[发明专利]光纤耦合器

说明书

本发明涉及一种用于将激光光纤固定在激光加工头上的光纤耦合器，其包括：壳体，所述壳体具有布置在壳体的端侧上的用于将激光从光纤耦合器射出的出射开口以及至少部分地围绕出射开口的法兰，所述法兰具有用于将光纤耦合器固定在激光加工头上的接触面；和激光光纤，所述激光光纤具有光纤端部，其中，光纤端部在壳体的与出射开口对置的区域中固定在壳体中，以使得从光纤端部射出的激光被引导通过出射开口。

技术领域

本发明涉及一种用于将激光光纤固定在激光加工头上的光纤耦合器。

背景技术

在用于借助于激光束加工工件的激光加工系统中，从激光光纤的一个端部射出的激光束借助于射束导向和聚焦光学器件聚焦或聚束到待加工的工件上，以便将工件局部地加热到熔化温度。加工可以特别是包括激光焊接或激光切割。激光加工系统包括激光加工头、特别是激光焊接头或激光切割头。为了将激光从激光源引导到激光加工头中通常使用光纤，所述光纤也称为光缆、光导纤维体或简称光导体，光传导在所述光纤中通过全反射进行。

光纤和激光加工头之间的接口对于特别是在从1kW起的高激光功率下尽可能无损地、准确地限定地并且容易地可再现地耦合输入到激光加工头中是最重要的。存在光纤插头/光纤插座的范围内的很多工业标准。在高功率激光器中主要建立两个标准：QBH和D。光纤和激光加工头之间的接口通常是两件式的并且由与光纤一起集成的光纤插头和装配在激光加工头上的光纤插座构成。也就是说，光纤典型地终止于所谓的光纤插头中，所述光纤插头在纵向侧被导入并且卡锁到被固定在加工头上的光纤插座。通过光纤插座限定光纤插头在系统激光加工头中的位置。所述位置限定是对于激光束的光学引导的前提。附加地，在光纤插头和光纤插座之间的连接以及光纤插座和激光加工头之间的连接必须确保与周围环境不透气地密封地隔开，也以避免脏颗粒进入到激光加工头的光束路径中。

光纤和激光加工头之间的传统的所述接口的示意图在图1中示出：在第一步骤中，将光纤插座3例如借助于螺栓33固定在激光加工头100上。为了将光纤插座3关于激光加工头100的光轴定向，环形的凸出部可以设置在两个部件：激光加工头100和光纤插座3中的一个部件上(也称为定心法兰)，并且相应的凹空设置在两个部件中的另一个部件上。然后将固定或集成有光纤1的端部的光纤插头2插入到光纤插座3中并且接着在将光纤插头2定向或定心之后锁定。因为所述定心通过压入到彼此中的、锥光纤插头的和光纤插座的体或圆柱体进行，所以需要这两个部件的高的制造精度和匹配精度。然而插头和插座通常由不同的制造商制造，从而通常不能足够地确保所述精度。此外存在运动或振动中的接触腐蚀的问题。

圆柱形的或圆锥形的光纤插头到窄的光纤插座中的导入对于通常在至少40mm的长度上手动地通过专业人员进行，所述专业人员必须将插头平稳地并且以高的精度导入到被固定在激光加工头上的光纤插座。由于小的机械公差必然导致插头与插座之间的摩擦接触。在此可以产生金属磨损碎片，当所述头运动时，则直接地或之后发生所述金属磨损碎片到达光纤端部和/或加工头的光学器件。如果被连接的高功率激光器被接通，则这会导致光纤端面和/或光学器件上的不可挽回的损坏，因为金属颗粒强烈地被加热并且将玻璃材料烧化。

保护玻璃4典型地形成光纤插头的终端部，所述保护玻璃应保护光纤端部和特别是光纤的端面或出射面。保护玻璃被嵌入到具有螺纹的金属套筒中并且被旋拧到光纤插头上。通过旋拧又可能产生金属磨损碎片，所述金属磨损碎片则到达光纤端部和/或加工头的光学器件上，如同前述的那样具有相同的后果。在光纤和激光加工头之间传统的连接的一个另外的缺点在于，只要插头被插入到插座中，保护玻璃就不能再被检查，因为所述保护玻璃完全由光纤插座和激光加工头包围。为了检查保护玻璃必须首先将光纤插头又从光纤插座拉出。该过程恰好如同又紧接着其的插接过程那样再次与磨损碎片形成的风险相关。

在实际中，激光辐射的一部分在表面上被吸收。为了确保系统的稳定运行，光纤插头2和光纤插座3此外分别设置有自己的冷却循环回路WK用于以外来的水进行冷却。此外必须设置一个另外的冷却循环回路WK用于激光加工头100中的遮光板5。这不仅增大各个部件的结构空间，而且增加外部水接口的区域中泄露的风险。