CN210090733U - 一种光隔离器 - Google Patents

Abstract

一种光隔离器，涉及激光加工的技术领域，其包括沿光束的正向传递方向依次设置光准直器、光阑、第一分光晶体、旋光装置以及第二分光晶体。本实用新型的光隔离器中，旋光装置包括磁管、旋光晶体以及石英旋光棒，旋光晶体位于磁管的中心，沿光束的正向传递方向，石英旋光棒位于旋光晶体的前方或后方；石英旋光棒的光轴与入射光线平行。此处，石英旋光棒对光角度偏差容忍度高，不会因光束在旋光晶体中旋转的角度出现误差而进一步恶化旋转角度，保证了旋光装置的准确性和较好的隔离性能。

Description

一种光隔离器

技术领域

本实用新型涉及激光加工的技术领域，尤其涉及一种光隔离器。

背景技术

在激光系统中，尤其是在高功率的激光系统中，为了防止反向反射的激光进入激光系统的激光器中，使激光器的工作变得不稳定和产生系统反射噪声，常需要在激光器的输出端设置光隔离器，使激光只能单向地从激光器射出；但在实际过程中，由于光隔离器内部存在的晶体，会在高功率激光的作用下产生热透效应，进而使后续光路产生偏离，造成准直光经过光隔离器后光束质量变差，光隔离器的插损变大。

现有技术中关于光隔离器折射补偿的记载，多是在光隔离器的旋光装置中设置波片，波片是一种对两垂直振动分量提供固定相位差的元件，通常是从单轴晶体上按一定方式切割、有一定厚度的平行平面薄片,其光轴平行于晶片表面、与入射光束垂直，波片对光的波长敏感；当采用λ/2波片时，光束经TGG旋光晶体或法拉第旋光片旋转θ角度，再经过波片之后则旋转2θ角度，若TGG旋光晶体或法拉第旋光片旋转角度出现误差，不足θ角度或大于θ角度，则经过波片之后会进一步恶化旋转角度，与目标角度的偏差会进一步加大或减小。

实用新型内容

本实用新型提出了一种光隔离器，能够避免使用对光偏差角度敏感的光学元件，优化光隔离器的隔离性能。

一种光隔离器，包括：沿光束的正向传递方向依次设置的光准直器、光阑、第一分光晶体、旋光装置以及第二分光晶体；所述旋光装置包括磁管、旋光晶体以及石英旋光棒，所述旋光晶体位于所述磁管的中心，沿光束的正向传递方向所述石英旋光棒位于所述旋光晶体的前方或后方；所述石英旋光棒的光轴与入射光线平行。

在一种优选的实施方式中，还包括折射率补偿晶体，所述折射率补偿晶体位于所述光准直器与所述第一分光晶体之间。

在一种优选的实施方式中，还包括折射率补偿晶体，所述折射率补偿晶体位于所述第二分光晶体之后。

在一种优选的实施方式中，还包括折射率补偿晶体，所述折射率补偿晶体位于所述第一分光晶体与所述第二分光晶体之间。

在一种优选的实施方式中，还包括扩束装置，所述扩束装置设置在所述光准直器之前，与所述光准直器连接。

在一种优选的实施方式中，所述扩束装置包括无芯光纤或渐变折射率光纤，所述无芯光纤或所述渐变折射率光纤的一端镀有增透膜，并且与所述光准直器连接，所述无芯光纤或所述渐变折射率光纤的另一端设置有熔接部。

在一种优选的实施方式中，所述第一分光晶体的材质为钒酸钇或铌酸锂；所述第二分光晶体的材质为钒酸钇或铌酸锂。

在一种优选的实施方式中，所述旋光晶体的材质为TGG或TSAG。

在一种优选的实施方式中，所述折射率补偿晶体的材质为偏硼酸钡、氟化钡、氟化钙、磷酸二氢钾和磷酸二氘钾中的任意一种。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的光隔离器中，沿光束的正向传递方向依次设置光准直器、光阑、第一分光晶体、旋光装置以及第二分光晶体；其中，旋光装置包括磁管、旋光晶体以及石英旋光棒，旋光晶体位于磁管的中心，沿光束的正向传递方向，石英旋光棒位于旋光晶体的前方或后方；石英旋光棒的光轴与入射光线平行。此处，石英旋光棒对光角度偏差容忍度高，不会因光束在旋光晶体中旋转的角度出现误差而进一步恶化旋转角度，保证了旋光装置的准确性和较好的隔离性能。

