CN108345131B - 一种法拉第隔离器装置 - Google Patents

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本公开提供了一种法拉第隔离器结构装置，包括：沿光路依次设置的第一组偏振分光棱镜、法拉第旋光装置、45°自然旋光材料和第二组偏振分光棱镜；第一组偏振分光棱镜用于起偏入射光，且反射光无法从其通过；法拉第旋光装置与45°自然旋光材料对入射光偏振面的旋转作用方向相反，对反射光偏振面的旋转作用方向相同；第二组偏振分光棱镜与第一组偏振分光棱镜的偏振面一致，用于起偏反射光，且入射光从其通过。

Description

一种法拉第隔离器装置
技术领域
本公开涉及激光技术及应用领域，特别是一种法拉第隔离器结构装置。
背景技术
近年来，无论是连续激光器还是脉冲激光器的功率都在不断地提高中，如何在高功率激光器下，有效的隔离反射光成为了当前的一个研究热点。
法拉第隔离器装置是激光器最常用的隔离装置。传统的偏振式法拉第隔离器由两个偏振片与法拉第旋光装置组合而成。其中两个偏振片呈45°角放置，法拉第旋光装置放在两个偏振片中间。法拉第旋光装置可将入射的线偏光非互易性的旋转45°角。入射的激光通过第一个偏振片变为线偏光，经过法拉第旋光装置，偏振方向旋转45°角，可顺利通过第二个偏振片。而反射光通过第二个偏振片进入法拉第旋光装置，偏振方向再旋转45°角，与第一个偏振片偏振方向呈90°角，无法通过，这样就实现了反射光的隔离。虽然该装置简单实用，且偏振片的偏振消光比非常高(最高可达60dB)，然而偏振片的承伤阈值低，在高功率的情况下不再适用。研究人员已经采取了一些方法改善上述效应，包括格兰棱镜、布儒斯特片、偏振分光棱镜(PBS)替代偏振片。然而格兰棱镜的承伤阈值也不太高，而且成本高。布儒斯特片承伤阈值高，然而它对角度十分敏感，不易调节，造成的损耗大。PBS承伤阈值高，损耗低，拥有高透光率，然而PBS典型的消光比为1000∶1，应用在高功率激光器上，隔离度往往不够，人们常常需要再级联一个隔离器才能满足使用。
公开内容
(一)要解决的技术问题
针对上述问题，本公开提供一种采用双PBS替代偏振片和添加一个45°自然旋光材料构成法拉第隔离器结构装置。
(二)技术方案
本公开提供了一种法拉第隔离器结构装置，包括：沿光路依次设置的第一组偏振分光棱镜、法拉第旋光装置、45°自然旋光材料和第二组偏振分光棱镜；其中，所述第一组偏振分光棱镜，用于起偏入射光，且反射光无法从其通过；所述法拉第旋光装置与45°自然旋光材料对所述入射光偏振面的旋转作用方向相反，对所述反射光偏振面的旋转作用方向相同；所述第二组偏振分光棱镜与所述第一组偏振分光棱镜的偏振面一致，用于起偏所述反射光，且所述入射光从其通过。
在本公开的一些实施例中，所述第一组偏振分光棱镜包括：沿光路依次排列的第一偏振分光棱镜与第二偏振分光棱镜，第一偏振分光棱镜与第二偏振分光棱镜的偏振面一致。
在本公开的一些实施例中，所述法拉第旋光装置，用于将入射光偏振面沿光线方向顺时针旋转45°，以及将反射光偏振面沿光线方向逆时针旋转45°。
在本公开的一些实施例中，所述45°自然旋光材料，用于将入射光偏振面沿光线方向逆时针旋转45°，以及将反射光偏振面沿光线方向逆时针旋转45°。
在本公开的一些实施例中，所述第二组偏振分光棱镜包括：沿光路依次排列的第三偏振分光棱镜与第四偏振分光棱镜，与第一偏振分光棱镜与第二偏振分光棱镜的偏振面一致。
在本公开的一些实施例中，所述第一偏振分光棱镜与第二偏振分光棱镜的偏振消光比为1000∶1，因而所述第一组偏振分光棱镜的偏振消光率最高为1000000∶1。
