CN105223710A - 一种光隔离器、激光输出头及激光设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种光隔离器，包括：隔离器主件和液态透镜模块；所述隔离器主件的中心具有中心通孔；所述隔离器主件还包括：至少一组磁体阵列和设置在所述中心通孔中的法拉第旋光组件；所述磁体阵列围绕所述中心通孔排列；所述液态透镜模块对所述隔离器主件的热透镜效应进行焦距补偿。本申请通过在隔离器中设置的液态透镜，来调整隔离器的焦距，进而对隔离器的热透镜效应进行焦距补偿，保证隔离器输出焦点的稳定。
Description
技术领域
本申请涉及隔离器技术领域，特别是涉及一种光隔离器、激光输出头及激光设备。
背景技术
隔离器大规模适用于高功率激光器的输出端，能有效避免激光束加工表面返回光束对激光器的影响。在隔离器设计中，通常通过强磁铁与法拉第器件组合产生特定的转角使得光束反向传播时损耗较大，即达到高隔离度。
隔离器通过透镜对光束聚焦，由铽镓石榴石TGG、钇铁石榴石等材料做成的透镜会吸收激光使得透镜产生一定的温度梯度，即热透镜效应。如图1所示是热透镜效应的示意图。经隔离器10输出光束经过透镜11后，焦距应该为f，但由于热透镜效应，在原来的焦距f的基础上产生了一个焦距的变化量△f，即最终焦距变为f'。此焦距的变化量△f改变激光束聚焦点的能量密度，最终影响打标等实际应用的效果。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本申请实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种光隔离器、激光输出头及激光设备。
为了解决上述问题，本申请实施例公开了一种光隔离器，包括：隔离器主件和液态透镜模块；所述隔离器主件的中心具有中心通孔；所述隔离器主件还包括：至少一组磁体阵列和设置在所述中心通孔中的法拉第旋光组件；所述磁体阵列围绕所述中心通孔排列；
所述液态透镜模块对所述隔离器主件的热透镜效应进行焦距补偿。
优选的，所述液态透镜模块包括：基于液体折射率变化的可变焦液体透镜、基于填充液体表面曲率变化的可变焦液体透镜或基于介质电润湿流体接触角变化的可变焦液体透镜。
优选的，所述光隔离器还包括：液态透镜控制模块；
所述液态透镜控制模块控制所述液态透镜模块的焦距补偿量。
优选的，所述光隔离器还包括：与所述隔离器主件的输出端连接的镜筒。
优选的，所述光隔离器还包括：设置在所述镜筒中的双凹透镜和平凸透镜；
所述双凹透镜和平凸透镜组成扩束系统。
优选的，所述液态透镜模块设置在所述镜筒中；
所述光隔离器还包括：设置在所述镜筒中的双凹透镜；
所述双凹透镜与所述液态透镜模块组成扩束系统。
优选的，所述液态透镜模块设置在所述镜筒中；
所述光隔离器还包括：设置在所述镜筒中的平凸透镜；
所述平凸透镜与所述液态透镜模块组成扩束系统。
优选的，所述磁体阵列包括：与所述中心通孔平行排列的第一磁体、第二磁体和第三磁体；
所述第一磁体的磁场方向垂直于所述中心通孔；
所述第二磁体的磁场方向平行于所述中心通孔；
所述第三磁体的磁场方向垂直于所述中心通孔并与所述第一磁体的磁场方向相反。
优选的，所述光隔离器还包括：与所述隔离器主件输入端连接的入射准直器。
优选的，所述隔离器主件还包括：磁场调节螺丝；
所述磁场调节螺丝与所述磁体阵列连接；所述磁场调节螺丝用于调整所述磁体阵列与所述中心通孔之间的距离。
优选的，所述法拉第旋光组件包括：第一分束器、第二分束器、法拉第元件和石英旋转器；
所述第一分束器和所述第二分束器分别设置在所述法拉第元件两端；
所述石英旋转器设置在所述法拉第元件与所述第一分束器或所述第二分束器之间。
优选的，所述法拉第旋光组件还包括：分别设置在所述法拉第元件两端的第一反射片和第二反射片；
所述第一反射片与所述第二反射片形成反射光路。
优选的，所述法拉第旋光组件包括：起偏器、检偏器和法拉第元件；
所述起偏器与和所述检偏器分别设置在所述法拉第元件两端。
优选的，所述隔离器主件还包括：导磁铁；
所述导磁铁与所述磁体阵列连接；所述导磁铁用于调节法拉第元件所在位置的磁场方向和磁场强度。
优选的，所述隔离器主件还包括：承托柱；
所述承托柱邻接于所述中心通孔，所述法拉第旋光组件设置在所述承托柱之上。
