CN213423633U - 一种光隔离器及激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及应用于激光加工的光学无源器件领域，公开了一种光隔离器，包括输入准直镜、分光晶体、相位延迟片、旋光装置和输出准直镜；旋光装置包括磁铁管，及设置在磁铁管内部的旋光晶体；该旋光晶体后端的端部设有倾斜的第一反射面和第二反射面，且第一反射面和第二反射面均为全反射面，以使正向光射入所述旋光装置后沿平行于射入方向的反方向射出。本实用新型可以有效的减小光隔离器的尺寸，在应用于激光器加工中能有效的实现集成化组装，同时也节约了成本。

Description

一种光隔离器及激光器

【技术领域】

本实用新型涉及应用于激光加工的光学无源器件技术领域，特别是涉及一种光隔离器及激光器。

【背景技术】

光隔离器是激光和光纤通讯领域中不可或缺的光学元件。在激光器加工应用中，来自各熔接点、各光学通过面及被加工的表面所产生的反射光会反过来传输到光路系统中，导致光路系统中各光学器件性能的恶化甚至损坏，致使激光器加工性能不稳定甚至直接不能工作。而光隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件，可有效的阻挡反射光返回到光路系统中，可有效的保护激光器中的核心光路元件。因此在激光器输出端增加光隔离器十分有必要。

目前的光隔离器在内部磁旋光部位采用光路直通式的设计方案，造成旋光晶体尺寸偏大，从而造成与之提供磁场的磁铁的尺寸偏大，不利于器件的集成化设计，极大的限制了光隔离器的使用场合和范围。虽然，一种紧凑型光隔离器(CN201821379798.5)公开了一种有效减少了光隔离器尺寸的方案，改进了光路直通式设计思路，但是其技术原理依旧是正向光从一端射入，然后从另一端射出，对于光隔离器的尺寸的缩小有限。针对集成度要求较高的激光器，这种方案依旧较难满足其需求。

【实用新型内容】

基于此，为解决上述问题，本实用新型实施例旨在提供一种光隔离器，旨在解决减小隔离器尺寸的问题，以解决目前提高激光器高度集成问题。

本实用新型实施例解决其技术问题采用以下技术方案：

一种光隔离器，其特征在于，包括：

输入准直镜、分光晶体、相位延迟片、旋光装置和输出准直镜；

所述旋光装置包括磁铁管，及设置在磁铁管内部的旋光晶体；

所述旋光晶体后端的端部设有倾斜的第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和所述第二反射面均为全反射面，以使正向光射入所述旋光装置后沿平行于射入方向的反方向射出。

作为上述技术方案的进一步改进方案，所述第一反射面与沿射入光路的夹角为α1，所述第二反射面与沿射入光路的夹角为α2，α1+α2＝90°。

作为上述技术方案的进一步改进方案，所述第一反射面、第二反射面、旋光晶体前端面均镀有增透膜。

所述第一反射面和所述第二反射面上分别设有第一反射镜和第二反射镜，所述第一的反射镜和所述第二反射镜均为全反镜。

或者，作为上述技术方案的进一步改进方案，所述第一反射面和第二反射面镀有全反膜，所述旋光晶体的前端镀有增透膜。

作为上述技术方案的进一步改进方案，沿正向光传输方向依次设有所述输入准直镜、分光晶体、旋光装置、输出准直镜。

或者，所述分光晶体包括第一分光晶体和第二分光晶体；沿正向光传输方向依次设有所述输入准直镜、第一分光晶体、旋光装置、第二分光晶体、输出准直镜。

作为上述技术方案的进一步改进方案，沿正向光传输方向所述相位延迟片设于所述分光晶体与所述旋光装置之间。

作为上述技术方案的进一步改进方案，所述光隔离器还包括冷却封装装置，所述输入准直镜、分光晶体、相位延迟片、旋光装置和输出准直镜均设于冷却封装装置内。

此外，本实用新型实施例解决其技术问题还采用以下技术方案：

一种激光器，包括上述光隔离器。

本实用新型的有益效果是：

本实施例提供的一种光隔离器，包括输入准直镜、分光晶体、相位延迟片、旋光装置和输出准直镜。旋光装置包括磁铁管，及设置在磁铁管内部的旋光晶体；通过旋光晶体后端的端部设有倾斜的第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和所述第二反射面均为全反射面，以使正向光射入所述旋光装置后沿平行于射入方向的反方向射出。

