CN103567631B - 光学隔离系统及光学隔离器 - Google Patents

Abstract

一种光学隔离系统，用于隔离激光器的反射激光，包括用于透射P偏振光的偏振分光镜、第一半波片、90度相位延迟镜及光束吸收器。第一半波片可与P偏振光的光路垂直，使P偏振光的偏振方向旋转45度。90度相位延迟镜用于以45度入射角接收来自第一半波片的P偏振光，并将来自第一半波片的P偏振光形成圆偏振光。圆偏振光可以45度入射角入射90度相位延迟镜，90度相位延迟镜可将圆偏振光转换为线偏振光，第一半波片可将线偏振光转换成S偏振光。偏振分光镜以45度反射出。S偏振光可入射到光束吸收器内，S偏振光被光束吸收器吸收掉。避免了反射光进入激光谐振腔将其烧毁，从而保护了激光器。还提供一种光学隔离器。

Description

光学隔离系统及光学隔离器

技术领域

本发明涉及一种光学元件，特别是涉及一种光学隔离系统及光学隔离器。

背景技术

在工业生产方面，激光加工方式是利用激光束与物质相互作用特性对材料进行加工的一种方式。激光加工方式主要有激光切割、激光焊接、激光打孔、激光器标记、激光表面处理、零件快速成型等多种应用工艺，并已经广泛应用于汽车、电子、航空航天、冶金、机械制造等工业领域。对实现生产自动化、提高产品质量和劳动生产率、减少材料消耗、降低环境污染等起到越来越重要的作用。

在采用激光器进行加工时，当高能的激光束照射到那些对激光波段吸收率较低的材料或表面光洁度较高的材料时，工件会反射大量的激光能量，部分反射光会沿着原光路返回到激光器振荡腔，由于激光光束的能量密度很高，会产生大量的热量，导致激光器输出功率下降，从而致使激光器的使用寿命下降，严重时会烧毁激光器。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够保护激光器，延长激光器的使用寿命光学隔离系统。

一种光学隔离系统，用于隔离激光器的反射激光，包括：

偏振分光镜，用于接收偏振方向与入射面垂直的P偏振光，所述偏振分光镜可使所述P偏振光透射；

第一半波片，设于所述偏振分光镜的一侧，所述第一半波片可与所述P偏振光的光路垂直，使所述P偏振光的偏振方向旋转45度；

90度相位延迟镜，设于所述第一半波片远离所述偏振分光镜的一侧，所述90度相位延迟镜与所述第一半波片呈45度夹角，所述90度相位延迟镜用于以45度入射角接收来自所述第一半波片的P偏振光，并将所述来自第一半波片的P偏振光形成圆偏振光，所述圆偏振光用于对工件进行加工，所述工件可反射所述圆偏振光，所述圆偏振光可以45度入射角入射所述90度相位延迟镜，所述90度相位延迟镜可将所述圆偏振光转换为线偏振光，所述线偏振光经所述90度相位延迟镜反射到所述第一半波片上，所述第一半波片可将所述线偏振光转换成S偏振光，所述偏振分光镜可接收所述S偏振光，并以45度反射出；

光束吸收器，设于所述偏振分光镜的一侧，所述S偏振光可入射到所述光束吸收器内，所述光束吸收器用于接收所述S偏振光。

在其中一个实施例中，所述光束吸收器包括：

吸收壳，为圆柱形腔体；及

圆锥体，收容于所述吸收壳的底部内，所述圆锥体的直径与所述吸收壳的直径相等，所述S偏振光可进入所述吸收壳内，在所述吸收壳的内壁与圆锥体的外侧壁之间发生反射，并被吸收。

在其中一个实施例中，还包括偏振模块，所述偏振模块位于所述偏振分光镜远离所述第一半波片的一侧，所述偏振模块可设于所述激光器的出光口处，所述偏振模块用于接收所述激光器发出的入射激光，并将所述入射激光转换为所述P偏振光，所述偏振模块包括:

双折射晶体，可与所述激光器的出光口相对设置，所述入射激光可从所述双折射晶体的一侧射入，经所述双折射晶体分解为第一P偏振光及S偏振光；

第二半波片，设于所述双折射晶体的一侧，且所述第二半波片与所述入射激光同轴，所述第二半波片的主截面与所述Ｓ偏振光的振动面之间的夹角为45度，所述第二半波片使所述S偏振光转换为第二P偏振光；

