CN204143105U - 一种小体积的高功率光学隔离器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种小体积的高功率光学隔离器，结构为按光路顺序依次放置的第一双包层光纤头、第一耦合透镜、第一侧向位移偏振分光棱镜、法拉第旋光器、半波片、第二侧向位移偏振分光棱镜、第二耦合透镜、第二双包层光纤头，首先通过调节光路对两个侧向位移分光棱镜与法拉第旋转器和半波片进行封装固定，然后将两个耦合透镜固定在两个双包层光纤头的端面附近，最后按光路调节两个双包层光纤头与侧向位移偏振分光棱镜的位置和角度进行封装。本实用新型采用侧向位移偏振分光棱镜进行分光可以有效减小常见设计中所选用钒酸钇晶体部分的体积，使高功率隔离器体积小型化；本实用新型可以应用于大功率激光领域，结构简单合理，体积小巧。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种小体积的高功率光学隔离器，涉及激光领域，尤其涉及光学隔离器，特别适用于高功率激光应用。
背景技术
高功率光学隔离器就是具有让正向传输的光通过，反向传输的光不能通过被隔离的功能的光学器件，可抑制系统中反射光对系统的不利影响，现已广泛应用于激光行业的发展。
因为分光材料本身特性的限制，光学隔离器中整个分光部分的体积难以控制。光学隔离器需要光被分为平行传输且互不影响的两束偏振光，而常用的分光特性较好的材料(如钒酸钇晶体)的参数为：分光晶体长度与输出偏振光偏移量的比值为10:1。为了满足30dB以上隔离度的需求，这就要求分光部分晶体的长度很大，造成整个高功率光学隔离器体积大成本昂贵。
高功率光学隔离器要做到小体积就要从分光部分和法拉第旋光器部分下功夫进行创新改进。法拉第旋光器部分减小体积在国内外已进行过多项实验研究，如增大磁场强度、改善TGG晶体旋光常数、增加反射片设计法拉第旋光器内的光路等，在此不再进行赘述。本文就如何改善分光部分的体积深入研究进行光路和设置的详述。
发明内容
本实用新型的目的为了克服上述现有技术存在的问题，而提供一种小体积的高功率光学隔离器，通过侧向位移偏振分光棱镜的设计和应用来达到减小光学隔离器分光部分的体积，最终减小整个光学隔离器的体积。
本实用新型的技术方案是：
一种小体积的高功率光学隔离器，包括两个双包层光纤头、两个耦合透镜、两个侧向位移偏振分光棱镜、法拉第旋光器、半波片，其特征在于：按光路依次放置的第一双包层光纤头、第一耦合透镜、第一侧向位移偏振分光棱镜、法拉第旋光器、半波片、第二侧向位移偏振分光棱镜、第二耦合透镜、第二双包层光纤头，首先通过调节光路对两个侧向位移偏振分光棱镜与法拉第旋光器和半波片进行封装固定，然后将两个耦合透镜固定在两个双包层光纤头的端面附近，最后按光路调节两个双包层光纤头与侧向位移偏振分光棱镜的位置和角度进行封装。
两个侧向位移偏振分光棱镜对称分布在法拉第旋光器和半波片的两端，分别起到偏振光分光与偏振光合光的作用。
所述的两个侧向位移偏振分光棱镜分别由直角棱镜和斜方棱镜胶合而成，能产生平行的两束偏振光或合并两束平行的偏振光。
所述的侧向位移偏振分光棱镜，所有出射面和入射面均镀增透膜，通过效率在99％以上。
所述的法拉第旋光器和半波片通过旋光作用对偏振光的偏振态进行改变，其总和作用是正向传输时对偏振光旋光(45+45)度，进而产生o光和e光的转换，从而实现使用一对侧向位移偏振分光棱镜组合进行有效的分光和合光的组合现象；反向传输时对偏振光旋光(45-45)度，不会产生o光和e光的转换，从而实现使用一对侧向位移偏振分光棱镜组合进行有效的分光和光隔离的组合现象。
所有通光原件的通光面均进行镀膜处理，实现高损伤阈值，高透过效率的特征。
