CN105527677B - 一种制作光隔离器的方法以及光隔离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制作光隔离器的方法以及光隔离器，光隔离器包括：第一光纤头，用于输出激光；第一准直透镜，设置于所述第一光纤头的前方，用于接收所述激光并对激光进行准直处理，输出准直光束；隔离器芯；光阑，设置有通光孔，所述光阑还设置于隔离器芯，并且所述光阑位于所述第一准直透镜的前方，以使所述准直光束从所述通光孔中穿过，其中，所述通光孔与第一准直透镜之间的距离等于所述第一准直透镜与准直光束的束腰之间的束腰距离，所述通光孔的直径大于所述准直光束的束腰的束腰直径。通过上述方式，本发明能够更加地隔离返回光，很好保护光源以及光路系统。

Description

一种制作光隔离器的方法以及光隔离器

技术领域

本发明涉及激光处理技术领域，特别是涉及一种制作光隔离器的方法以及光隔离器。

背景技术

传统光隔离器是一种当光正向传输时，光能以很低的损耗通过，当光反向传输时，能以很高的损耗阻碍光束反向传输，达到隔离返回光的目的设备。

由于光隔离器是通过损耗阻碍光束反向传输，当反向传输的光能量较低时，光隔离器几乎可以全部损耗返回光，但当反向传输的光能量很高时，会存在部分光无法完全隔离，对光源以及光路系统产生不良影响

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种制作光隔离器的方法及光隔离器，能够更好地隔离返回光，很好保护光源以及光路系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种光隔离器，包括：第一光纤头，用于输出激光；第一准直透镜，设置于所述第一光纤头的前方，用于接收所述激光并对激光进行准直处理，输出准直光束；隔离器芯；光阑，设置有通光孔，所述光阑还设置于隔离器芯，并且所述光阑位于所述第一准直透镜的前方，以使所述准直光束从所述通光孔中穿过，其中，所述通光孔与第一准直透镜之间的距离等于所述第一准直透镜与准直光束的束腰之间的束腰距离，所述通光孔的直径大于所述准直光束的束腰的束腰直径。

所述通光孔与第一准直透镜之间的距离等于所述第一准直透镜与准直光束的束腰之间束腰距离通过如下计算公式计算得的，

$I_w=-2\frac{(i+\frac{L}{n})*(\frac{1-n}{R}*i+1+(1-n*\frac{L}{n*R})+\frac{1-n}{R}*f^2)}{{(\frac{1-n}{R}*i+1+(1-n)*\frac{L}{n*R})}^2+{(\frac{1-n}{R}*f)}^2}$

$f=\frac{\mathrm{\π}*{W_{01}}^2}{\mathrm{\λ}}$

所述I_w为准直光束的束腰与所述第一准直透镜之间的束腰距离，所述i为第一光纤头与第一准直透镜之间的距离，所述n为第一准直透镜的折射率，所述L为第一准直透镜的中心长度，所述R为第一准直透镜的曲率半径。

其中，所述准直光束的束腰的束腰直径通过如下计算公式计算得

$W_{02}=W_{01}\sqrt{\frac{1+(1-n)*\frac{L}{n*R}-\frac{L}{n}*\frac{(1-n)}{R}}{{(\frac{1-n}{R}*i+1+(1-n)*\frac{L}{n*R})}^2+{(\frac{1-n}{R}*f)}^2}}$

所述W₀₂为准直光束的束腰的束腰直径，所述W₀₁为第一光纤头所出射的激光的基模束腰。

其中，所述光隔离器还包括第二光纤头和第二准直透镜；所述光阑位于所述隔离器芯内，所述第二准直透镜设置于所述光阑的前方，所述第二光纤头设置于第二准直透镜的前方，所述第二准直透镜接收光阑所输出的光，并向所述第二光纤头输出光。

