Устройство ввода лазерного излучения в оптическое волокно и способ юстировки входного торца оптического волокна

Изобретение относится к волоконной оптике и может быть использовано в сфере лазерной обработки материалов. При юстировке устройства оптическое волокно заменяют мишенью. Мишень располагают в плоскости входного торца оптического волокна. С помощью одного лазерного импульса, через фокусирующее устройство, на мишени делают отметку. Устанавливают узел наблюдения. Наблюдение за плоскостью мишени осуществляют через окуляр и фокусирующее устройство. Наклоном узла наблюдения, с помощью юстировочного средства, совмещают центр отметки на мишени с центром перекрестья окуляра. Мишень убирают, на ее место устанавливают оптическое волокно. Совмещают центр входного торца оптического волокна с центром перекрестья с помощью юстировочного устройства, наклоном фокусирующего устройства. Фокусирующее устройство жестко соединено с оптическим волокном. Технический результат - упрощение конструкции и повышение надежности, точности, расширение диапазона длин волн ввода лазерного излучения в оптическое волокно. 2 н. п. ф-лы, 1 ил.

 

Устройство относится к волоконной оптике и предназначено для ввода лазерного излучения в оптическое волокно, а способ обеспечивает юстировку входного торца оптического волокна. Особенно целесообразно применение предлагаемого изобретения в сфере лазерной обработки материалов, где используются лазеры большой мощности.

В настоящее время известны устройства для ввода лазерного излучения в оптическое волокно и способ юстировки и контроля положения входного торца оптического волокна.

В качестве аналога выбрано устройство [1], содержащее делитель луча, два линзовых фокусирующих устройства, юстировочное средство для перемещения по трем осям входного торца световода, расположенного перпендикулярно продольной оси волокна, экран, установленный по ходу луча, последовательно отраженного от входного торца световода и делителя луча.

Недостатком данного устройства являются сложность и громоздкость конструкции и необходимость использования значительных площадей для размещения оборудования.

В качестве прототипа выбрано техническое решение по заявке “Устройство для ввода лазерного излучения в волоконный световод и способ юстировки и контроля положения входного торца волоконного световода” [2], содержащее установленный по ходу луча делитель, линзовое фокусирующее устройство, юстировочное средство для перемещения по трем осям входного торца световода, экран, установленный по ходу луча, последовательно отраженного от входного торца световода и делителя луча, причем делитель луча установлен с возможностью его введения и выведения к оси световода, между делителем и экраном размещено линзовое устройство отображения на расстоянии, обеспечивающем резкое изображение входного торца световода на экране при установке входного торца световода на расстоянии до линзового фокусирующего устройства, обеспечивающем диаметр лазерного излучения на торце световода меньше диаметра сердечника световода, но больше диаметра лазерного излучения в плоскости перетяжки.

Способ, выбранный в качестве прототипа [2], включает в себя ввод лазерного излучения в световод, при этом проецируют два изображения входного торца световода на экран, делитель луча вводят на пути прохождения лазерного излучения, выполняют позиционирование входного торца световода с помощью юстировочного устройства до получения двух концентрических изображений, причем первое получают за счет отраженного от входного торца световода излучения, причем позиционирование входного торца световода выполняют до получения резких изображений, при этом второе изображение большего диаметра и меньшей яркости, чем первое, получают за счет излучения, отраженнного от выходного торца световода.

Данный способ не позволяет вводить мощное лазерное излучение, так как в процессе юстировки может произойти нагрев торца оптического волокна и торец разрушится. Данный способ сложен и не применим для лазеров, визуализация излучения которых невозможна.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности, точности, и расширение диапазона длин волн ввода лазерного излучения в оптическое волокно.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для ввода лазерного излучения в оптическое волокно, содержащем установленное по ходу луча поворотное зеркало, фокусирующее устройство и юстировочное средство, поворотное зеркало выполнено съемным, при этом жестко соединено с вспомогательной линзой и с окуляром, имеющим перекрестье в предметной плоскости, и образует узел наблюдения, снабжено юстировочным средством для наклона по двум взаимно перпендекулярным осям, фокусирующее устройство жестко соединено с оптическим волокном таким образом, что входной торец оптического волокна расположен вблизи фокальной плоскости фокусирующего устройства и оснащено дополнительным юстировочным средством для наклона по двум взаимноперпендикулярным осям.

Технический результат в способе юстировки входного торца оптического волокна достигается тем, что мишень устанавливают в плоскости входного торца оптического волокна и лазерным излучением выполняют на мишени видимую отметку, устанавливают узел наблюдения и с помощью юстировочного средства узла наблюдения перекрестье окуляра совмещают с центром отметки на мишени, затем устанавливают оптическое волокно и с помощью юстировочного средства фокусирующего устройства, наблюдая через окуляр, центр входного торца оптического волокна совмещают с перекрестьем окуляра.

