CN208621863U - 一种反射型光纤激光隔离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种反射型光纤激光隔离器。包括沿光正向传输路径上依次设置的准直器、第一分束器、第一反射镜、法拉第旋光器、第二反射镜、第三反射镜、22.5度二分之一波片/石英旋光片、第二分束器、以及由凹透镜与凸透镜组成的扩束系统，还包括用于对法拉第旋光器施加外部磁场的磁环组件。本实用新型的反射型光纤激光隔离器仅需现有设计一半的长度即可实现原功能，大大减小外观尺寸，且由于尺寸缩小，成本也可只有现有设计的一半，另外由于使用了反射镜，在光路管理上更容易操作光路设计。

Description

一种反射型光纤激光隔离器

技术领域

本实用新型属于光纤激光器领域，特别涉及一种反射型光纤激光隔离器。

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。

现有高功率光隔离器通常使用磁光玻璃和铽镓石榴石（TGG）作为法拉第旋光器，这两种材料根据铽掺杂的区别，其1064nm的费尔德常数一般在-25 ~ -40 rad/T*m之间，所以目前市场上高功率光隔离器通常外径很大，在35mm-45mm左右，器件中根据设计不同，使用磁光玻璃或TGG的总长度在25mm-35mm左右，一般是分割为2个或3个圆棒的形式装配在磁环中，所以整体结构比较复杂，而且体积很大。

上述的隔离器由于使用了直线型光路，所有的器件均只经过一次，没有达到最优使用，所以器件体积大，成本高，竞争力低。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种反射型光纤激光隔离器，仅需现有设计一半的长度即可实现原功能，大大减小外观尺寸，且由于尺寸缩小，成本也可只有现有设计的一半，另外由于使用了反射镜，在光路管理上更容易操作光路设计。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种反射型光纤激光隔离器，包括沿光正向传输路径上依次设置的准直器、第一分束器、第一反射镜、法拉第旋光器、第二反射镜、第三反射镜、22.5度二分之一波片/石英旋光片、第二分束器、以及由凹透镜与凸透镜组成的扩束系统，还包括用于对法拉第旋光器施加外部磁场的磁环组件。

在本实用新型一实施例中，该反射型光纤激光隔离器的正向光路传输过程为：由光纤传输的入射光经准直器入射变为准直光，经由第一分束器，分束成O、E两束光，再经第一反射镜将光反射进入法拉第旋光器，由法拉第旋光器将该O、E两束光的偏振态顺时针或逆时针旋转22.5度，然后经第二反射镜，再次将光返回至法拉第旋光器，再次将该O、E两束光的偏振态顺时针或逆时针旋转22.5度，这样法拉第旋光器总计完成了45度的旋光效果，光出射法拉第旋光器后，经第三反射镜，被反射至22.5度二分之一波片将两束光的偏振态逆时针或顺时针旋转45度，使得该两束光的偏振态回到原偏振态，而后该反射回来的两束光经由第二分束器合成一束光，并进入扩束系统后输出。

在本实用新型一实施例中，所述法拉第旋光器与22.5度二分之一波片/石英旋光片的先后位置可调换，即光正向传输时，从分束器出射后，还可先经过22.5度二分之一波片/石英旋光片，再经过法拉第旋光器。

在本实用新型一实施例中，所述第一分束器、第二分束器的光轴角度为45度，实现光的分束与合束的功能。

在本实用新型一实施例中，所述第一分束器、第二分束器均由YVO4制作而成。

在本实用新型一实施例中，所述22.5度二分之一波片/石英旋光片由石英晶体制作而成。

在本实用新型一实施例中，所述法拉第旋光器在光正向进入的一侧端面镀有增透膜，另一侧端面镀有高反膜，此时高反膜即相当于第二反射镜；或可两端均镀增透膜，通过所述第二反射镜实现反射效果。

