CN105633781A - 一种新型磁光隔离器件及其主动输出控制方法 - Google Patents

一种新型磁光隔离器件及其主动输出控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型磁光隔离器件及其主动输出控制方法，包括磁光材料、旋光线圈、起偏器和检偏器；其中，所述旋光线圈绕制在所述磁光材料的外壁上，并且在所述磁光材料暴露于所述旋光线圈外的两端分别设置了所述起偏器和所述检偏器；而在所述磁光材料一端的所述起偏器件将入射激光过滤成偏振光，另一端的所述检偏器件则用来进行旋转后偏振光的检验。因此，本发明通过电磁感应形成磁场，能够通过加载电流的变化，实现瞬态开关、偏转角度调节的电磁光隔离器。

Description

一种新型磁光隔离器件及其主动输出控制方法
技术领域
本发明涉及全固态激光领域，特别是指一种新型磁光隔离器件及其主动输出控制方法。
背景技术
磁光隔离器沿正向传输方向具有较低插入损耗，而对反向传输光有很大衰减作用。磁光隔离器作为防止激光放大器反馈损伤的常用隔离器，是高功率激光器系统不可缺少的单元器件。磁光隔离器利用法拉第磁光效应来实现入射光的偏振态旋转。法拉第磁光效应是指当线偏振光在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比，即ψ＝VBI，比例系数V称为费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第效应或磁致旋光效应。
现有的磁光隔离器包含起偏器、法拉第旋光器件和检偏器。正向入射的信号光，通过起偏器后成为线偏振光，法拉弟旋磁介质与外磁场一起使信号光的偏振方向右旋45度，并恰好使低损耗通过与起偏器成45度放置的检偏器。对于反向光，出检偏器的线偏振光经过放置介质时，偏转方向也右旋转45度，从而使反向光的偏振方向与起偏方向正交，完全阻断了反射光的传输。现有的磁光隔离器通常采用永久磁铁来形成稳定磁场，实现法拉第磁光效应。
申请号为CN201320235965.X的专利保护了一种将准直器、法拉第旋转器、输出镜头安装在外壳中构成的磁光隔离器。所保护的结构在外壳内部安置一个可见光光源，然后通过镀上对激光高透，准直光高反膜层的调节镜片来调节准直光束传播路径，使其与经过隔离器的激光共轴。申请号为CN201010539809.3的专利申请保护了一种磁光隔离器旋光角度的测量方法及光学参数测量装置。申请号为CN201110178917.7的专利申请保护了在半导体激光器和光纤插针之间设置法拉第磁光旋转元件，省去两个起偏器，使得半导体激光器对反射光不敏感，来确保激光器性能稳定的技术方案。申请号CN201410221850.4的专利提供了一种平面磁光隔离器，通过沿通光方向相互平行放置的起偏器、法拉第转子与检偏器，并由基片及基片两侧对称设置的磁光薄膜层、第一微带线层、绝缘层与第二微带线层构成，实现了磁光隔离器的小型化、平面化。国际公开号为WO97/44700的国际专利，保护了一种采用半开结构磁铁实现法拉第磁光效应的磁光隔离器。美国专利US6826319B2保护了一种采用准直器结构的磁光隔离器，来实现光纤结构的微小磁光隔离。美国专利5105307保护了一种采用折叠结构的磁光隔离器，能够实现光学轴的折叠式调节。US2003/0108266A1保护了一种光纤结构的磁光隔离器，具有结构紧凑、体积小、隔离效果好等优点。US2014/0300963A1保护了一种采用复合磁铁组合结构的磁光隔离技术方案。
从上述专利实现的磁光隔离，可以看出均是通过永久磁铁实现，属于“死”结构的磁光隔离器件。并且，存在结构固定，不能调节偏振态旋转角度、不能实现电控开关、体积大、笨重、永久磁铁会吸附安装工具或螺钉等缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种新型磁光隔离器件及其主动输出控制方法，通过电磁感应形成磁场，能够通过加载电流的变化，实现瞬态开关、偏转角度调节的电磁光隔离器。
基于上述目的本发明提供的一种新型磁光隔离器件，包括磁光材料、旋光线圈、起偏器和检偏器；其中，所述旋光线圈绕制在所述磁光材料的外壁上，并且在所述磁光材料暴露于所述旋光线圈外的两端分别设置了所述起偏器和所述检偏器；而在所述磁光材料一端的所述起偏器件将入射激光过滤成偏振光，另一端的所述检偏器件则用来进行旋转后偏振光的检验。