合束整形透镜组，设于所述第二半波片远离所述双折射晶体的一侧，所述第一P偏振光及所述第二P偏振光从所述合束整形透镜组的一侧射入，所述合束整形透镜组使所述第一P偏振光及所述第二P偏振光整形成一束所述P偏振光；

其中，所述双折射晶体、所述合束整形透镜组的光轴位于同一直线上。

在其中一个实施例中，所述合束整形透镜组包括平凸透镜及平凹透镜，所述平凸透镜的焦点与所述平凹透镜的焦点重合，且所述平凸透镜与平凹透镜重合的焦点位于所述平凸透镜及所述平凹透镜之间。

在其中一个实施例中，所述平凸透镜的焦距为100mm，厚度为3mm，所述平凹透镜的焦距为20mm，厚度为3mm，所述平凸透镜与所述平凹透镜之间的距离为117mm。

在其中一个实施例中，还包括前置半波片，所述前置半波片位于所述偏振分光镜远离所述第一半波片的一侧，所述前置半波片可位于所述激光器的出光口处，所述前置半波片用于接收所述激光器发出的入射线偏振光，并可将所述入射线偏振光旋转成所述P偏振光。

在其中一个实施例中，还包括零度相位延迟镜，所述零度相位延迟镜与所述90度相位延迟镜相对平行设置，所述零度相位延迟镜可将所述圆偏振光以45度反射角反射出，经所述零度相位延迟镜反射的圆偏振光的传播方向与所述P偏振光的传播方向平行。

还提供一种光学隔离器。

一种光学隔离器，包括：

上述的光学隔离系统；

偏振分光镜座，为中空柱体，所述偏振分光镜及所述第一半波片收容于所述偏振分光镜座内，所述偏振分光镜座的外侧壁上开设有通孔，所述通孔与所述偏振分光镜相对，所述S偏振光刻从所述通孔出射，所述偏振分光镜座的外侧壁上设有第一进水管及第一出水管，所述第一进水管及所述第一出水管用于循环冷却水，使所述偏振分光镜座冷却；

90度相位延迟镜座，为实体，所述90度相位延迟镜座靠近所述偏振分光镜座的一侧铣有入射光腔，所述90度相位延迟镜座的另一侧铣有反射光腔，所述入射光腔与所述反射光腔垂直连通，所述90度相位延迟镜设于所述入射光腔与所述反射光腔的交点处，所述90度相位延迟镜座上设有第二进水管及第二出水管，所述第二进水管及所述第二出水管用于循环冷却水，使所述90度相位延迟镜座冷却；

光束吸收器安装座，用于放置所述光束吸收器，且所述光束吸收器安装座与所述光束吸收器固定连接，所述光束吸收器安装座设于所述通孔处，所述光束吸收器安装座上设有第三进水管及第三出水管，所述第三进水管及所述第三出水管用于循环冷却水，使所述光束吸收器安装座冷却。

在其中一个实施例中，还包括半波片压环，所述半波片压环位于所述偏振分光镜座与所述90度相位延迟镜座之间，所述半波片压环压持所述第一半波片。

在其中一个实施例中，还包括偏振分光镜压盖，所述偏振分光镜压盖包括盖体及设于所述盖体上的凸台，所述盖体及所述凸台上均开设有通光孔，所述凸台的横截面与所述偏振分光镜的横街面相同，所述凸台可收容于所述偏振分光镜座内，所述凸台压持所述偏振分光镜，所述压盖与所述偏振分光镜座的一侧固定连接。

在其中一个实施例中，所述90度相位延迟镜座靠近所述偏振分光镜座的一侧铣有所述入射光腔及反射光腔，所述入射光腔与所述反射光腔垂直，所述90度相位延迟镜设于所述入射光腔与所述反射光腔的交点处。

在其中一个实施例中，所述90度相位延迟镜座铣有出射光腔，所述出射光腔与所述反射光腔垂直导通，所述出射光腔与所述入射光腔平行，所述入射光腔、反射光腔、出射光腔共同构成一个Z形的导通光腔，所述零度相位延迟镜设于所述反射光腔与所述出射光腔的交点处。