同时，本申请还公开了一种激光输出头，包括光隔离器；所述光隔离器包括：隔离器主件和液态透镜模块；所述隔离器主件的中心具有中心通孔；所述隔离器主件还包括：至少一组磁体阵列和设置在所述中心通孔中的法拉第旋光组件；所述磁体阵列围绕所述中心通孔排列；
所述液态透镜模块对所述隔离器主件的热透镜效应进行焦距补偿。
优选的，所述液态透镜模块包括：基于液体折射率变化的可变焦液体透镜、基于填充液体表面曲率变化的可变焦液体透镜或基于介质电润湿流体接触角变化的可变焦液体透镜。
优选的，所述光隔离器还包括：液态透镜控制模块；
所述液态透镜控制模块控制所述液态透镜模块的焦距补偿量。
优选的，所述光隔离器还包括：与所述隔离器主件的输出端连接的镜筒。
优选的，所述光隔离器还包括：设置在所述镜筒中的双凹透镜和平凸透镜；
所述双凹透镜和平凸透镜组成扩束系统。
优选的，所述液态透镜模块设置在所述镜筒中；
所述光隔离器还包括：设置在所述镜筒中的双凹透镜；
所述双凹透镜与所述液态透镜模块组成扩束系统。
优选的，所述液态透镜模块设置在所述镜筒中；
所述光隔离器还包括：设置在所述镜筒中的平凸透镜；
所述平凸透镜与所述液态透镜模块组成扩束系统。
优选的，所述磁体阵列包括：与所述中心通孔平行排列的第一磁体、第二磁体和第三磁体；
所述第一磁体的磁场方向垂直于所述中心通孔；
所述第二磁体的磁场方向平行于所述中心通孔；
所述第三磁体的磁场方向垂直于所述中心通孔并与所述第一磁体的磁场方向相反。
优选的，所述光隔离器还包括：与所述隔离器主件输入端连接的入射准直器。
优选的，所述隔离器主件还包括：磁场调节螺丝；
所述磁场调节螺丝与所述磁体阵列连接；所述磁场调节螺丝用于调整所述磁体阵列与所述中心通孔之间的距离。
优选的，所述法拉第旋光组件包括：第一分束器、第二分束器、法拉第元件和石英旋转器；
所述第一分束器和所述第二分束器分别设置在所述法拉第元件两端；
所述石英旋转器设置在所述法拉第元件与所述第一分束器或所述第二分束器之间。
优选的，所述法拉第旋光组件还包括：分别设置在所述法拉第元件两端的第一反射片和第二反射片；
所述第一反射片与所述第二反射片形成反射光路。
优选的，所述法拉第旋光组件包括：起偏器、检偏器和法拉第元件；
所述起偏器与和所述检偏器分别设置在所述法拉第元件两端。
优选的，所述隔离器主件还包括：导磁铁；
所述导磁铁与所述磁体阵列连接；所述导磁铁用于调节法拉第元件所在位置的磁场方向和磁场强度。
优选的，所述隔离器主件还包括：承托柱；
所述承托柱邻接于所述中心通孔，所述法拉第旋光组件设置在所述承托柱之上。
同时，本申请还包括一种激光设备，包括：光隔离器；所述光隔离器包括：隔离器主件和液态透镜模块；所述隔离器主件的中心具有中心通孔；所述隔离器主件还包括：至少一组磁体阵列和设置在所述中心通孔中的法拉第旋光组件；所述磁体阵列围绕所述中心通孔排列；
所述液态透镜模块对所述隔离器主件的热透镜效应进行焦距补偿。
优选的，所述液态透镜模块包括：基于液体折射率变化的可变焦液体透镜、基于填充液体表面曲率变化的可变焦液体透镜或基于介质电润湿流体接触角变化的可变焦液体透镜。
优选的，所述光隔离器还包括：液态透镜控制模块；
所述液态透镜控制模块控制所述液态透镜模块的焦距补偿量。
优选的，所述光隔离器还包括：与所述隔离器主件的输出端连接的镜筒。
优选的，所述光隔离器还包括：设置在所述镜筒中的双凹透镜和平凸透镜；
所述双凹透镜和平凸透镜组成扩束系统。
优选的，所述液态透镜模块设置在所述镜筒中；
所述光隔离器还包括：设置在所述镜筒中的双凹透镜；
所述双凹透镜与所述液态透镜模块组成扩束系统。
优选的，所述液态透镜模块设置在所述镜筒中；
所述光隔离器还包括：设置在所述镜筒中的平凸透镜；
所述平凸透镜与所述液态透镜模块组成扩束系统。
优选的，所述磁体阵列包括：与所述中心通孔平行排列的第一磁体、第二磁体和第三磁体；
所述第一磁体的磁场方向垂直于所述中心通孔；
所述第二磁体的磁场方向平行于所述中心通孔；
所述第三磁体的磁场方向垂直于所述中心通孔并与所述第一磁体的磁场方向相反。
优选的，所述光隔离器还包括：与所述隔离器主件输入端连接的入射准直器。
优选的，所述隔离器主件还包括：磁场调节螺丝；
所述磁场调节螺丝与所述磁体阵列连接；所述磁场调节螺丝用于调整所述磁体阵列与所述中心通孔之间的距离。
优选的，所述法拉第旋光组件包括：第一分束器、第二分束器、法拉第元件和石英旋转器；
所述第一分束器和所述第二分束器分别设置在所述法拉第元件两端；
