CN113009631B - 一种多功能光隔离器、放大器、激光器及调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能光隔离器、放大器、激光器及调试方法，该方案包括依次连接的输入保偏光纤准直器、光分束器、第一偏振分光片、带通滤波器、旋光晶体、半波片、第二偏振分光片及输出保偏光纤准直器；通过所述输入保偏光纤准直器使光束以P偏振进入所述光分束器，通过所述光分束器将入射光分为两束，分出的小分量光通过耦合进入多模光纤准直器，用于前级放大功率检测，剩余分量光射向第一偏振分光片方向，本发明将分束器和带通滤波器集成在光纤隔离器中，具有前级功率监测兼滤波功能。

Description

一种多功能光隔离器、放大器、激光器及调试方法

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种多功能光隔离器、放大器、激光器及调试方法。

背景技术

光纤激光器具有结构紧凑、光电转换效率高、稳定性好，光束质量优异等优势，因此被广泛应用于光纤通讯、激光通讯、航空航天、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设等领域。

目前，光纤激光器中的光纤放大器一般由带尾纤输出的泵浦源、光纤合束器、增益光纤及光纤隔离器等组成。其中种子光和泵浦光通过光纤合束器合束以后进入增益光纤，种子光在增益光纤中被放大。光纤隔离器是利用磁光晶体的法拉第效应制成的光无源器件，只允许光在光路中沿着单一方向传输。在光路中接入光纤隔离器，能有效地抑制后级放大系统的回返光、后级光学元件表面和激光器加工端面等处产生的反射光返回激光器，从而保证激光器工作状态的稳定。

在超快激光器的串联放大系统中，光纤隔离器输出端与后级放大光路之间需要熔接一个光分路器，光分路器的作用是从放大后的光中分出一路小信号的光用来监控光纤放大器的工作状态，以防止在光路中光信号丢失的情况下，光路产生自激振荡，打坏光纤和光路中的器件。这种结构增加了光纤熔接点和长度，不仅给光路的稳定性带来隐患，不利于后级脉冲的压缩以及激光器的小型化和集成。

中国专利CN201610078046.4公开了一种光隔离器，其公开了在光传播方向上依次设置有输入端光纤准直器10、第一双折射晶体11、法拉第旋光器12、半波片13、第二双折射晶体14、窄带通滤波片15、输出端光纤准直器16，此结构仍是常见的光隔离器结构，还是需要在输出端与后级放大光路之间需要熔接一个光分路器，因此增加了光纤熔接点和长度，不仅给光路的稳定性带来隐患，不利于后级脉冲的压缩以及激光器的小型化和集成。

综上，亟待需要一种可显著减少因光路中光纤过长导致的非线性效应的积累，且便于后级激光脉冲的压缩的光纤隔离器。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种多功能光隔离器、放大器、激光器及调试方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种多功能光隔离器包括依次连接的输入保偏光纤准直器、光分束器、第一偏振分光片、带通滤波器、旋光晶体、半波片、第二偏振分光片及输出保偏光纤准直器；通过所述输入保偏光纤准直器使光束以P偏振进入所述光分束器，通过所述光分束器将入射光分为两束，分出的小分量光通过耦合进入多模光纤准直器，用于前级放大功率检测，剩余分量光射向第一偏振分光片方向。

工作原理及有益效果：1、将光分束器和带通滤波器都集成在光纤隔离器中，其中，显著减少了因光路中光纤过长导致的非线性效应的积累，便于后级激光脉冲的压缩；

2、通过光分束器将入射光分为两束，分出的小分量光通过耦合进入多模光纤准直器，用于前级放大功率检测，使得本光隔离器具备前级功率监测的功能；

3、将带通滤波器设于光分束器和第一偏振分光片之后，可在进入主放大前滤除信号中的对脉宽压缩没有贡献的光谱成分，可以减少后级主放大产生的无效的光谱成分，使最终主放大输出的光谱与脉冲压缩器的工作光谱相匹配，有利于超短脉冲激光器压缩器压缩效率的提升；

4、相比现有技术，本方案将前级功率监测和滤波功能继承于光隔离器内，从而有助于激光器的小型化和高集成度，显著减少了光路中的光纤熔接点以及耦合器件，结构紧凑，工作稳定。

