CN103984112A - 反射式光学隔离器及采用该反射式光学隔离器的激光加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种反射式光学隔离器及采用该反射式光学隔离器的激光加工设备，该反射式光学隔离器包括沿光轴方向依次排列的双折射晶体、第一半波片、合束整形透镜组、光学隔离模块、第二半波片以及90度相位延迟镜，双折射晶体用于将P偏振光与S偏振光进行分离，第一半波片以及第二半波片用于对线偏振的偏振方向进行旋转，合束整形透镜组用于将两束P偏振光进行合束整形成一束P偏振光；光学隔离模块包括多个以布鲁斯特角设置的硒化锌平面镜片，用于折射P偏振光，并且反射S偏振光；90度相位延迟镜用于将线偏振光转换为圆偏振光。上述反射式光学隔离器可延长激光器的使用寿命，提高激光加工设备的加工品质及良品率。

Description

反射式光学隔离器及采用该反射式光学隔离器的激光加工设备

【技术领域】

本发明涉及一种激光加工领域，特别是涉及一种反射式光学隔离器及采用该反射式光学隔离器的激光加工设备。

【背景技术】

自上世纪60年代首次实现激光输出以来，由于激光具有高亮度、单色性、方向性、相干性等优点，受到广泛关注，并在国防军事、工业生产、科学研究等各个方面广泛应用。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。与传统加工方法相比，由于激光加工具有无接触、无应力变形、热影响区域小、可加工材料广泛、可灵活的实现各种复杂加工、效率高且质量稳定等优点，因此已经形成了激光切割、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。

在采用大功率CO₂激光器进行加工时，当高能CO₂激光束照射到那些对10.6μm波段吸收率较低的材料或表面光洁度较高的材料时，加工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CO₂激光振荡腔，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CO₂激光器的使用寿命下降，严重时会烧毁CO₂激光器。

【发明内容】

鉴于上述状况，有必要提供一种反射式光学隔离器，以在高反工件的加工过程中能够保护激光器，延长激光器的使用寿命，同时因隔离光的反射避免了反射光进入光学谐振腔引起输出功率的波动，从而确保了激光器输出功率的稳定性，提高了激光加工设备的加工品质及良品率。

一种反射式光学隔离器，包括沿光轴方向依次排列的双折射晶体、第一半波片、合束整形透镜组、光学隔离模块、第二半波片以及90度相位延迟镜，所述双折射晶体用于将P偏振光与S偏振光进行分离，所述第一半波片以及所述第二半波片用于对线偏振的偏振方向进行旋转，所述合束整形透镜组用于将两束所述P偏振光进行合束整形成一束P偏振光；所述光学隔离模块包括多个以布鲁斯特角设置的硒化锌平面镜片，用于折射所述P偏振光，并且反射所述S偏振光；所述90度相位延迟镜用于将线偏振光转换为圆偏振光。

上述反射式光学隔离器利用双折射晶体将光束分离成一束P偏振光及一束S偏振光，第一半波片将S偏振光转换为另一束P偏振光，合束整形透镜组将平行入射的两束P偏振光进行合束并整形成一束P偏振光，光学隔离模块使P偏振光全部透射，而对S偏振光进行有效的隔离，第二半波片后将通过光学隔离模块的P偏振光变成预定角度的线偏振光，90度相位延迟镜将线偏振光反射形成一束圆偏振光，返回的激光束再次经过90度相位延迟镜及第二半波片后，变成S偏振光，S偏振激光束入射到光学隔离模块而被逐渐反射掉，有效地保护了激光器，从而延长激光器的使用寿命。同时，因光学隔离模块对S偏振光的反射，避免了反射光进入光学谐振腔引起输出功率的波动，从而确保了激光器输出功率的稳定性，进而提高了采用反射式光学隔离器的激光加工设备的加工品质及良品率。此外，该反射式光学隔离器还具有将线偏振光转换为圆偏振光，有助于改善激光切割的切缝质量。