На фиг.1 представлена схема расположения оптических элементов в устройстве: (1) - лазер, (2) - поворотное зеркало, (3) - вспомогательная линза, (4) - окуляр, с перекрестьем в предметной плоскости, (5) - фокусирующее устройство, (6) - оптическое волокно, (7) - мишень. Юстировочные средства на фиг. не показаны.

Узел наблюдения содержит поворотное зеркало - (2), вспомогательную линзу - (3), окуляр с перекрестьем в предметной плоскости - (4).

Работа устройства.

При юстировке устройства оптическое волокно (6) заменяют мишенью (7), располагаемой в плоскости входного торца оптического волокна. С помощью одного лазерного импульса через фокусирующее устройство (5) на мишени (7) делают отметку. Затем устанавливают узел наблюдения. Через окуляр и фокусирующее устройство (5) осуществляют наблюдение за плоскостью мишени (7) с нанесенной на ней отметкой. Фокусное расстояние вспомогательной линзы подбирается так, чтобы компенсировать разность фокусных расстояний фокусирующего устройства (5) для видимого диапазона, в котором ведется наблюдение, и длины волны лазерного излучения.

Наклоном узла наблюдения с помощью юстировочного средства наблюдая через окуляр (4), совмещают центр отметки на мишени с центром перекрестья. Затем мишень (7) убирают и устанавливают на ее место оптическое волокно (6). Наклоном фокусирующего устройства, жестко соединенного с оптическим волокном (6) с помощью юстировочного устройства, наблюдая через окуляр (4), совмещают центр входного торца оптического волокна (6) с центром перекрестья.

Узел наблюдения и фокусирующее устройство (5) закрепляют на плите, жестко соединенной с резонатором лазера (1).

Пример конкретного выполнения способа.

Импульсно-периодическое лазерное излучение (λ=1.06 мкм) с энергией импульса до 15 Дж вводилось в многомодовые волокна с диаметром центральной жилы 400 и 600 мкм.

При юстировке устройства, оптическое волокно заменялось мишенью, располагаемой в плоскости входного торца оптического волокна. С помощью одного лазерного импульса через фокусирующее устройство с фокусным расстоянием 30 мм на мишени делалась отметка. Затем устанавливался узел наблюдения с 15-кратным окуляром, перекрестьем и вспомогательной линзой. Окуляр и фокусирующее устройство, используемое в качестве объектива, образуют микроскоп, через который наблюдалась плоскость мишени со сделанной на ней отметкой. Фокусное расстояние вспомогательной линзы подбиралось так, чтобы компенсировать разность фокусных расстояний фокусирующего устройства для видимого диапазона, в котором велось наблюдение, и длины волны лазерного излучения.

Наклоном узла наблюдения с помощью юстировочного средства, наблюдая через окуляр, совмещали центр отметки на мишени с центром перекрестья. Затем мишень убирали и устанавливали на ее место оптическое волокно. Наклоном фокусирующего устройства, жестко соединенного с оптическим волокном с помощью юстировочного средства, наблюдая через окуляр, совмещали центр входного торца оптического волокна с центром перекрестья.

Узел наблюдения и фокусирующее устройство закрепляли на плите, жестко соединенной с резонатором лазера.

Точность юстировки при указанных параметрах оптической системы составляет ±10 мкм.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. А.С. № 1238569. Способ ввода излучения в оптический волновод. Бюл.№ 29, 1988.

2. Патент РФ № 2004005. Устройство для ввода лазерного излучения в волоконный световод и способ юстировки и контрооля положения входного торца волоконного световода. Бюл. № 43-44, 1993.

1. Устройство для ввода лазерного излучения в оптическое волокно, содержащее установленное по ходу луча поворотное зеркало и фокусирующее устройство, юстировочное средство, отличающееся тем, что поворотное зеркало выполнено съемным, при этом жестко соединено с вспомогательной линзой и с окуляром, имеющим перекрестье в предметной плоскости и образует узел наблюдения, снабжено юстировочным средством для наклона по двум взаимно перпендикулярным осям, фокусирующее устройство жестко соединено с оптическим волокном таким образом, что входной торец оптического волокна расположен вблизи фокальной плоскости фокусирующего устройства, и оснащено дополнительным юстировочным средством для наклона по двум взаимноперпендикулярным осям.

2. Способ юстировки входного торца оптического волокна, включающий фокусировку на мишень лазерного излучения, отличающийся тем, что мишень устанавливают в плоскости входного торца оптического волокна и лазерным излучением выполняют на мишени видимую отметку, устанавливают узел наблюдения и с помощью юстировочного средства узла наблюдения перекрестье окуляра совмещают с центром отметки на мишени, затем устанавливают оптическое волокно и с помощью юстировочного средства фокусирующего устройства, наблюдая через окуляр, центр входного торца оптического волокна совмещают с перекрестьем окуляра.