所述石英旋转器设置在所述法拉第元件与所述第一分束器或所述第二分束器之间。
优选的，所述法拉第旋光组件还包括：分别设置在所述法拉第元件两端的第一反射片和第二反射片；
所述第一反射片与所述第二反射片形成反射光路。
优选的，所述法拉第旋光组件包括：起偏器、检偏器和法拉第元件；
所述起偏器与和所述检偏器分别设置在所述法拉第元件两端。
优选的，所述隔离器主件还包括：导磁铁；
所述导磁铁与所述磁体阵列连接；所述导磁铁用于调节法拉第元件所在位置的磁场方向和磁场强度。
优选的，所述隔离器主件还包括：承托柱；
所述承托柱邻接于所述中心通孔，所述法拉第旋光组件设置在所述承托柱之上。
本申请实施例包括以下优点：
本申请通过在隔离器中设置的液态透镜，来调整隔离器的焦距，进而对隔离器的热透镜效应进行焦距补偿，保证隔离器输出焦点的稳定。
附图说明
图1是是热透镜效应的示意图；
图2是本申请的一种光隔离器实施例的结构框图；
图3是为基于填充液体表面曲率变化的可变焦液体透镜的示意图；
图4是本申请实施例中液态透镜实现焦距补偿的示意图；
图5是本申请实施例一种具有两个磁体阵列的光隔离器的结构图；
图6是本申请实施例中一种法拉第旋光组件的示意图；
图7是本申请实施例中一种法拉第旋光组件的示意图；
图8是本申请光隔离器实施例的一种优选示例的结构图；
图9是本申请的一种光隔离实施例的结构图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
本申请实施例的核心构思之一在于，通过液态透镜对隔离器中透镜的热透镜效应进行焦距补偿。
参照图2，示出了本申请的一种光隔离器实施例的结构框图，具体可以包括：
隔离器主件20和液态透镜模块21；所述隔离器主件20的中心具有中心通孔201；所述隔离器主件还包括：至少一组磁体阵列202和设置在所述中心通孔201中的法拉第旋光组件203；所述磁体阵列202围绕所述中心通孔201排列；
所述液态透镜模块21对所述隔离器主件20的热透镜效应进行焦距补偿。
在本申请实施例中，法拉第旋光组件203包括有一个或多个法拉第晶体，法拉第晶体在特定磁场下能使得光束的光矢量方向发生一定的角度旋转。我们通常使用以下公式表征这种特性：
θ＝VBL
其中V为维尔德常数，B为磁感强度，L为法拉第晶体长度，θ为长度L的法拉第晶体在磁感强度B下的光矢量所产生的旋转角度。
在实际使用中，作为扩束输出的隔离器会使用于各种不同的激光功率中，并且通过透镜对光束进行聚焦。隔离器中的所用透镜，特别的如TGG，钇铁石榴石等材料对激光的吸收使得透镜产生一定的温度梯度，即热透镜效应，使得隔离器的焦距发生变化。
因而在本申请实施例中，通过添加液态透镜模块对隔离器主件由于热透镜效应产生的焦距变化进行反向的焦距补偿。
作为本申请实施例的一种优选示例，所述液态透镜模块可以为：基于液体折射率变化的可变焦液体透镜、基于填充液体表面曲率变化的可变焦液体透镜或基于介质电润湿流体接触角变化的可变焦液体透镜。在本申请实施例中，可以使用各种类型的液态透镜进行焦距补偿。
以基于填充液体表面曲率变化的可变焦液体透镜为例对液态透镜的焦距补偿过程进行说明，如图3所示为基于填充液体表面曲率变化的可变焦液体透镜的示意图。其中包括，弹性薄膜31、液体32、光学平板玻璃33、推进片34。当推动推进片34时，液体32凸起，液体透镜曲率增大，则此液态透镜产生一个正的光焦度的补偿量补偿隔离器由于高功率所引入的光焦度变化。当拉动推进片34时，液体32凹陷，液体透镜曲率增大，液态透镜产生一个负的光焦度的补偿量来补偿光焦度的变化。另外，推进片34的推进方向需要与光学平板玻璃33平行，如果推进方向出现偏离，会使得经过液态透镜的光束发生偏斜。
如图4所示，是本申请实施例中液态透镜实现焦距补偿的示意图，液态透镜42设置于隔离器主件40以及透镜41之间。当隔离器使用于低功率时，透镜吸收的热量少，热透镜效应不明显，此时经过隔离器的光线聚焦于焦点f；隔离器使用于高功率时，透镜吸收热量大，热透镜效应的影响明显，此时经过隔离器的光线聚焦于焦点f'。为了保证隔离器在不同激光功率使用时都保持在焦点f，通过基于填充液体表面曲率变化的可变焦液体透镜进行焦距补偿。在高功率使用的情况下，通过使液态透镜凸起，增大液态透镜的曲率，使得焦点从f'重新恢复为f，保持焦点不变。
作为本申请实施例的一种优选示例，所述光隔离器还可以包括：液态透镜控制模块；