在其中一个实施例中，所述硒化锌平面镜片成对设置，并且每对所述硒化锌平面镜片呈V形设置。

在其中一个实施例中，所述合束整形透镜组由平凸透镜及平凹透镜组成，所述平凸透镜的焦点与所述平凹透镜的焦点重合。

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

在其中一个实施例中，每个所述硒化锌平面镜片为圆形，并且直径为25.4毫米，厚度为3毫米。

在其中一个实施例中，所述第一半波片的主截面旋转45度，将所述S偏振光变为所述P偏振光；所述第二半波片的主截面旋转22.5度，透过所述合束整形透镜组的所述P偏振光经过所述第二半波片后，以45度入射角入射到所述90度相位延迟镜，从而将线偏振光转换为圆偏振光。

在其中一个实施例中，还包括双折射镜座、压盖以及半波片压环，所述双折射镜座为矩形筒体，并且两端开口，所述双折射镜座的外表面设有注水口，并且所述注水口通过水管接头与水管连通，用于对所述双折射镜座进行水冷；所述双折射晶体以及所述第一半波片收容在所述双折射镜座内，所述压盖的中部设有透光孔，并且固定在所述双折射镜座的其中一个开口端，用于定位所述双折射晶体；所述半波片压环固定在所述双折射镜座的另外一个开口端，用于定位所述第一半波片。

在其中一个实施例中，还包括透镜镜座以及两个透镜压环，所述透镜镜座为圆形筒体，并且两端开口，所述透镜镜座的外表面设有注水口，并且所述注水口通过水管接头与水管连通，用于对所述透镜镜座进行水冷；所述合束整形透镜组收容在所述透镜镜座内，所述两个透镜压环分别固定在所述透镜镜座的两个开口端，用于定位所述合束整形透镜组。

在其中一个实施例中，还包括延迟镜镜座、延迟镜压盖以及半波片压盖，所述延迟镜镜座为矩形筒体，并且两端开口，其中一个开口端的端面为垂直于所述延迟镜镜座的轴向的垂直面，另外一个开口端的端面为相较于所述延迟镜镜座的轴向倾斜的斜面；所述延迟镜镜座的外表面设有注水口，并且所述注水口通过水管接头与水管连通，用于对所述延迟镜镜座进行水冷；所述第二半波片收容在所述延迟镜镜座靠近所述垂直面的开口端内，所述半波片压盖固定在所述延迟镜镜座的所述垂直面上，用于定位所述第二半波片；所述90度相位延迟镜平铺在所述延迟镜镜座的所述斜面上，所述延迟镜压盖固定在所述延迟镜镜座的所述斜面上，用于定位所述90度相位延迟镜；

或/及，还包括平面镜镜座以及两个平面镜压盖，所述平面镜镜座位为圆形筒体，并且两端开口；所述平面镜镜座的两个开口端的端面为相较于所述平面镜镜座的轴向倾斜的斜面，并且两个所述开口端的端面的倾斜角互补；所述硒化锌平面镜片平铺在所述平面镜镜座的所述开口端的端面；所述平面镜压盖为两端开口的圆形筒体，其中一个开口端的端面为垂直于所述平面镜压盖的轴向的垂直面，另外一个开口端的端面为相较于所述平面镜压盖的轴向倾斜的抵接面，所述抵接面压紧所述硒化锌平面镜片。

