專利名稱：光纖激光器光纖耦合裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及激光器領域，尤其涉及一種光纖激光器光纖耦合裝置。
背景技術：
光纖激光器作為第三代激光技術的代表，得到越來越廣泛的應用。光纖耦合裝置是光纖激光器中的重要組成部分，它直接影響耦合效率以至于影響激光器的功率指標。傳統的光纖耦合器件一般是一個光學調整架，可以實現五維調整光纖，但它的缺點是調整架上有諸如彈簧等彈性元件，不能長期保持光纖位置穩定性，而且該結構不易于對光纖制冷
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種光纖激光器光纖耦合裝置，通過機械硬聯接的方式代替部分或全部的彈性元件，減少對諸如彈簧等彈性元件的使用，易于長期保持光纖位置穩定性。根據本發明一個方面，提供一種光纖激光器光纖耦合裝置，包括光纖支架組件，用于承載待耦合光纖；聚焦鏡筒組件，用于承載聚焦鏡以將激光耦合入待耦合光纖；以及底板組件，具有平坦表面，用于承載所述光纖支架組件和聚焦鏡筒組件；以所述待耦合光纖的延伸方向為第一方向，以在所述底板組件的平坦表面內與第一方向垂直的方向為第二方向，以垂直于所述平坦表面的方向為第三方向；其中，所述光纖支架組件包括光纖支架底座，光纖支架橫向移動板，由光纖支架底座支承，并適于通過橫向調節螺釘調節沿第二方向的移動；光纖支架縱向移動板，接附于光纖支架橫向移動板上，并適于通過縱向調節螺釘調節沿第三方向的移動；光纖支架角度調節板，與光纖支架縱向移動板為球面配合，通過設置于其上的角度調節螺釘，可以小角度繞所述第二方向和第三方向旋轉；和光纖固定座，固定在光纖支架角度調節板上，待耦合光纖固定在光纖固定座上；其中通過調節縱向調節螺釘、橫向調節螺釘和角度調節螺釘實現光纖端面沿第二方向、第三方向的平移和繞第二方向軸、繞第三方向軸的旋轉，從而調節光纖端面相對于焦點的位置。可選的，所述光纖激光器光纖耦合裝置還包括球面墊圈，位于所述角度調節螺釘與光纖支架縱向移動板之間，所述球面墊圈與所述光纖支架縱向移動板相配合的底面加工成球形凸面，所述光纖支架縱向移動板的相應表面加工出球形凹面。
可選的，所述光纖激光器光纖耦合裝置還包括光纖水冷塊，其固定在光纖固定座上；和光纖水冷塊水嘴和光纖水冷塊螺塞；其中，通過光纖水冷塊內部水道、光纖水冷塊水嘴和光纖水冷塊螺塞可以引入循環水實現對光纖制冷。可選的，縱向調節螺釘組裝在光纖支架橫向移動板的限位槽內，然后與光纖支架縱向移動板聯接。可選的，所述光纖激光器光纖耦合裝置還包括橫向調節螺釘限位塊； 其中，橫向調節螺釘與橫向調節螺釘限位塊組裝在一起，橫向調節螺釘與光纖支架橫向移動板聯接。可選的，光纖支架底座、光纖支架橫向移動板、光纖支架縱向移動板、光纖支架角度調節板、光纖固定座的材料為金屬材料。可選的，聚焦鏡筒組件包括聚焦鏡筒座，固定在底板組件上；聚焦鏡筒、聚焦鏡筒導向銷；聚焦鏡筒可在聚焦鏡筒座的內孔內前后滑動，聚焦鏡筒與聚焦鏡筒導向銷為間隙配合；和聚焦鏡后端鎖緊螺母、聚焦鏡前端鎖緊螺母；其中，聚焦鏡筒、聚焦鏡后端鎖緊螺母、聚焦鏡前端鎖緊螺母、聚焦鏡導向銷與聚焦鏡筒座組裝在一起，通過旋轉聚焦鏡前端鎖緊螺母和聚焦鏡后端鎖緊螺母，實現聚焦鏡筒沿第一方向軸移動。可選的，所述光纖激光器光纖耦合裝置還包括聚焦鏡筒座水嘴，固定在聚焦鏡筒座上；其中，聚焦鏡筒座上加工出水路，通過聚焦鏡筒座水嘴引入循環水實現對聚焦鏡筒座的冷卻。