在本实用新型一实施例中，所述第一反射镜与第三反射镜可分立使用，或可做在同一个棱镜的两个面上。

本发明还提供了另一种反射型光纤激光隔离器，包括沿光正向传输路径上依次设置的准直器、第一反射镜、分束器、法拉第旋光器、第二反射镜、22.5度二分之一波片/石英旋光片、第三反射镜、以及由凹透镜与凸透镜组成的扩束系统，还包括用于对法拉第旋光器施加外部磁场的磁环组件。

在本实用新型一实施例中，该反射型光纤激光隔离器的正向光路传输过程为：由光纤传输的入射光经准直器入射变为准直光，经第一反射镜将光反射进入分束器，经由分束器，分束成O、E两束光，再进入法拉第旋光器，由法拉第旋光器将该O、E两束光的偏振态顺时针或逆时针旋转22.5度，然后经第二反射镜，再次将光返回至法拉第旋光器，再次将该O、E两束光的偏振态顺时针或逆时针旋转22.5度，这样法拉第旋光器总计完成了45度的旋光效果，光出射法拉第旋光器后，经22.5度二分之一波片/石英旋光片将两束光的偏振态逆时针或顺时针旋转45度，使得该两束光的偏振态回到原偏振态，而后该两束光经由第二分束器合成一束光，并经第三反射镜反射后，进入扩束系统后输出。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、法拉第旋光器镀有高反膜，只需要现有设计一半的长度即可实现原功能，由于尺寸缩小，成本也可只有现有设计的一半；

2、由于器件只有现有设计的一半尺寸，所以产品的外观尺寸被大大缩减；

3、使用了反射镜，在光路管理上更容易操作光路设计。

附图说明

图1是本实用新型反射型光纤激光隔离器结构的顶部视图。

图2为图1的变形结构示意图。

图3为本实用新型一种反射型光纤隔离器的在线型示意图。

图4为本实用新型另一种反射型光纤隔离器的在线型示意图。

图中：101、201、301、309、401、407-准直器，102、108、203、302、308、402、406-分束器，103、105、106、202、205、207、306、404-反射镜，107、206、405-22.5度二分之一波片（或石英旋光片），104、204、305、403-法拉第旋光器，303、307-45度二分之一波片，111、210、310、408-磁环组件，304-偏振分束棱镜。

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。

本实用新型提供了一种反射型光纤激光隔离器，包括沿光正向传输路径上依次设置的准直器、第一分束器、第一反射镜、法拉第旋光器、第二反射镜、第三反射镜、22.5度二分之一波片/石英旋光片、第二分束器、以及由凹透镜与凸透镜组成的扩束系统，还包括用于对法拉第旋光器施加外部磁场的磁环组件。该反射型光纤激光隔离器的正向光路传输过程为：由光纤传输的入射光经准直器入射变为准直光，经由第一分束器，分束成O、E两束光，再经第一反射镜将光反射进入法拉第旋光器，由法拉第旋光器将该O、E两束光的偏振态顺时针或逆时针旋转22.5度，然后经第二反射镜，再次将光返回至法拉第旋光器，再次将该O、E两束光的偏振态顺时针或逆时针旋转22.5度，这样法拉第旋光器总计完成了45度的旋光效果，光出射法拉第旋光器后，经第三反射镜，被反射至22.5度二分之一波片将两束光的偏振态逆时针或顺时针旋转45度，使得该两束光的偏振态回到原偏振态，而后该反射回来的两束光经由第二分束器合成一束光，并进入扩束系统后输出。

所述法拉第旋光器与22.5度二分之一波片/石英旋光片的先后位置可调换，即光正向传输时，从分束器出射后，还可先经过22.5度二分之一波片/石英旋光片，再经过法拉第旋光器。