同时，本发明还提供一种采用上述的反射式光学隔离器的激光加工设备。

一种激光加工设备，其包括：

上述的反射式光学隔离器；

激光器，与所述双折射晶体对应设置，所述激光器反射的激光束通过所述反射式光学隔离器。

【附图说明】

图1为本发明实施方式的反射式光学隔离器的内部光路图；

图2为图1所示的反射式光学隔离器的双折射晶体的光路示意图；

图3为图1所示的反射式光学隔离器的半波片对偏振方向进行旋转示意图；

图4为图1所示的反射式光学隔离器的高透光率偏振模块的光路示意图；

图5为光在硒化锌晶体与空气分界面的折射与反射的光路示意图；

图6为由空气入射硒化锌晶体时光的反射函数图；

图7为由空气入射硒化锌晶体时光的透射函数图；

图8为由硒化锌晶体入射空气时光的反射函数图；

图9为硒化锌晶体入射空气时光的透射函数图；

图10为P偏振光以布鲁斯特角入射硒化锌平面镜片的光路传输示意图；

图11为S偏振光以布鲁斯特角入射硒化锌平面镜片的光路传输示意图；

图12为P偏振光在图1所示的反射式光学隔离器的光学隔离模块中的正向传输示意图；

图13为P偏振光在图1所示的反射式光学隔离器的光学隔离模块中的反向传输(起隔离作用)示意图；

图14为图1所示的反射式光学隔离器的90度相位延迟镜将线偏振转换圆偏振的光学原理图；

图15(a)至图15(c)为不同相位差的偏振状态；

图16为图1所示的反射式光学隔离器的机械结构的立体图；

图17为图1所示的反射式光学隔离器的机械结构的剖面图；

图18为图1所示的反射式光学隔离器的机械结构的分解图。

【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的实施例。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例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

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。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。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。

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例的目的，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，本发明的实施方式的激光加工设备10，包括反射式光学隔离器100、以及激光器200。反射式光学隔离器100包括沿光轴方向依次排列的双折射晶体110、第一半波片120、合束整形透镜组130、光学隔离模块140、第二半波片150以及90度相位延迟镜160。激光器200与双折射晶体110对应设置，激光器200反射的激光束通过反射式光学隔离器100。

双折射晶体110用于将P偏振光与S偏振光进行分离。第一半波片120以及第二半波片150用于对线偏振的偏振方向进行旋转。合束整形透镜组130用于将两束P偏振光进行合束整形成一束P偏振光。光学隔离模块140包括多个以布鲁斯特角设置的硒化锌平面镜片141，用于折射P偏振光，并且反射S偏振光。90度相位延迟镜160用于将线偏振光转换为圆偏振光。

其中，当一光束平行入射到双折射晶体110，双折射晶体110将光束分离成一束P偏振光及一束S偏振光，P偏振光及S偏振光平行射出双折射晶体110，其中S偏振光束平行入射到第一半波片120，第一半波片120将S偏振光转换为另一束P偏振光，合束整形透镜组130将平行入射的两束P偏振光进行合束并整形成一束P偏振光，光学隔离模块140能够使P偏振光全部透射，而对S偏振光进行有效的隔离，从合束整形透镜组130平行射出来的P偏振光全部透射通过光学隔离模块140，并通过第二半波片150后变成相较于入射面夹角成预定角度的线偏振光，线偏振入射到90度相位延迟镜160，经90度相位延迟镜160反射后形成一束圆偏振光。

例如，当激光器200输出一束激光，平行入射到双折射晶体110，双折射晶体110将激光束分离成两束激光，即P偏振激光束及S偏振激光束，这两束激光束平行射出双折射晶体110，其中S偏振光束平行入射到第一半波片120，旋转第一半波片120的主截面45度，则偏振方向旋转90度，即这束S偏振光转换为P偏振光。合束整形透镜组130将平行入射的两束P偏振光进行合束并整形成一束P偏振光。光学隔离模块140能够使P偏振光全部透射，没有光损耗，而对S偏振光进行有效的隔离，从合束整形透镜组130平行射出来的P偏振光全部透射通过光学隔离模块140。旋转第二半波片150的主截面22.5度，将P偏振光旋转45度角变成与入射面夹角为45度的线偏振光，这束线偏振光以45度入射角入射到90度相位延迟镜160，从90度相位延迟镜160反射出来的是一束圆偏振光，通过激光切割头的作用，将激光聚焦于高反工件上进行加工，由于聚焦激光是圆偏振光，因此可以改善加工工件的切缝质量。