所述液态透镜控制模块控制所述液态透镜模块的焦距补偿量。
具体的，液态透镜控制模块可以通过移动推进片来调整液态透镜的曲率，进而调整液态透镜的焦距补偿量。
在本申请实施例中，隔离器主件还包括：外壳上盖和下盖。因为磁体组件之间具有很强的排斥力，外壳、上盖、下盖主要的作用是把磁铁组件固定于隔离器主件内部。
作为本申请实施例的一种优选示例，所述磁体阵列可以包括：与所述中心通孔平行排列的第一磁体、第二磁体和第三磁体；
所述第一磁体的磁场方向垂直于所述中心通孔；
所述第二磁体的磁场方向平行于所述中心通孔；
所述第三磁体的磁场方向垂直于所述中心通孔并与所述第一磁体的磁场方向相反。
具体的，磁体阵列是海尔贝克磁体阵列，海尔贝克磁体阵列是通过特殊的磁体单元的排列，增强单位方向上的场强，用最少量的磁体产生最强的磁场。在本实施例中海尔贝克磁体阵列由3个与中心通孔平行排列的磁体组成。其中，第一磁体的磁场方向垂直于中心通孔；位于第一磁体与第三磁铁之间的第二磁体的磁场方向平行于所述中心通孔；第三磁体的磁场方向垂直于中心通孔，并与第一磁体的磁场方向相反。
在本申请中实施例中，通过多组的磁体阵列来为法拉第旋光组件提供磁场，磁铁阵列的数量和排列方式可以按实际需求的旋光角度和隔离器的构造进行调整。例如，设置两组磁体阵列关于中心通孔上下对称排列；设置4组伞形的磁体阵列，4组磁铁阵列围绕中心通孔可以连接成圆柱形。
参照图5所示是本申请实施例一种具有两个磁体阵列的光隔离器的结构图，其中，光隔离器包括：上方磁体阵列50和下方磁体阵列51；上方磁体阵列50包括：上方第一磁体501、上方第二磁体502和上方第三磁体503；下方磁体阵列51包括：下方第一磁体511、下方第二磁体512和下方第三磁体513。
假设中心通孔为水平放置，那么，上方第一磁体501磁场方向垂直向上，上方第二磁体402的磁场方向为水平向右，上方第三磁体503的磁场方向为垂直向下，从整体来看，上方磁体阵列50对中心通孔的法拉第旋光组件的合磁场是水平向左的，当然，通过旋转磁体阵列也可以使得中心通孔的法拉第旋光组件的受到合磁场是水平向右，并且后续还需要对法拉第旋光组件的石英旋转器进行调整。
而下方第一磁体511磁场方向垂直向下，下方第二磁体512的磁场方向为水平向右，下方第三磁体513的磁场方向为垂直向上，下方磁体阵列50对中心通孔的法拉第旋光组件的合磁场也是水平向左的。磁体阵列中的第二磁体的磁场方向使得合磁场方向为水平方向，而第一磁体和第三磁体的磁场方向，使得合磁场对中心通孔处的法拉第旋光组件的方向为向左或向右，并且上下磁体阵列对中心通孔的法拉第旋光组件的合磁场方向是一致。无论光隔离器中包括的是两个上下对称分布的磁体阵列还是多个对称分布的磁体阵列，各个磁体阵列对中心通孔处的法拉第旋光组件的合磁场方向都要保证一致。
作为本申请实施例的一种优选示例，所述隔离器主件还包括：导磁铁；
所述导磁铁与所述磁体阵列连接；所述导磁铁用于调节法拉第元件所在位置的磁场方向和磁场强度。
导磁铁本身不具有磁性，当这些导磁铁放入磁场中即感应得到磁性，两块导磁铁之间即可形成特定的磁力线，导磁体的磁阻很小，易于磁通通过并导磁体能够控制磁通的密度和方向。如果是直通光路，则磁力线与光传播方向一致，如果存在反射，则导磁铁的形状和方向需要一个特定的位置才能使得磁场最强。
参照图6所示是本申请实施例中一种法拉第旋光组件的示意图，在本申请实施例中，所述法拉第旋光组件203包括：第一分束器601、第二分束器602、法拉第元件603和石英旋转器604；
所述第一分束器601与所述第二分束器602分别设置在所述法拉第元件603两端；
所述石英旋转器604设置在所述法拉第元件603与所述第一分束器601或所述第二分束器602之间。
假设光束从左往右传播，从入光方向看，第一分束器601把非偏振光分开成O光和E光两束互相垂直的偏振光，法拉第元件603把两束光旋转45度，石英旋转器604继续把两束光旋转45度经过两次旋转，两束偏振光都旋转了90度，最终在第二分束器602汇聚成一束光。从回光方向看，第二分束器602把非偏振光分开成O光和E光两束互相垂直的偏振光，法拉第元件603把两束光旋转-45度，石英旋转器604继续把两束光旋转45度，经过两次旋转，两束偏振光都旋转了0度，最终两束光在第二个分束器完全分开，并且偏离了中心光轴，偏离中心光轴的O光和E光不能通过分束器的通光孔，因此达到隔离回光的作用。法拉第元件通常为铽镓石榴石，磁光玻璃等材料。其中法拉第元件，分束器都与磁力线同轴，此时磁力线与法拉第元件中光束平行，石英旋转器可以根据实际需要使用玻片等元件代替。