本发明还提供了另一种反射型光纤激光隔离器，包括沿光正向传输路径上依次设置的准直器、第一反射镜、分束器、法拉第旋光器、第二反射镜、22.5度二分之一波片/石英旋光片、第三反射镜、以及由凹透镜与凸透镜组成的扩束系统，还包括用于对法拉第旋光器施加外部磁场的磁环组件。该反射型光纤激光隔离器的正向光路传输过程为：由光纤传输的入射光经准直器入射变为准直光，经第一反射镜将光反射进入分束器，经由分束器，分束成O、E两束光，再进入法拉第旋光器，由法拉第旋光器将该O、E两束光的偏振态顺时针或逆时针旋转22.5度，然后经第二反射镜，再次将光返回至法拉第旋光器，再次将该O、E两束光的偏振态顺时针或逆时针旋转22.5度，这样法拉第旋光器总计完成了45度的旋光效果，光出射法拉第旋光器后，经22.5度二分之一波片/石英旋光片将两束光的偏振态逆时针或顺时针旋转45度，使得该两束光的偏振态回到原偏振态，而后该两束光经由第二分束器合成一束光，并经第三反射镜反射后，进入扩束系统后输出。

所述分束器的光轴角度为45度，实现光的分束与合束的功能。所述分束器均由YVO4制作而成。

所述22.5度二分之一波片/石英旋光片由石英晶体制作而成。

所述法拉第旋光器在光正向进入的一侧端面镀有增透膜，另一侧端面镀有高反膜，此时高反膜即相当于第二反射镜；或可两端均镀增透膜，通过所述第二反射镜实现反射效果。

所述第一反射镜与第三反射镜可分立使用，或可做在同一个棱镜的两个面上。

以下为本实用新型的具体实施过程。

如图1所示，本实用新型的一种反射型光纤激光隔离器，包括沿光正向传输路径上依次设置的准直器101、第一分束器102、第一反射镜103、法拉第旋光器104、第二反射镜105、第三反射镜106、22.5度二分之一波片（或石英旋光片）107、第二分束器108及由凹透镜109与凸透镜110组成的扩束系统，还包括用于对法拉第旋光器施加外部磁场的磁环组件111。

所述反射型光纤激光隔离器的正向光路传输过程为：由光纤传输的入射光经准直器入射变为准直光，经由第一分束器，分束成O、E两束光，再经第一反射镜将光反射进入法拉第旋光器，由法拉第旋光器将该O、E两束光的偏振态顺时针或逆时针旋转22.5度，然后经第二反射镜，再次将光返回至法拉第旋光器，再次将该O、E两束光的偏振态顺时针或逆时针旋转22.5度，这样法拉第旋光器总计完成了45度的旋光效果，光出射法拉第旋光器后，经第三反射镜，被反射至22.5度二分之一波片（或石英旋光片）将两束光的偏振态逆时针或顺时针旋转45度，使得该两束光的偏振态回到原偏振态，而后该反射回来的两束光经由分束器合成一束光，并进入扩束系统后输出。

以下通过具体实施方案对本实用新型的反射型光纤隔离器进行进一步说明：

1、如图1所示，激光器的输出光经过准直器101之后变为准直光，由于是光纤传输功率很高，所以本准直器为高功率准直器，其光纤前端需熔接一端帽，并在端帽前端镀增透膜，然后再与准直器透镜装配，组成准直光输出高功率准直器；

2、出射光经过第一分束器，通常制作分束器的材料为YVO4，其光轴角度为45度，这样能实现10:1的分光距离，即10mm的晶体长度能将O、E两束光分开约1mm的间隙；（如图3所示为经过分束器302分为O、E两束光）；

3、在第一分束器102之后，摆放了第一反射镜103，其表面镀有对光高反的反射膜，通常需反射率达到99.5%以上；

4、经过第一反射镜103反射后，光进入到法拉第旋光器104，其一侧镀有高反膜，另一侧镀有增透膜，光由增透膜侧入射单程情况下将光旋转22.5度，光的旋转方向只与磁场方向有关，至于是左旋还是右旋可根据设计确定，这里按顺时针说明，经高反膜反射105后，再次经过法拉第旋光器104，其偏振态再被旋转22.5度，实现总体45度的顺时针旋转；

