CN111722421A - 一种光隔离器和激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光隔离器和激光器，本发明的光隔离器，沿光路方向设置有用于调整光束发散角的发散角调整模块、光束隔离结构和准直透镜，实现准直光输出，有效减少了准直光输出光隔离器所需的光学元件，降低光隔离器的材料及制作成本，缩小了光隔离器的体积，有利于准直光输出光隔离器的普及，克服现有技术中存在光隔离器结构复杂且成本高，体积大限制了使用场合的技术问题。

Description

一种光隔离器和激光器
技术领域
本发明涉及光隔离领域，尤其是一种光隔离器和激光器。
背景技术
在高功率脉冲激光系统中，为了防止激光在加工材料端面时反向反射的激光进入激光器系统之中损坏激光器内部元器件，需要在激光器的输出端加光隔离器，使光只能单向通过，隔离反向反射的光。特别对于激光打标或激光清洗而言，一般采用准直光输出光隔离器。然而常规的准直光输出光隔离器一般采用准直器、分光晶体、旋光晶体、负透镜、正透镜等光学系统来实现准直光输出光隔离器，造成准直光输出光隔离器结构复杂、成本较高。同时整体尺寸偏大，给整个器件的集成化设计造成了尺寸的限制，极大的限制了光隔离器的使用场合和范围。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种结构简单且成本低的光隔离器。
为此，本发明的第二个目的是提供一种包括所述光隔离器的激光器。
本发明所采用的技术方案是：
第一方面，本发明提供一种光隔离器，所述光隔离器沿光路方向设置有用于调整光束发散角的发散角调整模块、光束隔离结构和准直透镜。
进一步地，所述发散角调整模块包括扩束光纤、渐变折射率光纤或扩芯光纤。
进一步地，所述发散角调整模块和所述光束隔离结构之间设置有增透结构。
进一步地，所述光束隔离结构包括沿光路方向依次设置的第一光阑、第一分光晶体、磁致旋光装置、相位旋转晶体、第二分光晶体和第二光阑。
进一步地，所述磁致旋光装置包括磁管和旋光晶体，所述旋光晶体在所述磁管的作用下产生磁致旋光效应。
进一步地，所述相位旋转晶体包括半波片或石英旋光棒。
第二方面，本发明提供一种激光器，包括至少一个光隔离器，所述光隔离器为所述的光隔离器。
本发明的有益效果是：
本发明的光隔离器，沿光路方向设置有用于调整光束发散角的发散角调整模块、光束隔离结构和准直透镜，实现准直光输出，有效减少了准直光输出光隔离器所需的光学元件，降低光隔离器的材料及制作成本，缩小了光隔离器的体积，有利于准直光输出光隔离器的普及，克服现有技术中存在光隔离器结构复杂且成本高，体积大限制了使用场合的技术问题。
附图说明
图1是本发明中一种光隔离器的一具体实施例结构示意图；
图2是本发明中一种光隔离器的扩束光纤的一具体实施例示意图；
图3是本发明中一种光隔离器的一具体实施例正向光路图；
图4是本发明中一种光隔离器的一具体实施例逆向光路图；
图5是本发明中一种光隔离器的扩芯光纤的一具体实施例示意图；
图6是本发明中一种光隔离器的渐变折射率光纤的一具体实施例示意图；
图7是本发明中一种光隔离器的渐变折射率光纤的一具体实施例结构示意图；
图8是本发明中一种光隔离器的渐变折射率光纤的一具体实施例折射率变化示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
参考图1，图1是本发明中一种光隔离器的一具体实施例结构示意图；光隔离器包括沿正向光路方向设置的用于调整光束发散角的发散角调整模块01、光束隔离结构和准直透镜08，本实施例中，光束隔离结构包括沿光路方向设置的第一光阑02、第一分光晶体03、磁致旋光装置04、相位旋转晶体05、第二分光晶体06和第二光阑07，具体地，磁致旋光装置04包含了磁管041和旋光晶体042，相位旋转晶体05可采用半波片或石英旋光棒来实现。另外，本实施例中，发散角调整模块01为扩束光纤，扩束光纤是对输入的光束(光束发散角较小)进行扩束处理，以增大原来输入光束的发散角。参考图2，图2是本发明中一种光隔离器的扩束光纤的一具体实施例示意图，本实施例中，通过在光纤011的一端熔接一无纤芯的无芯光纤012以得到扩束光纤，熔接点如图2的013，以降低光输出端的光功率密度。进一步地，在发散角调整模块和光束隔离结构之间设置有增透结构，以提高光线的透过率，本实施例中，在无芯光纤012的端面镀增透膜09作为增透结构。