高反工件由于材料表面对激光的高反特性，会有激光束沿路返回，返回的激光束再次入射到90度相位延迟镜160，相位再次延迟90度，相对之前入射90度相位延迟镜160的线偏振光，其相位延迟了180度，根据相位延迟与偏振的关系，从90度相位延迟镜160反射出来的线偏振光的偏振方向与之前入射90度相位延迟镜160的偏振方向正交，即偏振方向与入射面的夹角为135度，这束线偏振光入射到第二半玻片150，将旋转270度(135度*2)，即线偏振光的偏振方向与入射光夹角为270度，表明这束线偏振的偏振方向与光的入射面垂直，即为S偏振激光束，S偏振激光束入射到光学隔离模块140，依次经过4个以布鲁斯角放置(平行光束以布鲁斯特角入射)的硒化锌平面镜片141的8个空气与硒化锌平面镜片141的分界面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，每经过一个分界面，将有49.67％的激光能量被反射掉，最终导致透射硒化锌平面镜片141的S1的激光能量仅占入射能量的0.41％，从而起着光学隔离作用，有效地保护了激光器200。

硒化锌平面镜片141的数量可以根据需要来设置，例如，硒化锌平面镜片141成对设置，并且每对硒化锌平面镜片141呈V形设置。具体在图示的实施例中，光学隔离模块140由4个硒化锌平面镜片141构成M结构，每个镜片以布鲁斯特角放置，这个模块的功能是让P偏振光全部通过，而S偏振因光的反射起着隔离作用。

具体地，每个硒化锌平面镜片141为圆形，并且直径为25.4毫米，厚度为3毫米。

合束整形透镜组130可以采用不同的透镜组合，具体在图示的实施例中，合束整形透镜组130由平凸透镜131及平凹透镜133组成，平凸透镜131的焦点与平凹透镜133的焦点重合。例如，合束整形透镜组130由平凸透镜131及平凹透镜133组成，平凸透镜131的焦点与平凹透镜133的焦点重合，平凸透镜131的焦距为100毫米，厚度为3毫米，平凹透镜133的焦距为20毫米，厚度为3毫米，平凸透镜131与平凹透镜133之间的距离为117毫米。

以下具体说明上述反射式光学隔离器100的工作原理：

(1)高透光率偏振模块

如果光不是在主轴方向传播，即使是垂直于界面从各向同性介质(如空气)入射到单轴各向异性介质(双折射晶体110)，折射光将分成两束光，如图2所示，产生偏折的那束光不服从斯涅尔折射定律，称之为非常光，简称e光，非常光的振动矢量在包含主轴和入射光线的平面内。不产生偏折的光束将服从斯涅尔折射定律，称之为寻常光，简称o光，寻常光的振动矢量垂直于包含主轴和入射光线的平面内。因此，光束在双折射晶体110内传输中被分成两束光，即e光和o光。离开双折射晶体110的e光和o光，因其振动方向与入射面的关系，分别称之为P偏振光和S偏振光。

第一半波片120的作用是将光的偏振方向进行旋转，如图3所示，当线偏振光垂直入射第一半波片120时，若第一半波片120的主截面相对入射光的偏振方向旋转θ角，则通过此第一半波片120的线偏振方向从原来的方向旋转2θ角。如图4所示，自双折射晶体110透射的o光(S偏振光)垂直入射到第一半波片120，第一半波片120的主截面相对于S偏振光的偏振方向旋转45度，则透射的线偏振光的偏振方向旋转90度，变为P偏振光，此P偏振光束与双折射晶体110折射的e光束(P偏振光)经过平凸透镜131和平凹透镜133组成的合束整形透镜组130，合成一束P偏振光。

