CN110488511B - 一种可全角度阻挡的光隔离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可全角度阻挡的光隔离器，其包括依序设置的输入光纤准直器、入光光阑、第一分束器、旋光片、磁光晶体、第二分束器、出光光阑和扩束准直输出光学系统，所述磁光晶体的侧面设有磁铁，所述的磁光晶体内设有用于阻挡回返光的阻挡界面。所述阻挡界面在不影响正向通光的情况下，将带有一定角度且不被入光光阑和出光光阑阻挡的回返光散射或者阻挡，避免耦合到光纤内部而对激光器造成损伤，实现全角度工作的效果。此外，还可以使用折叠光路，在折叠反射镜上带有一定角度且不被入光光阑和出光光阑阻挡的回返光通过的区域去除反射膜，使得这部分光透过反射镜而不被反射，避免了耦合到准直器中，提高了全角度范围内的隔离度。

Description

一种可全角度阻挡的光隔离器

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其是一种可全角度阻挡的光隔离器。

背景技术

在高功率激光加工领域使用的光纤激光器，现在的光纤激光器在高反射材料打标时，会出现某一特定小角度反射的光仍然可以通过隔离器耦合到光纤，引起打标异常。这部分回返光会造成光纤激光器的输出功率不稳，严重的会损伤光纤激光器。现有解决方案是采用加大分光光束之间的间距，配合出光光阑和入光光阑，使回返光无法返回光纤准直器。但加大分光光束之间的间距，意味着需要加大晶体的体积，同时磁铁的体积也要相应的加大，这样产品的成本也大大增加，也不利于隔离器向小型化轻便化的方向发展。

发明内容

针对现有技术的情况，本发明目的在于提供一种可全角度阻挡的光隔离器，其在不影响正向通光的情况下，能够令带有一定角度且不被入光光阑和出光光阑阻挡的回返光被阻挡或散射。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种可全角度阻挡的光隔离器，其包括依序设置的输入光纤准直器、入光光阑、第一分束器、旋光片、磁光晶体、第二分束器、出光光阑和扩束准直输出光学系统，所述磁光晶体的侧面设有磁铁，所述光隔离器形成的光路中设有用于阻挡回返光的阻挡界面（即，输入光纤准直器、入光光阑、第一分束器、旋光片、磁光晶体、第二分束器、出光光阑和扩束准直输出光学系统组装后形成的光路中设有阻挡界面），该阻挡界面能够在不影响正向通光的情况下，放置在能够将带有一定角度且不被入光光阑和出光光阑阻挡的回返光散射或者阻挡的位置上，避免光耦合到准直器中，提高全角度的隔离度。

进一步，所述的磁光晶体为一对且上下相对设置并贴合或间隔固定，所述的阻挡界面设于磁光晶体相互贴合的界面上或间隔固定的间隙中。

作为阻挡界面的实施之一，优选的，所述的阻挡界面为平行于输入光纤准直器的输入光路或与其形成夹角。

作为阻挡界面的实施之二，优选的，所述的阻挡界面为一对磁光晶体相互贴合的端面制成粗糙面形成或为附加于一对磁光晶体相互贴合的端面上的光学元件。

作为阻挡界面的实施之三，优选的，所述的阻挡界面为镀设、涂覆或放置于一对磁光晶体相互贴合的端面上的膜层，且用于对回返光进行反射、散射或吸收。

进一步，所述的入光光阑与出光光阑之间还设有阻挡块，所述阻挡块分别与入光光阑和出光光阑相对的端面上均镀设有增透膜，阻挡块的上端面为磨砂面或镀设有反射膜；作为实施之一，所述的磁光晶体与第二分束器之间设有阻挡块，所述阻挡块分别与磁光晶体和第二分束器相对的端面上均镀设有增透膜，阻挡块的上端面为磨砂面或镀设有反射膜。

进一步，所述的第一分束器与第二分束器之间设有折叠光路器件，例如，在光路中添加折叠反射镜，在不影响正向通光的情况下，在所述的一定角度且不被入光光阑和出光光阑阻挡的回返光通过的区域去除反射镜，使得这部分光可以透过反射镜而不被反射，这样避免了耦合到准直器中，提高全角度范围内的隔离度。

作为第一分束器和第二分束器的实施之一，优选的，所述的第一分束器和第二分束器均为偏振分光棱镜，所述的偏振分光棱镜内均设有一对相互平行的偏振分光膜。

作为第一分束器和第二分束器的实施之二，优选的，所述的第一分束器和第二分束器均为双折射晶体。

进一步，所述的旋光片为一对且上下相对设置并贴合固定。

采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：本方案能够在不影响正向通光的情况下，在隔离器的光路将带有一定角度且不被入光光阑和出光光阑阻挡的回返光阻挡或者散射。或者通过增加折叠光路，将该回返光透射出反射镜，避免耦合到光纤中。这样均能提高隔离器全工作角度下的隔离度，本方案与垂直光路上增加光阑的方案对比，对材料的尺寸精度更容易控制，此外，其阻挡面一定程度的沿着光路方向延展，能够更大的范围的阻挡回返光。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明方案做进一步的阐述：

