CN204882938U - 一种高功率光纤隔离器结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型高功率光纤隔离器结构。它包括隔离器芯组件、第一光纤准直器、第二光纤准直器和对称结构的光楔，高功率隔离器芯安装在第一光楔和第二光楔之间。本实用新型是基于对称的光学结构和巧妙选用光楔和透镜，将多个隔离器集成于单个隔离器封装之中，实现多路光共享核心元件，实现体积不随功能单元数增大、材料几乎不随功能单元数增多、成本几乎不随功能单元数增加，从而达到集约化生产、提高效率的目的。
Description
技术领域
本实用新型公开了一种新型高功率光纤隔离器结构。
背景技术
高功率光纤隔离器，广泛应用于光纤激光器、激光设备、医疗器械仪器设备、科学研究等技术领域；目前，在高功率光纤激光器、光纤放大器等系统中，是需要成对或多级使用一进一出的单光纤隔离器。这样,系统的体积、成本、装配时间随使用数量的增多而增加，而在要求结构紧凑、集约化生产、批量生产等对成本敏感的场合问题上，越来越显示局限性。
现有短波长高功率隔离器由于隔离器芯的长晶体结构的局限性，不能简单使用双光纤准直器耦合组成2X2端口的高功率隔离器。
本实用新型结构的高功率隔离器，由于设计上巧妙选用一对具有屋脊结构的光楔或棱镜，解决了短波长高功率隔离器芯的晶体在光路上的局限性问题。
发明内容
本实用新型目的是提供一种新型高功率光纤隔离器结构，旨在解决上述实际问题。
为了实现上述目的，本实用新型结构采用如下技术方案：光纤隔离器结构，它包括隔离器芯组件、第一光纤准直器和第二光纤准直器；所述的高功率隔离器芯组件是由高功率隔离器芯安装在两个对称光楔之间组成。
所述的高功率隔离器芯组件包括：依次安装的光楔元件、隔离器芯和光楔元件。
所述的第一光纤准直器包括：第一光纤组固定在第一光纤毛细管的内部，第一正透镜与第一光纤毛细管固定在第一固定玻璃管的内部，第一正透镜安装在第一光纤毛细管的右端。
所述的第二光纤准直器包括：第二光纤组固定在第二光纤毛细管的内部，第二正透镜与第二光纤毛细管固定在第二固定玻璃管的内部，第二正透镜安装在第二光纤毛细管的左端。
优选地，所述的第一光纤组和第二光纤组至少由两根或以上的光纤构成。
优选地，所述的各光纤熔接一段多模光纤或无芯光纤处理和光纤毛细管端面按一定角度研磨抛光并镀增透膜。
优选地，所述的光楔或棱镜能将具有一定夹角的两束光变成两束平行光，是具有屋脊结构的单一材质光楔、棱镜或双折射晶体光楔、棱镜。
优选地，所述的第一光纤准直器和第二光纤准直器的各对光路共用同一个隔离器芯组件。
由于采用了上述方案，本实用新型是基于对称的光学结构和巧妙选用光楔、透镜，将多个隔离器集成于单个隔离器封装之中，实现多路光共享材料，实现体积不随功能单元数增大、材料几乎不随功能单元数增多、成本几乎不随功能单元数增加；从而达到集约化生产、提高效率的目的。
附图说明
图1是双光纤单级高功率隔离器芯结构示意图。
其中：1、第一光纤，2、第一光纤毛细管，3、第一固定玻璃管，4、第一正透镜，5、第二正透镜，6、第二固定玻璃管，7、第二光纤毛细管，8、第二光纤，9、第三光纤，10、光楔元件，11、高功率隔离器芯，12、光楔元件，13、第四光纤。
具体实施方式