附图说明

图1是本实用新型的一个实施例的结构示意图；

图2是本实用新型的第二个实施例的结构示意图；

图3是本实用新型的第三个实施例的结构示意图；

图4是本实用新型的第四个实施例的结构示意图；

图5是本实用新型的扩束装置的实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本实用新型的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本实用新型中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本实用新型各组成部分的相互位置关系来说的，除非另有说明。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

图1是本实用新型的一个实施例的结构示意图，图2是本实用新型的第二个实施例的结构示意图，图3是本实用新型的第三个实施例的结构示意图，图4是本实用新型的第四个实施例的结构示意图，图5是本实用新型的扩束装置的实施例的结构示意图；图中箭头所示为光束传播方向，参照图1至图5：

本实用新型中，设光束从激光器出射的方向为光束的正向传递方向，则沿该方向上依次设置有光准直器1、光阑2、第一分光晶体3、旋光装置4以及第二分光晶体5；其中，旋光装置4的磁管401中设置旋光晶体402，在光束的正向传递方向上，在旋光晶体402的前方或后方还设置有石英旋光棒403，石英旋光棒403的光轴与入射光线平行。此处，旋光晶体的材质可以选用TGG或TSAG，石英旋光棒403则由石英晶体制得。

以上结构中，在光束的正向传递过程中，光束经光准直器1形成平行光，光阑2对平行光进行限制，使其中部分平行光通过光阑2进入第一分光晶体3，此处，优选地，第一分光晶体3的材质可以为钒酸钇或铌酸锂；第一分光晶体3将射入的平行光分解为两束线偏振光，o光和e光，且o光和e光的偏振态相互垂直；两束线偏振光射入旋光装置，旋光装置将其旋转90度，使射入旋光晶体的o光变为e光，射入旋光晶体的e光变为o光，此时新的o光和e光射入第二分光晶体5，此处，优选地，第二分光晶体5的材质可以为钒酸钇或铌酸锂；第二分光晶体5将两束线偏振光合为一束非偏振光射出。

其中，旋光装置4中，如图1所示的实施例，旋光晶体402设置在石英旋光棒403之前，由第一分光晶体3出射的两束线偏振光射入周向包裹有磁管401的旋光晶体402，旋光晶体402在磁管401的作用下产生磁致旋光效应，将两束线偏振光的偏振态旋转45°后，两束线偏振光射入石英旋光棒403被继续旋转45°。此处，石英旋光棒的光轴与入射光线平行、与入射平面垂直，不会使旋光晶体402对光束的旋转误差进一步扩大，对光束角度偏差的容忍度高，保证了旋光装置的准确性。当然，如图2所示，也可以将旋光晶体402设置在石英旋光棒403之后，与图1所示的结构的效果相同。

在光束的反向传递过程中，反向入射的光射入第二分光晶体5，第二分光晶体5将非偏振光分解成偏振光o光和e光，这两束相互垂直的线偏振光射入旋光装置4，旋光装置4将其旋转0度，o光和e光保持原偏振态经过第一分光晶体3，两束线偏振光偏离在原正向传递的光路的两侧位置，分别射向光阑2的两侧，被光阑挡住；此时整个光隔离器达到隔离反向反射光束的效果。

本实用新型中，优选地，还可以设置折射率补偿晶体6，折射率补偿晶体6的温度折射率系数与温度是负相关的，即温度折射系数随着温度升高而减小。折射率补偿晶体6可以补偿光隔离器中的其他晶体由于随温度升高而增大的折射率，减小光束因热透效应产生的偏离角度，提高准直光经过光隔离器后的光束质量。此处，折射率补偿晶体的材质可以选用偏硼酸钡、氟化钡、氟化钙、磷酸二氢钾和磷酸二氘钾中的任意一种。

