CN213957686U - 一种可变焦距的激光耦合结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及飞秒激光加工技术领域，特指一种可变焦距的激光耦合结构，包括底座，底座的一端固定有光纤组件，底座的另一端设有可移动的移动组件，移动组件的一端设有光轴输出端，移动组件的另一端设有聚焦端，光轴输出端与聚焦端之间设有滑杆，滑杆上设有可滑动的透镜组件一和透镜组件二，聚焦端上设有二维单透镜组件，光轴输出端与透镜组件一对应设置，透镜组件一与透镜组件二对应设置，透镜组件二与二维单透镜组件对应设置，二维单透镜组件与光纤组件对应设置。本实用新型采用这样的结构设置，其具有可变焦距的调节功能，同时能将飞秒激光光源输出的激光耦合到光纤中并且耦合效率能达到90％以上。

Description

一种可变焦距的激光耦合结构

技术领域

本实用新型涉及飞秒激光加工技术领域，特指一种可变焦距的激光耦合结构。

背景技术

在飞秒激光领域中由于飞秒激光的超高峰值能量的特性导致超出目前常规的光纤所能承受损伤阀值，因此在利用飞秒激光加工时，往往使用传输方式是空间传输，也就是利用多个反射镜和透镜将光路改变，使激光最终到达加工件所需要加工的位置。而空间传输方式存在远距离传输使用不方便、空间传输结构庞大、光路占空间比大、防尘性能差、安全性低、结构柔性差等问题。了为解决这些问题，技术人员提出光纤传输方式，并生产出一种能够承受飞秒激光传输的特种光纤，也就是光子晶体光纤。但是光纤传输又有新的问题出现，第一个问题是如何让飞秒激光耦合到光子晶体光纤中并且耦合效率高，第二个问题是由于不一样波长的光源存在需要用不一样NA值和芯径的光纤导致需要光纤传输结构必须具备可变焦距的功能。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型提供了一种可变焦距的激光耦合结构，其具有可变焦距的调节功能，同时能将飞秒激光光源输出的激光耦合到光纤中并且耦合效率能达到90％以上。

为了实现上述目的，本实用新型应用的技术方案如下：

一种可变焦距的激光耦合结构，包括底座，底座的一端固定有光纤组件，底座的另一端设有可移动的移动组件，移动组件的一端设有光轴输出端，移动组件的另一端设有聚焦端，光轴输出端与聚焦端之间设有滑杆，滑杆上设有可滑动的透镜组件一和透镜组件二，聚焦端上设有二维单透镜组件，光轴输出端与透镜组件一对应设置，透镜组件一与透镜组件二对应设置，透镜组件二与二维单透镜组件对应设置，二维单透镜组件与光纤组件对应设置。

根据上述方案，所述透镜组件一包括透镜一与移动结构一，透镜一固定于移动结构一上，移动结构一可滑动的设于滑杆上。

根据上述方案，所述透镜组件二包括透镜二与移动结构二，透镜二固定于移动结构二上，移动结构二可滑动的设于滑杆上。

根据上述方案，所述二维单透镜组件包括二维单透镜与二维单透镜移动结构，二维单透镜固定于二维单透镜移动结构上，二维单透镜移动结构固定于聚焦端上。

根据上述方案，所述二维单透镜移动结构包括支撑件，支撑件的一侧设有侧螺丝副，支撑件的另一侧设有弹簧一，支撑件上部设有上螺丝副，支撑件的下部设有弹簧二，二维单透镜固定于支撑件内，侧螺丝副、弹簧一、上螺丝副以及弹簧二分别与二维单透镜对应设置。

根据上述方案，所述光纤组件包括光纤与光纤固定结构，光纤固定于光纤固定结构上，光纤固定结构固定于底座的一端。

根据上述方案，所述底座上设有防尘结构，光纤组件与移动组件均设于防尘结构内。

根据上述方案，所述防尘结构的一端设有与光轴输出端对应设置的通孔一，防尘结构的另一端设有与光纤组件对应设置的通孔二。

本实用新型有益效果：

本实用新型采用这样的结构设置，其具有可变焦距的调节功能，同时能将飞秒激光光源输出的激光耦合到光纤中并且耦合效率能达到90％以上。

附图说明

图1是本实用新型可变焦距原理图；

图2是本实用新型结构图；

图3是本实用新型二维单透镜移动结构结构图。

1.底座；2.透镜一；3.透镜二；4.二维单透镜；5.移动结构一；6.移动结构二；7.二维单透镜移动结构；71.支撑件；72.上螺丝副；73.侧螺丝副；74.弹簧一；75.弹簧二；8.移动组件；9.防尘结构；10.光纤；11.光纤固定结构；12.滑杆；13.光轴输出端；14.聚焦端；

