CN204557002U - 高隔离度光纤激光隔离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高隔离度光纤激光隔离器，实现光正向传输，而反向光隔离的作用，能有效保护高功率激光系统；所述高隔离度光纤激光隔离器包括沿光正向传输路径上依次设置的高功率准直器、第一分束器、第一90度旋光片、光偏移器件、法拉第旋转器、磁环组件、45度旋光片、第二90度旋光片、第二分束器和扩束镜；还包括设置于所述第一分束器与光偏移器件之间的吸收组件，该吸收组件用于对返回光进行吸收处理。本实用新型可显著提高单级隔离器的隔离度，尤其对准直输出型隔离器更有意义，能将动态隔离度提升到很高的水平，而不必担心由于动态回返光对整个激光系统的影响。

Description

高隔离度光纤激光隔离器

技术领域

本实用新型涉及一种高隔离度光纤激光隔离器，特别适用于准直输出型隔离器。

背景技术

由于光纤激光器技术对反射光异常敏感，如果系统中返回的光能较强，则可能造成整个系统的性能急剧下降，甚至将整个系统烧毁，所以需要在光路中增加光路的隔离装置，将这部分返回光尽可能多的滤除掉，以避免其对激光系统的影响，提高系统输出的稳定性。

现有高功率准直输出型隔离器如图1A所示，沿光正向传输方向从前到后包含高功率准直器101、第一分束器102、法拉第旋转器104、磁环组件103、45度旋光片105、第二分束器106和扩束镜107组成。其偏振态示意如图1B，光由准直器101出射后，经过第一分束器102，分成偏振态相互垂直的两束光O、E，两束光经过法拉第旋转器之后，偏振态分别顺时针45度（旋转方向可根据设计选择），再经过45度旋光片后，两偏振态变为与出射O、E偏振态垂直的两独立偏振态，对第二分束106来说，上面的光为O光，下面的光为E光，故再经第二分束器之后，合并为一束光输出到扩束镜系统。

其反向光路如图2A所示（其偏振态示意如图2B所示），光由扩束镜返回之后，经第二分束器202，分成O、E两束光，经过45度旋光片之后，两束光的偏振态旋转45度，再经过法拉第旋转器，由于法拉第旋转器是非互易性器件，其偏振态仍然按顺时针方向旋转，故两束光的偏振态在经过之后，其偏振方向又被旋转回去了，这时，对第一分束器来说，上面的O光仍为O光，将直线传输，下面的E光为E光，则被偏移，两路光均不能返回到入射准直器中。

但是上述的隔离器在准直型输出的产品中，由于返回光不一定是按照原来的光路返回，通常只有极少的光会沿原路返回，而更多的光是漫反射回来的，总是有部分光能再次返回到准直器中，而造成动态隔离度不合格的情况发生，所以在使用中，这类隔离器使用效果不好。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高隔离度光纤激光隔离器，能应用在各个波段中，解决了原始隔离器隔离度依赖法拉第旋转器消光比的问题，也同时解决了准直输出型隔离器动态隔离度由于光漫反射而较难控制的问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种高隔离度光纤激光隔离器，包括沿光正向传输路径上依次设置的高功率准直器、第一分束器、第一90度旋光片、光偏移器件、法拉第旋转器、磁环组件、45度旋光片、第二90度旋光片、第二分束器和扩束镜。

在本实用新型实施例中，还包括设置于所述第一分束器与光偏移器件之间的吸收组件，该吸收组件用于对返回光进行吸收处理。

在本实用新型实施例中，光经所述高功率准直器出射后，经所述第一分束器分成O、E两路光，所述第一90度旋光片置于所述O、E两路光的其中一路光的路径上，以将该路光的偏振态旋转90度，使得两路光的偏振态平行。

在本实用新型实施例中，所述光偏移器件实现正向传输的光正常通过，反向传输的光偏移的目的。

在本实用新型实施例中，所述法拉第旋转器实现光旋转45度。

在本实用新型实施例中，所述45度旋光片和第二90度旋光片可相互调换位置；所述第二90度旋光片置于经磁环组件或45度旋光片出射的其中一路光的路径上，以将该路光的偏振态旋转90度，使得旋转后的两路光的偏振态垂直。

在本实用新型实施例中，所述第二分束器将偏振态垂直的两路光耦合成一束。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、在第一分束器之后使用了旋光片，将两束光的偏振态旋转成一致的，有利于后续光路调整；

2、使用了光偏移晶体或PBS棱镜或布鲁斯特平片等，将回返光进行偏移或反射，使其不能再返回到出射准直器中，更由于相关的偏移器件可设计的足够大，而将各种角度的返回光都可完美的阻隔，不会出现因为反向光因角度不同而返回准直器的情况发生；