(2)M型结构反射式隔离模块

光是一种平面波，当一个平面波S(i)射到光学性质不同的两个媒介(空气和硒化锌晶体)的界面上，它将分成两个波：一个透射波S(t)和一个反射波S(r)；透射波和反射波都可以分解为两种偏振态矢量，垂直入射面的偏振态分量和平行入射面的偏振态分量；光波的反射率R和透射率T与入射波的偏振状态有关，可以分别用平行分量和垂直分量的反射率R_∥、R_⊥和透射率T_∥、T_⊥来表示平行分量和垂直分量的透射率。

如图5所示，由菲尼尔公式可得出平面波从空气进入硒化锌晶体发生折射和反射时的透射率和反射率的公式如下表示：

$R_{//}=\frac{{\tan }^2({\mathrm{\θ}}_i-{\mathrm{\θ}}_t)}{{\tan }^2({\mathrm{\θ}}_i+{\mathrm{\θ}}_t)}---\left(1\right)$

$R_{\⊥}=\frac{{\sin }^2({\mathrm{\θ}}_i-{\mathrm{\θ}}_t)}{{\sin }^2({\mathrm{\θ}}_i+{\mathrm{\θ}}_t)}---\left(2\right)$

R_∥+T_∥＝1         (3)

R_⊥+T_⊥＝1        (4)

其中，T_∥为平行分量的透射率，T_⊥为垂直分量的透射率，R_∥为平行分量的反射率，R_⊥为垂直分量的反射率，θ_i为光入射轴锥体表面的入射角，θ_t为光折射进入轴锥体的折射角。

根据公式(1)、(2)、(3)、(4)可以分别得到图6、图7、图8、图9。图6示出了由空气入射硒化锌晶体时光的反射函数图；图7示出了由空气入射硒化锌晶体时光的透射函数图；图8示出了由硒化锌晶体入射空气时光的反射函数图；图9示出了由硒化锌晶体入射空气时光的透射函数图。硒化锌晶体在波长10.6μm处的折射率为2.403，10.6μm的CO2激光器发出的光束入射硒化锌镜片的布鲁斯特角Θ_B为67.4度，从图6至图9可以看出，P偏振光的透射率为100％，T_∥＝1，而反射率为0，即R_∥＝0；S偏振光的透射率为50.33％，即T_⊥＝50.33％，而反射率为49.67％，即R_⊥＝49.67％。这就意味着当10.6μm的CO₂激光器发射的光束以67.4度的布鲁斯特角Θ_B入射时，S偏振光束有近一半的光被反射掉。

当光线从空气以布鲁斯特角入射到硒化锌平面镜片141界面时，P偏振光束在入射界面处全部透射，无反射现象发生，如10所示，S偏振光则均发生光的反射和透射现象，如图11所示。

因此，基于10.6μm的CO₂激光器产生的光束以布鲁斯特角Θ_B入射硒化锌平面镜片141时P偏振光全部透射而S偏振光有49.67％被反射掉的原理，本发明采用4片的硒化锌平面镜片141构成，单个硒化锌平面镜片141的直径为25.4毫米，厚度为3毫米。这四个硒化锌平面镜片141以布鲁斯特角Θ_B为67.4度的角度摆放，形成“M”型结构，故图示的实施例中的反射式光学隔离器100可以称之为M型反射式光学隔离器。

图12示出了P偏振光在M型结构中的正向传输示意图，有4个硒化锌平面镜片141按照M型结构放置，以确保平行入射激光光束与镜片的夹角为67.4度的布鲁斯特角，P偏振光依次经过4个硒化锌平面镜片141的8个分界面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，其中，由空气入射硒化锌晶体的分界面为S1、S3、S5、S7，由硒化锌晶体入射空气的分界面为S2、S4、S6、S8。由于CO2激光束以布鲁斯角入射时，其透射率为100％，即全部透射通过4个硒化锌平面镜片141，没有激光能量的损耗。