在本公开的一些实施例中，所述法拉第旋光装置包括：永磁铁和磁光晶体，对线偏光偏振面的旋转具有非互易性。
在本公开的一些实施例中，所述45°自然旋光材料4采用具有互易性旋光效应的晶体，或具有自然旋光效应的材料。
在本公开的一些实施例中，所述入射光经过第一偏振分光棱镜与第二偏振分光棱镜后，其偏振方向为水平偏振，经法拉第旋光装置与45°自然旋光材料后，其偏振方向仍为水平偏振。
在本公开的一些实施例中，所述反射光经过第四偏振分光棱镜与第三偏振分光棱镜后，其偏振方向为水平偏振，经45°自然旋光材料与法拉第旋光装置后，其偏振方向为竖直偏振。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开具有以下有益效果：
本公开通过采用双PBS替代偏振片，并添加一个45°自然旋光材料构成一种法拉第隔离器装置。双PBS有高的承伤阈值、成本低、易调节，有高隔离度，且透过率高损耗小，适合对高功率激光的隔离。在法拉第隔离器隔离度不够使用要求时，使用双PBS，可免再级联一个隔离器，简化了整体的复杂性。同时如需更高的隔离度，只需在两端再次添加PBS即可。该装置因为添加了45°自然旋光材料，使得入射光从第二组PBS出射时偏振与入射光偏振方向一致，增加系统使用范围。同时反射光从第一组PBS隔离出射出来的光与整体光路在同一个平面上，可以进行有效的收集，在高功率情况下，保证操作人员的安全。
附图说明
图1是本公开实施例法拉第隔离器结构装置的结构示意图。
【符号说明】
1-第一PBS；2-第二PBS；3-法拉第旋光装置；4-45°自然旋光材料；5-第三PBS；6-第四PBS。
具体实施方式
本公开提供了一种法拉第隔离器装置，该装置用双PBS替代偏振片，PBS有高的承伤阈值，使用双PBS能在高功率激光下完全实现原法拉第隔离器的隔离度，无需再级联一个隔离器，可节省材料又减少了空间；且PBS易调节、损耗低，拥有高透光率。后面添加的45°自然旋光材料，使得出射光与入射光偏振方向一致，增加装置的适用范围。
下面将结合实施例和实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
本公开实施例提供了一种法拉第隔离器结构装置，如图1所示，包括沿光路依次设置的第一组PBS(偏振分光棱镜)、法拉第旋光装置3、45°自然旋光材料4和第二组PBS(偏振分光棱镜)。
第一组PBS包括沿光路依次排列的两块PBS：第一PBS 1与第二PBS 2，第一PBS 1与第二PBS 2的偏振面一致。其中每块PBS的典型偏振消光比为1000∶1，两块PBS晶体可使偏振消光率最高达到1000000∶1。
法拉第旋光装置3包括：永磁铁和磁光晶体，对线偏光偏振面的旋转具有非互易性。当光正向通过法拉第旋光装置3时，迎着光看，光偏振面顺时针旋转45°；当光反向通过法拉第旋光装置3时，迎着光看，光偏振面逆时针旋转45°。
45°自然旋光材料4采用具有互易性旋光效应的晶体，或具有自然旋光效应的材料，例如石英。当光正向通过45°自然旋光材料4时，迎着光看，光偏振面逆时针旋转45°；当光反向通过45°自然旋光材料4时，迎着光看，偏振面同样逆时针旋转45°。
第二组PBS晶体包括沿光路依次排列的两块PBS：第三PBS 5与第四PBS 6，两块PBS晶体的偏振面与第一组PBS晶体的偏振面一致。