图1为本发明实施例1偏振分光棱镜为分束器的隔离器正向光路示意图；

图2为本发明实施例1偏振分光棱镜为分束器的隔离器反向光路示意图；

图3为本发明实施例1偏振分光棱镜为分束器的隔离器第一种情况小角度反向光阻挡示意图；

图4为本发明实施例1偏振分光棱镜为分束器的隔离器第二种情况小角度反向光阻挡示意图；

图5为本发明实施例1偏振分光棱镜为分束器的隔离器第二种情况小角度反向光阻挡示意图，其中，示出了带有倾斜角度的阻挡界面；

图6为本发明实施例2偏振分光棱镜为分束器的隔离器外加玻璃块的反向光阻挡示意图；

图7为本发明实施例2偏振分光棱镜为分束器的隔离器外加玻璃块的反向光阻挡示意图，其中，示出了带有倾斜角度的阻挡界面；

图8为本发明实施例3 YVO4为分束器的隔离器的反向光路；

图9为本发明实施例3 YVO4为分束器的隔离器第一种情况小角度反向光阻挡示意图；

图10为本发明实施例3 YVO4为分束器的隔离器第二种情况小角度反向光阻挡示意图；

图11为本发明实施例3 YVO4为分束器的隔离器外加玻璃块的反向光阻挡示意图；

图12为本发明实施例4偏振分光棱镜为分束器的隔离器使用折叠光路正视示意图；

图13为本发明实施例4偏振分光棱镜为分束器的隔离器使用折叠光路俯视示意图；

图14为本发明实施例4的折叠光路器件简要示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1或2所示，其分别示出了本实施例方案的隔离器正向光路和反向光路的示意图；本实施例方案包括依序设置的输入光纤准直器111、入光光阑112、第一分束器113、旋光片114、磁光晶体116、117、第二分束器118、出光光阑119和扩束准直输出光学系统120，其中，所述的磁光晶体116、117为一对且上下相对设置并贴合固定，所述磁光晶体116、117的侧面设有磁铁115，磁光晶体116、117相互贴合的界面上设有阻挡界面A11，该阻挡界面A11能够在不影响正向通光的情况下，放置在能够将带有一定角度且不被入光光阑112和出光光阑119阻挡的回返光散射或者阻挡的位置上，避免光耦合到准直器中，提高全角度的隔离度。

如图3或4所示，其分别示出了本实施例第一种和第二种情况小角度反向光阻挡示意图，通过将磁光晶体116、117摆放成一定角度且不被入光光阑112和出光光阑119阻挡的回返光能够经过界面A11的位置上，则回返光的p光在界面A11处被反射或者散射，避免了耦合到准直器中，着重参见图3，同样，回返光的s光也同样经过界面A11，在界面A11上被反射或折射，着重参见图4，这样就实现了将两路回返光的阻挡。实现了任意角度的入射的回返光均可被有效隔离的效果。

此外还可以将阻挡界面A11做成带有倾斜角度，倾斜角度的大小以不影响正向通光为宜，这样使得阻挡界面A11在垂直光路方向上也有一定面积的分布，具有更大范围的阻挡范围，如图5所示。

需要说明的基于本实施例的交代，磁光晶体的设置形式还可以是具有一定间隙，则无需是贴合固定，而阻挡界面可以设于间隙中，另外，磁光晶体也不一定需要上下相对，还可以是其他可实现其所应有功能的形式。

实施例2

如图6所示，本实施例与实施例1大致相同，其不同之处在于，在隔离器光路中，在不影响正向光的情况下，可以外加一个透明光材料制成的阻挡块221；阻挡块221的前后两端镀有增透膜，阻挡块221的高度需要以不影响正向光通光为前提。另外，阻挡块221需放置在其上表面可以阻挡一定角度且不被入光光阑212和出光光阑219阻挡的回返光的位置上。阻挡块221的上表面B11可以做磨砂处理或者镀设反射膜。此外，若一块阻挡221块无法阻挡所有角度的光，可以增加阻挡块221的数量并摆放在不同的位置上。这样两种情况的回返光可以在玻璃块的上表面发生散射或者反射；该方案通过外加阻挡块221，其结构更加灵活。

此外，还可以将阻挡界面B12做成带有倾斜角度，倾斜角度的大小以不影响正向通光为宜，这样使得阻挡界面B12在垂直光路方向上也有一定面积的分布，具有更大范围的阻挡范围，如图7所示。

而本实施例中的输入光纤准直器211、入光光阑212、第一分束器213、旋光片214、磁光晶体216、217、第二分束器218、出光光阑219和扩束准直输出光学系统220均与实施例1相同。

