CN204557003U - 一种紧凑的反射型在线光纤激光隔离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种紧凑的反射型在线光纤激光隔离器。包括沿光正向传输路径上依次设置的双芯高功率准直器、屋脊棱镜、分束器、法拉第旋光器和实现将光的偏振态旋转45度的22.5度二分之一波片，还包括用于对法拉第旋光器施加外部磁场的磁环组件。本实用新型实现光正向传输，而反向光隔离的作用，能有效保护高功率激光系统，且本实用新型可大幅节俭目前在线型隔离器的零件，并显著缩小器件体积。

Description

一种紧凑的反射型在线光纤激光隔离器

技术领域

本实用新型适用于光纤激光器领域，特别涉及一种紧凑的反射型在线光纤激光隔离器。

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。

现有高功率准直输出型隔离器如图2所示，沿光正向传输方向从前到后包含高功率准直器201、第一分束器202、法拉第旋光器203、磁环组件204、22.5度二分之一波片205、第二分束器206和接收准直器207组成。光由准直器201出射后，经过第一分束器202，分成偏振态相互垂直的两束光O、E，两束光经过法拉第旋光器之后，偏振态分别顺时针45度（旋转方向可根据设计选择），再经过22.5度二分之一波片后，两偏振态变为与出射O、E偏振态垂直（或平行）的两独立偏振态，经第二分束器后，合并为一束光输出到接收准直器。

其反向光路如下所述，返回光在出射接收准直器后，经第二分束器206，分成O、E两束光，经过22.5度二分之一波片后，两束光的偏振态旋转45度，再经过法拉第旋光器，由于法拉第旋光器是非互易性器件，其偏振态仍然按顺时针方向旋转，故两束光的偏振态在经过之后，其偏振方向又被旋转回去了，这时，对第一分束器来说，上面的O光仍为O光，将直线传输，下面的为E光，则被偏转，两路光均不能返回到入射准直器中。

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紧凑的反射型在线光纤激光隔离器。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种紧凑的反射型在线光纤激光隔离器，包括沿光正向传输路径上依次设置的双芯高功率准直器、屋脊棱镜、分束器、法拉第旋光器和实现将光的偏振态旋转45度的22.5度二分之一波片，还包括用于对法拉第旋光器施加外部磁场的磁环组件。

在本实用新型实施例中，所述紧凑的反射型在线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双芯高功率准直器的其中一芯入射变为准直光，经由屋脊棱镜将该准直光折射，偏转角度后传输至分束器，分束成O、E两束光，再经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45度，并反射至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分束器合成一束光，并进入屋脊棱镜折射后，传输至双芯高功率准直器，并经由双芯高功率准直器的另一芯出射至另一光纤。

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

在本实用新型实施例中，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；该分束器由YVO4制作而成。

在本实用新型实施例中，所述22.5度二分之一波片由石英晶体制作而成。

在本实用新型实施例中，所述法拉第旋光器在光正向进入的一侧镀有增透膜，另一侧镀有高反膜。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、使用了双光纤高功率准直器实现现有设计两个准直器的功能；

2、只使用了一个分束器，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。

附图说明

图1是本实用新型紧凑的反射型在线光纤激光隔离器结构的顶部视图。

图2为现有隔离器的输光路与结构示意图。

图3 A为图1侧视状态，本发明实用新型正向传输到高反膜光路示意图。

图3 B为图1侧视状态，本发明实用新型高反膜到准直器正向传输光路示意图。

图4 A为图1侧视状态，本发明实用新型反向传输到高反膜光路示意图。

图4 B为图1侧视状态，本发明实用新型高反膜到准直器反向传输光路示意图。

图中：101、301、401-双芯高功率准直器，102、302、402-屋脊棱镜，103、202、206、303、403-分束器，104、205、304、404-22.5度二分之一波片，105、203、305、405-法拉第旋光器，106、204、306、406-磁环组件，201-高功率准直器，207接收准直器。

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。

如图1所示，本实用新型的一种紧凑的反射型在线光纤激光隔离器，包括沿光正向传输路径上依次设置的双芯高功率准直器101、屋脊棱镜102、分束器103、法拉第旋光器105和实现将光的偏振态旋转45度的22.5度二分之一波片104，还包括用于对法拉第旋光器105施加外部磁场的磁环组件106。