可選的，所述光纖激光器光纖耦合裝置還包括聚焦鏡壓圈、聚焦鏡墊圈；其中，聚焦鏡筒與聚焦鏡墊圈、聚焦鏡壓圈組裝在一起實現對聚焦鏡的固定，通過聚焦鏡墊圈和聚焦鏡壓圈將聚焦鏡固定在聚焦鏡筒里。可選的，光纖支架角度調節板與光纖支架縱向移動板為球面配合，角度調節螺釘為“兩拉兩頂”共四個螺釘，通過操作四個螺釘，可以實現繞如前所述第二方向和第三方向的旋轉。可選的，所述角度調節螺釘為多個，其中部分對光纖支架角度調節板施加拉力，部分對光纖支架角度調節板施加推力。根據本發明另ー個方面，提供ー種光纖耦合裝置，包括底板、光纖支架底座、光纖支架橫向移動板、角度調節螺釘、球面墊圈、光纖支架縱向移動板、光纖支架角度調節板、縱向調節螺釘、光纖固定座、光纖水冷塊、光纖水冷塊水嘴、聚焦鏡筒后端鎖緊螺母、聚焦鏡筒、聚焦鏡筒導向銷、聚焦鏡筒座、聚焦鏡筒前端鎖緊螺母、聚焦鏡、聚焦鏡壓圈、聚焦鏡墊圏、聚焦鏡筒座水嘴、橫向調節螺釘、橫向調節螺釘限位塊、導向棒、光纖水冷塊螺塞。光纖支架橫向移動板與光纖支架底座U形結構配合,光纖支架縱向移動板與光纖支架橫向移動板U形結構配合、光纖支架角度調節板與光纖支架縱向移動板通過球形表面相配合，聚焦鏡筒外圓與聚焦鏡筒座內孔相配合，通過調節縱向調節螺釘、橫向調節螺釘、角度調節螺釘以及聚焦鏡筒前端鎖緊螺母和聚焦鏡筒后端鎖緊螺母，可以實現調節被夾持光纖端面與聚焦鏡焦點的相對位置，從而實現光纖耦合調節。本發明的耦合裝置結構緊湊、操作方便、穩定可靠。
圖I是耦合裝置的裝配圖(其中，下圖為耦合裝置的俯視圖，上圖為下圖沿光纖直徑剖切的剖視圖)；圖2a是耦合裝置立體結構分解圖(從光纖端面前面看);圖2b是耦合裝置立體結構分解圖(從光纖端面后面看);圖2c是光纖支架組件立體結構分解圖； 圖3是角度調節結構示意圖；圖4是縱向移動(沿Z軸)調節結構示意圖；圖5是橫向移動(沿Y軸)調節結構示意圖；圖6是光纖水冷塊結構示意圖。圖7是圖5中橫向調節螺釘22與橫向調節螺釘限位塊23位置示意圖。附圖標記說明I-底板2-光纖支架底座3-光纖支架橫向移動板4-被夾持光纖5-角度調節螺釘6-球面墊圈7-光纖支架縱向移動板8-光纖支架角度調節板9-縱向調節螺釘10-光纖固定座11-光纖水冷塊12-光纖水冷塊水嘴13-聚焦鏡筒后端鎖緊螺母14-聚焦鏡筒15-聚焦鏡筒導向銷16-聚焦鏡筒座17-聚焦鏡筒前端鎖緊螺母18-聚焦鏡19-聚焦鏡壓圈20-聚焦鏡墊圈
21-聚焦鏡筒座水嘴22-橫向調節螺釘23-橫向調節螺釘限位塊24-導向棒25-光纖水冷塊螺塞
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。 發明人經研究發現，在裝置中通過機械硬聯接的方式代替彈性元件，可以保證光纖端面與焦點的相互位置，確保光纖端面與焦點的位置穩定性。根據本發明一個實施例，提供一種光纖激光器光纖耦合裝置，包括底板組件，光纖支架組件以及聚焦鏡筒組件。