CN102279478A - 光隔离器 - Google Patents

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翟跃阳
宁宣经
陈徐宗
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Beijing Uni-Quanta Technology Co Ltd
Peking University
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    • H01F7/02—Permanent magnets [PM]
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    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
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Abstract

本发明提供一种光隔离器，包括：第一起偏器、第二起偏器、带有贯通空腔的永久磁体和位于所述空腔中的旋光晶体；所述永久磁体的磁场方向平行于光路方向，所述旋光晶体的轴向平行于所述光路方向；所述永久磁体包括沿所述永久磁体轴向设置的第一子段、第二子段和第三子段；所述第一子段和第三子段的充磁方向垂直于所述光路方向，且第一子段和第三子段的充磁方向相反，所述第二子段的充磁方向平行于所述光路方向。本发明提供的光隔离器，能够提高光隔离器的磁场均匀性，改善光隔离效果。

Description

光隔离器
技术领域
本发明实施例涉及光电技术领域，尤其涉及一种光隔离器。
背景技术
光隔离器是允许光向一个方向通过而阻止其向相反方向通过的无源器件，作用是防止光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源以及光路系统产生不良影响，例如，光隔离器可以保护激光器不被反射回的激光损坏。
光隔离器可以广泛应用于各种系统中，例如光纤激光器、掺铒光纤放大器、多级激光放大器、光参量振荡器、环形激光器、注入型激光器、永磁型的光旋转器等；也可以应用于其他与激光器相关的领域中，例如玻色爱因斯坦凝聚系统、军民两用原子钟系统以及激光刻蚀等高技术领域中。
光隔离器的磁场均匀性是一个重要的参数，磁场均匀性越高，光隔离器的隔离效果越好，而现有技术中的光隔离器的磁场均匀性仍不是最优，仍有待提高。
发明内容
本发明提供一种光隔离器，用以提高光隔离器的磁场均匀性。
本发明提供一种光隔离器，包括：第一起偏器、第二起偏器、带有贯通空腔的永久磁体和位于所述空腔中的旋光晶体；
所述永久磁体的磁场方向平行于光路方向，所述旋光晶体的轴向平行于所述光路方向；
所述永久磁体包括沿所述永久磁体轴向设置的第一子段、第二子段和第三子段；
所述第一子段和第三子段的充磁方向垂直于所述光路方向，且第一子段和第三子段的充磁方向相反，所述第二子段的充磁方向平行于所述光路方向。
本发明提供的光隔离器，永久磁体由第一子段、第二子段和第三子段这三个子段组成，第一子段和第三子段的充磁方向垂直于光路方向，且第一子段和第三子段的充磁方向相反，第二子段的充磁方向平行于所述光路方向，这样就可以形成更为均匀的磁场，将光隔离器的磁场均匀性至少提升5倍，显著改善光隔离效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明光隔离器结构示意图；
图2所示为本发明光隔离器实施例一的结构示意图；
图3所示为本发明光隔离器实施例二的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示为本发明光隔离器结构示意图，该光隔离器包括第一起偏器1、第二起偏器2、带有贯通空腔3a的永久磁体3和位于空腔3a中的旋光晶体4。为了便于说明，图1示出了永久磁体剖开示意图。
永久磁体3用于提供一个强磁场环境，永久磁体3产生的磁场方向与光路方向平行，光路方向如图1中箭头A所示。旋光晶体4的轴向平行于光路方向。
永久磁体3包括第一子段31、第二子段32和第三子段33，这三个子段沿着永磁体的轴向设置，也就是沿着平行于光路的方向设置。第一子段的充磁方向垂直于光路方向，第一子段的充磁方向如箭头B所示。第三子段的充磁方向垂直于光路方向，并且与第一子段的充磁方向相反，第三子段的充磁方向如箭头C所示。第二子段的充磁方向平行于光路方向，如箭头D所示。
图3中，第一起偏器1的起偏方向如箭头E所示，第二起偏器的起偏方向如箭头F所示，第一起偏器1和第二起偏器2的起偏方向可以形成第一角度θ，该第一角度θ可以是44度到46度之间的任意一个角度，较佳地，该第一角度θ可以是45度。
下面结合图1说明本发明提供的光隔离器的原理。
入射的线偏振光入射到第一起偏器，为了保证光隔离器有较大的透光率，第一起偏器的起偏方向和入射的线偏振光的偏振方向相同，均为E方向。经过第一起偏器后，入射光入射到永久磁体的空腔中，经过旋光晶体后，入射光的偏振方向旋转第一角度θ。旋转了第一角度θ后的入射光入射到第二起偏器，由于第一起偏器与第二起偏器之间的起偏角度相差第一角度θ，所以入射光可以透过第二起偏器。
