CN218383533U - 在线光隔离器和激光器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种在线光隔离器和激光器，在线光隔离器包括：沿在线光隔离器的光路方向依次设置的输入准直器、第一分光晶体、第一半波片、第二分光晶体、偏振态转换器、第二半波片、第三分光晶体、输出准直器。本申请通过将第一半波片与第一分光晶体中的一个第一分光膜对应设置，将第二半波片与第三分光晶体中的一个第三分光膜对应设置，将第二分光晶体中的一个第二分光膜分别与第一分光晶体中的两个第一分光膜和第三分光晶体中的两个第三分光膜对应设置，使得第二分光晶体作为反射元件，第一半波片和第二半波片作为偏振态转换元件，即构建一种整体结构紧凑的反射型在线光隔离器，实现了在线光隔离器的小型化。

Description

在线光隔离器和激光器

技术领域

本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种在线光隔离器和激光器。

背景技术

光隔离器是一种只允许光沿特定方向传输的非互易光学元件，在高功率的光纤激光系统中，光隔离器能有效地抑制回返光传输，从而起到保护整个激光系统的作用。

在相关技术中，在线光隔离器的输入和输出一般分布于隔离器主体的两侧，这使得在线光隔离器在激光器的有限空间内安装使用时，两端的光纤需要同时弯曲，易造成较大的弯曲损耗或占用空间过大，容易影响到激光器内部其他元件的安装和运行，并且限制了激光器往小型化发展。

实用新型内容

本申请提供一种在线光隔离器及激光器，能够避免与在线光隔离器连接的光纤发生大幅度的弯曲，并减少在线光隔离器所占用的空间。

为了达到上述目的，本申请提供一种在线光隔离器，包括：沿所述在线光隔离器的光路方向依次设置的输入准直器、第一分光晶体、第一半波片、第二分光晶体、偏振态转换器、第二半波片、第三分光晶体、输出准直器，所述输入准直器、所述第一分光晶体、所述第一半波片以及所述第二分光晶体沿第一方向依次排布，所述第二分光晶体和所述偏振态转换器沿第二方向依次排布，所述第一方向与所述第二方向垂直；其中，所述第一分光晶体中设置有相互平行的两个第一分光膜，所述第二分光晶体中设置有一个第二分光膜，所述第三分光晶体中设置有相互平行的两个第三分光膜；所述第一半波片与所述第一分光晶体中的一个所述第一分光膜对应设置，所述第二半波片与所述第三分光晶体中的一个所述第三分光膜对应设置；所述第二分光晶体中的一个所述第二分光膜分别与所述第一分光晶体中的两个所述第一分光膜和所述第三分光晶体中的两个所述第三分光膜对应设置。

其中，所述第二分光晶体、所述偏振态转换器、所述第二半波片、所述第三分光晶体以及所述输出准直器沿所述第二方向依次排布。

其中，所述在线光隔离器还包括设置在所述第一半波片和所述第二分光晶体之间的第一光阑以及设置在所述偏振态转换器与所述第二半波片之间的第二光阑。

其中，所述在线光隔离器还包括第四分光晶体，所述第二分光晶体、所述偏振态转换器以及所述第四分光晶体沿所述第二方向依次排布，所述输出准直器、所述第三分光晶体以及所述第二半波片沿所述第一方向依次排布；

其中，所述第四分光晶体中设置有一个第四分光膜，所述第四分光晶体中的一个所述第四分光膜分别与所述第二分光晶体中的一个所述第二分光膜和所述第三分光晶体中两个所述第三分光膜对应设置。

其中，所述在线光隔离器还包括设置在所述第一半波片和所述第二分光晶体之间的第一光阑以及设置在所述第四分光晶体与所述第二半波片之间的第二光阑。

其中，所述偏振态转换器包括石英旋光片、磁体以及磁光晶体。

其中，所述第一分光晶体和所述第三分光晶体均包括对称分布的第一部分和第二部分，所述第一半波片和所述第二半波片分别与所述第一分光晶体和所述第三分光晶体的第一部分同轴设置。