參考圖I和圖2 (包括圖2a和圖2b)，光纖支架組件包括光纖支架底座2，其為一“U”形結構件，用來支撐光纖支架橫向移動板3，同時光纖支架橫向移動板3可以在U形槽內橫向移動；光纖支架橫向移動板3 (同時參考圖4)、光纖支架縱向移動板7和導向棒24,光纖支架橫向移動板3為一 “U”形結構件，U形內側沿Z軸方向加工出“V”形槽，導向棒24裝配到V槽內，使光纖支架縱向移動板7沿Z軸運動；光纖支架角度調節板8和角度調節螺釘5，光纖支架角度調節板8固定在光纖支架縱向移動板7上，它們之間的配合面為球面，通過調節角度調節螺釘5，實現光纖支架角度調節板8的角度調節；光纖固定座10，光纖固定座10固定在光纖支架角度調節板8上，被夾持光纖4固定在光纖固定座10上；光纖水冷塊11，其固定在光纖固定座10上；球面墊圈6 (同時參考圖3),球面墊圈6可以采用金屬材料加工而成,球面墊圈6的一個底面加工成球形凸面，與之配合的所述光纖支架縱向移動板7的表面加工出球形凹面，通過角度調節螺釘5與光纖支架縱向移動板7組合；縱向調節螺釘9 (同時參考圖4)、橫向調節螺釘22、橫向調節螺釘限位塊；通過調節縱向調節螺釘9、橫向調節螺釘22、角度調節螺釘5可以實現光纖端面沿Y方向、Z方向的平移和繞Y軸、繞Z軸的旋轉，從而調節光纖端面相對于焦點的位置；光纖水冷塊水嘴12和光纖水冷塊螺塞25，通過光纖水冷塊11內部“U”形水道、光纖水冷塊水嘴12和光纖水冷塊螺塞25可以引入循環水實現對光纖制冷。其中，光纖支架底座2、光纖支架橫向移動板3、光纖支架縱向移動板7、光纖支架角度調節板8、光纖固定座10、光纖水冷塊11可以米用金屬材料加工而成。光纖支架底座2加工出與光纖支架橫向移動板3厚度等值的凹槽，光纖支架橫向移動板3加工出與光纖支架縱向移動板7寬度等值的凹槽，光纖水冷塊11內部加工出“U”形水道，外部迎光面加工成錐形凸面。
下面結合圖3-圖6，進ー步描述光纖支架組件內的ー些元件。光纖支架角度調節板8、光纖固定座10、光纖水冷塊11通過螺釘組合到一起，然后通過角度調節螺釘組5固定在光纖支架縱向移動板7上；光纖支架角度調節板8與光纖支架縱向移動板7為球面配合，其中光纖支架角度調節板8加工出球形凸面，光纖支架縱向移動板7加工出球形凹面；通過“兩拉兩頂”結構把光纖支架角度調節板8固定在光纖支架縱向移動板7上；如圖3所示，角度調節螺釘組5中5-1、5-2為“兩拉”螺釘，其作用是“拉動”光纖支架角度調節板8靠近光纖支架縱向移動板7，5-3,5-4為“兩頂”螺釘，其作用是“推動”光纖支架角度調節板8遠離光纖支架縱向移動板7 ;“兩拉兩頂”螺釘共同作用下，光纖支架角度調節板8球形凸面可在光纖支架縱向移動板7球形凹面中轉動，實現角度調節。此角度調節結構中沒有彈簧等弾性元件，角度調節穩定可靠。如圖4所示，縱向調節螺釘9組裝在光纖支架橫向移動板3的限位槽內，然后與光
纖支架縱向移動板7聯接，旋轉縱向調節螺釘9吋，因為縱向調節螺釘9被限位，因此可拉動光纖支架縱向移動板7沿光纖支架橫向移動板的凹槽上下移動。此調節方式沒有弾性元件，移動穩定可靠。如圖5所示，橫向調節螺釘22與橫向調節螺釘限位塊23組裝在一起(橫向調節螺釘22組裝在橫向調節螺釘限位塊23里面，橫向調節螺釘限位塊23限制橫向調節螺釘22的移動，可以進ー步參考附圖7)，橫向調節螺釘22與光纖支架橫向移動板3聯接，旋轉橫向調節螺釘22，可以拉動光纖支架橫向移動板3相對光纖支架底座2橫向移動。此調節方式沒有弾性元件，移動穩定可靠。如圖6所示，光纖水冷塊11內部加工出“U”形水路，通過加入冷卻水實現對光纖的制冷要求。光纖水冷塊水嘴12、光纖水冷塊螺塞25是實現水循環的一種結構形式。繼續參考圖I和圖2，聚焦鏡筒組件包括聚焦鏡后端鎖緊螺母13、聚焦鏡筒14、聚焦鏡導向銷15、聚焦鏡筒座16、聚焦鏡前端鎖緊螺母17、聚焦鏡壓圈19、聚焦鏡墊圈20。