作为本申请实施例的一种优选示例，所述液态透镜模块设置在所述法拉第旋光组件中。如图5所示，其中，液态透镜模块605设置在法拉第旋光组件中，液态透镜模块605设置在法拉第元件603与石英旋转器604之间。但液态透镜模块605的位置设置不仅限于此，液态透镜模块605可以放置于光路中的任意位置实现光焦度的补偿。
作为本申请实施例的一种优选示例，所述法拉第旋光组件可以包括：起偏器、检偏器和法拉第元件；
所述起偏器与和所述检偏器分别设置在所述法拉第元件两端。
检偏器与起偏器成45度放置，假设光束从左往右传播，从入光方向看，起偏器将入射光转换成线偏振光，线偏振光经过法拉第原件后正向偏转了45度，恰好低损耗通过检偏器。从回光方向看，反射的线偏振光经检偏器入射到法拉第元件，反射的偏振光光经法拉第元件正向偏转了45度，此时反射的偏振光的偏振方向与起偏器的偏振方向正交，反射的偏振光完全损耗，因而不能通过检偏器。其中，液态透镜模块可以设置在起偏器与法拉第元件之间，也可以设置在法拉第元件与检偏器之间。
参照图7所示是本申请实施例中一种法拉第旋光组件的示意图，在本申请实施例中，所述法拉第旋光组件203包括：第一分束器701、第二分束器702、法拉第元件703、石英旋转器704、分别设置在所述法拉第元件703两端的第一反射片705和第二反射片706、液态透镜模块708；所述第一反射片705与所述第二反射片706形成反射光路。
为了减少法拉第元件体积，我们在法拉第元件前后表面增加了一个反射片并且调整第一分束器701、第二分束器702、法拉第元件703、石英旋转器704的位置，使得经过第一分束器的光线能被法拉第元件703第一反射片705和第二反射片706来回反射，最后光束经第二反射片706反射进石英旋转器703，经石英旋转器706入射到第二分束器702。反射片在靠近法拉第元件的一侧镀制有与所使用激光设备波长匹配的高反膜。
第一反射片705与第二反射片706之间的反射次数，通过法拉第元件相对于光轴的角度和反射片的长度决定。反射片可以通过粘结剂、光胶、甚至直接镀膜的方式与法拉第元件贴合。为了使得法拉第元件中的磁力线与在法拉第元件中传输的路径基本平行，可以增加两个导磁铁707来改变磁体阵列的磁力线方向，使得其在法拉第元件中的磁力线方向与光束传播方向基本一致。
液态透镜模块708设置在法拉第元件703与石英旋转器704之间。但液态透镜模块708的位置设置不仅限于此，液态透镜模块708可以放置于光路中的任意位置实现光焦度的补偿。
作为本申请实施例的一种优选示例，所述隔离器主件还包括：承托柱；
所述承托柱邻接于所述中心通孔，所述法拉第旋光组件设置在所述承托柱之上。
实际中，承托柱应该设计的越薄越好，以减少磁体阵列的间距，使得法拉第元件所在位置磁场更强。
作为本申请实施例的一种优选示例，在隔离器主件的输出端可以设置有镜筒，在镜筒中设置有双凹透镜和平凸透镜，由双凹透镜和平凸透镜组成扩束系统。
参照图8是本申请光隔离器实施例的一种优选示例的结构图，其中，所述光隔离器还可以包括：与所述隔离器主件80的输入端连接的入射准直器801；与所述隔离器主件80输出端连接的扩束系统81；所述扩束系统81包括：镜筒813以及设置在所述镜筒中的双凹透镜811和平凸透镜812。
隔离器主件80的输入端设置有准直器固定件802，入射准直器801通过准直器固定件802与隔离器主件连接。扩束系统81将经过隔离器主件80后光束直径较小的光束扩束成光束直径较大的光束，实现较长距离传输。为了提升光束的质量，还可以修正双凹透镜或者平凸透镜的数量和形式。扩束系统81可以与隔离器主件80加工成为一个组件，也可以分开为两个组件。
作为本申请实施例的一种优选示例，所述隔离器主件80还包括：磁场调节螺丝803；
所述磁场调节螺丝803与所述磁体阵列连接；所述磁场调节螺丝803用于调整所述磁体阵列804与所述中心通孔82之间的距离。
与采用双凹透镜和平凸透镜组成扩束系统的做法相比，更普遍的一种做法是，采用液态透镜来代替双凹透镜或平凸透镜。
一种优选示例为：将液态透镜模块设置在镜筒中，在镜筒中设置双凹透镜，由液态透镜模块和双凹透镜组成扩束系统。
另一种优选示例为：将液态透镜模块设置在镜筒中，在镜筒中设置平凸透镜，由液态透镜模块和平凸透镜组成扩束系统。