对于反射回来的光，入射到第二起偏器，并透过第二起偏器入射到旋光晶体，经过旋光晶体后，反射回来的光的偏振方向再次偏转第一角度θ，这样反射回来的光的偏振方向与第一起偏器的起偏方向形成2θ的夹角，因此，反射回来的光几乎不能透过第一起偏器，或者说只有很少量的光能够透过第一起偏器。如果第一角度θ是45度的话，则反射回来的光完全不能透光第一起偏器，这样就能实现光隔离。
本发明提供的光隔离器，永久磁体由第一子段、第二子段和第三子段这三个子段组成，第一子段和第三子段的充磁方向垂直于光路方向，且第一子段和第三子段的充磁方向相反，第二子段的充磁方向平行于所述光路方向，这样就可以形成更为均匀的磁场，将光隔离器的磁场均匀性至少提升5倍，显示改善隔离效果。
如图2所示为本发明光隔离器实施例一的结构示意图，该实施例中，第一子段31包括至少两个第一磁体单元311，各个第一磁体单元311的充磁方向均垂直于光路方向，并且关于光路方向对称，各个第一磁体单元311可以是扇形柱体，各个第一磁体单元311的充磁方向如图2中箭头B所示。
第三子段33包括至少两个第三磁体单元331，各个第三磁体单元331的充磁方向均垂直于光路方向，并且关于光路方向对称，各个第三磁体单元331可以是扇形柱体，各个第三磁体单元331的充磁方向如图2中箭头C所示。
第二子段32包括至少两个第二磁体单元321，各个第二磁体单元321的充磁方向平行于光路方向，各个第二磁体单元321可以是扇形柱体，各个第二磁体单元321的充磁方向如图2中箭头D所示。
图2中，第一磁体单元311、第二磁体单元321和第三磁体单元331的数量可以是6-12个。
图2所示的光隔离器中，第一子段、第二子段和第三子段均包括多个磁体单元，这样可以形成一个更为均匀的磁场。
如图3所示为本发明光隔离器实施例二的结构示意图，该实施例中，第一磁体单元311、第二磁体单元321和第三磁体单元331均为四面柱体，四面柱体的截面是等腰梯形，多个等腰梯形可以形成中心带有孔的多边形，例如6个等腰梯形可以形成中心带有孔的正六边形，中心的孔对应于永久磁体的空腔。
本发明的各个实施例中，旋光晶体可以是消光比40dB以上的晶体，采用这类晶体可以达到很好的隔离效果。
铽镓石榴石(Terbium Gallium Garnet，简称TGG)晶体经过特殊的切割以后，消光比可以达到40dB以上，可以作为旋光晶体使用。另外，TGG晶体的旋光系数较高，从而可以使得光隔离器中所需的旋光晶体的长度缩小，节省材料，降低光隔离器的成本。由于入射光经过旋光晶体后的偏振方向的偏转角度是磁场强度、旋光晶体的旋光系数和旋光晶体的长度的乘积，在偏转角度一定的情况下，旋光晶体的旋光系数越高，旋光晶体的长度可以越小。
另外，旋光玻璃也可以作为旋光晶体使用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种光隔离器，其特征在于，包括：第一起偏器、第二起偏器、带有贯通空腔的永久磁体和位于所述空腔中的旋光晶体；
所述永久磁体的磁场方向平行于光路方向，所述旋光晶体的轴向平行于所述光路方向；
所述永久磁体包括沿所述永久磁体轴向设置的第一子段、第二子段和第三子段；
所述第一子段和第三子段的充磁方向垂直于所述光路方向，且第一子段和第三子段的充磁方向相反，所述第二子段的充磁方向平行于所述光路方向。
2.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，所述第一起偏器与所述第二起偏器起偏方向形成第一角度。
3.根据权利要求2所述的光隔离器，其特征在于，所述第一角度为44度到46度之间的任意角度。
4.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，所述第一子段包括至少两个第一磁体单元，各个第一磁体单元的充磁方向垂直于所述光路方向，并且关于所述光路方向对称。
5.根据权利要求4所述的光隔离器，其特征在于，所述第三子段包括至少两个第三磁体单元，各个第三磁体单元的充磁方向垂直于所述光路方向，关于所述光路方向对称，并且与所述第一磁体单元的充磁方向相反。
6.根据权利要求5所述的光隔离器，其特征在于，所述第二子段包括至少两个第二磁体单元，各个第二磁体单元的充磁方向平行于所述光路方向。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的光隔离器，其特征在于，所述旋光晶体为消光比40dB以上的晶体。
8.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的光隔离器，其特征在于，所述旋光晶体为铽镓石榴石TGG晶体或旋光玻璃。
9.根据权利要求4-6中任一权利要求所述的光隔离器，其特征在于，所述第一磁体单元为扇形柱体或四面柱体；或者，所述第二磁体单元为扇形柱体或四面柱体；或者所述第三磁体单元为扇形柱体或四面柱体。
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