CN111474632A - 一种光纤在线隔离器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光纤在线隔离器，包括：输入光纤、准直透镜、隔离组件、聚焦透镜和输出光纤；输入激光由输入光纤进入隔离器，从输入光纤的末端出射后，经准直透镜变为准直激光，再依次经过隔离组件和聚焦透镜，最后耦合进入输出光纤的纤芯中；输入光纤纤芯直径为D1，纤芯数值孔径为NA1，准直透镜焦距为f1，聚焦透镜焦点为f2，输出光纤纤芯直径为D2，纤芯数值孔径为NA2；输出光纤的纤芯直径D2满足第一预设条件，输出光纤的纤芯数值孔径NA2满足第二预设条件。本发明通过增大输出光纤的纤芯直径和纤芯数值孔径，使得即便出现了自聚焦现象引起的焦点漂移，也可以保证输入激光高效地耦合进入输出光纤，避免隔离器插入损耗增大。

Description

一种光纤在线隔离器
技术领域
本发明涉及光纤激光技术领域，具体涉及一种光纤在线隔离器。
背景技术
光纤激光器具有光束质量高、热管理方便、环境适应性强等优点，被广泛应用于现代工业加工技术中。高功率光纤在线隔离器是工业级脉冲光纤激光器中的关键核心器件之一，其作用是隔离回返光，达到保护光纤激光器的目的。高功率在线光纤隔离器的最大可承受功率直接决定了脉冲光纤激光器的最大可输出功率，因此提升光纤在线隔离器的承受功率是获得更高功率脉冲光纤激光器的重要瓶颈因素之一。
在线隔离器通常由输入光纤、准直透镜、隔离组件、聚焦透镜和输出光纤组成，限制在线隔离器的承受功率的主要因素包括：隔离组件的承受功率、自聚焦效应引起的焦点漂移等。自聚焦效应引起的焦点漂移是指，当输入激光功率达到一定程度后，隔离组件的热效应使得在输入激光在经过隔离组件后的光场出现畸变，导致其经过聚焦透镜后的焦点位置发生偏移。当自聚焦效应引起的焦点偏移现象出现后，输入激光将不能高效地耦合进入输出光纤中，引起在线隔离器的插入损耗增大，甚至损坏在线隔离器。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供了一种光纤在线隔离器。
具体地，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种光纤在线隔离器，包括：依次设置的输入光纤、准直透镜、隔离组件、聚焦透镜和输出光纤；
其中，输入激光由所述输入光纤进入隔离器，从所述输入光纤的末端出射后，经所述准直透镜变为准直激光，再依次经过所述隔离组件和所述聚焦透镜，最后耦合进入输出光纤的纤芯中；其中，所述输入光纤的末端位于所述准直透镜的焦点处，所述输出光纤的输入端位于所述聚焦透镜的焦点处，所述输入光纤的纤芯直径为D1，纤芯数值孔径为NA1，所述准直透镜的焦距为f1，所述聚焦透镜的焦点为f2，所述输出光纤的纤芯直径为D2，纤芯数值孔径为NA2；其中，所述输出光纤的纤芯直径D2满足第一预设条件，所述输出光纤的纤芯数值孔径NA2满足第二预设条件；
其中，所述第一预设条件为：
Figure BDA0002448747080000021
所述第二预设条件为：
Figure BDA0002448747080000022
进一步地，所述输入光纤的纤芯直径D1在10～30μm之间，纤芯数值孔径NA1在0.06～0.12之间。
进一步地，所述输出光纤的纤芯直径D2在50～400μm之间，纤芯数值孔径NA2在0.12～0.22之间。
由上述技术方案可知，本发明实施例提供的光纤在线隔离器，输出光纤的纤芯直径D2满足第一预设条件，输出光纤的纤芯数值孔径NA2满足第二预设条件，本发明实施例通过增大输出光纤的纤芯直径和纤芯数值孔径，使得即便出现了自聚焦现象引起的焦点漂移，也可以保证输入激光高效地耦合进入输出光纤，避免隔离器插入损耗增大。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的光纤在线隔离器的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的高功率激光在经过在线隔离器前后的光斑示意图；
其中，图1中各附图标记的含义为：
1、输入光纤；2、准直透镜；3、隔离组件；4、聚焦透镜；5、输出光纤。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明实施例提供的光纤在线隔离器的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的光纤在线隔离器，包括：依次设置的输入光纤1、准直透镜2、隔离组件3、聚焦透镜4和输出光纤5；
其中，输入激光由所述输入光纤1进入隔离器，从所述输入光纤1的末端出射后，经所述准直透镜2变为准直激光，再依次经过所述隔离组件3和所述聚焦透镜4，最后耦合进入输出光纤5的纤芯中；其中，所述输入光纤1的末端位于所述准直透镜2的焦点处，所述输出光纤5的输入端位于所述聚焦透镜4的焦点处，所述输入光纤1的纤芯直径为D1，纤芯数值孔径为NA1，所述准直透镜2的焦距为f1，所述聚焦透镜2的焦点为f2，所述输出光纤5的纤芯直径为D2，纤芯数值孔径为NA2；其中，所述输出光纤5的纤芯直径D2满足第一预设条件，所述输出光纤5的纤芯数值孔径NA2满足第二预设条件；