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型的技术方案进行说明。

如图1所示，是本实用新型可变焦距原理图，其中D为激光输出准直光斑直径大小，L1为透镜1与透镜2的间距，L2为透镜2与透镜3的间距，θ为聚焦角，P为聚焦距离。改变间距L1或者L2、或者两个间距都改变时，依据光在不同介质间传播的定理，可以得出最后的聚焦角θ和焦距距离P一定随之发生变化。从而实现可变焦距的功能。依据空间光束高效率耦合进光纤的条件：

1)聚焦角θ≤光纤的发散角；

2)当聚焦距离P处聚焦光斑直径小于或者等于光纤模场直径；

3)光轴与光纤的轴心同轴。

由于透镜存在像差，所以激光光束被聚焦后在聚焦距离P处一定会形成一个有一定直径的聚焦光斑，为了让激光光束的聚焦光斑直径更小，因此需要把透镜像差消除或者把像差影响变小，所以需要凹透镜与凸透镜组合。最后还需要一个透镜进行聚焦位置的微调，以满足空间耦合进光纤的条件。

为了使所有透镜能够在实际上应用，就必须需要到一定的机械结构来支撑透镜。

如图2和图3所示，本实用新型所述一种可变焦距的激光耦合结构，包括底座1，底座1的一端固定有光纤组件，底座1的另一端设有可移动的移动组件8，移动组件8的一端设有光轴输出端13，移动组件8的另一端设有聚焦端14，光轴输出端13与聚焦端14之间设有滑杆12，滑杆12上设有可滑动的透镜组件一和透镜组件二，聚焦端14上设有二维单透镜组件，光轴输出端13与透镜组件一对应设置，透镜组件一与透镜组件二对应设置，透镜组件二与二维单透镜组件对应设置，二维单透镜组件与光纤组件对应设置。以上所述构成本实用新型基本结构。

实际应用中，通过移动组件8可调节光轴输出端13、透镜组件一、透镜组件二、二维单透镜组件以及聚焦端14的位置，进而保证聚焦光斑落在光纤10端面上。其工作原理：当改变透镜间距L1、L2时，聚焦距离P的长度会发生变化，从而聚焦光斑相对光纤发生变化，而高耦合效率条件是聚焦光斑落在光纤端面，因此需要一个能让三个透镜保持相对静止同时还能相对底座移动的结构。

需要说明的是，该激光耦合结构可以不止是三个透镜组成，可以依据耦合需求变换成4个、5个、6个，甚至更多。且该激光耦合结构不单是凸透镜与凹透镜配合，也可以是柱面透镜、非求透镜、三菱镜等等透镜组合。

在本实施例中，所述透镜组件一包括透镜一2与移动结构一5，透镜一2固定于移动结构一5上，移动结构一5可滑动的设于滑杆12上。采用这样的结构设置，通过移动结构一5滑动于滑杆12上的位置来改变透镜组件一与透镜组件二之间的距离，从而实现可变焦距功能。

在本实施例中，所述透镜组件二包括透镜二3与移动结构二6，透镜二3固定于移动结构二6上，移动结构二6可滑动的设于滑杆12上。采用这样的结构设置，通过移动结构二6滑动于滑杆12上的位置来改变透镜组件二与透镜组件一之间的距离，同样，改变透镜组件二与二维单透镜组件之间的距离，从而实现可变焦距功能。

在本实施例中，所述二维单透镜组件包括二维单透镜4与二维单透镜移动结构7，二维单透镜4固定于二维单透镜移动结构7上，二维单透镜移动结构7固定于聚焦端14上。

在本实施例中，所述二维单透镜移动结构7包括支撑件71，支撑件71的一侧设有侧螺丝副73，支撑件71的另一侧设有弹簧一74，支撑件71上部设有上螺丝副72，支撑件71的下部设有弹簧二75，二维单透镜4固定于支撑件71内，侧螺丝副73、弹簧一74、上螺丝副72以及弹簧二75分别与二维单透镜4对应设置。采用这样的结构设置，其工作原理：通过旋转上螺丝副72与侧螺丝副73可以推动二维单透镜4偏离中心，由于弹簧一74与弹簧二75的弹力作用，使二维单透镜4始终抵触于上螺丝副72与侧螺丝副73。