在其中一个实施例中，还包括压片，所述压片为L形，所述压片压持所述90度相位延迟镜上，限位所述90度相位延迟镜。

上述光学隔离器中，激光经光学隔离系统转换为圆偏振光，利用圆偏振光对工件加工。并且，反射的圆偏振光经光学隔离系统转换为S偏振光，S偏振光经多次反射即可被光束吸收器吸收。S偏振光被吸收掉，避免了反射光进入激光谐振腔将其烧毁，从而保护了激光器，延长其使用寿命。

附图说明

图1为一实施方式的光学隔离器的爆炸图；

图2为一实施方式的光学隔离系统的光路图；

图3为S偏振光与P偏振光的相位差为0时的偏振状态；

图4为S偏振光与P偏振光的相位差为π/2的奇数倍时的偏振状态；

图5为S偏振光与P偏振光的相位差为π时的偏振状态；

图6为图1所示的光学隔离器的剖视图；

图7为图1所示的光束吸收器的光路图；

图8为另一实施方式的光学隔离器的爆炸图；

图9为图8所示的光学隔离器的剖视图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1和图2，本实施方式的一种光学隔离器100用于隔离激光器的反射激光。光学隔离器100包括光学隔离系统200、偏振模块安装座110、偏振分光镜座120、90度相位延迟镜座130、光束吸收器安装座140、半波片压环150及偏振分光镜压盖160。

具体在本实施方式中，光学隔离系统200包括偏振模块210、偏振分光镜220、第一半波片230、90度相位延迟镜240及光束吸收器250。具体在本实施方式中的，光学隔离系统200可以对激光器进行隔离。激光器发出的激光10以偏振模式输出，可以是线偏振、圆偏振、椭圆偏振输出。并且激光10的波段可以为所有激光波段，如紫外、绿光、近红外、中红外等激光。

偏振模块210可设于激光器的出光口处。偏振模块210用于接收激光器发出的入射激光10，并将入射激光10转换为P偏振光13。偏振模块210包括双折射晶体211、第二半波片212、合束整形透镜组213。

双折射晶体211可与激光器的出光口相对设置。入射激光10可从双折射晶体211的一侧射入，经双折射晶体211分解为第一P偏振光11及S偏振光。S偏振光是指偏振方向与入射面垂直的偏振光。第一P偏振光11是指偏振方向与入射面平行的偏振光。激光10从双折射晶体211的光轴的下方射入。第一P偏振光11经双折射晶体211折射，第一P偏振光11位于双折射晶体211的光轴上方传播。S偏振光仍然沿原来的传播方向，S偏振光在双折射晶体211光轴的下方传播。

第二半波片212设于双折射晶体211的一侧，且第二半波片212与入射激光10同轴。第二半波片212的主截面与Ｓ偏振光的振动面之间的夹角为45度。第二半波片212使S偏振光转换为第二P偏振光12。第二半波片212设于双折射晶体211出光口的一侧，且设于S偏振光的传播方向上。第二半波片212的主截面与S偏振光的振动面之间的夹角为45度。则S偏振光经第二半波片212，经第二半波片212旋转90度，即S偏振光变为第二P偏振光12。具体地，第二半波片212与激光10相对设置。即，只有沿原来传播方向的S偏振光照射在第二半波片212上。第二P偏振光12是指偏振方向与入射面平行的偏振光。

合束整形透镜组213设于第二半波片212远离双折射晶体211的一侧，第一P偏振光及第二P偏振光从合束整形透镜组213的一侧射入。双折射晶体211的光轴与合束整形透镜组213的光轴位于同一直线上。合束整形透镜组213使第一P偏振光11及第二P偏振光12整形成一束P偏振光13。第一P偏振光11位于光轴的上方，第二P偏振光12位于光轴的下方。第一P偏振光11及第二P偏振光12经合束整形透镜组213整形后，P偏振光13沿合束整形透镜组213的光轴传播。