其中，所述光隔离器还包括调节机构；所述调节机构设置于隔离器芯上，并且与所述光阑连接，用于调节所述光阑所在位置。

其中，所述隔离器芯设置有第一螺孔、第二螺孔、第三螺孔和第四螺孔；所述调节机构包括第一调节螺钉、第二调节螺钉、第三调节螺钉和第四调节螺钉；所述第一调节螺钉、第二调节螺钉、第三调节螺钉和第四调节螺钉分别穿过第一螺孔、第二螺孔、第三螺孔和第四螺孔并且抵接于所述光阑的四周。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种制作光隔离器的方法，包括：制作第一光纤头和第一准直透镜；固定所述第一光纤头和第一准直透镜，并且检测所述第一光纤头与第一准直透镜之间的距离，以及根据所述第一光纤头与第一准直透镜之间的距离计算第一准直透镜所输出的准直光束的束腰与第一准直透镜之间的束腰距离以及束腰直径；结合所述准直光束的束腰直径，制作光阑，其中，所述光阑设置通光孔，所述通光孔的直径大于所述准直光束的束腰的直径；制作隔离器芯，将所述光阑固定于所述隔离器芯上，以及固定所述隔离器芯，以使所述准直光束从所述通光孔穿过，并且所述光阑的通光孔与第一准直透镜之间的距离等于束腰距离。

其中，制作第二光纤头和第二准直透镜，并且将所述第二准直透镜固定于隔离器芯的前方，以及将所述第二光纤头固定于第二准直透镜的前方。

其中，所述第一准直透镜所输出的准直光束的束腰与第一准直透镜之间束腰距离通过以下计算公式计算得到的，

$I_w=-2\frac{(i+\frac{L}{n})*(\frac{1-n}{R}*i+1+(1-n*\frac{L}{n*R})+\frac{1-n}{R}*f^2)}{{(\frac{1-n}{R}*i+1+(1-n)*\frac{L}{n*R})}^2+{(\frac{1-n}{R}*f)}^2}$

$f=\frac{\mathrm{\π}*{W_{01}}^2}{\mathrm{\λ}}$

所述I_w为准直光束的束腰与所述第一准直透镜之间的束腰距离，所述W₀₁为第一光纤头所输出的激光的基模束腰，所述i为第一光纤头与第一准直透镜之间的距离，所述n为第一准直透镜的折射率，所述L为第一准直透镜的中心长度，所述R为第一准直透镜的曲率半径。

其中，计算所述准直光束的束腰的束腰直径的计算公式如下：

$W_{02}=W_{01}\sqrt{\frac{1+(1-n)*\frac{L}{n*R}-\frac{L}{n}*\frac{(1-n)}{R}}{{(\frac{1-n}{R}*i+1+(1-n)*\frac{L}{n*R})}^2+{(\frac{1-n}{R}*f)}^2}}$

所述W₀₂为所述第一准直透镜的束腰的束腰直径。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明在光阑上设置通光孔，将光阑设置于隔离器芯的前方或者隔离器芯内，并且将光阑的通光孔位于准直光束的束腰所在的位置，第一准直透镜所输出的准直光束从通光孔穿出，由于准直光束的束腰的直径最小，因此，当通光孔位于准直光束的束腰时，通光孔的直径也可以做得最小，使得光阑在不影响准直光束的前提下，可以遮挡住更多返回光，很好的保护光源以及光路系统，提高光隔离器的隔离度。

附图说明

图1是本发明光隔离器第一实施方式的示意图；

图2是本发明光隔离器第一实施方式中第一准直透镜所输出的准直光束的束腰的示意图；

图3是本发明光隔离器第一实施方式中第一准直透镜的中心长度和曲率半径的示意图；

图4是本发明光隔离器第二实施方式的示意图；

图5是本发明光隔离器的调节机构的示意图；

图6是本发明制作光隔离器的方法实施方式的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。

请参阅图1，光隔离器包括第一光纤头21、第一准直透镜22、光阑23和隔离器芯25。

第一光纤头21，用于输出激光。第一准直透镜22设置于第一光纤头21的前方，用于接收第一光纤头21输出的激光并对激光进行准直处理，输出准直光束。光阑23设置有通光孔231，光阑23还设置于隔离器芯25上，并且光阑231位于第一准直透镜22的前方，以使准直光束从通光孔231中穿过，其中，通光孔231与第一准直透镜22之间的距离等于第一准直透镜22与准直光束的束腰之间的束腰距离，通光孔231的直径大于准直光束的束腰的束腰直径