如图3所示为光隔离器的正向光路图，光从发散角调整模块01正向入射一发散光束至第一光阑02，通过第一光阑02的发散光束进入第一分光晶体03，第一分光晶体03将非偏振光分解成o光和e光两束偏振光，o光和e光两束偏振光的偏振态相互垂直，两束偏振态相互垂直的偏振光入射至旋光晶体042，由于旋光晶体042在磁管041的作用下产生磁致旋光效应，o光和e光两束偏振光的偏振态顺时针旋转45°，之后进入相位旋转晶体05，两束偏振光在相位旋转晶体05作用下继续顺时针旋转45°，此时从相位旋转晶体05出射的两束偏振光与从第一分光晶体03出射时的偏振态旋转了90°。从相位旋转晶体05出射的光进入第二分光晶体06，第二分光晶体06将两束偏振光合束成一束非偏振光后入射至第二光阑07，从第二光阑07出射的光经过准直透镜08，准直透镜08将发散的光准直成平行光束出射。值得注意的是，与采用准直器不同的是，准直器的光斑小，而准直透镜的光斑大，保证激光器正常工作。
逆向入射的光的光路如图4所示，逆向入射的光通过准直透镜08入射至第二光阑07，由第二光阑07吸收一部分的杂散光，剩余的光入射至第二分光晶体06，第二分光晶体06将非偏振光分解成o光和e光两束偏振光，o光和e光两束偏振光的偏振态相互垂直，分离的两束偏振光入射至相位旋转晶体05，由于相位旋转晶体05的作用使两束偏振光的偏振态顺时针旋转45°，旋转45°后的两束偏振光入射至旋光晶体042，旋光晶体042在磁管041的作用下将光逆时针旋转45°，此时两束偏振光的偏振态还保证为第二分光晶体06出射时的偏振态，则入射到第一分光晶体03后两束偏振光偏离在原光路的两侧位置，分别入射到第一光阑02两侧上，由图4可知，两束偏振光无法入射至发散角调整模块01，可以有效地实现正向和逆向两光路的不可逆，即实现准直光输出和光隔离。
本实施例的光隔离器有效地减少了准直光输出光隔离器所需的光学元件，简化了制作准直光输出光隔离器的工艺，降低光隔离器的材料及制作成本，缩小了光隔离器的体积，有利于准直光输出光隔离器的普及，克服现有技术中存在光隔离器结构复杂且成本高，体积大限制了使用场合的技术问题。
实施例2
参考图1，在本实施例中，当使用者采用发散角比较大的光纤引入光束时，发散角调整模块01采用扩芯光纤来实现，扩芯光纤是对输入的光束(光束发散角较大)进行减小发散角处理，以降低原来输入光束的发散角。参考图5，图5是本发明中一种光隔离器的扩芯光纤的一具体实施例示意图，通过在光纤的一端进行热扩芯处理以得到扩芯光纤014，通过加大光纤的芯径以降低光纤的发散角。与实施例1相同，在扩芯光纤014的端面镀有增透膜09作为增透结构。光路结构与实施例1一致。
实施例3
参考图1，在本实施例中，当使用者采用发散角比较大的光纤引入光束时，发散角调整模块01采用渐变折射率光纤来实现，渐变折射率光纤是对输入的光束(光束发散角较大)进行减小发散角处理，以降低原来输入光束的发散角。具体地，参考图6，图6是本发明中一种光隔离器的渐变折射率光纤的一具体实施例示意图，实际使用时，可以在光纤011的一端熔接一段渐变折射率光纤015，熔接点如图6中的013。通过控制渐变折射率光纤015的长度可以改变光束的发散角度，渐变折射率光纤015的具体结构见图7，包括包层0151和纤芯0152，渐变折射率光纤又称自聚焦光纤，参考图8，图8是本发明中一种光隔离器的渐变折射率光纤的一具体实施例折射率变化示意图，n为折射率，渐变折射率光纤的折射率在中心最高，并沿径向递减，光束在渐变折射率光纤中传播，可以自动聚焦而不发生色散。与实施例1相同，在渐变折射率光纤015的端面镀有增透膜09作为增透结构。其光路结构与实施例1一致。
实施例4
一种激光器，包括至少一个光隔离器，所述光隔离器为实施例1、实施例2或实施例3所述的光隔离器。光隔离器的具体结构如实施例1、实施例2或实施例3所述，不再赘述，由于激光器包括了结构简单、体积小且成本低的光隔离器，可以减小激光器的体积，以及降低激光器的成本。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种光隔离器，其特征在于，所述光隔离器沿光路方向设置有用于调整光束发散角的发散角调整模块、光束隔离结构和准直透镜。
2.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，所述发散角调整模块包括扩束光纤、渐变折射率光纤或扩芯光纤。
3.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，所述发散角调整模块和所述光束隔离结构之间设置有增透结构。
4.根据权利要求1至3任一项所述的光隔离器，其特征在于，所述光束隔离结构包括沿光路方向依次设置的第一光阑、第一分光晶体、磁致旋光装置、相位旋转晶体、第二分光晶体和第二光阑。
5.根据权利要求4所述的光隔离器，其特征在于，所述磁致旋光装置包括磁管和旋光晶体，所述旋光晶体在所述磁管的作用下产生磁致旋光效应。
6.根据权利要求4所述的光隔离器，其特征在于，所述相位旋转晶体包括半波片或石英旋光棒。
7.一种激光器，包括至少一个光隔离器，其特征在于，所述光隔离器为权利要求1至6任一项所述的光隔离器。
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