其中，所述输入准直器和所述输出准直器分别与所述第一半波片和所述第二半波片同轴设置。

其中，所述输入准直器和所述输出准直器均包括光纤和准直透镜。

本申请还提供一种激光器，包括如上述所述的在线光隔离器。

本申请的有益效果为：在本申请提供的在线光隔离器中，通过将第一半波片与第一分光晶体中的一个第一分光膜对应设置，将第二半波片与第三分光晶体中的一个第三分光膜对应设置，将第二分光晶体中的一个第二分光膜分别与第一分光晶体中的两个第一分光膜和第三分光晶体中的两个第三分光膜对应设置，使得除了需要偏振态转换器以外，只需要将第一半波片和第二半波片作为偏振态转换元件，并将第二分光晶体作为反射元件，即构建了一种反射型的在线光隔离器，实现了在线光隔离器整体结构紧凑的目的，减少了在线光隔离器占用的空间，并且由于第二分光晶体的反射作用对于在线光隔离器的光路方向的影响，使得对应输入准直器和输出准直器的输入和输出光纤无需设置于在线光隔离器的相对两侧，从而不需要输入/输出光纤需要同时弯曲，降低了对应的弯曲损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对根据本申请而成的各实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的一种在线光隔离器的结构示意图；

图2是正向光在图1对应的在线光隔离器中的光路示意图；

图3是反向光在图1对应的在线光隔离器中的光路示意图；

图4是本申请提供的另一种在线光隔离器的结构示意图；

图5是正向光在图4对应的在线光隔离器中的光路示意图；

图6是反向光在图4对应的在线光隔离器中的光路示意图；

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1，图1是本申请实施提供的一种在线光隔离器的结构示意图，在图1中，第一方向对应x方向，第二方向对应y方向，x方向和y反向相互垂直。如图1所示，该在线光隔离器包括沿该在线光隔离器的光路方向依次设置的输入准直器11、第一分光晶体12、第一半波片13、第二分光晶体14、偏振态转换器15、第二半波片16、第三分光晶体17、输出准直器18。该输入准直器11、该第一分光晶体12、该第一半波片13以及该第二分光晶体14沿x方向依次排布，该第二分光晶体14和该偏振态转换器15沿y方向依次排布。其中，该第一分光晶体12中设置有相互平行的两个第一分光膜121，该第二分光晶体14中设置有一个第二分光膜141，该第三分光晶体17中设置有相互平行的两个第三分光膜171。该第一半波片13与该第一分光晶体12中的一个该第一分光膜121对应设置，该第二半波片16与该第三分光晶体17中的一个该第三分光膜171对应设置。该第二分光晶体14中的一个该第二分光膜141分别与该第一分光晶体12中的两个该第一分光膜121和该第三分光晶体17中的两个该第三分光膜171对应设置。

本实施例通过将该第一半波片13与该第一分光晶体12中的一个该第一分光膜121对应设置，将该第二半波片16与该第三分光晶体17中的一个该第三分光膜171对应设置，并将该第二分光晶体14中的一个该第二分光膜141分别与该第一分光晶体12中的两个该第一分光膜121和该第三分光晶体17中的两个该第三分光膜171对应设置，一方面使得当存在正向光经由输入准直器11、第一分光晶体12和该第一半波片13后沿x方向入射到该第二分光晶体14时，会被该第二分光晶体14沿y方向反射到偏振态转换器15中，之后该正向光从偏振态转换器15对应射入第二半波片16和第三分光晶体17中，并最终从第三分光晶体17射出后经由输出准直器18向外输出，以达到正向传输的目的；另一方面使得当存在反向光经由输出准直器18、该第三分光晶体17、该第二半波片16以及偏振态转换器15后沿y方向对应入射到该第二分光晶体14时，会直接沿y方向透过该第二分光晶体14，从而不会被第二分光晶体14朝向第一半波片13、第一分光晶体12以及输入准直器11反射，从而达到反向隔离的效果。

