[发明专利]一种水射流与光纤激光直接耦合装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种水射流与光纤激光直接耦合装置。

【背景技术】

传统激光一般以热熔的方式进行材料加工，在半导体领域，多种芯片对热量较为敏感，热量堆积会影响芯片的性能。用激光光束导引水射流对材料加工很好的解决了这一问题。水束既可以起到冷却的作用，又可以冲走激光加工生产的熔渣，使芯片加工质量有了很大提高。激光束与水射流耦合装置为该方式的关键部分，耦合装置不仅要产生压力、流速均匀的微细圆直水射流，同时利用光在水和空气两相介质发生全反射的原理，把激光光束耦合到水射流，由水射流导引激光至材料加工表面，进行加工。

2008年,哈尔滨工业大学李灵博士等在《水导激光微细加工中激光与水束光纤耦合技术》一文中介绍了耦合系统。这个系统的复杂和脆弱是显而易见的。

采用凸透镜通过光窗耦合是目前的水引导激光耦合的主流技术，基本要求是会聚激光束焦点必须位于水束光纤入口端面的中心位置。激光束经过空气层、玻璃层、水层后进入到水束光纤的开始端，与激光束在单一空气介质中聚焦相比，焦点Z向位置会发生下移改变，因此必须对透镜与窗口相对位置进行精密微调才能够将激光全部耦合进水束中，一般要求控制精度在±1mm。

【发明内容】

本发明目的是克服了现有技术中的不足而提供一种结构简单，能有效地缩短激光在水中传导的距离，减少能量的损失且安全可靠的水射流与光纤激光直接耦合装置。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下列技术方案：

一种水射流与光纤激光直接耦合装置，包括有壳体，其特征在于：在所述的壳体内设有水腔，在所述的壳体内设有金属包层光纤，所述的金属包层光纤一端伸入所述的水腔内，在所述的壳体内设有与所述水腔连通的高压水管，在所述壳体1与所述金属包层光纤相对的位置上设有出水口，在所述的出水口上设有喷嘴。

如上所述的一种水射流与光纤激光直接耦合装置，其特征在于所述的水腔为一高压水腔，所述的金属包层光纤一端设置在所述高压水腔的一端，所述的出水口设置在高压水腔另一端，所述的高压水管与高压水腔联通。

如上所述的一种水射流与光纤激光直接耦合装置，其特征在于所述的壳体包括有内壳，所述的水腔设置在所述的内壳内，在所述的内壳上设有一连接槽，所述的金属包层光纤包括有纤芯，在所述的纤芯外包覆有金属外包层，所述的金属外包层设置在所述的连接槽内，在所述的内壳上有外壳固定。

如上所述的一种水射流与光纤激光直接耦合装置，其特征在于在所述的喷嘴设有螺帽，所述的喷嘴可以通过松开螺帽进行拆卸更换。

如上所述的一种水射流与光纤激光直接耦合装置，其特征在于所述的纤芯为熔点1100℃以上，折射率为1.5-1.9的玻璃。

如上所述的一种水射流与光纤激光直接耦合装置，其特征在于所述的金属或合金层由熔点1100℃以下，折射率小于1.5的金属或合金制成。

本发明与现有技术相比有如下优点：

本发明结构简单，采用金属包层光纤与高压水腔直接连接，可以使激光从光纤直接过渡到水射流，克服了光窗透镜耦合系统的复杂、不稳定的问题，增加系统的可靠性。

采用金属包层光纤与高压水腔直接连接，可以使激光从光纤直接过渡到水射流。在水导引激光加工中，水会吸收激光的部分能量。水对激光能量吸收的多少与激光的波长和激光在水中传导的距离有关。本发明能最大限度地缩短激光在水中传导的距离，减少能量的损失。

【附图说明】

图1为本发明的示意图；

图2为本发明的剖面示意图；

图3为本发明另一种实施方式的示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明进行详细描述：

如图1-3所示，一种水射流与光纤激光直接耦合装置，包括有壳体1，在所述的壳体1内设有水腔2，在所述的壳体1内设有金属包层光纤3，所述的金属包层光纤3一端伸入所述的水腔2内，在所述的壳体1内设有与所述水腔2连通的高压水管4，在所述壳体1与所述金属包层光纤3相对的位置上设有出水口5，在所述的出水口5上设有喷嘴6，所述喷嘴6外面有螺帽7。所述的喷嘴6可以通过松开螺帽7进行拆卸更换。

本发明的一个实施例，所述的水腔2为一圆锥形水腔。

本实施例中，所述的金属包层光纤3一端设置在所述圆锥形水腔较大开口一端，所述的出水口5设置在圆锥形水腔较小开口一端，所述的高压水管4设置在所述圆锥形水腔较大开口一端。