从而限制了光束分布的均匀性。本实施例在第一分光件20和第三分光件40之间还增加第五反光件90，可以改变第一反射光束22的光路方向，使第一熔接光束51、第二熔接光束61、第三熔接光束71和第四熔接光束81两两之前的夹角做成成90°。

可选地，第一熔接光束51、第二熔接光束61、第三熔接光束71和第四熔接光束81中，相邻两光束之间的夹角均为90°。

为了进一步保证熔接热场的均匀性，本实施例中的第一熔接光束51、第二熔接光束61、第三熔接光束71和第四熔接光束81均位于垂直于熔接区域的平面内，第一熔接光束51和第二熔接光束61呈180°的夹角对称分布，第三熔接光束71和第四熔接光束81呈180°的夹角对称分布，且相邻光束之间的夹角为90°，从而使熔接区域的光纤受到垂直于熔接区域的平面内四束均匀分布的激光束的熔化作用，光纤的熔融面会更加均匀。

可选地，第一熔接光束51、第二熔接光束61、第三熔接光束71和第四熔接光束81中，相邻两光束之间的夹角在87°至93°范围内。

为了避免一个方向的熔接光束通过熔接区域后经相向方向的反光件反射回激光器10产生不良后果，实际的相邻两束光束之间的夹角在90°的基础上，会设置有大约3°左右的偏转，使得第一熔接光束51和第二熔接光束61非呈180°的夹角对射，而是相互交叉；使得第三熔接光束71和第四熔接光束81非呈180°的夹角对射，而是相互交叉，以此来保护激光器10。

进一步地，第一熔接光束51与第二熔接光束61不共线时，第一反光件50于第二熔接光束61的入射点、第二反光60件于所示第一熔接光束51的入射点设有挡板；第三熔接光束71与第四熔接光束81不共线时，第三反光件70于第四熔接光束81的入射点、第四反光件80于所示第三熔接光束71的入射点设有挡板。

在第一熔接光束51、第二熔接光束61、第三熔接光束71和第四熔接光束81中，通过设置相邻两光束之间的夹角从90°扩宽为87°至93°的范围，与90°产生差别，使得一个方向的熔接光束通过熔接区域后，不会经相向方向的反光件反射回激光器10，即，相向的第一熔接光束51和第二熔接光束61不共线，相向的第三熔接光束71和第四熔接光束81不共线，有效保护了激光器10。

在此基础上，进一步地，可以在保留一次入射的光束的入射点的前提下，在反光件上对应二次入射的光束的入射点设置挡板，如，在第一反光件50上于第二熔接光束61的入射点位置设置挡板，通过挡板的遮挡作用防止第二熔接光束61继续反射。当然，为了便于设置挡板，可以在第一反光件51至少保留第二透射光束31的入射点的前提下，在第一反光件51的反光面均设置挡板，即，在第一反光件51的反光面覆盖挡板，在挡板上对应第二透射光束31的入射和出射的范围内保留开孔。挡板的设置，使熔接光束通过熔接区域后射向相向的反光件上时，其入射点落在挡板处，从而通过挡板遮挡二次入射的光束，有效防止熔接光束通过熔接区域后继续反射损坏其他部件。

具体地，分光件为分光镜。

本实施例中分光件采用分光镜，当然，也可以采用其他分光器件，本实用新型不作限定。

具体地，反光件为平面反射镜。

本实施例中反光件采用反光镜，当然，也可以采用其他反光器件，本实用新型不作限定。

本实用新型还提出一种激光熔接机，该激光熔接机包括多束激光光路结构，还包括：机台，多束激光光路结构设于机台上；光纤夹具，用于夹持光纤；驱动机构，驱动机构设于机台上，并与光纤夹具连接，用于驱动光纤夹具移动，以使光纤需要熔接的部位位于熔接点所在的位置，该多束激光光路结构的具体结构参照上述实施例，由于本激光熔接机采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

其中，激光器10安装在机台的下部，多束激光光路结构的其他部分安装在机台的台面，机台上设有通孔，激光器10发射的激光束从机台的下方穿过通孔朝机台上方射出，机台上方对应设置有第六反光件12，以改变激光束光路，使激光束射向第一分光件20。待加工的光纤通过光纤夹具夹持固定，并通过驱动机构的驱动作用朝熔接区域移动，使光纤在熔接区域完成熔接。激光熔接机的具体结构设置可以采用现有技术，本实用新型不作限定，在此不赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种多束激光光路结构，其特征在于，包括：