由于在本实施例中，除了需要偏振态转换器15以外，只需要将第一半波片13和第二半波片16作为偏振态转换元件，并将第二分光晶体14作为反射元件，即构建了一种反射型的在线光隔离器，实现了在线光隔离器整体结构紧凑的目的，并且由于第二分光晶体14的反射作用对于在线光隔离器的光路方向的影响，使得对应输入准直器11和输出准直器18的输入和输出光纤无需设置于在线光隔离器的相对两侧，从而不需要输入/输出光纤需要同时弯曲，降低了对应的弯曲损耗。

在一种实施例中，如图1所示，该在线光隔离器的光路方向可以是L形光路，其中，该第二分光晶体14、该偏振态转换器15、该第二半波片16、该第三分光晶体17以及该输出准直器18沿该y方向依次排布，对应地，该第二分光晶体14的一个该第二分光膜141沿y方向与该第三分光晶体17的两个该第三分光膜171对应设置。其中，该在线光隔离器还包括设置在该第一半波片13和该第二分光晶体14之间的第一光阑20以及设置在该偏振态转换器15与该第二半波片16之间的第二光阑21。第一光阑20用于阻挡正向光中部分发生传输角度偏差的杂散光。第二光阑21用于阻挡正向光或者反向光中部分发生传输角度偏差的杂散光。

在图1所示的在线光隔离器中，该偏振态转换器15包括石英旋光片151、磁体153以及磁光晶体152。

为了更好地说明图1对应实施例的在线光隔离器的工作原理，请参阅图2和图3，图2是正向光在图1对应的在线光隔离器中的光路示意图，图3是反向光在图1对应的在线光隔离器中的光路示意图。

如图2所示，正向光经输入准直器11进入，在初次通过第一分光晶体12的第一分光膜121时，分成S光和P光，其中，S光在第一分光晶体12中在平行的两个第一分光膜121的反射作用下，经历两次反射后，沿x方向向前输出，并穿过该第一光阑20；P光在沿x方向透过第一分光晶体12后，由于该第一半波片13的光轴与从该第一分光晶体12传输过来的P光呈45°夹角，在其经过第一半波片13后，偏振态旋转90°，变成S光，之后穿过第一光阑20。这两束S光先后到达第二分光晶体14，经第二分光膜141的反射后，均沿y方向从第二分光晶体14射出，并穿过包括石英旋光片151、磁体153以及磁光晶体152的偏振态转换器15，由于石英旋光片151和磁光晶体152先后按照相反时针的方向改变了光束45°的偏振态，因而这两束S光的偏振态未发生变化，依然是S光。之后，这两束S光穿过第二光阑21后，其中一束S光在经过第二半波片16后，由于该第二半波片16的光轴与从该偏振态转换器15传输过来的S光呈45°夹角，其偏振态旋转90°，变成P光，并沿y方向在第三分光晶体17中传输；另外一束S光在第三分光晶体17中在平行的两个第三分光膜171反射作用下，经历两次反射后，与沿y方向在第三分光晶体17中传输的P光一起输出，两束光合为一束进入到输出准直器18中，并通过输出准直器18向外输出。

如图3所示，反向光在通过第三分光晶体17的第三分光膜171时，被分成S光和P光，其中，S光在第三分光晶体17中经过两次反射，沿y方向输出，P光在沿y方向透过第三分光晶体17后，又经过第二半波片16后，变成S光，沿y方向输出。两束S光穿过第二光阑21，先后经过偏振态转换器15。在反向传输时，磁光晶体152和石英旋光片151先后按照相同时针的方向改变了光束45°的偏振态，综合起来，即改变了光束90°的偏振态，此时两束S光均变成了P光。随后，两束P光沿y方向穿过第二分光晶体14，透射到光路外。此时，倘若反向光的光路发生偏移，部分光束的传输角度发生一定偏差，导致部分光束经第二分光晶体14的第二分光膜141发生反射时，可以被第一光阑20所阻挡，进一步地提高在线光隔离器的隔离性能。