参照图9，示出了本申请的一种光隔离实施例的结构图。在本申请实施例中，光隔离器包括：隔离器主件90、液态透镜模块91、入射准直器92、扩束系统93和液态透镜控制模块94；隔离器主件90包括：中心通孔901、准直器固定件902、第一磁体阵列903、第二磁体阵列904、导磁铁905、法拉第旋光组件906、外壳907、上盖908、下盖909、固定螺丝910、磁场调节螺丝911、承托层912、信号线孔位913；法拉第旋光组件906包括：第一分束器、第二分束器、法拉第元件和石英旋转器；液态透镜模块91设置在法拉第旋光组件906中；液态透镜模块可以为：基于液体折射率变化的可变焦液体透镜、基于填充液体表面曲率变化的可变焦液体透镜或基于介质电润湿流体接触角变化的可变焦液体透镜；扩束系统93包括：镜筒931、双凹透镜932、平凸透镜933
在本实施例中，光隔离器的光轴方向为从左往右水平方向，法拉第旋光组件906设置在所述中心通孔901之中。准直器固定件902设置在隔离器主件90的输出端，入射准直器92通过准直器固定件902与隔离器主件90连接。扩束系统93与隔离器主件90的输出端连接。入射准直器92导入所使用激光器的激光光束，法拉第旋光组件906将光束偏转然后出射到扩束系统93。
第一磁体阵列903和第二磁体阵列904关于中心通孔901上下对称排列；第一磁体阵列903和第二磁体阵列904组成一个完整的磁块阵列，共同为法拉第旋光组件906提供磁场。第一磁体阵列903和第二磁体阵列904都包括：三个与中心通孔平行排列的第一磁体、第二磁体和第三磁体。
第一磁体阵列的第一磁体磁场方向向上，第一磁体阵列的第二磁体磁场方向水平向右，第一磁体阵列的第三磁体磁场方向水平向下；第二磁体阵列的第一磁体磁场方向向下，第二磁体阵列的第二磁体磁场方向水平向右，第二磁体阵列的第三磁体磁场方向水平向上。第一磁体阵列和第二磁体阵列对位于中心通孔的法拉第旋光组件的磁场方向相同，都为向左。在第一磁体阵列903的上方和第二磁体阵列904的下方都设置有导磁铁905，导磁铁905和三个不同方向的磁铁通常通过胶黏剂或者外加结构固定。
外壳907、上盖908、下盖909和固定螺丝910将第一磁体阵列903和第二磁体阵列904固定在壳体内部。在壳体上方设置有磁场调节螺丝911，通过调节磁场调节螺丝911可以改变第一磁体阵列903和第二磁体阵列904的间距，磁场调节螺丝911可以设置在隔离器主件90的上方、下方，也可以根据磁体阵列的结构设置在隔离器主件90的左右两端，其数量至少为一个。
承托层912设置在中心通孔901下方并且与外壳907连接，承托层912用于承托法拉第旋光组件906。法拉第旋光组件906包括分别设置在法拉第元件两端第一分束器和第二分束器，石英旋转器设置在法拉第元件与第一分束器或所述第二分束器之间。
液态透镜控制模块94通过信号孔位913与设置在法拉第旋光组件906中的液态透镜模块91连接，液态透镜控制模块94控制液态透镜模块91的焦距补偿量。
本申请还公开了一种激光输出头，包括：光隔离器；所述光隔离器可以包括：隔离器主件和液态透镜模块；所述隔离器主件的中心具有中心通孔；所述隔离器主件还包括：至少一组磁体阵列和设置在所述中心通孔中的法拉第旋光组件；所述磁体阵列围绕所述中心通孔排列；
所述液态透镜模块对所述隔离器主件的热透镜效应进行焦距补偿。
优选的，所述液态透镜模块包括：基于液体折射率变化的可变焦液体透镜、基于填充液体表面曲率变化的可变焦液体透镜或基于介质电润湿流体接触角变化的可变焦液体透镜。
优选的，所述光隔离器还包括：液态透镜控制模块；
所述液态透镜控制模块控制所述液态透镜模块的焦距补偿量。
优选的，所述光隔离器还包括：与所述隔离器主件的输出端连接的镜筒。
优选的，所述光隔离器还包括：设置在所述镜筒中的双凹透镜和平凸透镜；
所述双凹透镜和平凸透镜组成扩束系统。
优选的，所述液态透镜模块设置在所述镜筒中；
所述光隔离器还包括：设置在所述镜筒中的双凹透镜；
所述双凹透镜与所述液态透镜模块组成扩束系统。
优选的，所述液态透镜模块设置在所述镜筒中；
所述光隔离器还包括：设置在所述镜筒中的平凸透镜；
所述平凸透镜与所述液态透镜模块组成扩束系统。
优选的，所述磁体阵列包括：与所述中心通孔平行排列的第一磁体、第二磁体和第三磁体；
所述第一磁体的磁场方向垂直于所述中心通孔；