5、两束偏振态被旋转45度的偏振光在经过第三反射镜反射之后，进入光轴角度为22.5度的二分之一波片之后，偏振态被旋转45度，将法拉第旋光器104的作用抵消，两偏振态再次回到原偏振态；

6、两相互垂直的偏振态经第二分束器108之后，再次被合成一束光；（如图3所示）

7、合成一束的光出射分束器108之后，进入由凹透镜109和凸透镜110组成的扩束系统后准直输出；

8、产品反向传输光路，根据光路可逆原则，在光进入法拉第旋光104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；

9、由于法拉第旋光器104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，出射法拉第旋光器的偏振态相比入射的偏振态是相互垂直的；

10、由于偏振态的变化，则这时对于分束器102来说，原偏振态为E光状态，现为O光，则沿原方向传输；原偏振态为O光状态，现为E光，则被分光器便宜一定距离，故，经过分束器之后，两束光被分开，均不能回到原出射准直器101，光路被完美阻隔。

图2为图1反射型光纤激光隔离器的变形示意图，其结构与图1的结构基本相似，具体工作原理如下：

1、如图2所示，激光器的输出光经过准直器201之后变为准直光，由于是光纤传输功率很高，所以本准直器为高功率准直器，其光纤前端需熔接一端帽，并在端帽前端镀增透膜，然后再与准直透镜装配，组成准直光输出高功率准直器；

2、出射光经过第一反射镜202，其表面镀有对光高反的反射膜，通常需反射率达到99.5%以上；

3、在第一反射镜202后，摆放了分束器203，通常制作分束器的材料为YVO4，其光轴角度为45度，这样能实现10:1的分光距离，即10mm的晶体长度能将O、E两束光分开约1mm的间隙；（如图3所示为经过分束器302分为O、E两束光）；

4、经过第一反射镜202、分束器203后，光进入到法拉第旋光器204，其一侧镀有高反膜，另一侧镀有增透膜，光由增透膜侧入射单程情况下将光旋转22.5度，光的旋转方向只与磁场方向有关，至于是左旋还是右旋可根据设计确定，这里按顺时针说明，经高反膜反射205后，再次经过法拉第旋光器204，其偏振态再被旋转22.5度，实现总体45度的顺时针旋转；

5、两束偏振态被旋转45度的偏振光，进入光轴角度为22.5度的二分之一波片206之后，偏振态被旋转45度，将法拉第旋光器204的作用抵消，两偏振态再次回到原偏振态；

6、回到原偏振态的两束偏振光，再次经过分束器203被合成一束光；（如图3所示）

7、从分束器203出射的光，在经过第三反射镜207反射之后，进入由凹透镜208和凸透镜209组成的扩束系统后准直输出；

8、产品反向传输光路，根据光路可逆原则，在光进入法拉第旋光204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；

9、由于法拉第旋光器204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，出射法拉第旋光器的偏振态相比入射的偏振态是相互垂直的；

10、由于偏振态的变化，则这时对于分束器203来说，原偏振态为E光状态，现为O光，则沿原方向传输；原偏振态为O光状态，现为E光，则被分束器203偏移一定距离，故，经过分束器之后，两束光被分开，均不能回到原出射准直器201，光路被完美阻隔。

图3、图4分别为本实用新型两种反射型光纤隔离器的在线型示意图。

本实用新型的优势在于：

①使用了高功率准直器，可传输高功率能量；

②可调整光路只使用了一个分束器，兼具分束与合束的功能，不存在现在生产过程中两个分束器配对的问题，同时成本节省了一半；

③法拉第旋光器镀有高反膜，只需要现有设计一半的长度即可实现原功能，由于尺寸缩小，成本也可只有现有设计的一半；

④由于器件只有现有设计的一半尺寸，所以产品的外观尺寸被大大缩减。

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 (10)