一种用于多功能光隔离器的调试方法，运用上述的一种多功能光隔离器，包括以下正向光传输调试步骤：

S100：从所述输入保偏光纤准直器通入偏振光源，所述输入保偏光纤准直器，使光束以P偏振反向最大功率进入所述光分束器；

S200：通过所述光分束器将入射光分成两束，其中分出的小分量光通过耦合进入所述多模光纤准直器，剩余部分光射向所述第一偏振分光片；

S300：调整所述第一偏振分光片与输出光束的角度，使输入光束以最大功率透射向所述带通滤波器；

S400：通过所述带通滤波器滤除前级放大产生的无效光谱成分并射向所述旋光晶体；

S500：通过所述旋光晶体将光束偏转45°后射入所述半波片；

S600：调整所述半波片的光轴与光束角度，使光束经过所述半波片后仍为P偏振光束并射入所述第二偏振分光片；

S700：调整所述第二偏振分光片与输出光束的角度，使输入光束以最大功率透射向所述输出保偏光纤准直器。

通过上述步骤，相比传统光隔离器，本方案可同步进行前级放大功率监测，且保证输入光束能够以最大功率透射，减少衰减，操作步骤简单，结构设置合理，实现前级放大功率监测和滤波的双重功能。

进一步地，所述第一偏振分光片和所述第二偏振分光片均为45°偏振分光片。45°偏振分光片是以45°角入射，反射光与入射光成90°的偏振分光片，主要用于将S偏振光和P偏振光分开，均为市面上常见的成熟产品，可直接采购使用，成本低。

进一步地，所述带通滤波器工作光谱宽度为4～8nm。通过带通滤波器可以滤除前级放大产生的无效光谱成分，便于后级放大产生的光谱与脉宽压缩器的工作光谱宽度相匹配。

进一步地，调整所述半波片的光轴与光束角度，其中所述半波片的光轴与光束的角度调整为67.5°。此设置，使得光束在经过半波片的时候继续偏转135°，光束仍为P偏振光束，使其能够穿过第二偏振分光片。

进一步地，还包括以下反向光传输调试步骤：

N100：从所述输出保偏光纤准直器输入光束；

N200：通过所述第二偏振分光片透过P偏振光束，反射其余偏振分量的光束；

N300：P偏振光束经过所述半波片和旋光晶体后成为S光；

N400：通过所述第一偏振分光片将S光反射，使其无法穿过所述第一偏振分光片。

上述步骤，使得光反向传输时，最后会被第一偏振分光片全部反射掉，无法从输入保偏光纤准直器射出，从而实现单向光通过。

一种脉冲光纤放大器，采用上述的一种多功能光隔离器或上述调试方法制成的放大器。采用上述光隔离器的激光器具有结构更加紧凑、工作稳定的优点，且能够制作成更小的体积。

一种脉冲光纤激光器，采用上述的一种脉冲光纤隔离器或上述的一种脉冲光纤放大器。采用上述光隔离器的激光器具有结构更加紧凑、工作稳定的优点，且能够制作成更小的体积。

附图说明

图1是本发明的光隔离器的正向传输示意图；

图2是本发明的光隔离器的反向传输示意图；

图3是本发明的使用方法的流程图。

图中，1、输入保偏光纤准直器；2、输出保偏光纤准直器；3、多模光纤准直器；4、第一偏振分光片；5、第二偏振分光片；6、旋光晶体；7、光分束器；8、带通滤波器；9、半波片。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的披露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

请参阅1和2所示，本一种多功能光隔离器包括依次连接的输入保偏光纤准直器1、光分束器7、第一偏振分光片4、带通滤波器8、旋光晶体6、半波片9、第二偏振分光片5及输出保偏光纤准直器2。

请参阅图3，在本实施例中，输入保偏光纤准直器1连接偏振光源，旋转所述输入保偏光纤准直器1，使光束以P偏振(光的偏振态平行于入射面)进入光分束器7，光分束器7将入射光分成两束，分出的小分量光通过耦合进入多模光纤准直器3，作为前级放大功率监测使用。其中偏振光源为外部设备射出。

其中所述第一偏振分光片4和所述第二偏振分光片5均为45°偏振分光片。45°偏振分光片是以45°角入射，反射光与入射光成90°的偏振分光片，主要用于将S偏振光和P偏振光分开，均为市面上常见的成熟产品，可直接采购使用，成本低。

光分束器7后面接第一偏振分光片4，微微调整第一偏振分光片4与输出光束的角度，使输入光束以最大功率透射。

带通滤波器8后面接旋光晶体6，光束经过旋光晶体6偏转45°，旋光晶体6后面安装半波片9，旋转半波片9使光束与半波片9光轴的角度成67.5°，则光束经过半波片9后继续偏转135°，光束仍为P偏振光(光的偏振态平行于入射面)，从第二4偏振分光片透过，微微调整第二偏振分光片5与输出光束的角度，使输入光束以最大功率透射。