由于准直光束的束腰所在的位置，准直光束的直径最小，而将光阑23的通光孔231设置于准直光束的束腰所在的位置，可以使得通光孔231的直径做得最小，并且最接近准直光束的束腰的直径，进而使得光阑23在不影响准直光束的前提下，可以遮挡住更多返回光，很好的保护光源以及光路系统，提高隔离器的隔离度。

具体的，第一准直透镜22与准直光束的束腰之间的束腰距离通过如下计算公式计算得的，

$I_w=-2\frac{(i+\frac{L}{n})*(\frac{1-n}{R}*i+1+(1-n*\frac{L}{n*R})+\frac{1-n}{R}*f^2)}{{(\frac{1-n}{R}*i+1+(1-n)*\frac{L}{n*R})}^2+{(\frac{1-n}{R}*f)}^2}$ -----公式1

$f=\frac{\mathrm{\π}*{W_{01}}^2}{\mathrm{\λ}}$ -----公式2

I_w为准直光束的束腰与第一准直透镜22之间的束腰距离，W₀₁为第一光纤头21出射的激光的基模束腰，i为第一光纤头21与第一准直透镜22之间的距离，n为第一准直透镜22的折射率，L为第一准直透镜22的中心长度，R为第一准直透镜22的曲率半径。

准直光束的束腰的直径是通过如下计算公式计算得

$W_{02}=W_{01}\sqrt{\frac{1+(1-n)*\frac{L}{n*R}-\frac{L}{n}*\frac{(1-n)}{R}}{{(\frac{1-n}{R}*i+1+(1-n)*\frac{L}{n*R})}^2+{(\frac{1-n}{R}*f)}^2}}$ -----公式3

W₀₂为准直光束的束腰的束腰直径。

为了方便读者更好地理解准直光束的束腰的直径和准直光束的束腰与第一准直透镜22之间的距离的计算公式如何得到的，如下对公式1和公式3的来源进行说明。

请结合图2和图3，第一准直透镜22满足C-Lens的传输矩阵，C-Lens的传输矩阵以下：

$\left[\begin{array}{cc}A& B\\ C& D\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1& \frac{L}{n}\\ \frac{1-n}{R}& 1+(1-n)\frac{L}{nR}\end{array}\right]$

n为第一准直透镜22的折射率，L为第一准直透镜22的中心长度，R为第一准直透镜22的曲率半径。

而准直光束的束腰与第一准直透镜22之间的距离满足如下公式

$I_W=-2*\frac{(A*i+B)*(C*i+D)+A*C*f^2}{{(C*i+D)}^2+{(C*f)}^2}$ ----公式4

I_w为准直光束的束腰与第一准直透镜22之间的束腰距离，W₀₁为第一光纤头21出射的激光的基模束腰，i为第一光纤头21与第一准直透镜22之间的距离,其中，i可以直接测量得到，W₀₁是由测量得到或者由第一准直透镜22的厂家提供，将C-Lens的传输矩阵的相关参数代入公式4得到公式1。

准直光束的直径满足如下公式

$W_{02}=W_{01}\sqrt{\frac{A*D-B*C}{{(C*i+D)}^2+{(C*f)}^2}}$ ---公式5

W₀₂为准直光束的束腰的束腰直径。将C-Lens的传输矩阵的相关参数代入公式5得到公式3。

请结合图4，光隔离器还包括第二光纤头28和第二准直透镜27。光阑23设置于隔离器芯25，第二准直透镜27设置于光阑23的前方，第二光纤头28设置于第二准直透镜27的前方，第二准直透镜27接收光阑23所输出的光，并向第二光纤头28输出光。具体的，第一光纤头21、第一准直透镜22、光阑23、第二准直透镜27和第二光纤头28呈“一”字设置，以保证第一光纤头21所出射的光能够穿过第一准直透镜22、光阑23、8第二准直透镜27和第二光纤头28。当光隔离器还包括第二光纤头28和第二准直透镜27时，光隔离器为在线型光隔离器，当光隔离器没有包括第二光纤头28和第二准直透镜27时，光隔离器为自由型光隔离器。若光隔离器为在线型光隔离器，光阑23可以位于隔离器芯24内，并且位于隔离器芯24的中间位置，若光隔离器20为在线型光隔离器，光阑23可以位于隔离器芯24的端部。值得说明的是：本发明中所描述的某一部件的前方，是指该部件输出光的输出口(图未示)的前方。

