一種光纖精度調(diào)焦耦合裝置及裝調(diào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光耦合裝置，具體的，涉及一種光纖精密調(diào)焦耦合裝置及裝調(diào)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在激光行業(yè)中，現(xiàn)行的光纖耦合技術(shù)普遍存在的問題及缺陷是:
[0003]1.在激光光纖耦合技術(shù)中，小功率(幾瓦——幾十瓦級(jí))光纖調(diào)焦耦合，常見技術(shù)只能進(jìn)行非定量的目視手控調(diào)焦操作，用記錄功率輸出變化找拐點(diǎn)，憑經(jīng)驗(yàn)感覺操作；或是用隔圈車配間隔來調(diào)焦，不能進(jìn)行高精密度的精細(xì)定量調(diào)焦。
[0004]2.由前組傳遞過來準(zhǔn)備進(jìn)行聚焦透鏡匯聚的激光束，在光纖激光器中往往是多路激光束，甚至多達(dá)近20束高功率激光束，單束激光功率高達(dá)60W甚至更高，多路激光束匯聚總功率高達(dá)上千瓦，經(jīng)聚焦于Φ0.4mm的石英光纖工作端面上，其功率密度極高，焦點(diǎn)附近溫度極高，若接收光纖端面達(dá)不到極高精度的調(diào)焦位置和正確的端面姿態(tài)，使激光能量耦合導(dǎo)入光纖中進(jìn)行傳遞，極小的位置誤差就會(huì)使光纖燒壞；傳統(tǒng)的光纖調(diào)焦耦合技術(shù)不能有效解決這個(gè)技術(shù)難題，由于達(dá)不到必需的調(diào)焦耦合精度，極易燒光纖，損壞激光器，且是一種較大的質(zhì)量事故。
[0005]3.傳統(tǒng)的光纖調(diào)焦耦合技術(shù)的耦合效率一般不高，最高見有達(dá)到70%的，再想提高存在較大困難，這是由于傳統(tǒng)耦合方法的缺點(diǎn)決定的。
[0006]4.在實(shí)際操作中，由于機(jī)械件的加工誤差，光學(xué)件的誤差，裝配誤差均是不可避免的，實(shí)際焦點(diǎn)位置往往偏離原理論的設(shè)計(jì)位置，傳統(tǒng)的光纖調(diào)焦耦合方法不能很好的解決這個(gè)問題，由于找不到實(shí)際焦點(diǎn)的精確位置，往往是不能解決的。
[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的相關(guān)問題，目前尚未提出有效的解決辦法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供了一種光纖精密調(diào)焦耦合裝置及裝調(diào)方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足。
[0009]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0010]一種光纖精密調(diào)焦耦合裝置，包括基準(zhǔn)平臺(tái)，所述基準(zhǔn)平臺(tái)上設(shè)有2秒自準(zhǔn)直儀，所述2秒自準(zhǔn)直儀包括分別設(shè)置在所述2秒自準(zhǔn)直儀前端和后端的物鏡和目鏡，并且所述2秒自準(zhǔn)直儀上設(shè)有水平角微動(dòng)微調(diào)旋鈕；所述2秒自準(zhǔn)直儀的前端設(shè)有相匹配的光纖耦合組，所述光纖耦合組連接有相匹配的光源控制盒，其中所述光纖耦合組包括光纖耦合組底板，所述光纖耦合組底板上端設(shè)有耦合鏡組，所述耦合鏡組包括耦合鏡組底座和設(shè)置在所述耦合鏡組底座上端的耦合透鏡安裝面，所述透鏡安裝面上設(shè)有相匹配的耦合透鏡，所述耦合透鏡的前端設(shè)有光纖工作端面以及與光纖工作端面相匹配的光纖夾持組；并且所述耦合鏡組和光纖夾持組分別設(shè)有相匹配的水冷制冷裝置一和水冷制冷裝置二。
[0011]進(jìn)一步的，所述光纖耦合組連接有激光光纖，所述光源控制盒連接有與激光光纖相匹配的紅光光源，所述光纖耦合組通過激光光纖和紅光光源的相互配合與所述光源控制盒相連接。
[0012]進(jìn)一步的，所述2秒自準(zhǔn)直儀上設(shè)有相匹配的分劃板，所述分劃板位于所述物鏡的后端以及目鏡的前端，所述分劃板上設(shè)有分劃板十字刻線，所述2秒自準(zhǔn)直儀上還設(shè)有與分劃板相配合的照明光源。
[0013]進(jìn)一步的，所述水冷制冷裝置一包括設(shè)置在耦合鏡組后端的透鏡組進(jìn)水管，并且所述耦合鏡組的前端設(shè)有相匹配的透鏡組出水管；