在另一种实施中，如图4所示，图4是本申请实施例提供的另一种在线光隔离器的结构示意图，图4中的该在线光隔离器的光路方向可以是U形光路，与图1中所示的在线光隔离器相比，图4中的该在线光隔离器还包括第四分光晶体19，该第二分光晶体14、该偏振态转换器15以及该第四分光晶体19沿该y方向依次排布，该输出准直器18、该第三分光晶体17以及该第二半波片16沿该x向依次排布。其中，该第四分光晶体19中设置有一个第四分光膜191，该第四分光晶体19中的一个该第四分光膜191分别与该第二分光晶体14中的一个该第二分光膜141和该第三分光晶体17中两个该第三分光膜171对应设置。其中，该在线光隔离器还包括设置在该第一半波片13和该第二分光晶体14之间的第一光阑20以及设置在该第四分光晶体19与该第二半波片16之间的第二光阑21。第一光阑20用于阻挡正向光中部分发生传输角度偏差的杂散光。第二光阑21用于阻挡正向光或者反向光中部分发生传输角度偏差的杂散光。

在图4中的在线光隔离器中，通过增加第四分光晶体19作为反射元件，以在线光隔离器中实现正向光在第二分光晶体14和第四分光晶体19的作用下经历两次反射，基于第四分光晶体19和第二分光晶体14的反射作用对于在线光隔离器的光路方向的影响，使得对应输入准直器11和输出准直器18可以设置于在线光隔离器的同侧，进一步提升在线光隔离器整体结构的紧凑程度。

在图4所示的在线光隔离器中，该偏振态转换器15包括石英旋光片151、磁体153以及磁光晶体152。

为了更好地说明图4对应实施例中在线光隔离器的工作原理，请参阅图5和图6，图5是正向光在图4对应的在线光隔离器中的光路示意图，图6是反向光在图4对应的在线光隔离器中的光路示意图。

如图5所示，正向光经输入准直器11进入，在初次通过第一分光晶体12的第一分光膜121时，分成S光和P光，其中，S光在第一分光晶体12中在平行的两个第一分光膜121的反射作用下，经历两次反射后，沿x方向向前输出，并穿过该第一光阑20；P光在沿x方向透过第一分光晶体12后，由于该第一半波片13的光轴与从该第一分光晶体12传输过来的P光呈45°夹角，在其又经过第一半波片13后，偏振态旋转90°，变成S光，之后穿过第一光阑20。这两束S光先后到达第二分光晶体14，经反射后，均沿y方向从第二分光晶体14射出，并穿过包括石英旋光片151、磁体153以及磁光晶体152的偏振态转换器15，由于石英旋光片151和磁光晶体152先后按照相反时针的方向改变了光束45°的偏振态，因而这两束S光的偏振态未发生变化，依然是S光。之后，这两束S光通过第四分光晶体19时被第二次反射，沿x方向从第四分光晶体19射出，此时光束的传输方向与最初经输入准直器11入射的方向呈180°夹角，完全相反。这两束S光穿过第二光阑21后，由于该第二半波片16的光轴与从该第四分光晶体19传输过来的S光呈45°夹角，其中一束S光在经过第二半波片16后，偏振态旋转90°，变成P光，并沿x方向在第三分光晶体17中传输；另外一束S光在第三分光晶体17中在平行的两个第三分光膜171反射作用下，经历两次反射后，与沿x方向在第三分光晶体17中传输的P光一起输出，两束光合为一束进入到输出准直器18中，并通过输出准直器18向外输出。

如图6所示，反向光在通过第三分光晶体17的第三分光膜171时，被分成S光和P光，其中，S光在第三分光晶体17中经过两次反射，沿x方向输出，P光在沿x方向透过第三分光晶体17后，又经过第二半波片16，变成S光，沿x方向输出。两束S光穿过第二光阑21，先后到达第四分光晶体19，经反射后，均沿y方向从该第四分光晶体19射出，在反向传输时，磁光晶体152和石英旋光片151先后按照相同时针的方向改变了光束45°的偏振态，综合起来，即改变了光束90°的偏振态，此时两束S光均变成了P光。随后，两束P光沿y方向穿过第二分光晶体14，透射到光路外。此时，倘若反向光的光路发生偏移，部分光束的传输角度发生一定偏差，导致部分光束在经第二分光晶体14的第二分光膜141发生反射，便可以被第一光阑20所阻挡，进一步地提高在线光隔离器的隔离性能。