为了方便调节光阑23的位置，光隔离器还包括调节机构24，调节机构24设置于隔离器芯25上，并且与光阑连接，用于调节光阑23所在位置。直接固定光阑23的方式，有时候很难保证准直光束全部从通光孔中穿过，此时，可以通过调节机构24对光阑23进行微调，直至准直光束全部从通光孔中穿过。

具体的，如图5所示，隔离器芯25设置有第一螺孔(未标示)、第二螺孔(未标示)、第三螺孔(未标示)和第四螺孔(未标示)。调节机构24包括第一调节螺钉241、第二调节螺钉242、第三调节螺钉243和第四调节螺钉244。

第一调节螺钉241、第二调节螺钉242、第三调节螺钉243和第四调节螺钉244分别穿过第一螺孔、第二螺孔、第三螺孔和第四螺孔并且抵接于光阑的四周。通过第一调节螺钉241、第二调节螺钉242、第三调节螺钉243和第四调节螺钉244可实现光阑23的上下左右调节。当然，在其它替代实施方式中，调节机构25不限定于图5所示的结构，例如：调节机构包括移动机构(图未示)和伸缩臂(图未示)，伸缩臂固定于移动机构，光阑固定伸缩臂，移动机构带动光阑前后左右移动，伸缩臂实现光阑上下移动。

为了更好地保护光隔离器内各个部件，光隔离器还包括外壳26。第一光纤头21、第一准直透镜22、光阑23、隔离器芯25、第二光纤头28、第二准直透镜27和调节机构24位于外壳26内。

在本发明实施方式中，在光阑上设置通光孔，将光阑设置于第一准直透镜的前方，并且光阑的通光孔位于准直光束的束腰所在的位置，第一准直透镜所输出的准直光束从通光孔穿出，由于准直光束的束腰的直径最小，因此，当通光孔位于准直光束的束腰时，通光孔的直径也可以做得最小，使得光阑在不影响准直光束的前提下，可以遮挡住更多返回光，很好保护光源以及光路系统。

本发明又提供制作光隔离器的实施方式。请参阅图6，方法包括：

步骤:S301：制作第一光纤头和第一准直透镜；

第一光纤头用于输出激光，第一准直透镜用于对输出的激光进行准直处理输出准直光束，其中，第一准直透镜也可以与第一光纤头封装在一起，成为准直器。

步骤S302：固定第一光纤头和第一准直透镜，并检测第一光纤头与第一准直透镜之间的距离，以及根据第一光纤头与第一准直透镜之间的距离，计算第一准直透镜所输出的准直光束的束腰与第一准直透镜之间的束腰距离以及束腰直径；

具体的，第一准直透镜所输出的准直光束的束腰与第一准直透镜之间的束腰距离通过如下计算公式计算得到的：

$I_w=-2\frac{(i+\frac{L}{n})*(\frac{1-n}{R}*i+1+(1-n*\frac{L}{n*R})+\frac{1-n}{R}*f^2)}{{(\frac{1-n}{R}*i+1+(1-n)*\frac{L}{n*R})}^2+{(\frac{1-n}{R}*f)}^2}$

为准直光束的束腰与第一准直透镜之间的束腰距离，W₀₁为第一光纤头所输出的激光的基模束腰，i为第一光纤头与第一准直透镜之间的距离，n为第一准直透镜的折射率，L为第一准直透镜的中心长度，所述R为第一准直透镜的曲率半径。

