CN113589434A - 新型偏振无关的光隔离器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了新型偏振无关的光隔离器，具体涉及光隔离器技术领域，包括以下步骤；步骤一：入射光束射向准直透镜，入射光束经准直透镜后，以中心波长Bragg角度入射体Bragg光栅，出射光分为衍射光束与透射光束；步骤二：在衍射光束传输光路中放置反射镜来模拟产生背反射光束，该反射光以中心波长Bragg角度返回体Bragg光栅；步骤三：利用光束在体Bragg光栅中传输光路的不可逆性，衍射光束的光路与入射光束光路并不重合，达到了隔离背反射光的效果，使背反射光不会影响光源。本发明结构主要由一个体Bragg光栅构成，结构较为简单，作为核心器件，体Bragg光栅在高功率、高能量以及高温大于400℃条件下，仍可稳定工作。
Description
技术领域
本发明涉及光隔离器技术领域，具体为新型偏振无关的光隔离器。
背景技术
光隔离器是一种限制光沿单一方向传输的无源器件，能极大损耗反向光沿光路的传输，从而能有效抑制反向光产生的不良影响，光隔离器按偏振相关性分为两种：偏振相关型和偏振无关型，它们的功能都基于法拉第效应，1842年，迈克尔·法拉第发现偏振光在穿过磁场中的玻璃(或其他材料)时，偏振面会发生旋转，旋转方向取决于磁场方向，而不是光的传播方向；因此，旋转是不可逆的，现有技术中的新型偏振无关的光隔离器存在以下问题：
1、现有的偏振无关光隔离器的工作是基于法拉第旋转器，最简单的结构由两个双折射晶体和一个带磁体的法拉第旋转器构成。
由于磁体和法拉第旋转器都对温度变化敏感，因此在实际使用与储存过程中对于温度都有苛刻要求；
2、现有的偏振无关光隔离器两个双折射晶体作为光束位移器，它们的界面与光轴方向是否垂直，会直接影响到光隔离度，因此对装配精度有苛刻要求，为此，我们提出新型偏振无关的光隔离器用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供新型偏振无关的光隔离器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：包括以下步骤；
步骤一：入射光束射向准直透镜，入射光束经准直透镜后，以中心波长Bragg角度入射体Bragg光栅，出射光分为衍射光束与透射光束；
步骤二：在衍射光束传输光路中放置反射镜来模拟产生背反射光束，该反射光以中心波长Bragg角度返回体Bragg光栅；
步骤三：利用光束在体Bragg光栅中传输光路的不可逆性，衍射光束的光路与入射光束光路并不重合，达到了隔离背反射光的效果，使背反射光不会影响光源；
步骤四：根据菲涅尔定律与耦合波理论中的布拉格条件，假定体Bragg光栅为非倾斜光栅，则反射光束#2与入射光束的光路平移间距Δl为
步骤五：设计光栅周期Λ与厚度d，就可以使背反射光束与入射光束完全分离，从而达到完全隔离背反射光的效果；
其中，所述工作原理示意图包括体Bragg光栅、反射镜和准直透镜，所述体Bragg光栅一侧的下方设置有反射镜，所述体Bragg光栅另一侧的下方设置有准直透镜。
优选地，所述背反射光束标记为反射光束#1。
优选地，所述衍射光束与透射光束标记为反射光束#2与反射光束#3。
优选地，所述θ1是入射光束与反射光束#1在体Bragg光栅外的入射角，即布拉格入射角。
优选地，所述λ是真空中光束的中心波长，Λ是体Bragg光栅的周期。
优选地，所述n是体Bragg光栅的折射率，d是体Bragg光栅的厚度。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明结构主要由一个体Bragg光栅构成，结构较为简单，将装置的核心器件设为体Bragg光栅，而体Bragg光栅在高功率、高能量以及高温大于400℃条件下，仍可稳定工作，具备极大潜力解决现有技术对于温度的敏感问题；同时光束在体Bragg光栅中传输光路的不可逆性，可实现入射光与反射光的分离，通过对光栅周期Λ与厚度d的设计降低对装配精度与使用环境温度的要求。
2、本发明通过基于光热敏玻璃PTR的透射型体Bragg光栅的设计与制备已相当成熟，光栅的最大有效口径可达50mmx50mm，工作波长为400nm～2700nm，相对衍射效率可达99.9％，同时绝对衍射效率可达95％；
在高功率大于1KW，高能量大于5J/cm2以及高温大于400℃条件下，基于PTR体Bragg光栅仍可稳定工作，因此该新型光隔离器具备替代传统光隔离器在高功率以及高能量激光器中使用的潜力，若是合理利用体Bragg光栅的角滤波与光谱滤波，可有效简化激光器结构。