具体在本实施方式中，合束整形透镜组213包括平凸透镜214及平凹透镜215。平凸透镜214的焦点与平凹透镜215的焦点重合，且平凸透镜214的焦点与平凹透镜215的焦点位于平凸透镜214及平凹透镜215之间。平凸透镜214将第一P偏振光11及第二P偏振光12进行会聚，并会聚到焦点处。第一P偏振光11及第二P偏振光12经平凹透镜215的发散作用，形成P偏振光13。平凸透镜214的焦距为100mm，厚度为3mm。平凹透镜215的焦距为20mm，厚度为3mm。平凸透镜214与平凹透镜215之间的距离为117mm。

偏振分光镜220用于接收偏振方向与入射面垂直的P偏振光13。偏振分光镜220可使P偏振光13透射。偏振分光镜220（PBS）可将随机偏振的光束分成两个正交的线性偏振分量。S偏振光以90°角反射，而P偏振光13则透射而出。偏振分光镜220通常是立方体形状，但也可提供定制外形。具体在本实施方式中，偏振分光镜220为正立方体。偏振分光镜220包括两个直角棱镜。并且其中一块直角棱镜的斜面上镀了电介质多层偏光膜。电介质多层偏光膜可使P偏振光透射、S偏振光反射。由于偏振分光镜220的入射光为P偏振光13，因此P偏振光13全部透射。偏振分光镜220不改变偏振状态，所以透射光仍然为P偏振光13。

第一半波片230设有偏振分光镜220远离偏振模块210的一侧。第一半波片230可与P偏振光13的光路垂直，使P偏振光13的偏振方向旋转45度。第一半波片230对P偏振光13的偏振方向进行旋转，第一半波片230的主截面相对入射的P偏振光13的振动方向旋转22.5度。透射的P偏振光14的偏振方向旋转了45度。

90度相位延迟镜240与第一半波片230呈45度夹角。90度相位延迟镜240用于以45度入射角接收来自第一半波片230的P偏振光14，并将来自第一半波片230的P偏振光14形成圆偏振光15。则工件20可位于光学隔离系统200的一侧，利用圆偏振光15对其进行加工。

具体在本实施方式中，还包括零度相位延迟镜260。零度相位延迟镜260与90度相位延迟镜240相对平行设置。零度相位延迟镜260可将圆偏振光15以45度反射角反射出。经零度相位延迟镜260反射的圆偏振光15的传播方向与P偏振光14的传播方向平行。工件20设于圆偏振光15的出射口出，圆偏振光15用于对工件20进行加工。通过零度相位延迟镜260可以使工件20位于激光器的对面，于光学隔离器100的一端进行加工，有利于光学隔离器100的安装使用，能够较好地应用于实际加工生产中。

圆偏振光15含有等量的s偏振光和p偏振光，而且s偏振光和p偏振光在振动方向上是正交的，因此圆偏振光15使得激光切割的切缝不会随切割轨迹的变化而变化，相比线偏振光切割的效果，圆偏振光15聚焦之后能够有效地改善和提高工件激光切缝的质量。

圆偏振光15经工件20表面反射，反射后仍然是圆偏振光15。因零度相位延迟镜260只改变光的传播方向，不改变光的偏振方向。圆偏振光15经过零度相位延迟镜260的反射之后，反射光束仍然是圆偏振光15。圆偏振光15以45度入射角入射到90度相位延迟镜240上，90度相位延迟镜240将圆偏振光15以45度反射角反射出。

经过90度相位延迟镜240后，寻常光和非常光分量之间再次产生90°的相位差。所以线偏振光两次经过90度相位延迟镜240后，寻常光和非常光分量共产生180°的相位差。根据图3-5所示的不同相位差的偏振状态，当S偏振光与P偏振光之间的相位差为π的奇数倍时为线偏振光。当S偏振光与P偏振光相位差为0或π的偶数倍时为线偏振光，且这两种线偏振光正交。当S偏振光与P偏振光等量且相位差为π/2的奇数倍时为圆偏振光。

因此，圆偏振光15经过90度相位延迟镜240反射之后，变为线偏振光16。P偏振光13与线偏振光16在振动方向上是正交的。因第一半波片230的主截面相对入射的P偏振光13的振动方向旋转22.5°，所以线偏振光16的偏振方向相对P偏振光的振动方向旋转了45°角。所以，线偏振光16与第一半波片230的主截面夹角为135°。线偏振光16通过第一半波片230时其偏振方向旋转2*135°形成线偏振光17，即线偏振光17相对P偏振光旋转了270°，即线偏振光17为S偏振光18。S偏振光18经过偏振分光镜220时直接被90度反射射出。

