CN209879056U - 一种全角度工作的光隔离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全角度工作的光隔离器，其包括依序设置的输入光纤准直器、入光光阑、第一PBS分束器、45°旋光片、磁光晶体、第二PBS分束器、出光光阑、扩束准直输出光学系统，其中，磁光晶体周侧设有磁铁，第一PBS分束器和第二PBS分束器之间设有回返光偏折装置；本方案采用对使用激光低吸收系数材料组成，减少对激光的吸收，降低热透镜及热致双折射的影响，提高了光纤激光器输出的光束质量及高功率下的隔离度；设置于第一、第二PBS分束器之间的回返光偏折装置，在不影响正向通光的情况下，将带有一定角度且不被入光光阑和出光光阑阻挡的回返光偏折至偏离入光光阑通光区域外，避免耦合到光纤内部而对激光器造成损伤，实现全角度工作的效果。

Description

一种全角度工作的光隔离器

技术领域

本实用新型涉及光学器件领域，尤其是一种全角度工作的光隔离器。

背景技术

在高功率激光加工领域使用的光纤激光器，其光隔离器通常使用的分束器都是由长方体的YVO4晶体制成，利用晶体的双折射原理将入射光偏振分束和合束，再通过法拉第旋转器及旋转晶体的作用实现正向通光与反向隔离，如图1。一般都需要10mm以上长度的YVO4晶体才能将入射光分成两束分离的线偏振光，且YVO4晶体对激光有一定的吸收，吸收率一般为5000~10000ppm/cm，在高功率使用下，晶体吸收发热，产生热效应影响输出光束的质量，热致双折射会降低隔离度，限制了高功率激光加工的应用。

现在的光纤激光器在高反射材料打标时，会出现某一个小角度反射的光仍然可以通过隔离器耦合到光纤，引起打标异常。如图2所示的虚线o光和图3所示的e光均会通过光阑进入光纤，造成该状态下的隔离度底。这部分回返光会造成光纤激光器的输出功率不稳，严重的会损伤光纤激光器。而采用YVO4作为分束器，两束偏振垂直的回返光平行输出，如图2所示和图3所示，绝大部分角度的回返光可以被入光光阑112光阑阻挡，但某一特定角度的回返光仍然可以通过入光光阑112耦合进光纤无法隔离。现有解决方案是采用加大分光光束之间的间距，配合出光光阑和入光光阑，使回返光无法返回光纤准直器。但加大分光光束之间的间距，意味着需要加长YVO4分束器的长度，同时所有晶体的通光面积均需要加大，其结果是随着晶体对激光的吸收更严重，导致输出光束质量变差，隔离度降低，此外，磁铁以及其他晶体的体积也要相应的加大，这样产品的成本也大大增加。

发明内容

针对现有技术的情况，本实用新型的目的在于提供一种利用低吸收率材料制作的PBS来替代YVO4，降低热透镜及热致双折射的影响，提高了光纤激光器输出的光束质量及高功率下的隔离度的全角度工作的光隔离器。

为了实现上述的技术目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种全角度工作的光隔离器,其包括依序设置的输入光纤准直器、入光光阑、第一PBS分束器、45°旋光片、磁光晶体、第二PBS分束器、出光光阑、扩束准直输出光学系统，其中，所述的磁光晶体周侧设有磁铁，所述的第一PBS分束器和第二PBS分束器之间设有回返光偏折装置；

当光信号经由输入光纤准直器后，通过入光光阑进入到第一PBS分束器中并被第一PBS分束器分成P光和S光，然后P光和S光再依序经过45°旋光片和磁光晶体后，两束光的偏振态发生转变，其中，P光旋转成为S光，S光旋转成为P光，继而再射入第二PBS分束器后，合为一束，最终通过出光光阑的通光孔进入到扩束准直输出光学系统并输出；

当光信号从出光光阑反向射入形成回返光时，被第二PBS分束器分为P光和S光，其中，P光和/或S光被回返光偏折装置偏折至偏离入射光阑的通光孔或透过回返光偏折装置被第一PBS分束器引导至偏离入射光阑的通光孔。

