[实用新型]一种基于自聚焦镜的水导激光耦合装置

说明书

本实用新型提供一种基于自聚焦镜的水导激光耦合装置，从上至下依次为光传输系统，水‑光耦合系统和气液复合系统；所述光传输系统包括光纤保护层、光纤、QBH光纤接头和自聚焦镜，保证了激光的传输效率，避免反射光对光源的干扰；自聚焦镜下端为有一定弧度的圆弧状且下端浸没在薄水层中，提高耦合效率；喷嘴为有一定弧度的圆弧状，与自聚焦镜相互配合，缩短自聚焦镜和喷嘴中心上表面距离且保证薄水层厚度不变，保证水光高效耦合。采用多级式溢流台阶有效的消除水流动的脉动，提高水束稳定性；采用环形气体束包裹在水束外围，可有效避免积水；采用自聚焦镜有利于减小耦合腔的体积和重量，并具有装置结构简单，密封性能好的优点。

技术领域

本实用新型涉及水导激光耦合技术领域，具体涉及一种基于自聚焦镜的水导激光耦合装置。

背景技术

激光加工技术是利用高功率密度激光束与物质相互作用引起物态变化形成热物理效应实现材料去除。激光加工具有加工灵活性高、加工效率高、加工质量高以及易于实现自动化控制等优点，可以实现高硬度、高脆性以及高熔点的多种金属、非金属材料的加工。激光被广泛应用在微加工、军事、通讯等各个领域。

水导激光加工是将高能激光束耦合进入微水射流，并由水射流将激光引导至材料表面，从而对工件进行加工的技术。水导激光加工技术中水射流作为光纤使激光在水束内形成全反射实现在水射流内的传播。高速流动的水射流可对加工区域进行有效的冷却，对加工过程中的残余热量进行有效冷却，降低加工产生的热影响区；同时，在水射流的冲击下可将加工产生的残渣冲刷并远离加工区域，避免形成重铸层，有助于提高加工质量。

由于水导激光对水束的直径要求很小，这使得喷嘴直径十分小，导致水束-激光束耦合十分困难，往往因为耦合不成功而导致喷嘴被烧坏，增加成本。为了判断耦合是否成功，往往需要增加额外的CCD成像装置进行判断。现有的耦合装置的光学窗口多采用圆柱形透镜，不利于水束-激光耦合，且圆柱形透镜体积大，不利于减小耦合腔体的体积和重量。为了保证水束稳定需要薄水层一定的厚度，而传统光学窗口的圆柱形透镜下端和喷嘴中心上表面距离较远，增加了耦合难度。

发明内容

本实用新型提出一种基于自聚焦镜的水导激光耦合装置，可以提高水束-激光束的耦合效率，无需增加额外的耦合成像判断装置，密封性能好，并具有装置结构简单的优点。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案解决上述问题。

一种基于自聚焦镜的水导激光耦合装置，包括从上至下依次为包括从上至下依次为光传输系统，水-光耦合系统和气液复合系统。

所述光传输系统由光纤、QBH光纤接头和自聚焦镜组成；所述光纤位于腔体中心，并用光纤保护层进行固定，定位；所述光纤作为外接激光的输入源；所述QBH光纤接头位于光纤和自聚焦镜中间，QBH光纤接头上端与光纤直接连接，下端与自聚焦镜直接粘接；QBH光纤接头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的平面端的反射面对光源的干扰；所述自聚焦镜上端与QBH光纤接头粘接，下端进行圆滑处理，使其由平面端转变为圆弧，可用于缩短自聚焦镜下端与喷嘴中心上表面的距离，提高耦合效率。

所述水-光耦合系统由光纤固定腔、自聚焦镜、喷嘴、喷嘴底座组成；所述光纤固定腔上表面开设两个对称注水口，注水口往下一定距离开设一环形水通道，光纤固定腔中间开设一通孔台阶，用于固定特种光纤；所述光纤固定腔可与喷嘴底座配合形成多级式溢流台阶，可消除水的脉动，有利于提高喷嘴中心喷射的水束的稳定性；所述自聚焦镜一端与光纤直接连接，一端可浸没在薄水层中，并与喷嘴中心保持同轴，且与喷嘴上表面的距离很近；所述自聚焦镜可将激光直接聚焦在喷嘴中心上表面及其以下，有利于提高水-光耦合效率；所述喷嘴中心孔进行圆滑处理，使其与自聚焦镜的下端能够相互配合，缩短自聚焦镜与喷嘴中心上表面的距离，同时可保证两者之间的薄水层厚度几乎不变，不影响水束的稳定性；所述喷嘴底座上端中心开设喷嘴固定槽，两侧为多级式溢流台阶，可与光纤固定腔通过螺纹的方式连接在一起，并采用O型密封圈进行密封。