所述法拉第旋光器采用TGG晶体以及磁环构成。法拉第旋光器所用TGG晶体，在1064nm波段附近该晶体具有大的磁光常数、低的光损失、高热导性和高激光损伤阈值。
本实用新型采用侧向位移偏振分光棱镜进行分光可以有效减小常见设计中所选用的钒酸钇晶体部分的体积，使高功率隔离器的体积小型化；本实用新型可以应用于大功率激光领域，结构简单合理，体积小巧。
附图说明
图1为本实用新型的光学隔离器整体构造图。
图2为本实用新型的侧向位移偏振分光棱镜的构成图。
图3为本实用新型的正向传输光从第一个双包层光纤头与透镜准直输出后经过第一个侧向位移偏振分光棱镜进行分光的光路示意图。
图4为本实用新型的正向传输光经过法拉第旋光器和半波片，发生偏振光互换后经过第二个侧向位移偏振分光棱镜进行合光的光路示意图。
图5为本实用新型的反向传输光从第二个双包层光纤头与透镜准直输出后经过第二个侧向位移偏振分光棱镜进行分光的光路示意图。
图6为本实用新型的反向传输光经过法拉第旋转器和半波片，未发生偏振光互换后经过第一个侧向位移偏振分光棱镜进行光隔离的光路示意图。
图7为本实用新型的整个光学隔离器正向工作光路示意图。
图8为本实用新型的整个光学隔离器反向工作光路示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案、实施说明及要点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细描述，每部分是怎样工作的以及个部分之间怎样合作达到正向传输光反向隔离光的目的。结合附图对本实用新型作进一步的描述。
如图1，本实用新型包括两个双包层光纤头(1，8)、两个耦合透镜(2，7)、两个侧向位移偏振分光棱镜(3，6)、法拉第旋光器4、半波片5，其特征在于：按光路依次放置的第一双包层光纤头1、第一耦合透镜2、第一侧向位移偏振分光棱镜3、法拉第旋光器4、半波片5、第二侧向位移偏振分光棱镜6、第二耦合透镜7、第二双包层光纤头8，首先通过调节光路对两个侧向位移分光棱镜与法拉第旋光器和半波片进行封装固定，然后将两个耦合透镜固定在两个双包层光纤头的端面附近，其次按光路调节两个双包层光纤头与侧向位移偏振分光棱镜的位置和角度进行封装，最后对整个光学隔离器进行外壳封装和测试。两个侧向位移偏振分光棱镜对称分布在法拉第旋光器和半波片的两端，分别起到偏振光分光与偏振光合光的作用。
所述的两个侧向位移偏振分光棱镜分别由直角棱镜和斜方棱镜胶合而成，能产生平行的两束偏振光或合并两束平行的偏振光。所述的侧向位移偏振分光棱镜，所有出射面和入射面均镀增透膜，通过效率在99％以上。所述的法拉第旋光器和半波片通过旋光作用对偏振光的偏振态进行改变，
其总和作用是正向传输时对偏振光旋光(45+45)度，进而产生o光和e光的转换，从而实现使用一对侧向位移偏振分光棱镜组合进行有效的分光和合光的组合现象；反向传输时对偏振光旋光(45-45)度，不会产生o光和e光的转换，从而实现使用一对侧向位移偏振分光棱镜组合进行有效的分光和光隔离的组合现象。所有通光原件的通光面均进行镀膜处理，实现高损伤阈值，高透过效率的特征。所述法拉第旋光器采用TGG晶体以及磁环构成，法拉第旋光器所用TGG晶体，在1064nm波段附近该晶体具有大的磁光常数、低的光损失、高热导性和高激光损伤阈值。