进一步，所述的第一PBS分束器和第二PBS分束器均为对激光低吸收系数的材料组成。

进一步，所述第一PBS分束器和第二PBS分束器均为两片参数相同的PBS光胶而成，且光胶后的PBS的两偏振膜互相平行。

进一步，所述回返光偏折装置由对激光低吸收系数的材料构成；所述回返光经过回返光偏折装置后被折射或者散射偏离到入光光阑的通光孔区域以外。

进一步，所述的回返光偏折装置为直接成型在磁光晶体或45°旋光片上。

进一步，所述的回返光偏折装置为一光学玻璃，且该光学玻璃上设置有用于偏折回返光的凹槽，所述的凹槽为V形、U形、弧形或矩形结构，所述的凹槽具有光滑或者粗糙的表面，回返光在凹槽处发生折射或者散射偏离到入光光阑的通光孔区域外。

采用上述的技术方案，本实用新型相较于现有技术而言，其具有的有益效果为：通过改变分束器的结构，采用对使用激光低吸收系数材料组成，降低热透镜及热致双折射的影响，提高了光纤激光器输出的光束质量及高功率下的隔离度；在第一PBS分束器、第二PBS分束器和出光光阑、入光光阑的限制下，带有一定角度的S回返光从第一PBS分束器出射的角度相对于入射角度被放大，使得回返光更加远离入光光阑的通光孔区域的中心，缩小了回返光的入射角度窗口。通过设置于第一PBS分束器、第二PBS分束器之间的回返光偏折装置，在不影响正向通光的情况下，将带有一定角度且不被入光光阑和出光光阑阻挡的回返光偏折至入光光阑通光区域以外，提高隔离器全工作角度下的隔离度。

附图说明

图1为现有技术中YVO4为分束器的隔离器反向光路示意图；

图2为现有技术中YVO4为分束器的隔离器带角度o光反向光路示意图；

图3为现有技术中YVO4为分束器的隔离器带角度e光反向光路示意图；

图4为本实用新型方案中PBS为分束器的隔离器正向光路示意图；

图5为本实用新型方案中PBS为分束器的隔离器反向光路示意图；

图6为本实用新型方案中PBS为分束器的隔离器第一种情况小角度反向光路示意图；

图7为本实用新型方案中PBS为分束器的隔离器第二种情况小角度反向光路示意图。

具体实施方式

如图4至7之一所示，本实用新型包括依序设置的输入光纤准直器211、入光光阑212、第一PBS分束器213、45°旋光片215、磁光晶体216、第二PBS分束器218、出光光阑219、扩束准直输出光学系统220，其中，所述的磁光晶体216周侧设有磁铁217，所述的第一PBS分束器213和第二PBS分束器218之间设有回返光偏折装置214，本实施例图示所示的返光偏折装置214设于第一PBS分束器213和45°旋光片215之间；

其中，所述的第一PBS分束器213和第二PBS分束器218均为对激光低吸收系数的材料组成，例如石英，即所述的第一PBS分束器213和第二PBS分束器218均为石英成型。

另外，所述第一PBS分束器213和第二PBS分束器218均为两片参数相同的PBS光胶而成，且光胶后的PBS的两偏振膜互相平行。

进一步，所述回返光偏折装置214由对激光低吸收系数的材料构成，例如：石英，即所述回返光偏折装置214由石英成型；所述回返光经过回返光偏折装置214后被折射或者散射偏离到入光光阑212通光区域以外。

着重参见图4，其示出了本实施例隔离器的正向光路示意图，当入射光经过所述入光光阑212进入到所述第一PBS分束器213，被所述第一PBS分束器213的第一个偏振膜分成传播方向与入射光平行的P光和与入射光垂直的S光，S光经过所述第一PBS分束器213的第二个偏振膜反射后传播方向与入射光和P光平行，P光和S光经过45°旋光片215后，偏振方向同时往顺时针方向旋转了45度，两束光再经过磁光晶体216后，偏振方向同时再往顺时针方向旋转了45度，因此P光变成了S’光，S光变成了P’光，S’光经过所述第二PBS分束器218的第一偏振膜和第二偏振膜反射后传播方向仍与P’光平行，且偏振方向互相垂直，合并为一束光从所述第二PBS分束器218出射，最后经通过出光光阑219，经扩束准直输出光学系统220扩束准直输出。