1.一种反射型光纤激光隔离器，其特征在于，包括沿光正向传输路径上依次设置的准直器、第一分束器、第一反射镜、法拉第旋光器、第二反射镜、第三反射镜、22.5度二分之一波片/石英旋光片、第二分束器、以及由凹透镜与凸透镜组成的扩束系统，还包括用于对法拉第旋光器施加外部磁场的磁环组件。

2.根据权利要求1所述的一种反射型光纤激光隔离器，其特征在于，该反射型光纤激光隔离器的正向光路传输过程为：由光纤传输的入射光经准直器入射变为准直光，经由第一分束器，分束成O、E两束光，再经第一反射镜将光反射进入法拉第旋光器，由法拉第旋光器将该O、E两束光的偏振态顺时针或逆时针旋转22.5度，然后经第二反射镜，再次将光返回至法拉第旋光器，再次将该O、E两束光的偏振态顺时针或逆时针旋转22.5度，这样法拉第旋光器总计完成了45度的旋光效果，光出射法拉第旋光器后，经第三反射镜，被反射至22.5度二分之一波片将两束光的偏振态逆时针或顺时针旋转45度，使得该两束光的偏振态回到原偏振态，而后该反射回来的两束光经由第二分束器合成一束光，并进入扩束系统后输出。

3.根据权利要求1或2所述的一种反射型光纤激光隔离器，其特征在于：所述法拉第旋光器与22.5度二分之一波片/石英旋光片的先后位置可调换，即光正向传输时，从第一分束器出射后，还可先经过22.5度二分之一波片/石英旋光片，再经过法拉第旋光器。

4.根据权利要求1所述的一种反射型光纤激光隔离器，其特征在于：所述第一分束器、第二分束器的光轴角度为45度，实现光的分束与合束的功能。

5.根据权利要求1或4所述的一种反射型光纤激光隔离器，其特征在于：所述第一分束器、第二分束器均由YVO4制作而成。

6.根据权利要求1所述的一种反射型光纤激光隔离器，其特征在于：所述22.5度二分之一波片/石英旋光片由石英晶体制作而成。

7.根据权利要求1所述的一种反射型光纤激光隔离器，其特征在于：所述法拉第旋光器在光正向进入的一侧端面镀有增透膜，另一侧端面镀有高反膜，此时高反膜即相当于第二反射镜；或可两端均镀增透膜，通过所述第二反射镜实现反射效果。

8.根据权利要求1所述的一种反射型光纤激光隔离器，其特征在于：所述第一反射镜与第三反射镜可分立使用，或可做在同一个棱镜的两个面上。

9.一种反射型光纤激光隔离器，其特征在于，包括沿光正向传输路径上依次设置的准直器、第一反射镜、分束器、法拉第旋光器、第二反射镜、22.5度二分之一波片/石英旋光片、第三反射镜、以及由凹透镜与凸透镜组成的扩束系统，还包括用于对法拉第旋光器施加外部磁场的磁环组件。

10.根据权利要求9所述的一种反射型光纤激光隔离器，其特征在于，该反射型光纤激光隔离器的正向光路传输过程为：由光纤传输的入射光经准直器入射变为准直光，经第一反射镜将光反射进入分束器，经由分束器，分束成O、E两束光，再进入法拉第旋光器，由法拉第旋光器将该O、E两束光的偏振态顺时针或逆时针旋转22.5度，然后经第二反射镜，再次将光返回至法拉第旋光器，再次将该O、E两束光的偏振态顺时针或逆时针旋转22.5度，这样法拉第旋光器总计完成了45度的旋光效果，光出射法拉第旋光器后，经22.5度二分之一波片/石英旋光片将两束光的偏振态逆时针或顺时针旋转45度，使得该两束光的偏振态回到原偏振态，而后该两束光经由第二分束器合成一束光，并经第三反射镜反射后，进入扩束系统后输出。