[实用新型]一种基于自聚焦镜的水导激光耦合装置

权利要求书

1.一种基于自聚焦镜的水导激光耦合装置，从上至下依次包括光传输系统，水-光耦合系统和气液复合系统，其特征在于：

所述光传输系统包括光纤保护层（7）、光纤（8）、QBH光纤接头（6）和自聚焦镜（5）；所述光纤（8）位于光纤固定腔（1）中心并用光纤保护层（7）进行固定，下端与QBH光纤接头（6）直接粘接在一起；所述QBH光纤接头（6）位于光纤（8）和自聚焦镜（5）中间；所述QBH光纤接头（6）上端与光纤（8）直接连接，下端与自聚焦镜（5）直接粘接；所述自聚焦镜（5）下端进行倒圆角处理，自聚焦镜（5）下端用腐蚀或者研磨的方法做成有一定弧度的形状；所述自聚焦镜（5）下端的弧度可与圆弧喷嘴（4）的弧度相互配合；

所述水-光耦合系统包括光纤固定腔（1）、自聚焦镜（5）、圆弧喷嘴（4）、喷嘴底座（2）；光纤固定腔（1）上端开设两个注水口（1.6），注水口（1.6）下端开设一环形水通道（1.2）；所述光纤固定腔（1）两侧开设两个通气口（1.7），并在内部开设多级式溢流台阶；所述喷嘴底座（2）中心开设一喷嘴固定槽（2.2），喷嘴底座（2）两侧开设一环形通道（2.4），环形通道（2.4）沿圆周开设多个对称分布的通孔（2.3）；所述喷嘴底座（2）开设一O型密封圈固定通道（2.1）；所述喷嘴底座（2）与光纤固定腔（1）通过螺纹连接；

所述气液复合系统包括光纤固定腔（1）、喷嘴底座（2）和气流腔体（3）；所述气流腔体（3）沿圆周两侧开设一环形通道（3.5），所述环形通道（3.5）内部开设沿圆周均匀分布的多个盲孔（3.3），盲孔（3.3）末端开设一环形气流通道（3.1），环形气流通道（3.1）上端开设一真空补偿孔（3.2）；所述气流腔体（3）上端开设一圆台，该圆台与喷嘴底座（2）有一定距离。

2.根据权利要求1所述的一种基于自聚焦镜的水导激光耦合装置，其特征在于：所述光纤（8）下端直接与QBH光纤接头（6）直接粘接；所述QBH光纤接头（6）具有准直-扩束功能，可使从QBH光纤接头（6）射出的激光能更好的进入到自聚焦镜（5）中。

3.根据权利要求1所述的一种基于自聚焦镜的水导激光耦合装置，其特征在于：所述QBH光纤接头（6）具有低的传输损耗和高的承载功率，反射承受能力高，可用于避免自聚焦镜（5）的平面端的反射面对光源的干扰。

4.根据权利要求1所述的一种基于自聚焦镜的水导激光耦合装置，其特征在于：所述自聚焦镜（5）上端与QBH光纤接头（6）下端直接粘接在一起，自聚焦镜（5）下端进行倒圆角处理，自聚焦镜（5）下端用腐蚀或者研磨的方法做成有一定弧度的形状；所述自聚焦镜（5）下端的弧度可与圆弧喷嘴（4）的弧度相互配合，可用于缩短自聚焦镜下端与喷嘴中心上表面的距离，提高水光耦合效率。

5.根据权利要求1所述的一种基于自聚焦镜的水导激光耦合装置，其特征在于：所述圆弧喷嘴（4）中心上表面进行倒圆角处理，使其上表面成为有一定弧度的形状；所述圆弧喷嘴（4）的弧度可与自聚焦镜（5）下端的弧度相互配合，保证两者之间的距离和薄水层的距离一致，通过这种弧度的配合可以使自聚焦镜（5）下端与圆弧喷嘴（4）中心上表面的距离很近，缩短了激光束耦合进入喷嘴的距离，可以大大提高水光耦合效率。

6.根据权利要求1所述的一种基于自聚焦镜的水导激光耦合装置，其特征在于：所述光纤固定腔（1）中多级式阶梯（1.1）可与喷嘴底座（2）配合形成多级式溢流阶梯，减少流动水层的脉冲。

7.根据权利要求1所述的一种基于自聚焦镜的水导激光耦合装置，其特征在于：所述气流腔体（3）开设环形气流通道（3.1），并开设沿圆周均匀分布的至少一对真空补偿孔（3.2），所述气流腔体（3）顶端开设一个圆台型凹坑。

8.根据权利要求1~7任何一项所述的一种基于自聚焦镜的水导激光耦合装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1：打开激光器发射激光，激光进入光纤（8），从光纤（8）出来的激光进入QBH光纤接头（6）并实现准直-扩束，激光将从QBH光纤接头（6）下端出来进入自聚焦镜（5）进行聚焦，焦点可聚焦在圆弧喷嘴（4）中心上表面及以下；

S2：从注水口（1.6）注入水流，水流依次经过注水口（1.6）、环形水通道（1.2）、多级式溢流台阶（1.1），最后到达圆弧喷嘴（4）中心，然后从圆弧喷嘴（4）中心喷射而出，形成一稳定水束；同时和激光束在圆弧喷嘴（4）中心上表面及以下进行耦合，使激光束在水束内发生全反射，最终随着水束到达待加工件表面；

S3：从通气口（1.7）通入气体，气体依次经过光纤固定腔（1）的通气口（1.7）、喷嘴底座（2）中的环形通道（2.4）和通孔（2.3）、然后进入气流腔体（3）侧边的环形通道（3.5），并进入盲孔（3.3）中，最后在环形气流通道（3.1）汇聚，喷射形成一环形气体束，实现气液复合。