相对于现有技术，本实用新型的光隔离器可以使正向光路从同侧射入和射出，使输入准直镜和输出准直镜设置于同侧，也可以只使用一片分光晶体起到分光和合光的目的，因此，本实用新型可以有效的将光隔离器的尺寸进行缩小，有利于其集成化应用，同时也节约了成本。

此外，本实用新型提供的一种光隔离器还包括冷却封装装置，通过设置冷却封装装置可以有效的促进光隔离器中的光学元件的散热效果，从而提高了光隔离器的稳定性；同是将该光隔离器应用在激光器上，可以扩大激光器的使用功率范围，也利于激光器高度集成化组装。

【附图说明】

一个或者多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同数字符号的元件表示为类似的元件，除非特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本实用新型的光隔离器光路输出原理图；

图2为本实用新型实施例光隔离器的主视图；

图3为本实用新型另一实施例光隔离器的主视图；

图4为本实用新型正向光射入光隔离器的光路原理图；

图5为本实用新型反向光射入光隔离器的光路原理图。

【具体实施方式】

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说的是，当元件被表述为“设于”/“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“内”、“外”、“同侧”以及类似的表述只是为了说明的目的。

此外，在本说明书中，所述“第一”、“第二”字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同项或相似项进行区分。在本实用新型实施例中不作限制。为了便于结构位置限制，本实用新型以从输入准直镜射入到输出准直镜射出的光为正向光，且以射入/射出方向为参考进行部件的位置限定。例如，图2中射入输入准直镜100。

为了解决如何减小光隔离器尺寸这一问题，本实用新型提供了一种光隔离器，包括：输入准直镜、分光晶体、相位延迟片、旋光装置和输出准直镜；该旋光装置包括磁铁管，及设置在磁铁管内部的旋光晶体；旋光晶体后端的端部设有倾斜的第一反射面和第二反射面，且第一反射面和第二反射面均为全反射面，以使正向光射入所述旋光装置后沿平行于射入方向的反方向射出。即正向光路从同侧射入和射出，输入准直镜和输出准直镜设置于同侧，在整个正向光从经过输入准直镜到输出准直镜的过程中也可以只使用一片分光晶体起到分光和合光的目的，因此，本实用新型可以有效的将光隔离器的尺寸进行缩小，有利于其集成化应用，同时也节约了成本。

此外，本实用新型中沿正向光传输方向依次设有所述输入准直镜、分光晶体、旋光装置、输出准直镜；或者分光晶体包括第一分光晶体和第二分光晶体，沿正向光传输方向依次设有所述输入准直镜、第一分光晶体、旋光装置、第二分光晶体、输出准直镜；其中，相位延迟片设于分光晶体和旋光装置之间。具体地，可以理解的是，正向光依次经过设有的输入准直镜、分光晶体、相位延迟片、第一反射面、第二反射面、分光晶体、输出准直镜；或者正向光依次经过设有的输入准直镜、第一分光晶体、相位延迟片、第一反射面、第二反射面、第二分光晶体、输出准直镜；或者正向光依次经过设有的输入准直镜、分光晶体、第一反射面、第二反射面、相位延迟片、分光晶体、输出准直镜；或者正向光依次经过输入准直镜、第一分光晶体、第一反射面、第二反射面、相位延迟片、第二分光晶体、输出准直镜。最后，正向光从输出准直镜射出，耦合进入光纤。

本实用新型中提及的相位延迟片又称为波片，它是由双折射的材料加工而成，它可以使通过相位延迟片的两个相互正交的偏振分量产生相位偏移，可用来调整光束的偏振状态，通常采用石英晶体制成。