图13示出了S偏振光在光学隔离模块140中的反向传输(起隔离作用)示意图，反射的S偏振光经过4个硒化锌平面镜片141的8个分界面(空气与硒化锌的分界面)S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，S偏振光每经过一个分界面，有50.33％的激光能量透射继续传输，而有49.67％的能量因反射而损耗掉，所以S偏振光入射硒化锌平面镜片141的S7面，依次经过硒化锌平面镜片141，从硒化锌平面镜片141的S1面透射出来的激光能量只有原来入射激光能量的0.41％，从而使得光学隔离模块140起着光学隔离的作用。

(3)P偏振光与S偏振光的转换

要使光学隔离模块140起着光学隔离作用，必须使正向传输的是P偏振光，而反向传输的是S偏振光。如图1所示，是通过第二半波片150和90度相位延迟镜160来实现将正向传输过来的P偏振光转换为S偏振光。

图14示出了线偏振转换为圆偏振的光学原理图，将线偏振光P1偏振方向与入射平面成45度角，再以45度入射角入射到90度相位延迟镜160，反射光将会转换为圆偏振光P2。

第二半波片150的作用是将光的偏振方向进行旋转，当线偏振光垂直入射第二半波片150时，若第二半波片150的主截面相对入射光的偏振方向旋转θ角，则通过此半波片的线偏振光的偏振方向从原来的方向旋转2θ角。如图1所示，从光学隔离模块140出来的线偏振光是P偏振光，P偏振光是与入射面平行的，要使这束线偏振光与入射面夹角45度，需要将第二半波片150的主截面相对入射光的偏振方向旋转22.5度，则通过第二半波片150的线偏振光的偏振方向将旋转45度，即从光学隔离模块140出来的线偏振光的偏振方向与入射面夹角为45度，再以45度的入射角入射到90度相位延迟镜160，相位延迟90度，根据如图15所示的不同相位差对应的偏振状态可知，从90度相位延迟镜160反射的激光束为圆偏振光，通过聚焦透镜将激光能量聚焦于高反工件进行激光切割，由于是圆偏振光有助于改善切缝效果。

从高反工件反射过来的光束再次经过90度相位延迟镜160，相位再次延迟90度，相对之前从光学隔离模块140入射到90度相位延迟镜160来说，其相位延迟了180度，根据如图15(a)至图15(c)所示的不同相位差对应的偏振状态可知，从90度相位延迟镜160反射的线偏振光与入射的线偏振光的偏振方向正交。

换句话说，从光学隔离模块140出来的线偏振是P偏振，即偏振方向与入射面是平行的，经过第二半波片150旋转以后，偏振方向与入射面夹角45度，即入射90度相位延迟镜160的线偏振光的偏振方向与入射面夹角45度，而通过高反工件c反射过来的光束入射到90度相位延迟镜160之后，反射光线的偏振方向与之前入射90度相位延迟镜160的偏振方向是正交的，即从90度相位延迟镜反射出来的线偏振光的偏振方向与入射面的夹角为135度，这表明反射光的偏振方向相对入射面来说，偏振方向旋转了135度，这束线偏振光入射第二半波片150时，半波片的主截面相对入射光的偏振方向旋转135度角，经过第二半波片150之后，线偏振光的偏振方向旋转270度，即与入射面垂直，这束线偏振光为S偏振光。

进一步地，如图16至图18所示，反射式光学隔离器100还包括双折射镜座171、压盖172以及半波片压环173，双折射镜座171为矩形筒体，并且两端开口，双折射镜座171的外表面设有注水口，并且注水口通过水管接头与水管连通，用于对双折射镜座171进行水冷。双折射晶体110以及第一半波片120收容在双折射镜座171内，压盖172的中部设有透光孔，并且固定在双折射镜座171的其中一个开口端，用于定位双折射晶体110。半波片压环173固定在双折射镜座171的另外一个开口端，用于定位第一半波片120。

