[发明专利]一种输出光斑可控的激光输出头

说明书

本发明涉及激光设备技术领域，特别涉及一种输出光斑可控的激光输出头。包括晶体端帽、主体及传输光纤，其中主体内沿轴向设有光纤容置腔；传输光纤容置于光纤容置腔内；晶体端帽嵌设于主体的前端，且与传输光纤连接；晶体端帽的凸透镜端帽，凸透镜端帽的发射光束虚焦点与凸透镜端帽端面的距离大于凸透镜端帽的长度。本发明通过控制凸透镜曲率实现输出光斑数值孔径调节可控、光斑大小调节的目的；通过控制凸透镜端帽长度和凸透镜曲率加之激光输出头的设计，可保证激光输出头虚焦点位置不变，能够正常用于现有激光应用设备。

技术领域

本发明涉及激光设备技术领域，特别涉及一种输出光斑可控的激光输出头。

背景技术

随着高功率光纤激光器技术的不断成熟，目前主流高功率光纤激光器一般通过更大芯径光纤方案、主震荡功率放大方案或者高功率合束方案实现，随之而来的是牺牲激光器的部分输出性能导致输出光斑变大或者输出激光NA变大，但在实际应用中激光器输出性能与激光加工头或者整机设备配置需求密不可分，牺牲激光输出性能(光斑大小或输出激光发散角NA)会引起其他系统部件异常，如切割头喷嘴发热、准直镜发热、切割效果不佳等问题。如图1所示，通过传输光纤110输出的光束发散角NA较大时，光束能量会照射到准直透镜M和聚焦透镜N的边缘，甚至会照射到切割头的内壁上，从而引起透镜发热、切割头内壁发热、聚焦点光斑聚焦不良等不良影响；同时在切割头上，一般在聚焦点Q附近会有装有一个毫米级别直径的小孔光阑，当光束发散角NA较大时，光束边缘会照射在这个光阑上，从而导致光阑发热甚至损坏，影响切割质量。利用凸透镜成像原理可以一定程度上弥补光斑大或者NA发散的问题，但是会导致该类石英端帽装配激光输出头后无法正常调节焦点或者虚焦点跑偏等问题，给实际激光加工应用带来新的困扰。

发明内容

本发明实施例提供一种输出光斑可控的激光输出头，可有效解决高功率光纤激光器输出光斑大、发散角大，易引起切割头或准直镜发热，切割不良等问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种输出光斑可控的激光输出头，包括晶体端帽、主体及传输光纤，其中主体内沿轴向设有光纤容置腔；传输光纤容置于光纤容置腔内；晶体端帽嵌设于主体的前端，且与传输光纤熔接；

所述晶体端帽为凸透镜端帽，所述凸透镜端帽的发射光束虚焦点与所述凸透镜端帽端面距离大于所述凸透镜端帽的长度。

在一种可能的实现方式中，所述凸透镜端帽将输入光束压窄后输出。

在一种可能的实现方式中，通过减小所述凸透镜端帽的曲率半径来减小发射光束的发散角。

在一种可能的实现方式中，所述凸透镜端帽包括光纤熔接面、第一锥面、第二锥面、石英柱面及凸透镜输出面，其中石英柱面为圆柱体结构，其前端设有凸透镜输出面，后端沿轴向依次设有第二锥面、第一锥面及光纤熔接面，所述光纤熔接面与传输光纤熔接。

在一种可能的实现方式中，所述凸透镜输出面镀膜。

在一种可能的实现方式中，所述的输出光斑可控的激光输出头，所述主体后端与支撑部连接，支撑部与铠缆连接，所述传输光纤的另一端穿过支撑部后进入铠缆内；

所述主体的后端连接有两个水嘴；两个水嘴分别与两个水管连接，两个水管穿过所述支撑部后进入所述铠缆内。

在一种可能的实现方式中，所述主体包括内水管和水嘴固定件，其中内水管的中心为所述光纤容置腔，所述光纤容置腔内设有沿径向收缩的机械小孔；所述主体的前端设有与光纤容置腔连通的凹槽，所述晶体端帽嵌设于所述凹槽内；

所述内水管的侧壁内设有夹层腔，用于注入冷却介质；所述水嘴固定件设置于所述内水管的外侧，用于安装两个所述水嘴，所述水嘴与所述内水管的夹层腔连通。

在一种可能的实现方式中，所述支撑部包括内部支撑件、铠缆固定件及多个支撑柱，其中内部支撑件的一端与所述主体的后端连接，另一端与铠缆固定件连接；