其中，所述第一预设条件为：
Figure BDA0002448747080000031
所述第二预设条件为：
Figure BDA0002448747080000041
在本实施例中，第一预设条件是指输出光纤的纤芯直径要大于两倍的输入激光经过准直透镜、隔离组件、聚焦透镜后的理论光斑直径。按照透镜成像变换公式，输入光纤的纤芯直径是D1，近似认为输入激光的光斑直径为D1，经过准直透镜、隔离组件、聚焦透镜后的理论焦点光斑直径是
Figure BDA0002448747080000042
其中f1和f2分别是准直透镜和聚焦透镜的焦距，在实验中(300W隔离器)，发现当在300W输入功率时，实际焦点光斑直径通常是理论光斑直径的1.5倍左右，进一步提高输入功率时，这个光斑则进一步增大。这时，如果输出光纤的纤芯直径小于实际光斑直径，就会导致耦合效率下降。因此，输出光纤的纤芯直径大于2倍理论光斑直径，即可以满足目前实际使用的需求。这种结构能够保证输出激光可以高效通过隔离器，避免损耗增大。
在本实施例中，第二预设条件是指输出光纤的纤芯数值孔径大于等于输入激光经过准直透镜、隔离组件、聚焦透镜后的理论发散角
Figure BDA0002448747080000043
需要说明的是，实验中发现热透镜效应虽然引起了输入激光经各组件后的焦点光斑直径增大，但是发散角变化不大，甚至有些情况下存在发散角变小的情况，因此输出光纤的纤芯数值孔径只需要满足不低于理论的发散角即可。
由上述技术方案可知，本发明实施例提供的光纤在线隔离器，输出光纤的纤芯直径D2满足第一预设条件，输出光纤的纤芯数值孔径NA2满足第二预设条件，本发明实施例通过增大输出光纤的纤芯直径和纤芯数值孔径，使得即便出现了自聚焦现象引起的焦点漂移，也可以保证输入激光高效地耦合进入输出光纤，避免隔离器插入损耗增大。
进一步地，基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述输入光纤是单模或少模光纤，其纤芯直径D1在10～30μm之间，纤芯数值孔径NA1在0.06至0.12之间。
进一步地，基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述输出光纤是多模光纤，其纤芯直径D2在50～400μm之间，纤芯数值孔径NA2在0.12至0.22之间。在本实施例中，需要说明的是，按照本实施例设计的在线隔离器，即使出现了自聚焦效应引起的焦点漂移现象，也可以保证输入激光高效的耦合进入输出光纤，避免隔离器插损升高，进一步提升了在线隔离器的承受功率。
下面结合图1和图2对本实施例提供的光纤在线隔离器进行更为详细的介绍。如图1所示，该光纤在线隔离器包括：输入光纤1，用于传输输入激光，纤芯直径为D1，纤芯数值孔径为NA1，优选的纤芯直径在10～30μm之间，优选纤芯数值孔径NA1在0.06至0.12之间。准直透镜2，焦距为f1，用于准直输入激光，输入光纤1的末端位于准直透镜的焦点处。隔离组件3，用于隔离回返光。聚焦透镜4，焦距为f2，用于聚焦准直激光，输出光纤的输入端位于聚焦透镜的焦点处。输出光纤5，纤芯直径为D2，纤芯数值孔径为NA2，优选的纤芯直径D2在50～400μm之间，纤芯数值孔径NA2在0.12至0.22之间，用于传输输出激光。输入激光从输入光纤1进入隔离器内部，依次通过准直透镜2、隔离组件3、聚焦透镜4，由聚焦透镜耦合进入输出光纤5，从隔离器输出。
其中，输出光纤的纤芯直径D2满足
Figure BDA0002448747080000061
输出光纤的纤芯数值孔径NA2满足
Figure BDA0002448747080000062
图2展示了采用本发明实施例设计的隔离器在聚焦透镜焦点处位置的平均光斑，左边为未出现自聚焦效应时的光斑，右边为出现自聚焦效应引起的焦点漂移现象后在一段时间内测得的平均化光斑，可以看出此时的焦点光斑的光斑直径相比于未出现自聚焦效应引起的焦点漂移时的光斑直径明显增大。而采用本发明实施例设计的隔离器，输出光纤的纤芯直径D2满足
Figure BDA0002448747080000063
输出光纤的纤芯数值孔径NA2满足
Figure BDA0002448747080000064
即使出现了自聚焦效应引起的焦点漂移现象，也可以保证输入激光高效的耦合进入输出光纤，避免隔离器插损升高，进一步提升了在线隔离器的承受功率。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种光纤在线隔离器，其特征在于，包括：依次设置的输入光纤、准直透镜、隔离组件、聚焦透镜和输出光纤；