进一步地，反射式光学隔离器100还包括透镜镜座174以及两个透镜压环175，透镜镜座174为圆形筒体，并且两端开口，透镜镜座174的外表面设有注水口，并且注水口通过水管接头与水管连通，用于对透镜镜座174进行水冷。合束整形透镜组130收容在透镜镜座174内，两个透镜压环175分别固定在透镜镜座174的两个开口端，用于定位合束整形透镜组130。

进一步地，反射式光学隔离器100还包括延迟镜镜座181、延迟镜压盖182以及半波片压盖183，延迟镜镜座181为矩形筒体，并且两端开口，其中一个开口端的端面为垂直于延迟镜镜座181的轴向的垂直面181a，另外一个开口端的端面为相较于延迟镜镜座181的轴向倾斜的斜面181b。延迟镜镜座181的外表面设有注水口，并且注水口通过水管接头与水管连通，用于对延迟镜镜座181进行水冷。第二半波片150收容在延迟镜镜座181靠近垂直面181a的开口端内，半波片压盖183固定在延迟镜镜座181的垂直面181a上，用于定位第二半波片150。90度相位延迟镜160平铺在延迟镜镜座181的斜面181b上，延迟镜压盖182固定在延迟镜镜座181的斜面181b上，用于定位90度相位延迟镜160。

进一步地，反射式光学隔离器100还包括平面镜镜座184以及两个平面镜压盖185，平面镜镜座184位为圆形筒体，并且两端开口。平面镜镜座184的两个开口端的端面184a为相较于平面镜镜座184的轴向倾斜的斜面，并且两个开口端的端面184a的倾斜角互补；硒化锌平面镜片141平铺在平面镜镜座184的开口端的端面184a。平面镜压盖185为两端开口的圆形筒体，其中一个开口端的端面为垂直于平面镜压盖185的轴向的垂直面185a，另外一个开口端的端面为相较于平面镜压盖185的轴向倾斜的抵接面185b，抵接面185b压紧硒化锌平面镜片141。

上述反射式光学隔离器100利用双折射晶体110将光束分离成一束P偏振光及一束S偏振光，第一半波片120将S偏振光转换为另一束P偏振光，合束整形透镜组130将平行入射的两束P偏振光进行合束并整形成一束P偏振光，光学隔离模块140使P偏振光全部透射，而对S偏振光进行有效的隔离，第二半波片150后将通过光学隔离模块140的P偏振光变成预定角度的线偏振光，90度相位延迟镜160将线偏振光反射形成一束圆偏振光，返回的激光束再次经过90度相位延迟镜160及第二半波片150后，变成S偏振光，S偏振激光入射到光学隔离模块140而被逐渐反射掉，有效地保护了激光器200，从而延长激光器200的使用寿命。同时，因光学隔离模块140对S偏振光的反射，避免了反射光进入光学谐振腔引起输出功率的波动，从而确保了激光器200输出功率的稳定性，进而提高了采用反射式光学隔离器100的激光加工设备的加工品质及良品率。此外，该反射式光学隔离器100还具有将线偏振光转换为圆偏振光，有助于改善激光切割的切缝质量。

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 (10)

1.一种反射式光学隔离器，其特征在于，包括沿光轴方向依次排列的双折射晶体、第一半波片、合束整形透镜组、光学隔离模块、第二半波片以及90度相位延迟镜，所述双折射晶体用于将P偏振光与S偏振光进行分离，所述第一半波片以及所述第二半波片用于对线偏振的偏振方向进行旋转，所述合束整形透镜组用于将两束所述P偏振光进行合束整形成一束P偏振光；所述光学隔离模块包括多个以布鲁斯特角设置的硒化锌平面镜片，用于折射所述P偏振光，并且反射所述S偏振光；所述90度相位延迟镜用于将线偏振光转换为圆偏振光。