在图1和图4所示的在线光隔离器中，该第一分光晶体12和该第三分光晶体17均包括对称分布的第一部分和第二部分，该第一半波片13和该第二半波片16分别与该第一分光晶体12和该第三分光晶体17的第一部分同轴设置。具体的，该第一分光晶体12的第一部分和第二部分关于该第一分光晶体12的中心线对称分布，该第三分光晶体17的第一部分和第二部分关于该第三分光晶体17的中心线对称分布。

在图1和图4所示的在线光隔离器中，该输入准直器11和该输出准直器18分别与该第一半波片13和该第二半波片16同轴设置。

在图1和图4所示的在线光隔离器中，该输入准直器11和该输出准直器18均包括光纤(图中未示出)和准直透镜(图中未示出)。

本申请实施例还提供一种激光器(图中未示出)，包括如上述所述的在线光隔离器。

以上对本申请实施例所提供的一种在线光隔离器和激光器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。并且，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种在线光隔离器，其特征在于，包括：

沿所述在线光隔离器的光路方向依次设置的输入准直器、第一分光晶体、第一半波片、第二分光晶体、偏振态转换器、第二半波片、第三分光晶体、输出准直器，所述输入准直器、所述第一分光晶体、所述第一半波片以及所述第二分光晶体沿第一方向依次排布，所述第二分光晶体和所述偏振态转换器沿第二方向依次排布，所述第一方向与所述第二方向垂直；

其中，所述第一分光晶体中设置有相互平行的两个第一分光膜，所述第二分光晶体中设置有一个第二分光膜，所述第三分光晶体中设置有相互平行的两个第三分光膜；所述第一半波片与所述第一分光晶体中的一个所述第一分光膜对应设置，所述第二半波片与所述第三分光晶体中的一个所述第三分光膜对应设置；所述第二分光晶体中的一个所述第二分光膜分别与所述第一分光晶体中的两个所述第一分光膜和所述第三分光晶体中的两个所述第三分光膜对应设置。

2.根据权利要求1所述的在线光隔离器，其特征在于，所述第二分光晶体、所述偏振态转换器、所述第二半波片、所述第三分光晶体以及所述输出准直器沿所述第二方向依次排布。

3.根据权利要求2所述的在线光隔离器，其特征在于，所述在线光隔离器还包括设置在所述第一半波片和所述第二分光晶体之间的第一光阑以及设置在所述偏振态转换器与所述第二半波片之间的第二光阑。

4.根据权利要求1所述的在线光隔离器，其特征在于，所述在线光隔离器还包括第四分光晶体，所述第二分光晶体、所述偏振态转换器以及所述第四分光晶体沿所述第二方向依次排布，所述输出准直器、所述第三分光晶体以及所述第二半波片沿所述第一方向依次排布；

其中，所述第四分光晶体中设置有一个第四分光膜，所述第四分光晶体中的一个所述第四分光膜分别与所述第二分光晶体中的一个所述第二分光膜和所述第三分光晶体中两个所述第三分光膜对应设置。

5.根据权利要求4所述的在线光隔离器，其特征在于，所述在线光隔离器还包括设置在所述第一半波片和所述第二分光晶体之间的第一光阑以及设置在所述第四分光晶体与所述第二半波片之间的第二光阑。

6.根据权利要求1所述的在线光隔离器，其特征在于，所述偏振态转换器包括石英旋光片、磁体以及磁光晶体。

7.根据权利要求1所述的在线光隔离器，其特征在于，所述第一分光晶体和所述第三分光晶体均包括对称分布的第一部分和第二部分，所述第一半波片和所述第二半波片分别与所述第一分光晶体和所述第三分光晶体的第一部分同轴设置。

8.根据权利要求7所述的在线光隔离器，其特征在于，所述输入准直器和所述输出准直器分别与所述第一半波片和所述第二半波片同轴设置。

9.根据权利要求1所述的在线光隔离器，其特征在于，所述输入准直器和所述输出准直器均包括光纤和准直透镜。

10.一种激光器，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的在线光隔离器。

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