3、专门设计了吸收组件，对返回光进行吸收处理，避免了现有设计中返回光直接炙烤准直器的情况发生。

附图说明

图1 A为现有高功率隔离器的正向传输光路与结构示意图。

图1 B为现有高功率隔离器的正向传输光路偏振态示意图。

图2 A为现有高功率隔离器的反向传输光路与结构示意图。

图2 B为现有高功率隔离器的反向传输光路偏振态示意图。

图3为本发明隔离器第一种结构顶部视图。

图4 A为本发明隔离器第二种结构正视图与正向传输光路示意图。

图4 B为本发明隔离器第二种结构正向传输光路偏振态示意图。

图5 A为本发明隔离器第二种结构反向传输光路示意图。

图5 B为本发明隔离器第二种结构反向传输光路偏振态示意图。

图6为本发明隔离器的第三种实施结构示意图。

图7为本发明隔离器的第四种实施结构示意图。

图中：101、201、301、401、501、601、701为高功率准直器；102、202、302、402、502、602、702为第一分束器；103、203、306、406、506、606、706为磁环组件；104、204、305、405、505、605、705为法拉第旋转器；105、205、307、407、507、607、707为45度旋光片；106、206、309、409、509、609、709为第二分束器；107、207、310、410、510、610、710为扩束镜；303、403、503、603、703为第一90度旋光片； 304、404、504、604、704为光偏移器件；308、408、508、608、708为第二90度旋光片；311、411、511、611、711为吸收组件。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。

如图3所示，本实用新型的一种高隔离度光纤激光隔离器，包括沿光正向传输方向依次设置的高功率准直器301、第一分束器302、第一90度旋光片303、光偏移器件304（所述光偏移器件实现正向传输的光正常通过，反向传输的光偏移的目的）、法拉第旋转器305（所述法拉第旋转器实现光旋转45度）、磁环组件306、45度旋光片307、第二90度旋光片308、第二分束器309和扩束镜310；还包括设置于所述第一分束器302与光偏移器件304之间的吸收组件311，该吸收组件311用于对返回光进行吸收处理。

上述， 45度旋光片和第二90度旋光片可相互调换位置；第二90度旋光片置于经磁环组件或45度旋光片出射的其中一路光的路径上，以将该路光的偏振态旋转90度，使得旋转后的两路光的偏振态垂直；第二分束器将偏振态垂直的两路光耦合成一束。

以下通过具体实施方案对本发明的高功率光纤隔离器进行进一步说明：

实施例一：

（1）如示意图3所示，激光器的输出光经过准直器301之后变为准直光；

（2）准直光束经过第一分束器302后，变为O、E两束光，通常分束器由YVO4材料制成，其光轴角度与底面夹角为45度，则O、E两束光分开间隙与长度的比例关系约10:1，即10mm长的晶体，两束光的间隙约1mm；

（3）在其中O光的光路中放置一片90度旋光片303，将其偏振态旋转90度，旋光片通常为45度的二分之一波片，也可使用石英旋光片，使经过旋光片之后，两束光的偏振态是相互平行；

（4）两束偏振态相互平行的光经过光偏移器件304（本实施例中采用光偏移晶体，下述均采用光偏移晶体进行描述），光偏移晶体也可以使用YVO4制作，其光轴与侧面成45度，这时相对第一分束器为E光对光偏移晶体来说则为O光，故光沿原路行进，不改变方向；

（5）经过偏移器件304后，光进入到法拉第旋转器305，经其作用之后，光的偏振态旋转45度，至于是左旋还是右旋，都是可以的，这里只取一种举例，假定光是顺时针旋转45度；

（6）在法拉第旋转器之后是45度旋光片307，其作用是将偏振态旋转45度，对这个产品来说，左旋或右旋都是可以的，这个只取一种举例，假定光是顺时针旋转45度 ；

（7）第二90度旋光片308放置在其中一光路中，则这束光经过旋光片之后，偏振态又被旋转90度，这时，两路光的偏振态是相互垂直的；

（8）偏振态相互垂直的两束光在经过第二分束器309之后重新耦合成一束输出到扩束镜310，至此完成器件正向光路的传输；

（9）器件反向传输则由扩束镜310进光，根据光路可逆原则，在光进入法拉第旋转器305之前，其上下两光路状态与正向是一致的，即偏振态为45度倾斜状态；

（10）由于法拉第旋转器305为非互易性器件，则光通过之后其仍然将偏振态顺时针旋转45度，则这时，出射法拉第旋转器的偏振态相比入射的偏振态是相互垂直的；

（11）由于偏振态的变化，则这时对于光偏移晶体304来说，其偏振态为E光状态，故通过光偏移晶体之后，其光路被偏移一定的距离，偏移距离与晶体长度有关；

（12）在偏移出射之后，光偏移晶体后面摆放了吸收组件311，故偏移光全部被组件吸收，达到完美阻隔的目的，即使反向光路有角度变化，也因为设计的吸收组件与偏移晶体足够大，而使反向光路在吸收组件的阻隔范围之内。