本实用新型公开了一种新型高功率光纤隔离器结构，它包括隔离器芯组件、第一光纤准直器和第二光纤准直器；隔离器芯组件包括：依次安装的光楔元件10、高功率隔离器芯11和光楔元件12；第一光纤准直器包括：第一光纤组固定在第一光纤毛细管2的内部，第一正透镜4与第一光纤毛细管2固定在第一固定玻璃管3的内部，第一正透镜4安装在第一光纤毛细管2的右端；第二光纤准直器包括：第二光纤组固定在第二光纤毛细管7的内部，第二正透镜5与第二光纤毛细管7固定在第二固定玻璃管6的内部，第二正透镜5安装在第二光纤毛细管7的左端。第一光纤组和第二光纤组至少由一根光纤构成。各光纤熔接一段多模光纤或无芯光纤处理和光纤毛细管的端面、按一定角度研磨抛光并镀增透膜，隔离器芯为高功率型。第一光纤准直器和第二光纤准直器的各对光路共用同一个高功率隔离器芯组件。
如图1所示，以双光纤、单级隔离器芯组件为例，它包括隔离器芯组件、第一光纤准直器和第二光纤准直器；隔离器芯组件安装在第一光纤准直器和第二光纤准直器之间；其中，高功率隔离器芯组件包括：光楔元件10、高功率隔离器芯11和光楔元件12。
第一光纤1和第三光纤9之间平行放置；第二光纤8和第四光纤13之间平行放置。
第一光纤1、第三光纤9先熔接一段多模光纤或无芯光纤（根据功率要求，熔接适当长度的多模光纤或无芯光纤），固定在第一光纤毛细管2中，其端面按一定角度研磨抛光并镀增透膜；第二光纤8、第四光纤13先熔接一段多模光纤或无芯光纤，固定在第二光纤毛细管2中，其端面按一定角度研磨抛光并镀增透膜。
上述结构通过合适结构的底座或桥接件固定和连接，并用焊接、胶接以及机械固定等方法以构成稳定的整体。
第一光纤准直器由光纤1、第三光纤9、第一光纤毛细管2、第一正透镜4、第一固定玻璃管3及起固定作用的材料（如胶粘剂）组成。用固定作用的材料（如胶粘剂）将第一光纤1、第三光纤9与第一光纤毛细管2固定起来；将光纤熔接一段多模光纤或无芯光纤处理以承受高功率，微细管端面按一定角度研磨抛光以抑制反射光，镀增透膜可以得到优化的性能；通过调试光纤端面与透镜之间的距离使出射光斑达到良好准直。在讨论性能时，第一光纤1定义为端口1，第三光纤9定义为端口2。
第一正透镜4具有正焦距，能将位于焦面上、由光纤发出的发散光斑准直；同时，第一正透镜4也能将两束具有一定间距的平行的光交汇于输出端焦面上；本实施例选用平凸透镜并控制透镜厚度，可使前后焦面离透镜输入输出面都有一定距离以方便装配。
光楔元件10可以是光楔、棱镜，也可以是双折射晶体光楔、棱镜，是屋脊型结构。主要作用是将具有一定夹角两束光，经过光楔晶体折射作用，变成为两束平行光输出；或将两束平行光，经过光楔晶体反向折射作用，变为具有一定夹角的两束光输出。为使描述方便，本实施例以光楔为例，用以调整光束的夹角。
高功率隔离器芯11是由非互易性法拉第磁光材料和双折射晶体光楔材料，施加以一定强度的外加磁场才能发挥作用；外加磁场方向平行或接近平行于光传输方向，且在指定的工作波长，法拉第旋转晶体在外加磁场的作用下其法拉第旋光角应等于或接近45度，从而使其具有正向传输反向隔离的功能。
光楔元件12是与光楔元件10特性相似的作用；可以是光楔、棱镜，也可以是双折射光楔、棱镜。主要作用是将具有一定夹角两束光，经过光楔晶体折射作用，变成为两束平行光输出；或将两束平行光，经过光楔晶体反向折射作用，变为具有一定夹角的两束光输出。为使描述方便，本实施例以光楔为例，用以调整光束的夹角。