准直光束的束腰的束腰直径通过如下计算公式计算得到的：

$W_{02}=W_{01}\sqrt{\frac{1+(1-n)*\frac{L}{n*R}-\frac{L}{n}*\frac{(1-n)}{R}}{{(\frac{1-n}{R}*i+1+(1-n)*\frac{L}{n*R})}^2+{(\frac{1-n}{R}*f)}^2}}$

W₀₂为准直光束的束腰的直径。

步骤S303：结合准直光束的束腰直径，制作光阑，其中，光阑设置通光孔，通光孔的直径大于准直光束的束腰的束腰直径；

步骤S304：制作隔离器芯，将光阑固定于隔离器芯上，以及固定隔离器芯，以使准直光束从通光孔穿过，并且光阑的通光孔与第一准直透镜之间的距离等于束腰距离。

由于准直光束的束腰所在的位置，准直光束的直径最小，而将光阑的通光孔设置于准直光束的束腰所在的位置，可以使得通光孔的直径做得最小，并且最接近准直光束的束腰的直径，进而使得光阑在不影响准直光束的前提下，可以遮挡住更多返回光，很好的保护光源以及光路系统。

进一步，方法还包括：

步骤S305：制作第二光纤头和第二准直透镜，并且将第二准直透镜固定于隔离器芯的前方，以及将第二光纤头固定于第二准直透镜的前方；

当光隔离器还包括第二光纤头和第二准直透镜时，光阑位于隔离器芯内时，光隔离器为在线型光隔离器，当光隔离器没有包括第二光纤头和第二准直透镜时，光阑位于隔离器前段，光隔离器为自由型光隔离器。

为了更好地保护光隔离器的内部部件，则方法还包括：制作外壳，并且第一光纤头、第一准直透镜、光阑、隔离器芯、第二光纤头、第二准直透镜和调节机构位于外壳内。

在本发明实施方式中，先制作第一光纤头和第一准直透镜，然后固定第一光纤头和第一准直透镜，并检测第一光纤头与第一准直透镜之间的距离，以及根据第一光纤头与第一准直透镜之间的距离，计算第一准直透镜所输出的准直光束的束腰与第一准直透镜之间的束腰距离以及束腰直径，结合准直光束的束腰直径，制作光阑，其中，光阑设置通光孔，通光孔的直径大于准直光束的束腰的束腰直径，制作隔离器芯，将光阑固定于隔离器芯上，以及固定隔离器芯，以使准直光束从通光孔穿过，并且光阑的通光孔与第一准直透镜之间的距离等于束腰距离，由于准直光束的束腰的直径最小，因此，当通光孔位于准直光束的束腰时，通光孔的直径也可以做得最小，使得光阑在不影响准直光束的前提下，可以遮挡住更多返回光，很好的保护光源以及光路系统产生。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光隔离器，其特征在于，包括：

第一光纤头，用于输出激光；

第一准直透镜，设置于所述第一光纤头的前方，用于接收所述激光并对激光进行准直处理，输出准直光束；

隔离器芯；

光阑，设置有通光孔，所述光阑还设置于隔离器芯，并且所述光阑位于所述第一准直透镜的前方，以使所述准直光束从所述通光孔中穿过，其中，所述通光孔与第一准直透镜之间的距离等于所述第一准直透镜与准直光束的束腰之间的束腰距离，所述通光孔的直径大于所述准直光束的束腰的束腰直径。

2.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，

所述通光孔与第一准直透镜之间的距离等于所述第一准直透镜与准直光束的束腰之间束腰距离通过如下计算公式计算得的，

$I_w=-2\frac{(i+\frac{L}{n})*(\frac{1-n}{R}*i+1+(1-n*\frac{L}{n*R})+\frac{1-n}{R}*f^2)}{{(\frac{1-n}{R}*i+1+(1-n)*\frac{L}{n*R})}^2+{(\frac{1-n}{R}*f)}^2}$

$f=\frac{\mathrm{\π}*{W_{01}}^2}{\mathrm{\λ}}$

所述I_w为准直光束的束腰与所述第一准直透镜之间的束腰距离，所述i为第一光纤头与第一准直透镜之间的距离，所述n为第一准直透镜的折射率，所述L为第一准直透镜的中心长度，所述R为第一准直透镜的曲率半径，所述W₀₁为第一光纤头所出射的激光的基模束腰。