2.如权利要求1所述的反射式光学隔离器，其特征在于，所述硒化锌平面镜片成对设置，并且每对所述硒化锌平面镜片呈V形设置。

3.如权利要求1所述的反射式光学隔离器，其特征在于，所述合束整形透镜组由平凸透镜及平凹透镜组成，所述平凸透镜的焦点与所述平凹透镜的焦点重合。

4.如权利要求3所述的反射式光学隔离器，其特征在于，所述平凸透镜的焦距为100毫米，所述平凹透镜的焦距为20毫米，所述平凸透镜与所述平凹透镜之间的距离为117毫米。

5.如权利要求1所述的反射式光学隔离器，其特征在于，每个所述硒化锌平面镜片为圆形，并且直径为25.4毫米，厚度为3毫米。

6.如权利要求1所述的反射式光学隔离器，其特征在于，所述第一半波片的主截面旋转45度，将所述S偏振光变为所述P偏振光；所述第二半波片的主截面旋转22.5度，透过所述合束整形透镜组的所述P偏振光经过所述第二半波片后，以45度入射角入射到所述90度相位延迟镜，从而将线偏振光转换为圆偏振光。

7.如权利要求1所述的反射式光学隔离器，其特征在于，还包括双折射镜座、压盖以及半波片压环，所述双折射镜座为矩形筒体，并且两端开口，所述双折射镜座的外表面设有注水口，并且所述注水口通过水管接头与水管连通，用于对所述双折射镜座进行水冷；所述双折射晶体以及所述第一半波片收容在所述双折射镜座内，所述压盖的中部设有透光孔，并且固定在所述双折射镜座的其中一个开口端，用于定位所述双折射晶体；所述半波片压环固定在所述双折射镜座的另外一个开口端，用于定位所述第一半波片。

8.如权利要求1所述的反射式光学隔离器，其特征在于，还包括透镜镜座以及两个透镜压环，所述透镜镜座为圆形筒体，并且两端开口，所述透镜镜座的外表面设有注水口，并且所述注水口通过水管接头与水管连通，用于对所述透镜镜座进行水冷；所述合束整形透镜组收容在所述透镜镜座内，所述两个透镜压环分别固定在所述透镜镜座的两个开口端，用于定位所述合束整形透镜组。

9.如权利要求1所述的反射式光学隔离器，其特征在于，还包括延迟镜镜座、延迟镜压盖以及半波片压盖，所述延迟镜镜座为矩形筒体，并且两端开口，其中一个开口端的端面为垂直于所述延迟镜镜座的轴向的垂直面，另外一个开口端的端面为相较于所述延迟镜镜座的轴向倾斜的斜面；所述延迟镜镜座的外表面设有注水口，并且所述注水口通过水管接头与水管连通，用于对所述延迟镜镜座进行水冷；所述第二半波片收容在所述延迟镜镜座靠近所述垂直面的开口端内，所述半波片压盖固定在所述延迟镜镜座的所述垂直面上，用于定位所述第二半波片；所述90度相位延迟镜平铺在所述延迟镜镜座的所述斜面上，所述延迟镜压盖固定在所述延迟镜镜座的所述斜面上，用于定位所述90度相位延迟镜；

或/及，还包括平面镜镜座以及两个平面镜压盖，所述平面镜镜座位为圆形筒体，并且两端开口；所述平面镜镜座的两个开口端的端面为相较于所述平面镜镜座的轴向倾斜的斜面，并且两个所述开口端的端面的倾斜角互补；所述硒化锌平面镜片平铺在所述平面镜镜座的所述开口端的端面；所述平面镜压盖为两端开口的圆形筒体，其中一个开口端的端面为垂直于所述平面镜压盖的轴向的垂直面，另外一个开口端的端面为相较于所述平面镜压盖的轴向倾斜的抵接面，所述抵接面压紧所述硒化锌平面镜片。

10.一种激光加工设备，其特征在于，包括：

如权利要求1～9任一项所述的反射式光学隔离器；

激光器，与所述双折射晶体对应设置，所述激光器反射的激光束通过所述反射式光学隔离器。