如图1、图2所示，折射率补偿晶体6可以设置在第二分光晶体5之后。

此外，折射率补偿晶体6还可以设置在光准直器1与第一分光晶体3之间，此时折射率补偿晶体6可以设置在光准直器1与第一分光晶体3之间的任意位置，既可以设置在光阑2之前，也可以设置在光阑2之后；如图3实施例所示，折射率补偿晶体6设置在光阑2之后。

再或者，折射率补偿晶体6还可以设置在第一分光晶体3与第二分光晶体5之间，此时折射率补偿晶体6可以设置在第一分光晶体3与第二分光晶体5之间的任意位置，既可以设置在旋光装置之前，也可以设置在旋光装置之后，还可以设置在旋光装置中旋光晶体402与石英旋光棒403之间；如图4实施例所示，折射率补偿晶体6设置在旋光装置之后。

以上方案中，相较于折射率补偿晶体6设置在第一分光晶体3之前或第二分光晶体5之后，折射率补偿晶体6设置在第一分光晶体3与第二分光晶体5之间时，通过折射率补偿晶体6的光束为o光和e光两束线偏振光，此时的光功率密度最小，折射率补偿晶体6的受损程度也最小，是优选的设置方式。

本实用新型中，如图1至图4所示，优选地，还包括扩束装置7，本实用新型的光隔离器原先有使用的光纤A，现扩束装置7设置在本实用新型的光隔离器与原先使用的光纤A之间，作为光隔离器原先使用的光纤A与光隔离器中光准直器1之间的连接桥梁，同时发挥扩束功能，使从扩束装置7射入光准直器1的光束的光功率密度降低，以延长光隔离器的使用寿命。

此处，优选地，扩束装置7包括无芯光纤或渐变折射率光纤，如图5所示，扩束装置包括无芯光纤701，无芯光纤701的一端镀有增透膜702，并且与光准直器1连接，无芯光纤701的另一端设置有熔接部703，与光隔离器原先使用的光纤A熔接。增透膜702的设置可以起到优化光的传播效果、减少菲涅尔后向反射等作用。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种光隔离器，其特征在于，包括：沿光束的正向传递方向依次设置的光准直器、光阑、第一分光晶体、旋光装置以及第二分光晶体；所述旋光装置包括磁管、旋光晶体以及石英旋光棒，所述旋光晶体位于所述磁管的中心，沿光束的正向传递方向所述石英旋光棒位于所述旋光晶体的前方或后方；所述石英旋光棒的光轴与入射光线平行。

2.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于：还包括折射率补偿晶体，所述折射率补偿晶体位于所述光准直器与所述第一分光晶体之间。

3.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于：还包括折射率补偿晶体，所述折射率补偿晶体位于所述第二分光晶体之后。

4.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于：还包括折射率补偿晶体，所述折射率补偿晶体位于所述第一分光晶体与所述第二分光晶体之间。

5.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于：还包括扩束装置，所述扩束装置设置在所述光准直器之前，与所述光准直器连接。

6.根据权利要求5所述的光隔离器，其特征在于：所述扩束装置包括无芯光纤或渐变折射率光纤，所述无芯光纤或所述渐变折射率光纤的一端镀有增透膜，并且与所述光准直器连接，所述无芯光纤或所述渐变折射率光纤的另一端设置有熔接部。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光隔离器，其特征在于：所述第一分光晶体的材质为钒酸钇或铌酸锂；所述第二分光晶体的材质为钒酸钇或铌酸锂。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的光隔离器，其特征在于：所述旋光晶体的材质为TGG或TSAG。

9.根据权利要求2至4中任一项所述的光隔离器，其特征在于：所述折射率补偿晶体的材质为偏硼酸钡、氟化钡、氟化钙、磷酸二氢钾和磷酸二氘钾中的任意一种。

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