需要说明的是，由于加工件都会有误差的存在，需要两个二维螺丝副(上螺丝副72与侧螺丝副73)来组成一个相对光束光轴垂直的平面，通过旋扭螺丝副使二维单透镜4在这个垂直光轴的平面上进行二维移动，从而使光束光轴移动，最终达到与光纤10轴心同轴。

在本实施例中，所述光纤组件包括光纤10与光纤固定结构11，光纤10固定于光纤固定结构11上，光纤固定结构11固定于底座1的一端。采用这样的结构设置，使光纤10相对底座1静止。

在本实施例中，所述底座1上设有防尘结构9，光纤组件与移动组件8均设于防尘结构9内。采用这样的结构设置，通过防尘结构9可起到防止环境的尘埃影响到光路和激光的质量。

在本实施例中，所述防尘结构9的一端设有与光轴输出端13对应设置的通孔一，防尘结构9的另一端设有与光纤组件对应设置的通孔二。采用这样的结构设置，便于光轴的通过以及光纤10的通过。

以上结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可变焦距的激光耦合结构，其特征在于：包括底座(1)，所述底座(1)的一端固定有光纤组件，所述底座(1)的另一端设有可移动的移动组件(8)，所述移动组件(8)的一端设有光轴输出端(13)，所述移动组件(8)的另一端设有聚焦端(14)，所述光轴输出端(13)与聚焦端(14)之间设有滑杆(12)，所述滑杆(12)上设有可滑动的透镜组件一和透镜组件二，所述聚焦端(14)上设有二维单透镜组件，所述光轴输出端(13)与透镜组件一对应设置，所述透镜组件一与透镜组件二对应设置，所述透镜组件二与二维单透镜组件对应设置，所述二维单透镜组件与光纤组件对应设置。

2.根据权利要求1所述的一种可变焦距的激光耦合结构，其特征在于：所述透镜组件一包括透镜一(2)与移动结构一(5)，所述透镜一(2)固定于移动结构一(5)上，所述移动结构一(5)可滑动的设于滑杆(12)上。

3.根据权利要求1所述的一种可变焦距的激光耦合结构，其特征在于：所述透镜组件二包括透镜二(3)与移动结构二(6)，所述透镜二(3)固定于移动结构二(6)上，所述移动结构二(6)可滑动的设于滑杆(12)上。

4.根据权利要求1所述的一种可变焦距的激光耦合结构，其特征在于：所述二维单透镜组件包括二维单透镜(4)与二维单透镜移动结构(7)，所述二维单透镜(4)固定于二维单透镜移动结构(7)上，所述二维单透镜移动结构(7)固定于聚焦端(14)上。

5.根据权利要求4所述的一种可变焦距的激光耦合结构，其特征在于：所述二维单透镜移动结构(7)包括支撑件(71)，所述支撑件(71)的一侧设有侧螺丝副(73)，所述支撑件(71)的另一侧设有弹簧一(74)，所述支撑件(71)上部设有上螺丝副(72)，所述支撑件(71)的下部设有弹簧二(75)，所述二维单透镜(4)固定于支撑件(71)内，所述侧螺丝副(73)、弹簧一(74)、上螺丝副(72)以及弹簧二(75)分别与二维单透镜(4)对应设置。

6.根据权利要求1所述的一种可变焦距的激光耦合结构，其特征在于：所述光纤组件包括光纤(10)与光纤固定结构(11)，所述光纤(10)固定于光纤固定结构(11)上，所述光纤固定结构(11)固定于底座(1)的一端。

7.根据权利要求1所述的一种可变焦距的激光耦合结构，其特征在于：所述底座(1)上设有防尘结构(9)，所述光纤组件与移动组件(8)均设于防尘结构(9)内。

8.根据权利要求7所述的一种可变焦距的激光耦合结构，其特征在于：所述防尘结构(9)的一端设有与光轴输出端(13)对应设置的通孔一，所述防尘结构(9)的另一端设有与光纤组件对应设置的通孔二。

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