实施例3

本实施例的实施结构与实施例1大致相同，其不同之处在于，本实施例中所述的第一分束器和第二分束器为以YVO4或者其他双折射晶体作为偏振分束器置于本实施例的隔离器光路中，也可以使用将光学晶体分为上下两块的方案。具体参见图8所示，其示出了为YVO4晶体作为分束器的隔离器的反向光路，该方案中的旋光片314、315使用石英晶体，在不影响正向通光的情况下，石英旋光片314、315分为上下两块，磁光晶体317、318也分为上下两块。这样石英旋光片314、315之间存在界面C11，磁光晶体317、318之间存在界面C12。 石英旋光片314、磁光晶体317的下表面和石英旋光片315、磁光晶体318的上表面可以做磨砂处理或者镀反射膜。将这两组旋光片314、315和磁光晶体317、318摆放在可以阻挡一定角度且不被入光光阑312和出光光阑320阻挡的回返光的位置上，其中，图9和图10分别示出了，隔离器的反向光路中第一种情况小角度反向光阻挡示意图和第二种情况小角度反向光阻挡示意图；该两种情况的反射光分别在界面C11处以及C12处被散射或者反射。这样就避免了回返光耦合到准直器中。此外，该结构的隔离器也同样适合外加透明材料制成的阻挡块417，通过阻挡界面D11来阻挡回返光，如图11所示。

图8至图10中，在本实施例中未提及描述的输入光纤准直器311和扩束准直输出光学系统均与实施例1相同。

图11中，在本实施例中未提及描述的光纤准直器411、入光光阑412、第一分束器413、旋光片414、磁光晶体416、第二分束器418、出光光阑419和扩束准直输出光学系统420均与实施例1相同。

实施例4

如图12至14之一所示，本实施例与实施例1大致相同，其不同之处在于：还可以在本实施的隔离器光路添加折叠光路器件，着重参见图12所示，在不影响正向通光的情况下，在一定角度且不被入光光阑512和出光光阑522阻挡的回返光的位置上，放置两块非连续反射膜的反射镜516、517、518、519，着重如图14所示。正向光路的两束分束光分别由反射镜516、519和517、520反射后通过扩束准直输出光学系统523。而一定角度且不被入光光阑512和出光光阑522阻挡的回返光在经过反射镜区域时，刚好照射到无反射功能的区域E11和E12上，这样这部分回返光将从E11和E12处透射出去，而不被反射，避免了回返光耦合到准直器中。

图12至图13中，在本实施例中未提及描述的输入光纤准直器511、第一分束器513、旋光片514、第二分束器421与实施例1相同。

以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对此实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可全角度阻挡的光隔离器，其特征在于：其包括依序设置的输入光纤准直器、入光光阑、第一分束器、旋光片、磁光晶体、第二分束器、出光光阑和扩束准直输出光学系统，所述磁光晶体的侧面设有磁铁，所述光隔离器形成的光路中设有用于阻挡回返光的阻挡界面；所述的磁光晶体为一对且上下相对设置并贴合或间隔固定，所述的阻挡界面设于磁光晶体相互贴合的界面上或间隔固定的间隙中。

2.根据权利要求1所述的一种可全角度阻挡的光隔离器，其特征在于：所述的阻挡界面为平行于输入光纤准直器的输入光路或与其形成夹角。

3.根据权利要求1所述的一种可全角度阻挡的光隔离器，其特征在于：所述的阻挡界面为一对磁光晶体相互贴合的端面制成粗糙面形成或为附加于一对磁光晶体相互贴合的端面上的光学元件。

4.根据权利要求1所述的一种可全角度阻挡的光隔离器，其特征在于：所述的阻挡界面为镀设、涂覆或放置于一对磁光晶体相互贴合的端面上的膜层，且用于对回返光进行反射、散射或吸收。

5.根据权利要求1所述的一种可全角度阻挡的光隔离器，其特征在于：所述的入光光阑与出光光阑之间还设有阻挡块，所述阻挡块分别与入光光阑和出光光阑相对的端面上均镀设有增透膜，阻挡块的上端面为磨砂面或镀设有反射膜。

6.根据权利要求1所述的一种可全角度阻挡的光隔离器，其特征在于：所述的第一分束器与第二分束器之间设有折叠光路器件。

7.根据权利要求1至6之一所述的一种可全角度阻挡的光隔离器，其特征在于：所述的第一分束器和第二分束器均为偏振分光棱镜，所述的偏振分光棱镜内均设有一对相互平行的偏振分光膜。

8.根据权利要求1至6之一所述的一种可全角度阻挡的光隔离器，其特征在于：所述的第一分束器和第二分束器均为双折射晶体。

9.根据权利要求8所述的一种可全角度阻挡的光隔离器，其特征在于：所述的旋光片为一对且上下相对设置并贴合固定。

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