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，下面描述中的附图仅仅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为本发明的步骤示意图。
图2为本发明的光路不可逆性工作原理示意图。
图3为本发明固定窄带隔离器的光束传输示意图。
图4为本发明固定窄带隔离器的即插即用光束传输示意图。
图5为本发明可调节窄带隔离器的光束传输示意图。
图6为本发明波分特性的串联隔离器的光束传输示意图。
图中：1、体Bragg光栅；2、反射镜；3、准直透镜。
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，都属于本发明保护的范围。
实施例一：如图3所示，本发明提供了结构设计(一)固定窄带隔离器(光纤)。
进一步的，该固定窄带隔离器中，体Bragg光栅1的角度是固定的，因此它只面向与单一波长进行光隔离，在设计之初，就会根据入射光的波长与带宽进行设计，从而实现有效光隔离。
进一步的，工作窗口为窄带带宽：1～10nm，中心波长：400～2700nm，中心波长：400～2700nm，衍射效率：～97％。
第一比较例：如图4所示，本发明提供了结构设计(二)固定窄带隔离器。
进一步的，与结构(一)对比，该结构加入反射镜2，从而使出射光束与入射光束平行，实现在光路中的即插即用的特性，它的工作窗口与结构(一)类似。
实施例二：如图5所示，本发明提供了结构设计(三)可调节窄带隔离器。
进一步的，体Bragg光栅1角度可调，可根据不同入射光束波长的不同，调节体Bragg光栅1角度，从而使入射光束以Bragg角度入射，从而达到最大衍射效率。
进一步的，假定以Bragg波长λb来设计并制备光栅，当λb并以Bragg角入射时，相对衍射效率达100％，根据模拟计算，当入射光波长偏离Bragg波长λb±50nm时，其相对衍射效率仍可达到～99％。
实施例三：如图6所示，本发明提供了结构设计(四)波分特性的串联隔离器。
进一步的，基于体Bragg光栅1的波长滤波特性，可以将不同波长分开并隔离背反射光，从而到达实验的目的。
工作原理：基于光束在体Bragg光栅1中传输光路的不可逆性，从而实现入射光与反射光的分离，该结构主由一个体Bragg光栅1与一个反射镜2构成，结构较为简单，目前，市场上基于光敏玻璃PTR的体Bragg光栅1的设计与制备已相当成熟，大于400℃温度条件下，仍可稳定工作，通过结构设计降低对装配精度与使用环境温度的要求。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.新型偏振无关的光隔离器，其特征在于：包括以下步骤； 步骤一：入射光束射向准直透镜，入射光束经准直透镜后，以中心波长Bragg角度入射体Bragg光栅，出射光分为衍射光束与透射光束； 步骤二：在衍射光束传输光路中放置反射镜来模拟产生背反射光束，该反射光以中心波长Bragg角度返回体Bragg光栅； 步骤三：利用光束在体Bragg光栅中传输光路的不可逆性，衍射光束的光路与入射光束光路并不重合，达到了隔离背反射光的效果，使背反射光不会影响光源； 步骤四：根据菲涅尔定律与耦合波理论中的布拉格条件，假定体Bragg光栅为非倾斜光栅，则反射光束#2与入射光束的光路平移间距Δl为
步骤五：设计光栅周期Λ与厚度d，就可以使背反射光束与入射光束完全分离，从而达到完全隔离背反射光的效果； 其中，所述新型偏振无关的光隔离器工作原理示意图包括体Bragg光栅(1)、反射镜(2)和准直透镜(3)，所述体Bragg光栅(1)一侧的下方设置有反射镜(2)，所述体Bragg光栅(1)另一侧的下方设置有准直透镜(3)。
2.如权利要求1所述的新型偏振无关的光隔离器，其特征在于，所述背反射光束标记为反射光束#1。
3.如权利要求1所述的新型偏振无关的光隔离器，其特征在于，所述衍射光束与透射光束标记为反射光束#2与反射光束#3。
4.如权利要求1所述的新型偏振无关的光隔离器，其特征在于，所述θ1是入射光束与反射光束#1在体Bragg光栅(1)外的入射角，即布拉格入射角。
5.如权利要求1所述的新型偏振无关的光隔离器，其特征在于，所述λ是真空中光束的中心波长，Λ是体Bragg光栅(1)的周期。
6.如权利要求1所述的新型偏振无关的光隔离器，其特征在于，所述n是体Bragg光栅(1)的折射率，d是体Bragg光栅(1)的厚度。
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