本实用新型中提及的增透膜可采用氟化钙制成，其作用是减少反射光的强度，从而增加透射光的强度。

本实用新型的光隔离器还包括冷却封装装置，输入准直镜、分光晶体、相位延迟片、旋光装置和输出准直镜均设于冷却封装装置内。该冷却封装装置包括：壳体、冷却介质入口和冷却介质出口，壳体的外壁和内壁之间为中空结构，冷却介质入口和冷却介质出口与该中空结构连接。输入准直镜、分光晶体、相位延迟片、旋光装置和输出准直镜均与壳体的内壁接触，壳体采用导热系数较高的材料，如铝合金、紫铜等，以提高隔离器的散热能力。冷却介质可采用水或者油。

具体地，下面结合附图，对本实用新型实施例进一步阐述。

实施例一

本实施例提供一种光隔离器，请一并参与图1和图2，该光隔离器包括输出准直镜100、分光晶体200、相位延迟片300、旋光装置400、输出准直镜500，该旋光装置400包括磁铁管410、及设置在磁铁管410内的旋光晶体420，该旋光晶体420的后端的端部设有倾斜的第一反射面421和第二反射面422。具体地，第一反射面421与沿射入所述第一反射面421光路的夹角为α1，第二反射面422与沿射入所述第二反射面422光路的夹角为α2，α1+α2＝90°，本实施例优选α1＝α2。其中，本实施例中的第一反射面421、第二反射面422、旋光晶体420前端面、旋光晶体420后端面均镀有增透膜，第一反射面421和第二反射面422上分别设有第一反射镜423和第二反射镜424，第一反射镜423和第二反射镜424的均为全反射镜。

本实施例中的，沿正向光传输方向依次设有所述输入准直镜100、分光晶体200、旋光装置400、输出准直镜500，其中，相位延迟片300设于分光晶体200和旋光装置400之间。其中，本实施例的分光晶体200还可以包括第一分光晶体210和第二分光晶体220。

具体地，沿正向光传输方向，正向光依次经过设有的输入准直镜100、第一分光晶体210、相位延迟片300、第一反射镜423、第二反射镜424、第二分光晶体220、输出准直镜500；或者沿正向光传输方向，正向光依次经过输入准直镜100、第一分光晶体210、第一反射镜423、第二反射镜424、相位延迟片300、第二分光晶体220、输出准直镜500。

具体地，沿正向光传输方向，正向光依次经过设有的输入准直镜100、分光晶体200、第一反射镜423、第二反射镜424、相位延迟片300、分光晶体200、输出准直镜500。优选地，参照图2，沿正向光传输方向，正向光依次经过设有的输入准直镜100、分光晶体200、相位延迟片300、第一反射镜423、第二反射镜424、分光晶体200、输出准直镜500。

此外，本实施例提供的光隔离器还包括冷却封装装置600，输入准直镜100、分光晶体200、相位延迟片300、旋光装置400和输出准直镜500均设于冷却封装装置600内。该冷却封装装置600包括：壳体610、冷却介质入口(未示出)、冷却介质出口(未示出)，壳体的外壁和内壁之间为中空结构620，冷却介质入口(未示出)和冷却介质(未示出)与中空结构620连接。输入准直镜100、分光晶体200、相位延迟片300、旋光装置400和输出准直镜500均与壳体610的内壁接触，壳体610采用导热系数较高的材料，如铝合金、紫铜等，以提高隔离器的散热能力。

如图4所示，本实施例正向光射入光隔离器的光路原理图，具体地，将激光输出光通过输入准直镜100准直，然后正向光从输入准直镜100射入分光晶体200，分光晶体200将非偏振光分解成两束偏振光o光和e光，两束偏振光o光和e光射入相位延迟片300，将o光和e光分别顺时针旋转45°，之后进入旋光装置400，由于旋光晶体420在磁铁管410的作用下产生磁致旋光效应，致使o光和e光分别再次顺时针旋转45°。此时，射出的两束偏振光与从分光晶体200射出的o光和e光旋转了90°，可以理解为，经过分光晶体200射出的o光变为e光，e光变为o光。最后，从旋光装置射出的两束偏振光射入分光晶体200，分光晶体200将两束偏振光合束成一束非偏振光，然后此束非偏振光射入输出准直镜500，最后耦合进光纤(未示出)。

