[发明专利]工业级操作光纤的更换方法

说明书

本发明公开了一种工业级操作光纤的更换方法，包括选择需要更换的操作光纤、需要使用的操作光纤与光闸连接，使用五棱镜辅助调整光闸，根据实时监测结构中观察到的干涉条纹图样调整光闸准直镜并进行光路安全监控。本发明能够便捷地将一台光纤激光器的单根输出光纤更换为多根操作光纤，能够实现3万瓦级激光功率的分通道输出，可以快速装调系统元器件并保证系统使用安全。

技术领域

本发明属于高功率激光设备领域，特别是工业级操作光纤的更换方法。

背景技术

激光制造已经广泛应用于材料切割、焊接、熔覆等领域中，成为现代化工业加工方式的重要选择。光纤激光器作为激光制造的光源之一，相比其他类型的激光器，在输出功率、光束质量、加工速度、转换效率等方面具有突出的优势。在激光制造中，被机器人手臂控制并且与加工材料实时作用的光纤叫做操作光纤，如光纤激光器输出光纤。然而在材料加工的过程中，材料飞溅、灰尘、回光等因素会对操作光纤带来安全隐患，容易损坏操作光纤，这对于光纤激光器而言是十分致命的。一旦光纤激光器的输出光纤损坏，必须返厂进行维修，漫长的维修周期无疑会大大影响用户的工作，带来不可忽略的经济损失。因此，如何保护光纤激光器的输出光纤，降低其在材料加工过程中损伤的概率显得至关重要。

随着激光制造的不断发展，用户需要根据不同的加工类型、加工材料参数、加工工艺等因素选择不同类型的操作光纤。这些操作光纤的主要区别在于纤芯芯径的不同，其芯径尺寸包括但不限于100微米、200微米、400微米、600微米等。然而，一台光纤激光器只拥有一根输出光纤，无法满足用户对不同操作光纤芯径的要求。用户只能购置多台光纤激光器，这无疑加大了用户的设备投入成本，同时也占据了大量的空间。因此，如何使一台光纤激光器实现“一机多用”的功能，成为了现代化激光制造中的关键点。

现有的技术采用光纤分束器或空间耦合系统对激光能量进行控制与分配，从而实现操作光纤的更换。光纤分束器常用于低功率激光中，无法满足高功率激光的使用需求，并且需要将其与光纤激光器的输出光纤进行熔接，会破坏光纤激光器的整体结构。采用空间耦合系统可以有效承载高功率激光，但是空间耦合系统对于光学元件的装调、耦合偏差要求严格，需要精准确定系统内各元器件的空间位置，保证输入激光能够精确地耦合进操作光纤的纤芯中。这就需要一个便捷的方法来实现对空间耦合系统的辅助装调，保证光路调节的稳定性和易操作性，降低光路调节过程中的误差。

此外，空间耦合系统所需承载的激光功率高达上万瓦，其在高功率激光下工作时，既要保证激光的传输耦合效率（效率大于95%），又要考虑工作系统的稳定安全。然而，在连续长时间的工作状态下，耦合系统中的光学元件会存在一系列的安全隐患。这主要源于两个方面，其一，光学元件会吸收部分激光能量而温度升高，出现受热膨胀的情况，导致光轴发生偏移，一旦偏移量达到数十微米，大量激光无法耦合进操作光纤的纤芯中传输，泄漏的激光功率可能高达上千瓦，极易烧毁操作光纤。其二，在使用的过程中，环境温度、湿度、振动等因素会影响系统的稳定性，一旦系统元件发生变化，光路就会出现较大偏移误差，从而降低系统耦合效率，导致大量激光外泄。总之，光路变化会给带来巨大的安全隐患。所以，在操作光纤使用的过程中还需要实时监测光路的变化，避免光轴偏移引起的激光功率外泄。

发明内容

本发明的目的在于提供工业级操作光纤的更换方法，能够便捷地将光纤激光器的输出光纤更换为多根操作光纤，解决光纤激光器单根光纤输出的局限性，并对系统进行安全监控，避免系统因受外界因素影响而引起激光器件毁伤的风险。

实现本发明目的的技术解决方案为：工业级操作光纤的更换方法，包括以下步骤：

步骤1、利用光闸替换加工头上需要更换的操作光纤，所述光闸包括输入卡口1、准直镜2、实时监测结构6和至少两个光闸输出通道；每个光闸输出通道包括反射镜3、聚焦镜4和输出卡口5，其中共第一光轴依次设置输入卡口1、准直镜2、反射镜3和实时监测结构6，反射镜3的工作面与第一光轴呈45°夹角，沿反射镜3折转后的第二光轴方向依次设置聚焦镜4和输出卡口5；转入步骤2。