其中，输入激光由所述输入光纤进入隔离器，从所述输入光纤的末端出射后，经所述准直透镜变为准直激光，再依次经过所述隔离组件和所述聚焦透镜，最后耦合进入输出光纤的纤芯中；其中，所述输入光纤的末端位于所述准直透镜的焦点处，所述输出光纤的输入端位于所述聚焦透镜的焦点处，所述输入光纤的纤芯直径为D1，纤芯数值孔径为NA1，所述准直透镜的焦距为f1，所述聚焦透镜的焦点为f2，所述输出光纤的纤芯直径为D2，纤芯数值孔径为NA2；其中，所述输出光纤的纤芯直径D2满足第一预设条件，所述输出光纤的纤芯数值孔径NA2满足第二预设条件；
其中，所述第一预设条件为：
Figure FDA0002448747070000011
所述第二预设条件为：
Figure FDA0002448747070000012
2.根据权利要求1所述的光纤在线隔离器，其特征在于，所述输入光纤的纤芯直径D1在10～30μm之间，纤芯数值孔径NA1在0.06～0.12之间。
3.根据权利要求1所述的光纤在线隔离器，其特征在于，所述输出光纤的纤芯直径D2在50～400μm之间，纤芯数值孔径NA2在0.12～0.22之间。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5283846A (en) * 1991-06-21 1994-02-01 Hitachi, Ltd. Optical isolator, optical circuit, and rare-earth-doped fiber optical amplifier
JPH06138411A (ja) * 1992-10-29 1994-05-20 Shin Etsu Chem Co Ltd 光アイソレータの結合光学系
JPH09222585A (ja) * 1996-02-15 1997-08-26 Kyocera Corp 光アイソレータ光学系
CN202616595U (zh) * 2012-02-02 2012-12-19 华南理工大学 一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源
CN102959442A (zh) * 2011-08-15 2013-03-06 深圳市杰普特电子技术有限公司 光纤模式转换器及具有模式转换功能的光纤隔离器
CN104242025A (zh) * 2014-08-27 2014-12-24 中国空间技术研究院 一种基于光谱压缩放大的自相似锁模光纤飞秒激光器
CN108155548A (zh) * 2018-02-11 2018-06-12 深圳市星汉激光科技有限公司 一种模式匹配隔离器和光纤激光器
CN207602971U (zh) * 2018-02-11 2018-07-10 深圳市星汉激光科技有限公司 一种模式匹配隔离器和光纤激光器
CN108490548A (zh) * 2018-05-04 2018-09-04 中山铟尼镭斯科技有限公司 一种集成化带通滤波隔离器

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5283846A (en) * 1991-06-21 1994-02-01 Hitachi, Ltd. Optical isolator, optical circuit, and rare-earth-doped fiber optical amplifier
JPH06138411A (ja) * 1992-10-29 1994-05-20 Shin Etsu Chem Co Ltd 光アイソレータの結合光学系
JPH09222585A (ja) * 1996-02-15 1997-08-26 Kyocera Corp 光アイソレータ光学系
CN102959442A (zh) * 2011-08-15 2013-03-06 深圳市杰普特电子技术有限公司 光纤模式转换器及具有模式转换功能的光纤隔离器
CN202616595U (zh) * 2012-02-02 2012-12-19 华南理工大学 一种1064nm波段的高功率宽带ASE光源
CN104242025A (zh) * 2014-08-27 2014-12-24 中国空间技术研究院 一种基于光谱压缩放大的自相似锁模光纤飞秒激光器
CN108155548A (zh) * 2018-02-11 2018-06-12 深圳市星汉激光科技有限公司 一种模式匹配隔离器和光纤激光器
CN207602971U (zh) * 2018-02-11 2018-07-10 深圳市星汉激光科技有限公司 一种模式匹配隔离器和光纤激光器
CN108490548A (zh) * 2018-05-04 2018-09-04 中山铟尼镭斯科技有限公司 一种集成化带通滤波隔离器

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