如图5所示，本实施例反向光射入光隔离器的光路原理图，具体地，反向光从输出准直镜500射入，经过分光晶体200，将非偏振光分解成两束偏振光o光和e光，两束偏振光o光和e光射入旋光装置400，由于旋光晶体420在磁铁管410的作用下产生磁致旋光效应，致使o光和e光分别逆时针旋转45°，随后旋转后的两束偏振光o光和e光射入相位延迟片300，致使两束偏振光o光和e光再顺时针旋转45°，可以理解为，经过分光晶体200分离出的o光还是o光，e光还是e光。最后，经过相位延迟片300后的两束偏振光，射入到分光晶体200后，两束偏振光偏离在原光路两侧位置，无法射入到输入准直器100，有效的实现输入准直器光路的不可逆，隔离了反射及回返光进入激光器，有效的保护了激光器。

此外，本实施例还提供了一种激光器，该激光器包括实施例中的光隔离器。

实施例二

本实施例提供了另一种光隔离器，请参阅图3。本实施例与实施例一的光隔离器的组成及其结构相同，与上述实施例不同的是，本实施例中旋光晶体420的前端镀有增透膜，第一反射面421与第二反射面422均镀有全反射膜，改进实施例一中第一反射面421与第二反射面422均镀有增透膜，并在第一反射面421和第二反射面422上分别设有第一反射镜423和第二反射镜424，第一反射镜423和第二反射镜424均为全反镜的技术方案。

针对本实施例提供的光隔离器，正向光射入该入光隔离器的光路原理与实施例一相同，且反向光射入该隔离器的光路原理与实施例一一致，在此不在详述。

此外，本实施例还提供了一种激光器，该激光器包括本实施例中光隔离器。

可以理解的是：本实用新型提供了一种光隔离器，包括输出准直镜100、分光晶体200、相位延迟片300、旋光装置400、输出准直镜500，该旋光装置400包括磁铁管410、及设置在磁铁管410内的旋光晶体420，该旋光晶体420的后端的端部设有倾斜的第一反射面421和第二反射面422，其中，第一反射面421和第二反射面422均为全反射面，以使正向光沿平行于射入所述输入准直镜100的反方向从所述输出准直镜500射出，可有效的减小光隔离器的尺寸，提高激光器高度集成效果；同时由于输入准直镜100和输出准直镜500设置于同侧，也可以只使用一片分光晶体200起到分光和合光的目的，故也可以节约成本。

此外，本实用新型还包括冷却封装装置600，通过设置冷却封装装置600可以有效的促进光隔离器中的光学元件的散热效果，从而提高了光隔离器的稳定性；同是将该光隔离器应用在激光器上，可以扩大激光器的使用功率范围，也利于激光器高度集成化组装。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光隔离器，其特征在于，包括：

输入准直镜、分光晶体、相位延迟片、旋光装置和输出准直镜；

所述旋光装置包括磁铁管，及设置在磁铁管内部的旋光晶体；

所述旋光晶体后端的端部设有倾斜的第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和所述第二反射面均为全反射面，以使正向光射入所述旋光装置后沿平行于射入方向的反方向射出。

2.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，所述第一反射面与沿射入所述第一反射面光路的夹角为α1，所述第二反射面与沿射入所述第二反射面光路的夹角为α2，α1+α2＝90°。

3.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，所述第一反射面、第二反射面、旋光晶体前端面均镀有增透膜。

4.根据权利要求3所述的光隔离器，其特征在于，所述第一反射面和所述第二反射面上分别设有第一反射镜和第二反射镜，所述第一的反射镜和所述第二反射镜均为全反镜。

5.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，所述第一反射面和第二反射面镀有全反膜，所述旋光晶体的前端镀有增透膜。

6.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，沿正向光传输方向依次设有所述输入准直镜、分光晶体、旋光装置、输出准直镜。

7.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，所述分光晶体包括第一分光晶体和第二分光晶体；沿正向光传输方向依次设有所述输入准直镜、第一分光晶体、旋光装置、第二分光晶体、输出准直镜。

8.根据权利要求6或7任一项所述的光隔离器，其特征在于，沿正向光传输方向所述相位延迟片设于所述分光晶体与所述旋光装置之间。

9.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，所述光隔离器还包括冷却封装装置，所述输入准直镜、分光晶体、相位延迟片、旋光装置和输出准直镜均设于冷却封装装置内。

10.一种激光器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的光隔离器。

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