如图1所示，法拉第旋转器4和半波片5组成非互易的旋光机构，正向传输时旋光90°发生o光和e光的互换，反向传输时不发生旋转角度的变化，o光和e光不互换。正向传输时两个侧向位移偏振分光棱镜(3，6)对非偏振光按照偏振态进行o光和e光的分光与合光，反向传输时两个侧向位移偏振分光棱镜(3，6)对非偏振光按照偏振态进行o光和e光的分光与光隔离；侧向位移偏振分光棱镜由直角棱镜和斜方棱镜进行胶合而成，胶合面镀偏振分光膜，可以产生o光透射、e光反射的功能，侧向偏移量由斜方棱镜的长度以及直角棱镜的直角边长度决定，所以如果需要输出两束偏振光的偏移量为1mm，只要侧向位移偏振分光棱镜的厚度1mm即可实现，相比传统使用的钒酸钇晶体的的10:1的偏光位移与晶体长度的比值，可以大大减小这部分的体积。两个双包层光纤头(1，8)以及两个透镜(2，7)共同起到输出准直光以及进行光的耦合与传输的功能。
如图2所示，显示的侧向位移偏振分光棱镜的构造图，可以明显的看到直角棱镜和斜方棱镜的外观尺寸关系，直角棱镜的两个直角边以及斜方棱镜的长度为A的话，产生两束偏振光的侧向位移量即为A，是1:1的关系；所有出射面和入射面均进行镀增透膜处理，控制光传输过程中的损耗。
如图3、图4、图5、图6分别为光学隔离器工作时光在侧向位移分光棱镜中的传输光路示意。正向传输光进入第一个侧向位移分光棱镜按照图3的所示发生o光和e光的分离，o光透射按照原来光的传输方向向前传输，e光发生两次反射后形成与o光平行，且间距为斜方棱镜长度值的平行光，一起进入法拉第旋转器4中；经过法拉第旋转器和半波片后进入第二个侧向位移分光棱镜，传输路线如图4，不再赘述；反向传输光进入第二个侧向位移分光棱镜，传输光路如图5(和图3所述类似)；反向传输时由于法拉第旋转器的非互易性(旋光方向只和磁场方向有关)，反向传输的光进入第一个侧向位移分光棱镜时，如图6所示，不再按照合光的方式传输，而是o光和e光按照互相垂直的方向向前传输，达到光隔离的效果。
如图7所示，显示的为光学隔离器正向传输的光路图，正向传输时光先发生o光和e光的分离经过隔离器的相关组件后又进行o光的和e光的合光；两端为双包层光纤头和透镜进行光的准直输出和耦合，所有组件结合在一起保证光在光学隔离器中正向传输时可以达到较小损耗的目的。
如图8所示，显示的为光学隔离器反向传输的光路图，反向传输时光先发生o光和e光的分离经过隔离器的相关组件后未进行o光的和e光的合光，而是向着互相垂直的两个方向进行传输；两端为双包层光纤头和透镜进行光的准直输出和耦合，所有组件结合在一起保证光在光学隔离器中反向传输时可以达到较大隔离度的目的。
Claims (6)
1.一种小体积的高功率光学隔离器，包括两个双包层光纤头、两个耦合透镜、两个侧向位移偏振分光棱镜、法拉第旋光器、半波片，其特征在于：按光路依次放置的第一双包层光纤头、第一耦合透镜、第一侧向位移偏振分光棱镜、法拉第旋光器、半波片、第二侧向位移偏振分光棱镜、第二耦合透镜、第二双包层光纤头，首先通过调节光路对两个侧向位移分光棱镜与法拉第旋转器和半波片进行封装固定，然后将两个耦合透镜固定在两个双包层光纤头的端面附近，最后按光路调节两个双包层光纤头与侧向位移偏振分光棱镜的位置和角度进行封装。
2.根据权利要求1所述的小体积的高功率光学隔离器，其特征在于：所述的两个侧向位移偏振分光棱镜分别由直角棱镜和斜方棱镜胶合而成，能产生平行的两束偏振光或合并两束平行的偏振光。
3.根据权利要求1所述的小体积的高功率光学隔离器，其特征在于：所述的侧向位移偏振分光棱镜，所有出射面和入射面均镀增透膜。
4.根据权利要求1所述的小体积的高功率光学隔离器，其特征在于：所述的法拉第旋光器和半波片通过旋光作用对偏振光的偏振态进行改变，其总和作用是对偏振光进行不同角度的旋光。
5.根据权利要求1所述的小体积的高功率光学隔离器，其特征在于：所有通光原件的通光面均进行镀膜处理。
6.根据权利要求1所述的小体积的高功率光学隔离器，其特征在于：所述法拉第旋光器采用TGG晶体以及磁环构成。
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