光束吸收器250设于偏振分光镜220的一侧，S偏振光18可入射到光束吸收器250内，光束吸收器250用于接收S偏振光18。

请参阅图7，光束吸收器250包括吸收壳251及圆锥体253。

吸收壳251为圆柱形腔体。

圆锥体253收容于吸收壳251的底部内，圆锥体253的直径与吸收壳251的直径相等。S偏振光可进入吸收壳251内，在吸收壳251的内壁与圆锥体253的外侧壁之间发生反射，并被吸收。当S偏振光射向圆锥体253的锥尖时，S偏振光在吸收壳251的内壁与圆锥体253的外侧壁之间发生来回反复反射，每反射一次将被光束吸收器250吸收一次。S偏振光经多次反射即可被光束吸收器250吸收。S偏振光被吸收掉，避免了反射光进入激光谐振腔将其烧毁，从而保护了激光器，延长其使用寿命。

具体在本实施方式中，S偏振光18所在的直线不经过圆锥体253的锥尖。S偏振光刻在圆锥体253的锥面上较为容易的发生多次反射，以保证光束吸收器250的吸收效果。

上述光学隔离系统200中，激光器的输出模式可以为线偏振、圆偏振、椭圆偏振等。并且，对于不同激光波段，如紫外、绿光、近红外、中红外等激光器，可以通过在各个光学元件上相应设置相对波长的透过膜，使光学隔离系统200对不同激光器提供隔离保护作用，上述光学隔离系统200具有较高的通用性。

偏振模块安装座110用于安装偏振模块210。偏振模块安装座110开设有收容腔，偏振模块210收容于偏振模块安装座110内。具体在本实施方式中，偏振模块安装座110包括双折射晶体安装部111、第二半波片压环112、合束整形透镜组安装部113。

双折射晶体安装部111包括双折射晶体压盖111a、双折射晶体腔111b。双折射晶体211收容于双折射晶体腔111b内。双折射晶体压盖111a从双折射晶体腔111b的一端压持双折射晶体211，以使双折射晶体211限位于双折射晶体腔111b内。

第二半波片212设于双折射镜头安装部111远离双折射晶体压盖111a的一端上。并且，第二半波片压环112设于双折射晶体腔111b远离双折射晶体压盖111a的一端，第二半波片压环112压持第二半波片212，以使第二半波片212固定。

合束整形透镜组安装部113包括平凸透镜压环113a、平凸透镜腔113b、平凹透镜压环113c及冷却水接头113d。平凸透镜214及平凹透镜215收容于平凸透镜腔113b内。平凸透镜压环113a压持平凸透镜214。平凹透镜压环113c压持平凹透镜215。平凸透镜压环113a及平凹透镜压环113c分别使平凸透镜214及平凹透镜215固定限位于平凸透镜腔113b内。冷却水接头113d可以通入循环冷却水，以使合束整形透镜组安装部113能够冷却降温，以防止平凸透镜214及平凹透镜215吸收激光能量之后会产生大量的热量，出现开裂、受热炸裂现象的发生，增强光学隔离器100的安全性。

偏振分光镜座120为中空柱体。偏振分光镜220及第一半波片230收容于偏振分光镜座120内。偏振分光镜座120的外侧壁上开设有通孔。通孔与光束吸收器250相对，S偏振光18可从通孔出射。偏振分光镜座120的外侧壁上设有第一进水管121及第一出水管（图未标），第一进水管121及第一出水管用于循环冷却水，使偏振分光镜座120冷却。防止偏振分光镜220吸收激光能量之后会产生大量的热量，出现开裂、受热炸裂现象的发生，增强光学隔离器的安全性。

90度相位延迟镜座130为实体。90度相位延迟镜座130靠近偏振分光镜座120的一侧铣有入射光腔131。90度相位延迟镜座130的另一侧铣有反射光腔132，入射光腔131与反射光腔132垂直导通。90度相位延迟镜240设于入射光腔131与反射光腔132的交点处。具体在本实施方式中，90度相位延迟镜座130还铣有出射光腔133。出射光腔133与反射光腔132垂直导通。出射光腔133与入射光腔131平行。入射光腔131、反射光腔132、出射光腔133共同构成一个Z形的导通光腔。零度相位延迟镜260设于反射光腔132与出射光腔133的交点处。圆偏振光15经零度相位延迟镜260反射，穿过出射光腔133从90度相位延迟镜座130的一侧出射。