正向传输的P偏振(光的偏振态平行于入射面)光束经过光分束器7、带通滤波器8和光隔离器芯件后仍为P偏振的光束。

反向光传输时，只有P偏振(光的偏振态平行于入射面)光束能从第二偏振分光片5透过，光束中的其他偏振分量被反射掉，反向光经过经过半波片9和旋光晶体6后，成为S光(偏振态垂直于入射面的光)，被第一偏振分光片4反射掉。

一种脉冲光纤放大器，采用上述的一种多功能光隔离器配合其他零件制成。

一种脉冲光纤激光器，采用上述的一种多功能光隔离器配合其他零件制成或者上述的一种脉冲光纤放大器配合其他零件制成。

本发明将分束和滤波集成在光隔离器中，减少了光路中的光纤熔接点以及耦合器件，结构紧促，工作稳定非常适用于脉冲光纤激光器的预放大模块。

本发明未详述部分为现有技术，故本发明未对其进行详述。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

尽管本文较多地使用了输入保偏光纤准直器1、输出保偏光纤准直器2、多模光纤准直器3、第一偏振分光片4、第二偏振分光片5、旋光晶体6、光分束器7、带通滤波器8、半波片9等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多功能光隔离器，其特征在于，包括依次连接的输入保偏光纤准直器、光分束器、第一偏振分光片、带通滤波器、旋光晶体、半波片、第二偏振分光片及输出保偏光纤准直器；通过所述输入保偏光纤准直器使光束以P偏振进入所述光分束器，通过所述光分束器将入射光分为两束，分出的小分量光通过耦合进入多模光纤准直器，用于前级放大功率检测，剩余分量光射向第一偏振分光片方向；

还包括正向光传输调试步骤用于调试多功能光隔离器，该步骤包括：

从输入保偏光纤准直器通入偏振光源，旋转所述输入保偏光纤准直器，使光束以P偏振方向最大功率进入光分束器；

通过所述光分束器将入射光分成两束，其中分出的小分量光通过耦合进入多模光纤准直器，剩余部分光射向第一偏振分光片；

调整第一偏振分光片与输出光束的角度，使输入光束以最大功率透射向带通滤波器；

通过带通滤波器滤除前级放大产生的无效光谱成分并射向旋光晶体；

通过旋光晶体将光束偏转45°后射入半波片；

调整半波片的光轴与光束角度，使光束经过半波片后仍为P偏振并射入第二偏振分光片；

调整第二偏振分光片与输出光束的角度，使输入光束以最大功率透射向输出保偏光纤准直器。

2.一种用于多功能光隔离器的调试方法，其特征在于，包括以下正向光传输调试步骤：

从输入保偏光纤准直器通入偏振光源，旋转所述输入保偏光纤准直器，使光束以P偏振方向最大功率进入光分束器；

通过所述光分束器将入射光分成两束，其中分出的小分量光通过耦合进入多模光纤准直器，剩余部分光射向第一偏振分光片；

调整第一偏振分光片与输出光束的角度，使输入光束以最大功率透射向带通滤波器；

通过带通滤波器滤除前级放大产生的无效光谱成分并射向旋光晶体；

通过旋光晶体将光束偏转45°后射入半波片；

调整半波片的光轴与光束角度，使光束经过半波片后仍为P偏振并射入第二偏振分光片；

调整第二偏振分光片与输出光束的角度，使输入光束以最大功率透射向输出保偏光纤准直器。

3.根据权利要求2所述的一种用于多功能光隔离器的调试方法，其特征在于，所述第一偏振分光片和所述第二偏振分光片均为45°偏振分光片。

4.根据权利要求2所述的一种用于多功能光隔离器的调试方法，其特征在于，所述带通滤波器工作光谱宽度为4~8nm。

5.根据权利要求2所述的一种用于多功能光隔离器的调试方法，其特征在于，调整所述半波片的光轴与光束角度，其中所述半波片的光轴与光束的角度调整为67.5°。

6.根据权利要求2-5任意一项所述的一种用于多功能光隔离器的调试方法，其特征在于，还包括以下反向光传输调试步骤：

从所述输出保偏光纤准直器输入光束；

通过所述第二偏振分光片透过P偏振光束，反射其余偏振分量的光束；

P偏振光束经过所述半波片和旋光晶体后成为S光；

通过所述第一偏振分光片将S光反射，使其无法穿过所述第一偏振分光片。

7.一种脉冲光纤放大器，其特征在于，采用权利要求1所述的一种多功能光隔离器或权利要求2-6任意一项所述的一种用于多功能光隔离器的调试方法制成的光隔离器。

8.一种脉冲光纤激光器，其特征在于，采用权利要求7所述的一种脉冲光纤放大器制成的激光器。

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