所述第二磁体的磁场方向平行于所述中心通孔；
所述第三磁体的磁场方向垂直于所述中心通孔并与所述第一磁体的磁场方向相反。
优选的，所述光隔离器还包括：与所述隔离器主件输入端连接的入射准直器。
优选的，所述隔离器主件还包括：磁场调节螺丝；
所述磁场调节螺丝与所述磁体阵列连接；所述磁场调节螺丝用于调整所述磁体阵列与所述中心通孔之间的距离。
优选的，所述法拉第旋光组件包括：第一分束器、第二分束器、法拉第元件和石英旋转器；
所述第一分束器和所述第二分束器分别设置在所述法拉第元件两端；
所述石英旋转器设置在所述法拉第元件与所述第一分束器或所述第二分束器之间。
优选的，所述法拉第旋光组件还包括：分别设置在所述法拉第元件两端的第一反射片和第二反射片；
所述第一反射片与所述第二反射片形成反射光路。
优选的，所述法拉第旋光组件包括：起偏器、检偏器和法拉第元件；
所述起偏器与和所述检偏器分别设置在所述法拉第元件两端。
优选的，所述隔离器主件还包括：导磁铁；
所述导磁铁与所述磁体阵列连接；所述导磁铁用于调节法拉第元件所在位置的磁场方向和磁场强度。
优选的，所述隔离器主件还包括：承托柱；
所述承托柱邻接于所述中心通孔，所述法拉第旋光组件设置在所述承托柱之上。
本申请还公开了一种激光设备，包括：光隔离器；所述光隔离器可以包括：隔离器主件和液态透镜模块；所述隔离器主件的中心具有中心通孔；所述隔离器主件还包括：至少一组磁体阵列和设置在所述中心通孔中的法拉第旋光组件；所述磁体阵列围绕所述中心通孔排列；
所述液态透镜模块对所述隔离器主件的热透镜效应进行焦距补偿。
优选的，所述液态透镜模块包括：基于液体折射率变化的可变焦液体透镜、基于填充液体表面曲率变化的可变焦液体透镜或基于介质电润湿流体接触角变化的可变焦液体透镜。
优选的，所述光隔离器还包括：液态透镜控制模块；
所述液态透镜控制模块控制所述液态透镜模块的焦距补偿量。
优选的，所述光隔离器还包括：与所述隔离器主件的输出端连接的镜筒。
优选的，所述光隔离器还包括：设置在所述镜筒中的双凹透镜和平凸透镜；
所述双凹透镜和平凸透镜组成扩束系统。
优选的，所述液态透镜模块设置在所述镜筒中；
所述光隔离器还包括：设置在所述镜筒中的双凹透镜；
所述双凹透镜与所述液态透镜模块组成扩束系统。
优选的，所述液态透镜模块设置在所述镜筒中；
所述光隔离器还包括：设置在所述镜筒中的平凸透镜；
所述平凸透镜与所述液态透镜模块组成扩束系统。
优选的，所述磁体阵列包括：与所述中心通孔平行排列的第一磁体、第二磁体和第三磁体；
所述第一磁体的磁场方向垂直于所述中心通孔；
所述第二磁体的磁场方向平行于所述中心通孔；
所述第三磁体的磁场方向垂直于所述中心通孔并与所述第一磁体的磁场方向相反。
优选的，所述光隔离器还包括：与所述隔离器主件输入端连接的入射准直器。
优选的，所述隔离器主件还包括：磁场调节螺丝；
所述磁场调节螺丝与所述磁体阵列连接；所述磁场调节螺丝用于调整所述磁体阵列与所述中心通孔之间的距离。
优选的，所述法拉第旋光组件包括：第一分束器、第二分束器、法拉第元件和石英旋转器；
所述第一分束器和所述第二分束器分别设置在所述法拉第元件两端；
所述石英旋转器设置在所述法拉第元件与所述第一分束器或所述第二分束器之间。
优选的，所述法拉第旋光组件还包括：分别设置在所述法拉第元件两端的第一反射片和第二反射片；
所述第一反射片与所述第二反射片形成反射光路。
优选的，所述法拉第旋光组件包括：起偏器、检偏器和法拉第元件；
所述起偏器与和所述检偏器分别设置在所述法拉第元件两端。
优选的，所述隔离器主件还包括：导磁铁；
所述导磁铁与所述磁体阵列连接；所述导磁铁用于调节法拉第元件所在位置的磁场方向和磁场强度。
优选的，所述隔离器主件还包括：承托柱；
所述承托柱邻接于所述中心通孔，所述法拉第旋光组件设置在所述承托柱之上。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本申请实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请实施例是参照根据本申请实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的一种光隔离器、激光输出头及激光设备，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (17)