可以理解，出射光腔133可以省略，圆偏振光15经零度相位延迟镜260反射，可直接从反射光腔132的远离入射光腔131的一端出射。

90度相位延迟镜座130上设有第二进水管134及第二出水管135。第二进水管134及第二出水管135用于循环冷却水，使90度相位延迟镜座130冷却。防止90度相位延迟镜240吸收激光能量之后会产生大量的热量，出现开裂、受热炸裂现象的发生，增强光学隔离器100的安全性。

压片139为两个。压片为L形，两个压片139分别压持于90度相位延迟镜240及零度相位延迟镜260上，限位90度相位延迟镜240及零度相位延迟镜260。

光束吸收器安装座140用于放置光束吸收器250。光束吸收器安装座140与光束吸收器250固定连接，光束吸收器安装座140设于通孔处。S偏振光18可从通孔出射，入射到光束吸收器250内。光束吸收器安装座140上设有第三进水管141及第三出水管142，第三进水管141及第三出水管142用于循环冷却水，使光束吸收器安装座140冷却。由于光束吸收器250与光束吸收器安装座140相接触，当光束吸收器安装座140被冷却水冷却的时候，同时光束吸收器250也可以降温，以防止光束吸收器250收激光能量之后会产生大量的热量，出现开裂、受热炸裂现象的发生，增强光学隔离器100的安全性。

半波片压环150位于偏振分光镜座与90度相位延迟镜座130之间，半波片压环150压持第一半波片230。半波片压环150可将第一半波片230固定在偏振分光镜座与90度相位延迟镜座130之间，保持第一半波片230的稳定性。

偏振分光镜压盖160包括盖体161及设于盖体161上的凸台162，盖体161及凸台162上均开设有通光孔。凸台162的横截面与偏振分光镜的横街面相同。凸台162可收容于偏振分光镜座120内。凸台162可压持偏振分光镜。压盖与偏振分光镜座120的一侧固定连接。凸台162可将偏振分光镜能够较好的固定在偏振分光镜座120内，并不会由于晃动，使偏振分光镜发生滑动。

由光学隔离器100输出的光束均为圆偏振光15，由于圆偏振光15含有等量的S偏振光和P偏振光，而且S偏振光和Ｐ偏振光在振动方向上是正交的，因此圆偏振光15使得激光切割的切缝不会随切割轨迹的变化而变化，相比线偏振光切割的效果，圆偏振光15聚焦之后能够有效地改善和提高工件激光切缝的质量。

请参阅图8及图9，在其他实施方式中，当激光器发出的为线偏振光的时候。偏振模块210可由前置半波片300替代。

具体地，前置半波片300位于偏振分光镜远离第一半波片230的一侧。前置半波片300可位于激光器的出光口处。前置半波片300用于接收激光器发出的入射线偏振光，并可将入射线偏振光旋转成P偏振光。

前置半波片300只对线偏振光的偏振方向进行旋转，如前置半波片300的主截面相对入射光的偏振方向旋转θ角，则通过此前置半波片300的线偏振方向从原来的方向旋转2θ角。因此，根据激光器发出的线偏振光的偏振方向与入射面的夹角，来设定前置半波片300的主截面与入射面的夹角。可以理解，当激光器发出的为S偏振光的时候，则前置半波片300的主截面与入射面的夹角为45度。因此，前置半波片300可以使S偏振光转换为P偏振光。

转换得到的P偏振光，同样经过偏振分光镜、第一半波片230、90度相位延迟镜240转换为圆偏振光15，利用圆偏振光15对工件进行加工。工件反射的圆偏振光15经90度相位延迟镜240、第一半波片230及偏振分光镜转换为S偏振光，并最终被光束吸收器250吸收掉，避免了反射光进入激光谐振腔将其烧毁，从而保护了激光器，延长其使用寿命。

