[发明专利]一种光束耦合装置及其耦合方法

说明书

本发明涉及激光应用技术领域，公开了一种光束耦合装置及其耦合方法，该光束耦合装置包括同轴布置的固定套筒、光纤接口、镜筒及耦合镜片，光纤接口安装于固定套筒的第一端，镜筒可调节式地安装于固定套筒内；还包括水冷结构和/或弹性预紧结构；水冷结构设置在镜筒的侧壁上；镜筒远离光纤接口的一端通过弹性预紧结构连接固定套筒的第二端；本发明不仅通过水冷结构消除了耦合镜片因过热形变而对光束耦合的影响，还通过弹性预紧结构大幅度减小了装置的装配误差，并基于光敏元件对光束耦合状态的实时监控，确保了光束耦合的可靠性，有效防止了在大功率激光连续输出时因聚焦光斑的位置偏差而对传输光纤造成损伤。

技术领域

本发明涉及激光应用技术领域，特别是涉及一种光束耦合装置及其耦合方法。

背景技术

在多光路传输系统中，准直光束经过光束耦合装置的耦合，在进入至不同传输光纤后，到达加工位置，以此实现空间传输的激光耦合在光纤中传输。相比于直接输出激光器而言，光束耦合装置通过一根柔性集成的光纤传输能量，更易于操作与应用。

光束耦合装置对激光光束的耦合原理是将准直光束聚焦在传输光纤端面的纤芯范围内，从而光束耦合装置在结构上主要包括同轴布置的固定套筒、光纤接口、镜筒及耦合镜片，其中，光纤接口安装于固定套筒的一端，耦合镜片安装于镜筒内，而镜筒可调节式地安装于固定套筒内。

当前，市场上的光束耦合装置通常为自然冷却结构，在低功率传输系统中，激光功率密度较低，由于加工和装配误差导致的聚焦光斑位置偏差并不会损伤传输光纤，而在高功率系统中，除了加工和装配误差之外，随着大功率激光的连续输出，耦合镜片会随之产生较大的温升，耦合镜片因吸收过多热量而引起的变形也会导致聚焦光斑位置偏差，如此大大影响到光束耦合的可靠性，并会造成光纤损伤。

发明内容

本发明实施例提供一种光束耦合装置，用于至少解决现有的光束耦合装置存在的装配误差或耦合镜片因过热而引起的形变均会对光束耦合的可靠性造成影响的问题。

本发明实施例还提供了一种基于光束耦合装置的耦合方法。

为了解决上述技术问题，本发明实施例一方面提供了一种光束耦合装置，包括同轴布置的固定套筒、光纤接口、镜筒及耦合镜片，所述光纤接口安装于所述固定套筒的第一端，所述镜筒可调节式地安装于所述固定套筒内；还包括：水冷结构和/或弹性预紧结构；所述水冷结构设置在所述镜筒的侧壁上；所述镜筒远离所述光纤接口的一端通过所述弹性预紧结构连接所述固定套筒的第二端。

其中，所述镜筒包括远离所述光纤接口的第一镜筒段，所述水冷结构包括开设在所述第一镜筒段外侧壁上的冷却流道，所述第一镜筒段内安装所述耦合镜片，所述第一镜筒段的外侧壁上套装有用于密封所述冷却流道的冷却套筒，所述冷却套筒的外侧壁与所述固定套筒的内侧壁滑动连接；所述弹性预紧结构包括预紧弹簧，所述冷却套筒与所述第一镜筒段远离所述光纤接口的一端共同抵接所述预紧弹簧的一端，所述预紧弹簧的另一端抵接所述固定套筒的第二端。

其中，所述固定套筒内还装有光敏元件，所述光敏元件靠近所述光纤接口的朝向所述镜筒的一端。

其中，所述固定套筒的中部转动转有与其同轴布置的旋转构件，所述镜筒包括靠近所述光纤接口的第二镜筒段，所述旋转构件与所述第二镜筒段的外侧壁螺纹连接。

其中，所述冷却套筒与所述第一镜筒段远离所述光纤接口的一端开设有环形卡槽，所述环形卡槽沿着所述镜筒的轴向布置，所述预紧弹簧的一端伸入至所述环形卡槽内，另一端与环形调节构件相抵接，所述环形调节构件与所述固定套筒的第二端螺纹连接。

其中，所述固定套筒包括同轴连接的第一固定套筒与第二固定套筒；所述旋转构件包括调节螺圈，所述调节螺圈转动安装在所述第一固定套筒与所述第二固定套筒之间，所述调节螺圈与所述第二镜筒段的外侧壁螺纹连接；所述第一固定套筒内安装所述光纤接口，所述第二固定套筒的内侧壁与所述冷却套筒的外侧壁滑动连接。