本实施例的法拉第隔离器结构装置，入射激光从第一组PBS晶体入射，依次正向通过法拉第旋光装置3和45°自然旋光材料4。由于法拉第旋光装置3与45°自然旋光材料4对激光偏振面旋转的作用方向相反，两者作用相互抵消，经过45°自然旋光材料4的激光偏振方向与入射激光一致，激光继而顺利通过偏振面与第一组PBS晶体一致的第二组PBS晶体。当有激光反射回来时，法拉第旋光装置3与45°自然旋光材料4对激光偏振面旋转的作用方向相同，两者偏振旋转效果叠加，反射激光的偏振面旋转了90°，无法通过第一组PBS晶体。
具体来说，本实施例的法拉第隔离器结构装置，入射激光经过第一PBS 1、第二PBS2后，其偏振方向为水平偏振，正向通过法拉第旋光装置3后激光偏振面顺时针旋转45°，经过45°自然旋光材料4后激光偏振面逆时针旋45°，法拉第旋光装置3与45°自然旋光材料4的作用相互抵消，激光的偏振方向仍为水平偏振，继而顺利通过偏振面与第一组PBS一致的第三PBS 5与第四PBS 6。当有激光反射回来时，反射激光经过第四PBS 6、第三PBS 5后，反射激光偏振方向为水平偏振；通过45°自然旋光材料4后，反射激光偏振面逆时针旋45°，然后经过法拉第旋光装置3、反射激光偏振面再次逆时针旋转45°，法拉第旋光装置3与45°自然旋光材料4的偏振旋转效果叠加，反射激光的偏振面旋转了90°，反射激光的偏振方向为竖直反向，无法通过第一组PBS，实现了反射光的隔离。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围；
(2)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种法拉第隔离器结构装置，包括：沿光路依次设置的第一组偏振分光棱镜、法拉第旋光装置、45°自然旋光材料和第二组偏振分光棱镜；其中，
所述第一组偏振分光棱镜，用于起偏入射光，且反射光无法从其通过；
所述法拉第旋光装置与45°自然旋光材料对所述入射光偏振面的旋转作用方向相反，对所述反射光偏振面的旋转作用方向相同；
所述第二组偏振分光棱镜与所述第一组偏振分光棱镜的偏振面一致，用于起偏所述反射光，且所述入射光从其通过；
所述第一组偏振分光棱镜包括：沿光路依次排列的第一偏振分光棱镜与第二偏振分光棱镜，第一偏振分光棱镜与第二偏振分光棱镜的偏振面一致；
所述法拉第旋光装置，用于将入射光偏振面沿光线方向顺时针旋转45°，以及将反射光偏振面沿光线方向逆时针旋转45°；
所述45°自然旋光材料，用于将入射光偏振面沿光线方向逆时针旋转45°，以及将反射光偏振面沿光线方向逆时针旋转45°；
所述第二组偏振分光棱镜包括：沿光路依次排列的第三偏振分光棱镜与第四偏振分光棱镜，与第一偏振分光棱镜与第二偏振分光棱镜的偏振面一致。
2.如权利要求1所述的法拉第隔离器结构装置，所述第一偏振分光棱镜与第二偏振分光棱镜的偏振消光比为1000:1，因而所述第一组偏振分光棱镜的偏振消光率最高为1000000:1。
3.如权利要求1所述的法拉第隔离器结构装置，所述法拉第旋光装置包括：永磁铁和磁光晶体，对线偏光偏振面的旋转具有非互易性。
4.如权利要求1所述的法拉第隔离器结构装置，所述45°自然旋光材料4采用具有互易性旋光效应的晶体，或具有自然旋光效应的材料。
5.如权利要求1所述的法拉第隔离器结构装置，所述入射光经过第一偏振分光棱镜与第二偏振分光棱镜后，其偏振方向为水平偏振，经法拉第旋光装置与45°自然旋光材料后，其偏振方向仍为水平偏振。
6.如权利要求1所述的法拉第隔离器结构装置，所述反射光经过第四偏振分光棱镜与第三偏振分光棱镜后，其偏振方向为水平偏振，经45°自然旋光材料与法拉第旋光装置后，其偏振方向为竖直偏振。
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