光楔元件10、高功率隔离器芯11、光楔元件12组成具有单向通光功能的隔离器芯组件。其中，光楔元件10和光楔元件12的放置结构式对称的，如第一准直器器的光纤1带有一定角度出射的光，经过从光楔元件10后，调整为平行方向光，再经过高功率隔离器芯11，然后到光楔元件12再将平行方向的光调整为具有一定偏角的光，便于与第二准直器的光纤13耦合。这样，能很好地达到耦合效果，几乎能让光无损耗通过。而对于反向光，由于隔离器芯的非互易性作用，从而让光只能进行正向传输，反向隔离。
描述简便，本实施例以单级隔离器芯为例加以说明。
第二光纤准直器由第二光纤8、第四光纤13、第二光纤毛细管7、第二正透镜5、第二固定玻璃管6及起固定作用的材料（如胶粘剂）组成。用起固定作用的材料（如胶粘剂）固定第二光纤8、第四光纤13与第二光纤毛细管7，将光纤熔接一段多模光纤或无芯光纤处理以承受高功率，微细管端面按一定角度研磨抛光以抑制反射光，镀增透膜可以得到优化的性能；通过调试光纤端面与透镜之间的距离使出射光斑达到良好准直。在讨论性能时，第二光纤8定义为端口3，第四光纤13定义为端口4。本实用新型是用具有代表性的双光纤结构加以说明。
第二正透镜5具有正焦距，能将位于焦面上、由光纤发出的发散光斑准直；同时，第二正透镜5也能将两束具有一定间距的光轴线平行的光的光轴线交汇于输出端焦面上；本实施例选用平凸透镜并控制透镜厚度，可使前后焦面离透镜输入输出面都有一定距离以方便装配。
为了使耦合效率更高，第一双纤准直器、第二双纤光纤准直器的光斑束腰大小应一致或接近；即：准直器的光斑束腰大小=光纤远场发散角×透镜焦距。这样，第一双纤准直器、第二双纤光纤准直器应保持高度一致性，即第一双纤准直器的双光纤纤芯距与第二双纤光纤准直器的双光纤纤芯距、第一正透镜4的焦距与第二正透镜5的焦距、第一光纤1与第四光纤13、第三光纤9与第二光纤8应要保持一致。
实施过程中，第一光纤1和第三光纤9，先做扩束处理，即在光纤光纤端面熔接一段适当长度的多模光纤或无芯光纤，以承受器件高功率要求。第一光纤1和第三光纤9去除合适长度的涂敷层并严格清洁，一般采用0度或小角度切割，得到平滑的端面。然后穿入固定在夹具中的第一双光纤毛细管2，调整切割端面使两光纤端面基本平齐，在高倍显微镜下调整第一光纤1和第三光纤9，使其端面互相平行或接近平行，此时点胶固定该平行位置；根据固定胶类及工艺的不同，可有不同的点胶方法和处理方式。对固化好的组件按合适角度研磨并精密抛光和镀增透膜。选用与第一光纤毛细管2外径一致的第一正透镜4并套入内径与两者外径匹配的第一固定玻璃管3，在精密调节架上调节第一光纤1、第三光纤9与第一光纤毛细管2和第一正透镜4之间的距离使达到良好准直，此时点胶固定并固化使形成第一双纤准直器。根据工艺需要，可在第一双纤准直器外侧加以需要的外封装以适用特定的工艺。
实施过程中，若将光楔元件10、高功率隔离器芯11、光楔元件12都制作成相似的尺寸，例如屋脊型结构，按正确的方向安装在固定管体中，点胶固定成为一个单级隔离器芯组件；永磁体能给法拉第旋转片11提供足够强的磁场以形成饱和磁场，同时，又需要方便装配。