1.一种光隔离器，其特征在于，包括：隔离器主件和液态透镜模块；所述隔离器主件的中心具有中心通孔；所述隔离器主件还包括：至少一组磁体阵列和设置在所述中心通孔中的法拉第旋光组件；所述磁体阵列围绕所述中心通孔排列；
所述液态透镜模块对所述隔离器主件的热透镜效应进行焦距补偿。
2.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，所述液态透镜模块包括：基于液体折射率变化的可变焦液体透镜、基于填充液体表面曲率变化的可变焦液体透镜或基于介质电润湿流体接触角变化的可变焦液体透镜。
3.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，还包括：液态透镜控制模块；
所述液态透镜控制模块控制所述液态透镜模块的焦距补偿量。
4.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，还包括：与所述隔离器主件的输出端连接的镜筒。
5.根据权利要求4所述的光隔离器，其特征在于，还包括：设置在所述镜筒中的双凹透镜和平凸透镜；
所述双凹透镜和平凸透镜组成扩束系统。
6.根据权利要求4所述的光隔离器，其特征在于，所述液态透镜模块设置在所述镜筒中；
所述光隔离器还包括：设置在所述镜筒中的双凹透镜；
所述双凹透镜与所述液态透镜模块组成扩束系统。
7.根据权利要求4所述的光隔离器，其特征在于，所述液态透镜模块设置在所述镜筒中；
所述光隔离器还包括：设置在所述镜筒中的平凸透镜；
所述平凸透镜与所述液态透镜模块组成扩束系统。
8.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，所述磁体阵列包括：与所述中心通孔平行排列的第一磁体、第二磁体和第三磁体；
所述第一磁体的磁场方向垂直于所述中心通孔；
所述第二磁体的磁场方向平行于所述中心通孔；
所述第三磁体的磁场方向垂直于所述中心通孔并与所述第一磁体的磁场方向相反。
9.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，还包括：与所述隔离器主件输入端连接的入射准直器。
10.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，所述隔离器主件还包括：磁场调节螺丝；
所述磁场调节螺丝与所述磁体阵列连接；所述磁场调节螺丝用于调整所述磁体阵列与所述中心通孔之间的距离。
11.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，所述法拉第旋光组件包括：第一分束器、第二分束器、法拉第元件和石英旋转器；
所述第一分束器和所述第二分束器分别设置在所述法拉第元件两端；
所述石英旋转器设置在所述法拉第元件与所述第一分束器或所述第二分束器之间。
12.根据权利要求11所述的光隔离器，其特征在于，所述法拉第旋光组件还包括：分别设置在所述法拉第元件两端的第一反射片和第二反射片；
所述第一反射片与所述第二反射片形成反射光路。
13.根据权利要求1所述的光隔离器、其特征在于，所述法拉第旋光组件包括：起偏器、检偏器和法拉第元件；
所述起偏器与和所述检偏器分别设置在所述法拉第元件两端。
14.根据权利要求11或12或13所述的光隔离器，其特征在于，所述隔离器主件还包括：导磁铁；
所述导磁铁与所述磁体阵列连接；所述导磁铁用于调节法拉第元件所在位置的磁场方向和磁场强度。
15.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，所述隔离器主件还包括：承托柱；
所述承托柱邻接于所述中心通孔，所述法拉第旋光组件设置在所述承托柱之上。
16.一种激光输出头，其特征在于，包括如权利要求1-15任一项所述的光隔离器。
17.一种激光设备，其特征在于，包括如权利要求1-15任一项所述的光隔离器。
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| CN201510672919.XA CN105223710A (zh) | 2015-10-16 | 2015-10-16 | 一种光隔离器、激光输出头及激光设备 |
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