实施例二：

（1）如图4A所示，正向传输光路在传输到第一分束器402都与第一种方案一致，不过90度旋光片403需摆放在E光路中，使其偏振态旋转90度，变为O光；

（2）光偏移晶体404的光轴与第一分束器402的平行或成90度，如平行，反向光路则向下偏移，成90度，反向光路则向上偏移。不过对正向光路来说，对第一分束器为O光，对光偏移晶体404来说，也是O光，其行进方向不会改变；

（3）在经过光偏移晶体404之后，剩余的光路类似第一种方案，这里不再赘述；（正向光路的偏振态变化，可参见示意图4B；）

（4）反向光路图可参见示意图5A，根据光路可逆原则，在光进入法拉第旋转器505之前，其上下两光路状态与正向是一致的，即偏振态为45度倾斜状态，由于法拉第旋转器505为非互易性器件，则光通过之后其仍然将偏振态顺时针旋转45度，则这时，出射法拉第旋转器的偏振态相比入射的偏振态是相互垂直的，对于光偏移晶体504来说，其偏振态为E光状态，故通过晶体之后，其光路被偏移一定的距离，偏移方向和偏移距离与晶体的设计有关，示意图5A展示了其向下偏移的示意图，光偏移晶体后面摆放了吸收组件511，故偏移光全部被组件吸收，达到完美阻隔。（反向光路的偏振态变化，可参见示意图5B）

实施例三：

（1）如图6所示，本方案光路结构与第一种较接近，在其中O光的光路中放置一片90度旋光片603，将偏振态旋转90度，变为E光；

（2）在旋光片后是PBS棱镜 604，E光能通过PBS而不改变方向，剩余的光路类似第一种方案，这里不再赘述；

（3）反向光路，根据光路可逆原则，在光进入法拉第旋转器605之前，其上下两光路状态与正向是一致的，即偏振态为45度倾斜状态，由于法拉第旋转器605为非互易性器件，则光通过之后其仍然将偏振态顺时针旋转45度，则这时，出射法拉第旋转器的偏振态相比入射的偏振态是相互垂直的，即为O光，对于PBS 604来说，其偏振态为O光状态，故其光路被反射而不能通过，在反射方向上，设计了吸收组件611，故反向光全部被组件吸收，达到完美阻隔，即使反向光路有角度变化，也因为设计的吸收组件与PBS足够大，而使反向光路在吸收组件的阻隔范围之内。

实施例四：

（1）如图7所示，本方案光路与第三种方案类似，PBS棱镜被布鲁斯特平片或PBS片替代，可实现其同样的E光通过而O光反射的功能；

（2）反向光路与与第三种方案也是一样的，这里不再赘述。

本发明的优势在于：

1、在第一分束器之后使用了旋光片，将两束光的偏振态旋转成一致的，有利于后续光路调整；

2、使用了光偏移晶体或PBS棱镜或布鲁斯特平片等，将回返光进行偏移或反射，使其不能再返回到出射准直器中，更由于相关的偏移器件可设计的足够大，而将各种角度的返回光都可完美的阻隔，不会出现因为反向光因角度不同而返回准直器的情况发生；

3、专门设计了吸收组件，对返回光进行吸收处理，避免了现有设计中返回光直接炙烤准直器的情况发生。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种高隔离度光纤激光隔离器，其特征在于：包括沿光正向传输路径上依次设置的高功率准直器、第一分束器、第一90度旋光片、光偏移器件、法拉第旋转器、磁环组件、45度旋光片、第二90度旋光片、第二分束器和扩束镜。

2.根据权利要求1所述的高隔离度光纤激光隔离器，其特征在于：还包括设置于所述第一分束器与光偏移器件之间的吸收组件，该吸收组件用于对返回光进行吸收处理。

3.根据权利要求1所述的高隔离度光纤激光隔离器，其特征在于：光经所述高功率准直器出射后，经所述第一分束器分成O、E两路光，所述第一90度旋光片置于所述O、E两路光的其中一路光的路径上，以将该路光的偏振态旋转90度，使得两路光的偏振态平行。

4.根据权利要求1所述的高隔离度光纤激光隔离器，其特征在于：所述光偏移器件实现正向传输的光正常通过，反向传输的光偏移的目的。

5.根据权利要求1所述的高隔离度光纤激光隔离器，其特征在于：所述法拉第旋转器实现光旋转45度。

6.根据权利要求1所述的高隔离度光纤激光隔离器，其特征在于：所述45度旋光片和第二90度旋光片可相互调换位置；所述第二90度旋光片置于经磁环组件或45度旋光片出射的其中一路光的路径上，以将该路光的偏振态旋转90度，使得旋转后的两路光的偏振态垂直。

7.根据权利要求6所述的高隔离度光纤激光隔离器，其特征在于：所述第二分束器将偏振态垂直的两路光耦合成一束。