对于输出偏振模式仅为线偏振的激光器，其外光路采用一个前置半波片300替代偏振模块210组成简约型的光学隔离器100，降低了光学隔离器100的使用成本，同时又能够有效的隔离反射光进而保护激光器。

在其他实施方式中，当激光器发出的为线偏振光的时候。偏振模块安装座110可以由前置半波片安装座400替换。前置半波片安装座400用于安装前置半波片300。同理，前置半波片安装座400上设有接水管410。接水管410用于接入循环冷却水。前置半波片安装座400通过冷却水冷却，防止前置半波片300吸收激光能量之后会产生大量的热量，出现开裂、受热炸裂现象的发生，增强光学隔离器100的安全性。

利用上述光学隔离器100对工件20进行加工，自光学隔离器100输出的激光均为圆偏振光15束，由于圆偏振光15含有等量的s偏振光和p偏振光，而且s偏振光和p偏振光在振动方向上是正交的，因此圆偏振光15使得激光切割的切缝不会随切割轨迹的变化而变化，相比线偏振光切割的效果，圆偏振光15聚焦之后能够有效地改善和提高工件激光切缝的质量。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种光学隔离系统，用于隔离激光器的反射激光，其特征在于，包括：

偏振分光镜，用于接收偏振方向与入射面垂直的P偏振光，所述偏振分光镜可使所述P偏振光透射；

第一半波片，设于所述偏振分光镜的一侧，所述第一半波片与所述P偏振光的光路垂直，使所述P偏振光的偏振方向旋转45度；

90度相位延迟镜，设于所述第一半波片远离所述偏振分光镜的一侧，所述90度相位延迟镜与所述第一半波片呈45度夹角，所述90度相位延迟镜用于以45度入射角接收来自所述第一半波片的P偏振光，并将所述来自第一半波片的P偏振光形成圆偏振光，所述圆偏振光用于对工件进行加工，所述工件可反射所述圆偏振光，所述圆偏振光可以45度入射角入射所述90度相位延迟镜，所述90度相位延迟镜可将所述圆偏振光转换为线偏振光，所述线偏振光经所述90度相位延迟镜反射到所述第一半波片上，所述第一半波片可将所述线偏振光转换成S偏振光，所述偏振分光镜可接收所述S偏振光，并以45度反射出；

光束吸收器，设于所述偏振分光镜的一侧，所述S偏振光可入射到所述光束吸收器内，所述光束吸收器用于接收所述S偏振光。

2.根据权利要求1所述的光学隔离系统，其特征在于，所述光束吸收器包括：

吸收壳，为圆柱形腔体；及

圆锥体，收容于所述吸收壳的底部内，所述圆锥体的直径与所述吸收壳的直径相等，所述S偏振光可进入所述吸收壳内，在所述吸收壳的内壁与圆锥体的外侧壁之间发生反射，并被吸收。

3.根据权利要求1所述的光学隔离系统，其特征在于，还包括偏振模块，所述偏振模块位于所述偏振分光镜远离所述第一半波片的一侧，所述偏振模块设于所述激光器的出光口处，所述偏振模块用于接收所述激光器发出的入射激光，并将所述入射激光转换为所述P偏振光，所述偏振模块包括:

双折射晶体，可与所述激光器的出光口相对设置，所述入射激光可从所述双折射晶体的一侧射入，经所述双折射晶体分解为第一P偏振光及S偏振光；

第二半波片，设于所述双折射晶体的一侧，且所述第二半波片与所述入射激光同轴，所述第二半波片的主截面与所述S偏振光的振动面之间的夹角为45度，所述第二半波片使所述S偏振光转换为第二P偏振光；

合束整形透镜组，设于所述第二半波片远离所述双折射晶体的一侧，所述第一P偏振光及所述第二P偏振光从所述合束整形透镜组的一侧射入，所述合束整形透镜组使所述第一P偏振光及所述第二P偏振光整形成一束所述P偏振光；

其中，所述双折射晶体、所述合束整形透镜组的光轴位于同一直线上。

4.根据权利要求3所述的光学隔离系统，其特征在于，所述合束整形透镜组包括平凸透镜及平凹透镜，所述平凸透镜的焦点与所述平凹透镜的焦点重合，且所述平凸透镜与平凹透镜重合的焦点位于所述平凸透镜及所述平凹透镜之间。

