CN103869505A - 一种大口径偏振无关高功率隔离器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光领域，公开了一种大口径偏振无关高功率隔离器，包括沿光路正向传输方向依次设置的第一双折射棱镜、45°法拉第旋光器、第二双折射棱镜和合束器；其中，所述第一双折射棱镜和第二双折射棱镜均为反射型偏光分束棱镜；法拉第旋光器的磁光晶体一侧的通光面光胶一半波片。本发明采用反射型偏光分束棱镜的双折射棱镜对使隔离器中传输的光分成偏振方向相互垂直的两偏振光，且两偏振光具有较大的分离角，采用一对全反射光学元件将回程光的两子光束进一步反射偏离正向传输光，以实现大口径偏振无关的高功率隔离器；在磁光晶体一面增设半波片，以提高隔离器的隔离度，使高功率隔离器更加稳定、可靠，避免被烧毁。
Description
技术领域
本发明涉及激光领域，尤其涉及一种大口径偏振无关高功率隔离器。
背景技术
在激光的传输过程中，会经过许多不同的光学界面，在每一个光学界面处，均会出现不同程度的反射，这些反射产生的回程光最终会沿光路传回光源。当回程光的累积强度达到一定程度时，就会引起光源工作不稳定，产生频率漂移、幅度变化等问题，从而影响整个激光系统的正常工作。为了避免回程光对光源产生影响，必须以光隔离器抑制回程光，以确保激光器的工作质量
在大功率激光器中，光功率密度高，目前大部分的隔离器均难以承受，容易被烧毁，或者是隔离度比较低。本公司先前的一种高功率隔离器，包括沿正向传输光路依次设于壳体内的第一光纤准直装置、第一起检偏器、旋光器、第二起检偏器、双折射晶体、第二光纤准直装置；第二起检偏器的光轴相对于第一起检偏器呈45度；所述的第一光纤准直装置、第一起检偏器间的回程光路上设有第一玻璃直角棱镜、第二玻璃直角棱镜所述的旋光器旋光角度为45度，旋光器两侧通光面深化光胶有导热晶体。该结构通过在磁光晶体两侧光胶导热晶体加强散热，以避免光功率密度过高而烧毁隔离器。但在大功率激光器中，其隔离度不够稳定，使得激光质量也不稳定。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种大口径偏振无关高功率隔离器，适用于大功率连续激光器或脉冲激光器，具有稳定的高隔离度。
为达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种大口径偏振无关高功率隔离器，包括沿光路正向传输方向依次设置的第一双折射棱镜、45°法拉第旋光器、第二双折射棱镜和合束器；其中，所述第一双折射棱镜和第二双折射棱镜均为反射型偏光分束棱镜；所述法拉第旋光器的磁光晶体一侧的通光面光胶一半波片；正向传输的光经第一双折射棱镜分成偏振方向相互垂直的两偏振光束，经法拉第旋光器、半波片和第二双折射棱镜之后，最后由合束器合为一束光输出，而反向传输的回程光两子光束经法拉第旋光器的再次旋光作用，在第二双折射棱镜的反射面交叉之后分别以不同方向被反射输出。
进一步的，还包括一对全反射元件，分别置于第一双折射棱镜前面回程光路输出的两子光束光路上。
进一步的，所述全反射元件为全内反射棱镜或平面反射镜。
进一步的，所述磁光晶体另一侧光胶一导热光学元件。
进一步的，所述导热光学元件为YVO4晶体。
进一步的，所述磁光晶体为Garnet单晶体。
进一步的，所述反射型偏光分束棱镜为YVO4晶体棱镜。
进一步的，所述合束器为walk-off晶体楔角片、Rochon棱镜或渥拉斯顿棱镜。
本发明的有益效果为：采用反射型偏光分束棱镜的双折射棱镜对使隔离器中传输的光分成偏振方向相互垂直的两偏振光，且两偏振光具有较大的分离角，采用一对全反射光学元件将回程光的两子光束进一步反射偏离正向传输光，以实现大口径偏振无关的高功率隔离器；在磁光晶体一面增设半波片，以提高隔离器的隔离度，使高功率隔离器更加稳定、可靠，避免被烧毁。
附图说明
图1为本发明高功率隔离器结构及正向传输光路示意图；
图2为本发明高功率隔离器反向传输光路示意图。
附图标记：1、第一双折射棱镜；2、第二双折射棱镜；3、磁光晶体；4、合束器；5、导热光学元件；6、半波片；7、全内反射棱镜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
本发明采用反射型偏光分束棱镜的双折射棱镜对使隔离器中传输的光分成偏振方向相互垂直的两偏振光，且两偏振光具有较大的分离角，采用一对全反射光学元件将回程光的两子光束进一步反射偏离正向传输光，以实现大口径偏振无关的高功率隔离器。具体的，本发明公开的大口径偏振无关高功率隔离器，包括沿光路正向传输方向依次设置的第一双折射棱镜、45°法拉第旋光器、第二双折射棱镜和合束器；其中，第一双折射棱镜和第二双折射棱镜均为反射型偏光分束棱镜；法拉第旋光器的磁光晶体一侧的通光面光胶一半波片；正向传输的光经第一双折射棱镜分成偏振方向相互垂直的两偏振光束，经法拉第旋光器、半波片和第二双折射棱镜之后，最后由合束器合为一束光输出，而反向传输的回程光经法拉第旋光器的再次旋光作用，在第二双折射棱镜的反射面交叉之后分别以不同方向被反射输出。