[0014]所述水冷制冷裝置二包括設(shè)置在光纖夾持組后端的光纖組進(jìn)水管，并且所述光纖夾持組的前端設(shè)有相匹配的光纖組出水管。
[0015]進(jìn)一步的，所述2秒自準(zhǔn)直儀下端通過調(diào)節(jié)螺釘連接有相匹配直儀底座，所述直儀底座為三角結(jié)構(gòu)。
[0016]進(jìn)一步的,所述基準(zhǔn)平臺(tái)由雙零級(jí)花崗巖構(gòu)成。
[0017]一種光纖精密調(diào)焦耦合裝置的裝調(diào)方法，包括以下步驟:
[0018]步驟1:將2秒自準(zhǔn)直儀放置在基準(zhǔn)平臺(tái)上的預(yù)計(jì)位置處，在所述2秒自準(zhǔn)直儀的前端放置預(yù)先準(zhǔn)備好的0.2秒直角規(guī)，通過0.2秒直角規(guī)將2秒自準(zhǔn)直儀的光軸調(diào)整為與所述基準(zhǔn)平臺(tái)平行，使得光軸成為基準(zhǔn)軸，然后固定所述2秒自準(zhǔn)直儀的姿態(tài)；
[0019]步驟2:將所述0.2秒直角規(guī)撤走，在0.2秒直角規(guī)位置處放置光纖耦合組中的光纖耦合組底板、耦合鏡組底座以及設(shè)置在耦合鏡組底座上端的耦合透鏡安裝面，使得耦合透鏡安裝面與所述2秒自準(zhǔn)直儀對(duì)正，在所述耦合透鏡安裝面內(nèi)放置預(yù)先準(zhǔn)備好的平面反射鏡，通過平面反射鏡將耦合透鏡安裝面調(diào)整為垂直于所述2秒自準(zhǔn)直儀的光軸，然后用耦合透鏡替換所述平面反射鏡，即完成了耦合鏡組的裝調(diào)過程，固定此時(shí)所述耦合透鏡的姿態(tài)；
[0020]步驟3:在所述光纖耦合組底板上安裝光纖夾持組，打開與光纖耦合組相連接的光源控制盒，使得紅光光源發(fā)光并經(jīng)激光光纖的傳導(dǎo)在光纖工作端面處產(chǎn)生紅光發(fā)光面，沿水平軸微調(diào)調(diào)整位于所述光纖耦合組底板上的光纖夾持組，使得光纖工作端面位于所述耦合透鏡的焦面附近處，所述紅光發(fā)光面經(jīng)耦合透鏡和物鏡在分劃板的視野中形成紅色小圓光斑像的光纖工作端面像，然后對(duì)所述光纖工作端面像進(jìn)行調(diào)整，使得與所述分劃板十字刻線的中心像面重合，然后固定所述光纖耦合組的姿態(tài)；
[0021]步驟4:在耦合鏡組與光纖夾持組的預(yù)計(jì)位置處分別安裝相匹配的水冷制冷裝置一和水冷制冷裝置二，此時(shí)完成了光纖耦合組的全部裝調(diào)工作。
[0022]進(jìn)一步的，其中，通過0.2秒直角規(guī)將2秒自準(zhǔn)直儀的光軸調(diào)整為與所述基準(zhǔn)平臺(tái)平行包括:
[0023]步驟1-1:將預(yù)先準(zhǔn)備的0.2秒直角規(guī)放置在所述2秒自準(zhǔn)直儀的前端，其中，所述0.2秒直角規(guī)上設(shè)有直角規(guī)反射工作面，所述直角規(guī)反射工作面與所述2秒自準(zhǔn)直儀的物鏡對(duì)正；
[0024]步驟1-2:打開2秒自準(zhǔn)直儀上分劃板的照明光源，使得所述分劃板十字刻線位于所述物鏡的焦面位置，調(diào)節(jié)所述2秒自準(zhǔn)直儀的物鏡筒，使得所述分劃板十字刻線位于所述物鏡的像方焦面上；
[0025]步驟1-3:所述分劃板十字刻線經(jīng)所述直角規(guī)反射工作面反射后，再經(jīng)物鏡的聚焦，在分劃板上形成十字線反射像；
[0026]步驟1-4:通過調(diào)整2秒自準(zhǔn)直儀上的水平角微動(dòng)微調(diào)旋鈕和調(diào)節(jié)螺釘使得所述十字線反射像)與分劃板十字刻線完全重合，使得所述2秒自準(zhǔn)直儀的光軸與所述直角規(guī)反射工作面垂直，同時(shí)所述2秒自準(zhǔn)直儀的光軸平行于基準(zhǔn)平臺(tái)的基準(zhǔn)平面成為基準(zhǔn)軸，即基準(zhǔn)調(diào)平完成。
[0027]進(jìn)一步的，所述通過平面反射鏡將耦合透鏡安裝面調(diào)整為垂直于所述2秒自準(zhǔn)直儀的光軸包括:
[0028]步驟2-1:通過目鏡看到所述分劃板十字刻線經(jīng)所述平面反射鏡并通過物鏡在所述分劃板上的十字線反射像；
[0029]步驟2-2:對(duì)于十字線反射像與分劃板十字刻線所形成的俯仰角進(jìn)行調(diào)整，通過對(duì)所述耦合鏡組的耦合鏡組底座的精研調(diào)整，使得所述十字線反射像與分劃板十字刻線的水平線重合；