5.根据权利要求4所述的光学隔离系统，其特征在于，所述平凸透镜的焦距为100mm，厚度为3mm，所述平凹透镜的焦距为20mm，厚度为3mm，所述平凸透镜与所述平凹透镜之间的距离为117mm。

6.根据权利要求1所述的光学隔离系统，其特征在于，还包括前置半波片，所述前置半波片位于所述偏振分光镜远离所述第一半波片的一侧，所述前置半波片位于所述激光器的出光口处，所述前置半波片用于接收所述激光器发出的入射线偏振光，并可将所述入射线偏振光旋转成所述P偏振光。

7.根据权利要求1所述的光学隔离系统，其特征在于，还包括零度相位延迟镜，所述零度相位延迟镜与所述90度相位延迟镜相对平行设置，所述零度相位延迟镜可将所述圆偏振光以45度反射角反射出，经所述零度相位延迟镜反射的圆偏振光的传播方向与所述P偏振光的传播方向平行。

8.一种光学隔离器，其特征在于，包括：

权利要求1～6任意一项所述的光学隔离系统；

偏振分光镜座，为中空柱体，所述偏振分光镜及所述第一半波片收容于所述偏振分光镜座内，所述偏振分光镜座的外侧壁上开设有通孔，所述通孔与所述偏振分光镜相对，所述S偏振光从所述通孔出射，所述偏振分光镜座的外侧壁上设有第一进水管及第一出水管，所述第一进水管及所述第一出水管用于循环冷却水，使所述偏振分光镜座冷却；

90度相位延迟镜座，为实体，所述90度相位延迟镜座靠近所述偏振分光镜座的一侧铣有入射光腔，所述90度相位延迟镜座的另一侧铣有反射光腔，所述入射光腔与所述反射光腔垂直连通，所述90度相位延迟镜设于所述入射光腔与所述反射光腔的交点处，所述90度相位延迟镜座上设有第二进水管及第二出水管，所述第二进水管及所述第二出水管用于循环冷却水，使所述90度相位延迟镜座冷却；

光束吸收器安装座，用于放置所述光束吸收器，且所述光束吸收器安装座与所述光束吸收器固定连接，所述光束吸收器安装座设于所述通孔处，所述光束吸收器安装座上设有第三进水管及第三出水管，所述第三进水管及所述第三出水管用于循环冷却水，使所述光束吸收器安装座冷却。

9.根据权利要求8所述的光学隔离器，其特征在于，还包括半波片压环，所述半波片压环位于所述偏振分光镜座与所述90度相位延迟镜座之间，所述半波片压环压持所述第一半波片。

10.根据权利要求8所述的光学隔离器，其特征在于，还包括偏振分光镜压盖，所述偏振分光镜压盖包括盖体及设于所述盖体上的凸台，所述盖体及所述凸台上均开设有通光孔，所述凸台的横截面与所述偏振分光镜的横截面相同，所述凸台可收容于所述偏振分光镜座内，所述凸台压持所述偏振分光镜，所述压盖与所述偏振分光镜座的一侧固定连接。

11.根据权利要求8所述的光学隔离器，其特征在于，所述90度相位延迟镜座靠近所述偏振分光镜座的一侧铣有所述入射光腔及反射光腔，所述入射光腔与所述反射光腔垂直，所述90度相位延迟镜设于所述入射光腔与所述反射光腔的交点处。

12.根据权利要求11所述的光学隔离器，其特征在于，所述光学隔离系统还包括零度相位延迟镜，所述零度相位延迟镜与所述90度相位延迟镜相对平行设置，所述零度相位延迟镜可将所述圆偏振光以45度反射角反射出，经所述零度相位延迟镜反射的圆偏振光的传播方向与所述P偏振光的传播方向平行，所述90度相位延迟镜座铣有出射光腔，所述出射光腔与所述反射光腔垂直导通，所述出射光腔与所述入射光腔平行，所述入射光腔、反射光腔、出射光腔共同构成一个Z形的导通光腔，所述零度相位延迟镜设于所述反射光腔与所述出射光腔的交点处。

13.根据权利要求8所述的光学隔离器，其特征在于，还包括压片，所述压片为L形，所述压片压持所述90度相位延迟镜上，限位所述90度相位延迟镜。