所述紧凑的反射型在线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双芯高功率准直器的其中一芯入射变为准直光，经由屋脊棱镜将该准直光折射，偏转角度后传输至分束器，分束成O、E两束光，再经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45度，并反射至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分束器合成一束光，并进入屋脊棱镜折射后，传输至双芯高功率准直器，并经由双芯高功率准直器的另一芯出射至另一光纤。所述法拉第旋光器与22.5度二分之一波片的先后位置可调换，即光正向传输时，从分束器出射后，先经过22.5度二分之一波片，再经过法拉第旋光器。

以下通过具体实施方案对本发明的反射型在线光纤隔离器进行进一步说明：

1、如示意图1所示，激光器的输出光经过双芯高功率准直器101之后变为准直光，由于是双芯高功率准直器，其纤心是偏移中心一定距离的，所以两光纤的出射光都是带有角度出射的，并且两束光与器件中心轴的夹角是对称的，夹角的大小与纤芯偏移距离和透镜设计直接相关，工程设计人员能轻松计算其大小；

2、出射光经过屋脊棱镜102后，由于被屋脊棱镜102折射，再次改变角度，此棱镜设计时需仔细计算，使出射光与屋脊棱镜物理轴交点恰好位于法拉第旋光器105高反膜的位置；

3、在屋脊棱镜102之后，摆放了分束器103，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3A所示为经过分束器103分为O、E两束光）

4、经过分束器103后，光进入到法拉第旋光器105，其单侧镀有高反膜，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，经高反膜反射后，再次经过法拉第旋光器105，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105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分束器103之后，再次被合成一束光；（如图3B所示）

7、合成一束的光出射分束器103之后，进入屋脊棱镜102，由于屋脊棱镜102是两侧对称的，因此经过屋脊棱镜102之后，光的偏角恰好与入射角度对称；

8、与入射角度对称的光经双芯高功率准直器101耦合之后被耦合到另一根光纤中，至此完成正向光路传输。

9、产品反向传输光路可参见示意图4A和4B，器件反向传输则接收光纤进光，根据光路可逆原则，在光进入法拉第旋光器405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；

10、由于法拉第旋光器405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；

11、由于偏振态的变化，则这时对于分束器403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401，光路被完美阻隔。

本实用新型的优势在于：

①使用了双光纤高功率准直器，兼具输出与接收功能，实现现有设计两个准直器的功能；

②使用了屋脊棱镜，偏转准直器的输出和接收光；

③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；

④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；

⑤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 (6)

1.一种紧凑的反射型在线光纤激光隔离器，其特征在于：包括沿光正向传输路径上依次设置的双芯高功率准直器、屋脊棱镜、分束器、法拉第旋光器和实现将光的偏振态旋转45度的22.5度二分之一波片，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所述的一种紧凑的反射型在线光纤激光隔离器，其特征在于：所述紧凑的反射型在线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双芯高功率准直器的其中一芯入射变为准直光，经由屋脊棱镜将该准直光折射，偏转角度后传输至分束器，分束成O、E两束光，再经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45度，并反射至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分束器合成一束光，并进入屋脊棱镜折射后，传输至双芯高功率准直器，并经由双芯高功率准直器的另一芯出射至另一光纤。

3.根据权利要求1或2所述的一种紧凑的反射型在线光纤激光隔离器，其特征在于：所述法拉第旋光器与22.5度二分之一波片的先后位置可调换，即光正向传输时，从分束器出射后，先经过22.5度二分之一波片，再经过法拉第旋光器。

4.根据权利要求1所述的一种紧凑的反射型在线光纤激光隔离器，其特征在于：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；该分束器由YVO4制作而成。

5.根据权利要求1所述的一种紧凑的反射型在线光纤激光隔离器，其特征在于：所述22.5度二分之一波片由石英晶体制作而成。

6.根据权利要求1所述的一种紧凑的反射型在线光纤激光隔离器，其特征在于：所述法拉第旋光器在光正向进入的一侧镀有增透膜，另一侧镀有高反膜。