实施过程中，第二光纤8和第四光纤13，先进行扩束处理，在光纤光纤端面熔接一段适当长度的多模光纤或无芯光纤，以承受高功率要求。对应第二光纤8和第四光纤13去除合适长度的涂敷层并严格清洁，通过采用0度或小角度切割得到平滑的端面；将该光纤对穿入固定在夹具中的第二双光纤毛细管7，调整切割端面使两光纤端面基本平齐，在显微镜下调整第二光纤8和第四光纤13，使其应端面互相平行或接近平行，此时，根据实际工艺选择方式进行点胶固定该位置；对固化好的组件按合适角度研磨并精密抛光和镀增透膜。然后，选用与第二光纤毛细管7外径一致的第二正透镜5并套入内径与两者外径匹配的第二固定玻璃管6，在精密调节架上调节光纤与毛细管组件和第二正透镜5之间的距离使达到良好准直，此时点胶固定并固化使形成第二双纤准直器。根据实际需要，可在第二双纤准直器外侧加以需要的外封装以适用特定的工艺。
实施过程中，旋转第二双纤准直器以使第二光纤8及第四光纤13的，调解第二双纤准直器的前后上下左右位置及方位角，使光束从端口1输入时，端口4有低损耗输出，从端口2输入时，端口3有低损耗输出，经隔离器芯组件输出的光分别耦合进端口3、端口4。
实施过程中，为将所需位置固定，可用多维调节系统分别夹持第一双纤准直器、第二双纤准直器并加以调节，按上述要求调好光路、角度后根据需要和工艺特点可用桥接件固定封装，封装工艺可用胶固定，可用锡焊接。封装后封装体应是密封的。为对初步封装件起更好保护作用，可根据需要再次做外部封装。
这样，由于端口1到端口4、端口2到端口3两个光路共用除它们自身之外的其它材料，它们之间的间距仅100多至几百微米，空间上几乎互相重叠，体积与单个光路单独存在时几乎没有差别，同时又具有两个光路单独存在时的功能，符合系统集约化程度高、体积小的发展方向。
同时，若光分别从端口3、4输入，则在端口1和2都没有输出，可以很好的保护系统不受反射光干扰，从而保证系统稳定可靠。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种新型高功率光纤隔离器结构，其特征在于，它包括高功率隔离器芯组件、第一光纤准直器和第二光纤准直器；所述的隔离器芯组件安装在第一光纤准直器和第二光纤准直器之间；
所述的第一光纤准直器包括：
第一光纤组固定在第一光纤毛细管（2）的内部，第一正透镜（4）与第一光纤毛细管（2）固定在第一固定玻璃管（3）的内部，第一正透镜（4)安装在第一光纤毛细管(2)的右端；
所述的第二光纤准直器包括：
第二光纤组固定在第二光纤毛细管(7)的内部，第二正透镜(5)与第二光纤毛细管(7)固定在第二固定玻璃管(6)的内部，第二正透镜(5)安装在第二光纤毛细管(7)的左端。
2.如权利要求1所述的新型高功率光纤隔离器结构，其特征在于高功率隔离器芯组件包含高功率隔离器芯及两个对称结构的光楔或棱镜。
3.如权利要求1所述的新型高功率光纤隔离器结构，其特征在于第一光纤准直器和第二光纤准直器的各对光路共用同一个高功率隔离器芯组件。
4.如权利要求1所述的新型高功率光纤隔离器结构，其特征在于第一光纤组和第二光纤组至少由两根或以上的光纤构成。
5.如权利要求2所述的新型高功率光纤隔离器结构，其特征在于光楔或棱镜能将具有一定夹角的两束光变成两束平行光，是具有屋脊结构的单一材质光楔、棱镜或双折射晶体光楔、棱镜。
6.如权利要求4所述的新型高功率光纤隔离器结构，其特征在于光纤组各光纤熔接一段多模光纤或无芯光纤处理和光纤毛细管端面按一定角度研磨抛光并镀增透膜。
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