其中，聚焦鏡筒14與聚焦鏡墊圈20、聚焦鏡壓圈19組裝在一起實現對聚焦鏡18的固定。通過聚焦鏡墊圈19和聚焦鏡壓圈20將聚焦鏡18固定在聚焦鏡筒14里。聚焦鏡筒14的外圓直徑與聚焦鏡筒座16的內孔直徑相等，公差配合為間隙配合，聚焦鏡筒14可在聚焦鏡筒座16的內孔內前后滑動，聚焦鏡筒14的兩端面外圓加工出與聚焦鏡筒前端鎖緊螺母17和聚焦鏡筒后端鎖緊螺母13螺紋參數一致的外螺紋，聚焦鏡筒14中心外圓周面沿聚焦鏡筒軸線方向加工出與聚焦鏡筒導向銷15直徑相等的直槽，直槽與聚焦鏡筒導向銷15為間隙配合。聚焦鏡筒14、聚焦鏡后端鎖緊螺母13、聚焦鏡前端鎖緊螺母17、聚焦鏡導向銷15與聚焦鏡筒座16組裝在一起，通過旋轉聚焦鏡前端鎖緊螺母17和聚焦鏡后端鎖緊螺母13，實現聚焦鏡筒14沿X軸方向(圖I)移動，從而實現調節焦點相對于光纖端面的遠近距離。聚焦鏡筒座16上加工出水路，通過聚焦鏡筒座水嘴21引入循環水實現對聚焦鏡筒座的冷卻，實現對聚焦鏡筒14的冷卻，進而實現對聚焦鏡18制冷。其中，聚焦鏡筒14、聚焦鏡筒導向銷15、聚焦鏡筒座16、聚焦鏡筒前端鎖緊螺母17、聚焦鏡筒后端鎖緊螺母13可以采用金屬材料加工而成。繼續參考圖I和圖2，底板組件包括
底板1，底板I是具有一定厚度的金屬平板，用于承載光纖支架底座2和聚焦鏡筒座16，使它們成為一個整體單元。所述底板的功能是支撐光纖支架底座和聚焦鏡筒座；所述光纖支架底座、光纖支架橫向移動板、光纖支架縱向移動板、球面墊圈、光纖支架角度調節板、光纖固定座、光纖水冷塊組裝在一起，實現被夾持光纖沿Y方向、Z方向的平移和繞Y軸、繞Z軸的旋轉；所述聚焦鏡筒后端鎖緊螺母、聚焦鏡筒、聚焦鏡筒導向銷、聚焦鏡筒座、聚焦鏡筒前端鎖緊螺母、聚焦鏡、聚焦鏡墊圈、聚焦鏡壓圈組裝在一起實現聚焦鏡焦點沿X方向的平移；整個裝置實現了光纖端面與焦點相互位置的調節，實現了光纖耦合功能。上述實施例中，光纖支架底座2、光纖支架橫向移動板3、光纖支架縱向移動板7、光纖支架角度調節板8、光纖固定座10、光纖水冷塊11等部件采用金屬材料加工而成是為了更好的導熱，在本發明其他實施例中也可以采用其他材料。本發明的特點是耦合裝置中沒有彈性元件，是通過機械硬聯接的方式保證光纖端面與焦點的相互位置，所以本裝置可很好的確保光纖端面與焦點的位置穩定性。 應該注意到并理解，在不脫離后附的權利要求所要求的本發明的精神和范圍的情況下，能夠對上述詳細描述的本發明做出各種修改和改進。因此，要求保護的技術方案的范圍不受所給出的任何特定示范教導的限制。
權利要求
1.一種光纖激光器光纖耦合裝置，包括 光纖支架組件，用于承載待耦合光纖； 聚焦鏡筒組件，用于承載聚焦鏡以將激光耦合入待耦合光纖；以及 底板組件，具有平坦表面，用于承載所述光纖支架組件和聚焦鏡筒組件； 以所述待耦合光纖的延伸方向為第一方向，以在所述底板組件的平坦表面內與第一方向垂直的方向為第二方向，以垂直于所述平坦表面的方向為第三方向； 其中，所述光纖支架組件包括 光纖支架底座， 光纖支架橫向移動板，由光纖支架底座支承，并適于通過橫向調節螺釘調節沿第二方向的移動； 光纖支架縱向移動板，接附于光纖支架橫向移動板上，并適于通過縱向調節螺釘調節沿第三方向的移動； 光纖支架角度調節板，與光纖支架縱向移動板為球面配合，通過設置于其上的角度調節螺釘，可以小角度繞所述第二方向和第三方向旋轉；和 光纖固定座，固定在光纖支架角度調節板上，待耦合光纖固定在光纖固定座上； 其中通過調節縱向調節螺釘、橫向調節螺釘和角度調節螺釘實現光纖端面沿第二方向、第三方向的平移和繞第二方向軸、繞第三方向軸的旋轉，從而調節光纖端面相對于焦點的位置。