着重参见图5，其示出了本实施例隔离器反向光路示意图。当光从出光光阑219进入，被所述第二PBS分束器218的第一个偏振膜分成传播方向与入射光平行的P光和与入射光垂直的S光，S光经过所述第二PBS分束器218的第二个偏振膜反射后传播方向与入射光和P光平行，P光和S光经过磁光晶体216后，偏振方向同时往逆时针方向旋转了45度，两束光再经过旋光片215后，偏振方向又同时往顺时针方向旋转了45度，P光仍是P光，S光仍是S光。P光经过所述第一PBS分束器213的第一偏振膜直接透射出去不会进入入光光阑212；S光经过所述第一PBS分束器213的第二偏振膜反射后传播方向入射光垂直也不会进入入光光阑212，无法进入输入光纤准直器，起到反向光隔离的作用。

着重参见图6，其示出了本实施例隔离器的第一种情况小角度反向光路示意图。虽然受出光光阑219和入光光阑212的限制，大角度的回返光无法返回光纤准直器211，但特定小角度下的P光回返光经隔离器光学件后能通过入光光阑212进入光纤准直器211，无法起到光隔离的目的，为此在特定位置添加回返光偏折装置214，将P光偏折致偏离光阑212的通光孔径外，无法返回光纤准直器211，将回返光隔离，提高该状态下的隔离度。

着重参见图7，其示出了本实施隔离器的第二种情况小角度反向光路示意图。特定小角度的S光回返光经隔离器第二PBS以及旋光晶体后，再经过回返光偏折装置214，偏离入光光阑212，无法进入光纤准直器211，提高该状态下的隔离度。

作为本实用新型方案的一种延伸，所述的回返光偏折装置可以为直接成型在磁光晶体或45°旋光片上，其还可以是单独设置的一光学玻璃，而该光学玻璃上设置有用于偏折回返光的凹槽，所述的凹槽为V形、U形、弧形或矩形结构，所述的凹槽具有光滑或者粗糙的表面，回返光在凹槽处发生折射或者散射偏离到入光光阑的通光区域外。

以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对此实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种全角度工作的光隔离器，其特征在于：其包括依序设置的输入光纤准直器、入光光阑、第一PBS分束器、45°旋光片、磁光晶体、第二PBS分束器、出光光阑、扩束准直输出光学系统，其中，所述磁光晶体的周侧设有磁铁，所述的第一PBS分束器和第二PBS分束器之间设有回返光偏折装置；

当光信号经由输入光纤准直器后，通过入光光阑进入到第一PBS分束器中并被第一PBS分束器分成P光和S光，然后P光和S光再依序经过45°旋光片和磁光晶体后，两束光的偏振态发生转变，其中，P光旋转成为S光，S光旋转成为P光，继而再射入第二PBS分束器后，合为一束，最终通过出光光阑的通光孔进入到扩束准直输出光学系统并输出；

当光信号从出光光阑反向射入形成回返光时，被第二PBS分束器分为P光和S光，其中，P光和/或S光被回返光偏折装置偏折至偏离入射光阑的通光孔或透过回返光偏折装置被第一PBS分束器引导至偏离入射光阑的通光孔。

2.根据权利要求1所述的一种全角度工作的光隔离器，其特征在于：所述的第一PBS分束器和第二PBS分束器均为对激光低吸收系数的材料组成。

3.根据权利要求1所述的一种全角度工作的光隔离器，其特征在于：所述第一PBS分束器和第二PBS分束器均为两片参数相同的PBS光胶而成，且光胶后的PBS的两偏振膜互相平行。

4.根据权利要求1所述的一种全角度工作的光隔离器，其特征在于：所述回返光偏折装置由对激光低吸收系数的材料构成；所述回返光经过回返光偏折装置后被折射或者散射偏离到入光光阑的通光孔区域以外。

5.根据权利要求1所述的一种全角度工作的光隔离器，其特征在于：所述的回返光偏折装置为直接成型在磁光晶体或45°旋光片上。

6.根据权利要求1所述的一种全角度工作的光隔离器，其特征在于：所述的回返光偏折装置为一光学玻璃，且该光学玻璃上设置有用于偏折回返光的凹槽，所述的凹槽为V形、U形、弧形或矩形结构，所述的凹槽具有光滑或者粗糙的表面，回返光在凹槽处发生折射或者散射偏离到入光光阑的通光孔区域外。