[0030]步驟2-3:對(duì)于所述十字線反射像與分劃板十字刻線所形成的水平角進(jìn)行調(diào)整，通過對(duì)光纖耦合組底板兩側(cè)的微調(diào)調(diào)整，使得所述十字線反射像與分劃板十字刻線的垂直線重合，即使得所述耦合透鏡安裝面調(diào)整到位，使得所述耦合透鏡安裝面垂直于所述2秒自準(zhǔn)直儀的光軸。
[0031]進(jìn)一步的，所述對(duì)所述光纖工作端面像進(jìn)行調(diào)整，使得與所述分劃板十字刻線的中心像面重合包括:
[0032]步驟3-1:對(duì)所述光纖工作端面像與所述分劃板十字刻線所形成的俯仰角進(jìn)行調(diào)整，通過對(duì)所述光纖夾持組的光纖夾持組底座的精研調(diào)整，使得所述光纖工作端面像與所述分劃板十字刻線的水平線重合；
[0033]步驟3-2:對(duì)所述光纖工作端面像的焦點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，通過對(duì)所述光纖夾持組的光纖夾持組底座的前后底端面的微調(diào)調(diào)整，使得所述光纖工作端面像位于所述耦合透鏡的焦面位置；
[0034]步驟3-3:對(duì)所述光纖工作端面像與所述分劃板十字刻線所形成的水平角進(jìn)行調(diào)整，通過所述光纖夾持組的光纖夾持組底座的左右兩側(cè)的微調(diào)調(diào)整，使得所述光纖工作端面像與所述分劃板十字刻線的垂直線重合，即使得所述光纖工作端面像與所述分劃板十字刻線的中心像面重合，完成了對(duì)光纖工作端面的裝調(diào)工作。
[0035]本發(fā)明的有益效果為:
[0036]1、本發(fā)明引進(jìn)了用紅光成像光斑作為判讀靶標(biāo)，進(jìn)行焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，該焦點(diǎn)是一個(gè)空間虛擬的位置，沒有直觀依據(jù)，傳統(tǒng)方法是無法確定焦點(diǎn)的精確位置的；在分劃板13的視場(chǎng)中，可根據(jù)光纖工作端面像，來對(duì)光纖工作端面的俯仰角、水平位置、離焦量指引進(jìn)行精密微調(diào)，以及在可視條件下進(jìn)行位置和角度的判讀指引進(jìn)行精密研磨，以便能夠定量、定向的進(jìn)行精密微調(diào)耦合，本技術(shù)為激光行業(yè)中的一大創(chuàng)新方法；
[0037]2、本發(fā)明的調(diào)焦耦合精度可量化判斷:a)角度誤差:對(duì)光纖工作端面，可以判讀出最后的耦合角度狀態(tài)誤差，精細(xì)調(diào)整下俯仰角、水平方向角精確度可做到高達(dá)到2-3角秒級(jí)以內(nèi)；b)中心位置誤差:接收光纖工作端面(光纖工作端面)中心位置誤差可以精確到1/8光纖直徑，即:約50微米，這是一個(gè)很高的調(diào)焦精度；傳統(tǒng)的調(diào)焦耦合方法，憑經(jīng)驗(yàn)感覺，用功率計(jì)讀數(shù)找拐點(diǎn)來指引大致估調(diào)，兩者完全不可比；c)調(diào)焦位置誤差:可在視場(chǎng)中直觀觀察找出光纖工作端面像的最清晰位置，就可以將光纖工作端面定位在高斯光束的束腰中心位置上(誤差值一般可控制在聚焦透鏡的1/2-1/3焦深范圍內(nèi))；
[0038]3、可以消除機(jī)械件加工誤差、光學(xué)件誤差、裝配誤差對(duì)實(shí)際焦點(diǎn)位置產(chǎn)生的影響，使實(shí)際的激光束匯聚焦點(diǎn)被調(diào)整到光纖工作端面中心上或控制在極小的可以接受的誤差范圍內(nèi)；
[0039]4、光纖耦合頭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，本發(fā)明方法可以定量、定方向地指引光纖頭角度微調(diào)結(jié)構(gòu)以精密研磨的方法進(jìn)行微小角度調(diào)整，在此方法下調(diào)試好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性極高，有效避開了傳統(tǒng)彈性鏡架調(diào)整微小角度后不能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的重大缺陷；使得在大功率下激光器能長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作；
[0040]5、由于以上特點(diǎn)，使用本技術(shù)進(jìn)行調(diào)焦耦合后，可以將大功率激光在高斯光束匯聚的范圍內(nèi)