在一些实施例中，所述磁光材料为TGG单晶。
在一些实施例中，所述旋光线圈采用直径5mm的无氧铜导线，且所述旋光线圈以24.6mm的直径密集绕制55圈而成。
在一些实施例中，所述起偏器和所述检偏器分别采用的是PBS分光棱镜。
在一些实施例中，所述旋光线圈接通280A的电流。
在一些实施例中，所述磁光材料为ZF-6重火石玻璃。
在一些实施例中，所述旋光线圈采用为直径5mm的无氧铜导线以直径55mm的直径密集绕制55圈而成。
在一些实施例中，所述起偏器和所述检偏器分别为偏振片。
在一些实施例中，所述旋光线圈通过750A的脉冲电流。
另外，本发明还提供了一种磁光隔离器件的主动输出控制方法，包括步骤：
将所述旋光线圈接通电流，形成强磁场；
激光光束通过所述起偏器，将垂直方向的偏振光通过，水平方向的偏振光反射；
垂直方向的偏振光通过所述磁光材料发生偏振方向的旋转；
所述检偏器将旋转后的偏振方向为水平方向的激光进行反射，否则该激光通过所述检偏器。
从上面所述可以看出，本发明提供的一种新型磁光隔离器件及其主动输出控制方法，实现了一套简便易行的激光输出控制方法，并且创造性地实现了动态瞬间开关、偏转角度调节的电磁光隔离器。
附图说明
图1为本发明实施例中新型磁光隔离器件的结构示意图；
图2为本发明可参考新型磁光隔离器件的结构示意图；
图3为本发明实施例中磁光隔离器件主动输出控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
作为本发明的一个实施例，参阅图1所示，为本发明实施例中新型磁光隔离器件的结构示意图，所述新型磁光隔离器件包括磁光材料1、旋光线圈2、起偏器31和检偏器32。其中，旋光线圈2绕制在磁光材料1的外壁上，并且在磁光材料1暴露于旋光线圈2外的两端分别设置了起偏器31和检偏器32。因此，在旋光线圈2通过外接电流瞬间形成强磁场下，穿过磁光材料1的光束偏振方向将在磁场作用下发生偏转。而在磁光材料1一端的起偏器件31将入射激光过滤成偏振光，并确认偏振光角度。另一端的检偏器件32则用来进行旋转后偏振光的检验。
较佳地，磁光材料1具有大的磁光常数，用来实现入射激光的偏振态旋转。穿过磁光材料1的光束的偏振方向将在磁场作用下发生偏转，其偏转方向只与磁场方向有关，与光束传播方向无关。另外，旋光线圈2由导线环绕制成，用来通过电磁感应形成磁场。在磁光材料1上加载电流，形成对入射光的偏振态改变。
还值得说明的是，起偏器31用来实现偏振光透过，并将入射光过滤成偏振光，而且确认偏振光角度。较佳地，可以采用偏振片、PBS分光棱镜、洛匈棱镜等偏振分光器件。而所述的检偏器32用来对旋转后的偏振光的检验，较佳地可以采用偏振片、PBS分光棱镜、洛匈棱镜等偏振分光器件。
作为本发明可参考的实施例，如图1中所示，磁光材料1为TGG单晶。还有，旋光线圈2为无氧铜导线。在该实施例中，采用的是直径5mm的无氧铜导线。优选地，旋光线圈2以24.6mm的直径密集绕制55圈而成，用于通过280A的电流，瞬间形成强磁场。另外，起偏器31和检偏器32分别采用的是PBS分光棱镜。起偏器31用来限制透过激光的偏振方向为垂直方向，检偏器32用来限制透过激光的偏振方向为沿着垂直方向旋转45度。其中，所述的垂直方向为垂直起偏器件31的光轴方向。优选地，采用的是边长15mm的PBS分光棱镜。
从而，新型磁光隔离器件工作时，旋光线圈2通过外接电流280A，瞬间形成强磁场。磁光材料1TGG单晶在磁场的作用下，能够恰好对入射的激光形成45度的偏振态旋转。由此，实现单向激光无法返回的磁光隔离功能。
作为本发明另一可参考的实施例，如图2所示，新型磁光隔离器件还可以磁光材料1为ZF-6重火石玻璃，穿过磁光材料1的光束偏振方向将在磁场作用下发生偏转。并且，旋光线圈2为无氧铜导线。优选地，旋光线圈2为直径5mm的无氧铜导线以直径55mm的直径密集绕制55圈而成。另外，旋光线圈2通过750A的脉冲电流，瞬间形成强磁场。ZF-6重火石玻璃在磁场的作用下，能够恰好对入射的激光形成45度的偏振方向旋转。