2.根據權利要求I所述光纖激光器光纖耦合裝置，還包括 球面墊圈，位于所述角度調節螺釘與光纖支架縱向移動板之間，所述球面墊圈與所述光纖支架縱向移動板相配合的底面加工成球形凸面，所述光纖支架縱向移動板的相應表面加工出球形凹面。
3.根據權利要求I所述光纖激光器光纖耦合裝置，還包括 光纖水冷塊，其固定在光纖固定座上；和 光纖水冷塊水嘴和光纖水冷塊螺塞； 其中，通過光纖水冷塊內部水道、光纖水冷塊水嘴和光纖水冷塊螺塞可以弓I入循環水實現對光纖制冷。
4.根據權利要求I所述光纖激光器光纖耦合裝置，其中，縱向調節螺釘組裝在光纖支架橫向移動板的限位槽內，然后與光纖支架縱向移動板聯接。
5.根據權利要求I所述光纖激光器光纖耦合裝置，還包括橫向調節螺釘限位塊； 其中，橫向調節螺釘與橫向調節螺釘限位塊組裝在一起，橫向調節螺釘與光纖支架橫向移動板聯接。
6.根據權利要求I所述光纖激光器光纖耦合裝置，其中， 光纖支架底座、光纖支架橫向移動板、光纖支架縱向移動板、光纖支架角度調節板、光纖固定座的材料為金屬材料。
7.根據權利要求I所述光纖激光器光纖耦合裝置，其中，聚焦鏡筒組件包括 聚焦鏡筒座，固定在底板組件上； 聚焦鏡筒、聚焦鏡筒導向銷；聚焦鏡筒可在聚焦鏡筒座的內孔內前后滑動，聚焦鏡筒與聚焦鏡筒導向銷為間隙配合；和聚焦鏡后端鎖緊螺母、聚焦鏡前端鎖緊螺母； 其中，聚焦鏡筒、聚焦鏡后端鎖緊螺母、聚焦鏡前端鎖緊螺母、聚焦鏡導向銷與聚焦鏡筒座組裝在一起，通過旋轉聚焦鏡前端鎖緊螺母和聚焦鏡后端鎖緊螺母，實現聚焦鏡筒沿第一方向軸移動。
8.根據權利要求7所述光纖激光器光纖耦合裝置，還包括 聚焦鏡筒座水嘴，固定在聚焦鏡筒座上； 其中，聚焦鏡筒座上加工出水路，通過聚焦鏡筒座水嘴引入循環水實現對聚焦鏡筒座的冷卻。
9.根據權利要求7所述光纖激光器光纖耦合裝置，還包括 聚焦鏡壓圈、聚焦鏡墊圈； 其中，聚焦鏡筒與聚焦鏡墊圈、聚焦鏡壓圈組裝在一起實現對聚焦鏡的固定，通過聚焦鏡墊圈和聚焦鏡壓圈將聚焦鏡固定在聚焦鏡筒里。
10.根據權利要求I所述光纖激光器光纖耦合裝置，其中，所述角度調節螺釘為多個，其中部分對光纖支架角度調節板施加拉力，部分對光纖支架角度調節板施加推力。
全文摘要
本發明提供光纖耦合裝置，包括底板、光纖支架底座、光纖支架橫向移動板、角度調節螺釘、球面墊圈、光纖支架縱向移動板、光纖支架角度調節板、縱向調節螺釘、光纖固定座、光纖水冷塊、光纖水冷塊水嘴、聚焦鏡筒后端鎖緊螺母、聚焦鏡筒、聚焦鏡筒導向銷、聚焦鏡筒座、聚焦鏡筒前端鎖緊螺母、聚焦鏡、聚焦鏡壓圈、聚焦鏡墊圈、聚焦鏡筒座水嘴、橫向調節螺釘、橫向調節螺釘限位塊、導向棒、光纖水冷塊螺塞。光纖支架橫向移動板與光纖支架底座U形結構配合，光纖支架縱向移動板與光纖支架橫向移動板U形結構配合、光纖支架角度調節板與光纖支架縱向移動板通過球形表面相配合，聚焦鏡筒外圓與聚焦鏡筒座內孔相配合。結構緊湊、操作方便、穩定可靠。
文檔編號G02B6/42GK102798944SQ201210265469
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月27日 優先權日2012年7月27日
發明者樊仲維, 王鵬, 石朝輝, 王培峰, 閆曉超 申請人:北京國科世紀激光技術有限公司