3.根据权利要求2所述的光隔离器，其特征在于，

所述准直光束的束腰的束腰直径通过如下计算公式计算得

$W_{02}=W_{01}\sqrt{\frac{1+(1-n)*\frac{L}{n*R}-\frac{L}{n}*\frac{(1-n)}{R}}{{(\frac{1-n}{R}*i+1+(1-n)*\frac{L}{n*R})}^2+{(\frac{1-n}{R}*f)}^2}}$

所述W₀₂为准直光束的束腰的束腰直径。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的光隔离器，其特征在于，

所述光隔离器还包括第二光纤头和第二准直透镜；

所述光阑位于所述隔离器芯内，所述第二光纤头设置于所述光阑的前方，所述第二光纤头设置于第二准直透镜的前方，所述第二准直透镜接收光阑所输出的光，并向所述第二光纤头输出光。

5.根据权利要求4所述的光隔离器，其特征在于，

所述光隔离器还包括调节机构；

所述调节机构设置于隔离器芯上，并且与所述光阑连接，用于调节所述光阑所在位置。

6.根据权利要求5所述的光隔离器，其特征在于，

所述隔离器芯设置有第一螺孔、第二螺孔、第三螺孔和第四螺孔；

所述调节机构包括第一调节螺钉、第二调节螺钉、第三调节螺钉和第四调节螺钉；

所述第一调节螺钉、第二调节螺钉、第三调节螺钉和第四调节螺钉分别穿过第一螺孔、第二螺孔、第三螺孔和第四螺孔并且抵接于所述光阑的四周。

7.一种制作光隔离器的方法，其特征在于，包括：

制作第一光纤头和第一准直透镜；

固定所述第一光纤头和第一准直透镜，并且检测所述第一光纤头与第一准直透镜之间的距离，以及根据所述第一光纤头与第一准直透镜之间的距离计算第一准直透镜所输出的准直光束的束腰与第一准直透镜之间的束腰距离以及束腰直径；

结合所述准直光束的束腰直径，制作光阑，其中，所述光阑设置通光孔，所述通光孔的直径大于所述准直光束的束腰的直径；

制作隔离器芯，将所述光阑固定于所述隔离器芯上，以及固定所述隔离器芯，以使所述准直光束从所述通光孔穿过，并且所述光阑的通光孔与第一准直透镜之间的距离等于束腰距离。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：

制作第二光纤头和第二准直透镜，并且将所述第二准直透镜固定于隔离器芯的前方，以及将所述第二光纤头固定于第二准直透镜的前方。

9.根据权利要求7-8所述的方法，其特征在于，

所述第一准直透镜所输出的准直光束的束腰与第一准直透镜之间束腰距离通过以下计算公式计算得到的，

$I_w=-2\frac{(i+\frac{L}{n})*(\frac{1-n}{R}*i+1+(1-n*\frac{L}{n*R})+\frac{1-n}{R}*f^2)}{{(\frac{1-n}{R}*i+1+(1-n)*\frac{L}{n*R})}^2+{(\frac{1-n}{R}*f)}^2}$

$f=\frac{\mathrm{\π}*{W_{01}}^2}{\mathrm{\λ}}$

所述I_w为准直光束的束腰与所述第一准直透镜之间的束腰距离，所述W₀₁为第一光纤头所输出的激光的基模束腰，所述i为第一光纤头与第一准直透镜之间的距离，所述n为第一准直透镜的折射率，所述L为第一准直透镜的中心长度，所述R为第一准直透镜的曲率半径。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

计算所述准直光束的束腰的束腰直径的计算公式如下：

$W_{02}=W_{01}\sqrt{\frac{1+(1-n)*\frac{L}{n*R}-\frac{L}{n}*\frac{(1-n)}{R}}{{(\frac{1-n}{R}*i+1+(1-n)*\frac{L}{n*R})}^2+{(\frac{1-n}{R}*f)}^2}}$

所述W₀₂为所述第一准直透镜的束腰的束腰直径。