还有，起偏器31和检偏器32分别为偏振片，优选地采用边长15mm的偏振片，起偏器31用来限制透过激光的偏振态为垂直方向。同时，检偏器32用来限制透过激光的偏振态为沿着垂直方向旋转90度。
因此，新型磁光隔离器件工作时，在磁光材料1通过激光前100μs的瞬间对加载1ms时间的750A强电流，实现新型磁光隔离器件中磁光材料1对入射激光的90度旋转。当激光信号经过磁光材料1后，被检偏器32反射，再次通过起偏器31回射输出，由此实现单向激光返回的隔离功能。
在本发明另一方面，参阅图3所示，为本发明实施例中磁光隔离器件主动输出控制方法的流程示意图。所述磁光隔离器件主动输出控制方法包括步骤：
步骤301：将旋光线圈2接通电流，形成强磁场。
较佳地，通过控制加载在旋光线圈2上的电流有无来决定通过磁光材料1的激光是否发生偏转。
步骤302：激光光束通过起偏器31，将垂直方向的偏振光通过，水平方向的偏振光反射。
步骤303：垂直方向的偏振光通过磁光材料1发生偏振方向的旋转。
在实施例中，可以通过加载所计算的电流值，实现磁光材料1对入射激光的旋转度数的控制。较佳地，旋光线圈2通过外接电流280A，磁光材料1TGG单晶在磁场的作用下，能够恰好对入射的激光形成45度的偏振态旋转。另外，在磁光材料1通过激光前100μs的瞬间对加载1ms时间的750A强电流，实现新型磁光隔离器件中磁光材料1对入射激光的90度旋转。
步骤304，检偏器32将旋转后的偏振方向为水平方向的激光进行反射，否则该激光通过检偏器32。
因此，该实施例通过控制加载在旋光线圈2上的电流大小来决定通过磁光材料1的激光的偏转角度，可以通过加载所计算的电流值，实现磁光材料1对入射激光的45度旋转，并由此实现单向激光无法返回的磁光隔离功能。优选地，也可以加载双倍的所计算的电流值，实现90度的偏转，这样就是实现了对入射激光的反射功能。磁场强度与旋转角度成线性的关系，双倍电流值使得磁光晶体的旋转角度翻倍。
还需要说明的是，在磁光隔离器件主动输出控制可参考的实施例中，不仅可以分别采用上述两种对电流进行控制，还可以同时控制电流的强弱以及有无。也就是说，加载计算得到的电流数值，实现对激光偏转方向的控制，若反向加载电流就可以实现例如-45°的旋转。并且，通过控制电流可以控制激光在检偏器32上的透射还是反射(或者比例)，实现对光束的控制。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型磁光隔离器件，其特征在于，包括磁光材料、旋光线圈、起偏器和检偏器；其中，所述旋光线圈绕制在所述磁光材料的外壁上，并且在所述磁光材料暴露于所述旋光线圈外的两端分别设置了所述起偏器和所述检偏器；而在所述磁光材料一端的所述起偏器件将入射激光过滤成偏振光，另一端的所述检偏器件则用来进行旋转后偏振光的检验。
2.根据权利要求1所述的磁光隔离器件，其特征在于，所述磁光材料为TGG单晶。
3.根据权利要求2所述的磁光隔离器件，其特征在于，所述旋光线圈采用直径5mm的无氧铜导线，且所述旋光线圈以24.6mm的直径密集绕制55圈而成。
4.根据权利要求3所述的磁光隔离器件，其特征在于，所述起偏器和所述检偏器分别采用的是PBS分光棱镜。
5.根据权利要求4所述的磁光隔离器件，其特征在于，所述旋光线圈接通280A的电流。
6.根据权利要求1所述的磁光隔离器件，其特征在于，所述磁光材料为ZF-6重火石玻璃。
7.根据权利要求6所述的磁光隔离器件，其特征在于，所述旋光线圈采用为直径5mm的无氧铜导线以直径55mm的直径密集绕制55圈而成。
8.根据权利要求7所述的磁光隔离器件，其特征在于，所述起偏器和所述检偏器分别为偏振片。
9.根据权利要求8所述的磁光隔离器件，其特征在于，所述旋光线圈通过750A的脉冲电流。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的磁光隔离器件的主动输出控制方法，其特征在于，包括步骤：
将所述旋光线圈接通电流，形成强磁场；
激光光束通过所述起偏器，将垂直方向的偏振光通过，水平方向的偏振光反射；
垂直方向的偏振光通过所述磁光材料发生偏振方向的旋转；
所述检偏器将旋转后的偏振方向为水平方向的激光进行反射，否则该激光通过所述检偏器。
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