如图1和2为本发明的具体实施例正反向光路示意图，该实施例的隔离器，包括反射型偏光分束的双折射棱镜对（第一双折射棱镜1和第二双折射棱镜2），两双折射棱镜1、2之间为45°法拉第旋光器，该实施例中采用Garnet晶体作为法拉第旋光器的磁光晶体3，在磁光晶体3两侧的通光面上分别光胶导热光学元件5和半波片6，在第二双折射棱镜2后面为一合束器4。在第一双折射棱镜1前面回程光路输出的两子光束光路上分别设置有全反射元件，如平面反射镜或全内反射棱镜7等，该实施例采用的是全内反射棱镜7，来进一步将回程光反射偏离正向光路，避免回程光返回光源内部，影响光源的稳定性和光束质量。如图1所示，两全内反射棱镜7之间的间距为D，即该隔离器的光入射口径为D，远大于一般隔离的入射口径。入射的激光光束直径小于D，光束垂直入射到第一双折射棱镜1的直角边，该第一双折射棱镜1的光轴方向为平行于该入射光或垂直于纸面方向，所以在光束进入第一双折射棱镜1后，o光和e光不分离，但传输速度不同，经第一双折射棱镜1的斜面反射之后，o光和e光便产生光束分离，并从另一直角边以偏振态相互垂直的两子光束出射，进入导热光学元件5，如YVO4晶体，之后两子光束分别入射到磁光晶体3，在磁光晶体3作用下，两子光束的偏振方向均被旋转45°，再经半波片6后，两子光束的相位改变180°，之后入射到第二双折射棱镜2的一直角边上，该第二双折射棱镜2的光轴方向为垂直纸面或者在纸面内垂直于入射光方向，故经第二双折射棱镜2斜边反射之后o光和e光从第二双折射棱镜2的另一直角边平行输出，最终由合束器4将两子光束合束后输出。
上面所示的是正向传输的光路，而反向传输的光则被隔离而不能返回光源，其光路如图2所示，被反射回的反向入射的光经合束器4（此时为分束器）之后分为偏振方向相互垂直的两子光束，且两子光束相互平行，入射到第二双折射棱镜2，经其斜面反射之后，两子光束不再平行，而是以一定夹角出射，之后进入半波片6，两子光束的相位改变180°，再经磁光晶体3之后，两子光束的偏振方向均再次被旋转45°，由于法拉第旋光的非互易性，该返程的两子光束与正向传输的两子光束相比，偏振方向均被旋转了90°，即返程的两子光束再次入射到第一双折射晶体1内时，o光和e光相互对换，故经第一双折射晶体1的斜面反射之后，两子光束将偏离原正向光的传输路径，不再合束输出，而是在该反射斜面发生偏折，分别朝两个方向出射，从而不再返回光源内部，以避免返程光影响光源的稳定性和光束的质量。在出射的两返程子光束上分别设置全内反射棱镜7，将两子光束进一步偏折出射，使其更加远离光源。
该实施例的双折射棱镜对1、2均采用YVO4晶体的反射型偏光分束棱镜，对o光和e光具有较大的分离角，可以在较短的长度内将反向光偏离，同时还可以有效降低光束到达磁光晶体3上的光功率密度，更适合使用在高功率激光器内部作为隔离器来使用，保护隔离器不被烧毁。在返程光的子光束上分别设置全内反射棱镜7，将两子光束进一步偏折出射，并采用反射型偏光分束棱镜分离两子光束，可以有效的实现大口径的偏振无关高功率隔离器，尤其适用于几十瓦~百瓦的连续激光器或者脉冲激光器（100mJ~1J）。在磁光晶体3的通光面上分别光胶YVO4晶体的导热光学元件5及半波片6，加强了磁光晶体的散热，同时提高了隔离器的隔离度，使其在高功率激光器中使用时具有更好的隔离度和稳定性。上述实施例中的合束器4可以是walk-off晶体楔角片、Rochon棱镜或渥拉斯顿棱镜等。半波片6可设于磁光晶体3的前面或后面。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种大口径偏振无关高功率隔离器，包括沿光路正向传输方向依次设置的第一双折射棱镜、45°法拉第旋光器、第二双折射棱镜和合束器，其特征在于：所述第一双折射棱镜和第二双折射棱镜均为反射型偏光分束棱镜；所述法拉第旋光器的磁光晶体一侧的通光面光胶一半波片；正向传输的光经第一双折射棱镜分成偏振方向相互垂直的两偏振光束，经法拉第旋光器、半波片和第二双折射棱镜之后，最后由合束器合为一束光输出，而反向传输的回程光经法拉第旋光器的再次旋光作用，在第二双折射棱镜的反射面交叉之后分别以不同方向被反射输出。
2.如权利要求1所述一种大口径偏振无关高功率隔离器，其特征在于：还包括一对全反射元件，分别置于第一双折射棱镜前面回程光路输出的两子光束光路上。
3.如权利要求2所述一种大口径偏振无关高功率隔离器，其特征在于：所述全反射元件为全内反射棱镜或平面反射镜。
4.如权利要求1所述一种大口径偏振无关高功率隔离器，其特征在于：所述磁光晶体另一侧光胶一导热光学元件。
5.如权利要求4所述一种大口径偏振无关高功率隔离器，其特征在于：所述导热光学元件为YVO4晶体。
6.如权利要求1-5任一项所述一种大口径偏振无关高功率隔离器，其特征在于：所述磁光晶体为Garnet单晶体。
7.如权利要求1-5任一项所述一种大口径偏振无关高功率隔离器，其特征在于：所述反射型偏光分束棱镜为YVO4晶体棱镜。
8.如权利要求1-5任一项所述一种大口径偏振无关高功率隔离器，其特征在于：所述合束器为walk-off晶体楔角片、Rochon棱镜或渥拉斯顿棱镜。
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