激光器，用于发射原始光束；

第一分光件，所述第一分光件设于所述原始光束的光路上，所述原始光束经过所述第一分光件分光后形成第一透射光束和第一反射光束；

第二分光件，所述第二分光件设于所述第一透射光束的光路上，所述第一透射光束经过所述第二分光件分光后形成第二透射光束和第二反射光束；

若干反光件，所述第二透射光束、所述第二反射光束和所述第一反射光束经过所述若干反光件反射后射经一个熔接点。

2.如权利要求1所述的多束激光光路结构，其特征在于，所述若干反光件包括：

第一反光件，所述第一反光件设于所述第二透射光束的光路上，所述第二透射光束经过所述第一反光件反射后形成第一熔接光束；

第二反光件，所述第二反光件设于所述第二反射光束的光路上，所述第二反射光束经过所述第二反光件反射后形成第二熔接光束；

第三反光件，所述第三反光件设于所述第一反射光束的光路上，所述第一反射光束经过所述第三反光件反射后形成第三熔接光束；

其中，所述第一熔接光束、所述第二熔接光束和所述第三熔接光束射经所述熔接点，且相邻光束之间的夹角为120°。

3.如权利要求1所述的多束激光光路结构，其特征在于，所述多束激光光路结构还包括第三分光件，所述第三分光件设于所述第一反射光束的光路上，所述第一反射光束经过所述第三分光件分光后形成第三透射光束和第三反射光束；

所述第二透射光束、所述第二反射光束、所述第三透射光束和所述第三反射光束经过所述反光件反射后射经一个熔接点。

4.如权利要求3所述的多束激光光路结构，其特征在于，所述若干反光件包括：

第一反光件，所述第一反光件设于所述第二透射光束的光路上，所述第二透射光束经过所述第一反光件反射后形成第一熔接光束；

第二反光件，所述第二反光件设于所述第二反射光束的光路上，所述第二反射光束经过所述第二反光件反射后形成第二熔接光束；

第三反光件，所述第三反光件设于所述第三透射光束的光路上，所述第三透射光束经过所述第三反光件反射后形成第三熔接光束；

第四反光件；所述第四反光件设于所述第三反射光束的光路上，所述第三反射光束经过所述第四反光件反射后形成第四熔接光束；

其中，所述第一熔接光束、所述第二熔接光束、所述第三熔接光束和所述第四熔接光束射经所述熔接点。

5.如权利要求4所述的多束激光光路结构，其特征在于，所述第一分光件和所述第三分光件之间还设有第五反光件，所述第五反光件设于所述第一分光件反射的所述第一反射光束的光路上，所述第三分光件设于所述第五反光件反射的所述第一反射光束的光路上。

6.如权利要求5所述的多束激光光路结构，其特征在于，所述第一熔接光束、所述第二熔接光束、所述第三熔接光束和所述第四熔接光束中，相邻两光束之间的夹角在87°至93°范围内。

7.如权利要求6所述的多束激光光路结构，其特征在于，所述第一熔接光束、所述第二熔接光束、所述第三熔接光束和所述第四熔接光束中，相邻两光束之间的夹角均为90°。

8.如权利要求4至7任意一项所述的多束激光光路结构，其特征在于，所述第一熔接光束与所述第二熔接光束不共线时，所述第一反光件于所述第二熔接光束的入射点、所述第二反光件于所述第一熔接光束的入射点设有挡板；

所述第三熔接光束与所述第四熔接光束不共线时，所述第三反光件于所述第四熔接光束的入射点、所述第四反光件于所述第三熔接光束的入射点设有挡板。

9.如权利要求1至7任意一项所述的多束激光光路结构，其特征在于，所述分光件为分光镜；和/或，所述反光件为平面反射镜。

10.一种激光熔接机，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的多束激光光路结构，还包括：

机台，所述多束激光光路结构设于所述机台上；

光纤夹具，用于夹持光纤；

驱动机构，所述驱动机构设于所述机台上，并与所述光纤夹具连接，用于驱动光纤夹具移动，以使所述光纤需要熔接的部位位于所述熔接点所在的位置。

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