CN207780406U - 光纤隔离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光纤隔离器,光纤隔离器在沿光路方向设置有准直器、第一偏振分光元件、偏振旋光元件、磁致旋光组件和第二偏振分光元件，第一偏振分光元件用于输出沿第一偏振分光光路传输的第一偏振分光，第一偏振分光元件用于输出沿第二偏振分光光路传输的第二偏振分光,第一偏振分光光路经过第一磁致旋光元件,第二偏振分光光路经过第二磁致旋光元件,第二偏振分光元件用于输出正向合束光,通过分离设置的第一磁致旋光元件和第二磁致旋光元件，有效提高通光孔径使用率，不仅大大降低磁致旋光元件的成本，而且由于单独设置的，在实际调试使用中，相比于一根大直径的旋光晶体更加具备灵活性，继而有利于提高调试精度和隔离度。

Description

光纤隔离器

技术领域

本实用新型涉及光学隔离器领域，尤其涉及一种光纤隔离器。

背景技术

在高功率激光器系统中，为了防止返回光返回系统内影响激光器的稳定运转甚至破坏激光器内部元器件，常需加入光隔离器，使光只能单向通过。

现有的光隔离器通过设置有旋光装置和偏振分光装置，当有强反射光返回时，通过旋光装置和偏振分光装置的配合使光线不能够原路返回至激光器中，其中光隔离器的核心部件是法拉第旋光晶体(TGG晶体)，而TGG晶体是光隔离器占据了最主要的成本，常规偏振无关光纤隔离器使用一个圆形TGG晶体，两束偏振分光均通过同一TGG晶体，在一般情况下，两束偏振分光经过一个TGG晶体，TGG晶体通光孔径的使用比例在≤10%，可见使用率很低。

对于高功率的隔离器，例如500W-1000W的高功率激光，为了降低激光损伤的风险，我们必须将准直器的光束直径设计的更大，同时更大的光束直径又要求更大的光束离（即偏振分光束之间的间距），因此需要更大孔径的TGG晶体来满足大光束和大走离的光束传输，随着TGG晶体通光孔径的增大，采购价格几乎是以平方倍的增长，同时直径增大的TGG晶体对其制造工艺的要求更大，具体是TGG晶体的材料均匀度，故普遍会影响TGG晶体消光比ER的均匀性，也会影响偏振旋转角度的一致性，旋转角度不一致会影响正向损耗和反向隔离度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种通光孔径使用率高且隔离度高的光纤隔离器。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供一种光纤隔离器，其特征在于，在沿光路方向设置有准直器、第一偏振分光元件、偏振旋光元件、磁致旋光组件和第二偏振分光元件；

第一偏振分光元件用于接收准直器输出的正向输入光，第一偏振分光元件用于输出沿第一偏振分光光路传输的第一偏振分光，第一偏振分光元件用于输出沿第二偏振分光光路传输的第二偏振分光；

磁致旋光组件包括第一磁致旋光元件和第二磁致旋光元件；

第一偏振分光光路依次经过第一偏振分光元件、偏振旋光元件、第一磁致旋光元件和第二偏振分光元件；

第二偏振分光光路依次经过第一偏振分光元件、偏振旋光元件、第二磁致旋光元件和第二偏振分光元件；

第二偏振分光元件用于输出正向合束光。

由上述方案可见，通过分离设置的第一磁致旋光元件和第二磁致旋光元件，继而是偏振分光束分别通过，继而有效提高通光孔径使用率，不仅大大降低磁致旋光元件的成本，而且由于单独设置的，在实际调试使用中，相比于一根大直径的旋光晶体更加具备灵活性，继而有利于提高调试精度和隔离度。

更进一步的方案是，第一偏振分光的光斑面积为S1，第一磁致旋光元件的端面面积为S2，≤30%。

更进一步的方案是，第二偏振分光的光斑面积为S3，第二磁致旋光元件的端面面积为S4， ≤30%。

由上可见，由于单独设置的磁致旋光元件，故可以避免在一个旋光晶体内部的光束离的问题，大大提升通光孔径使用率。

更进一步的方案是，第一偏振分光元件的偏振反射面的角度大于等于45°。

由上可见，通过反射面的角度设计为大于45°，例如宽带偏振反射面等，大角度的偏振反射面有利于降低PBS偏振反射面的镀膜难度，提高反向传输光路的ER，达到提高隔离度的目的。

更进一步的方案是，准直器的光轴和第一偏振分光光路共线设置；

光纤隔离器还设置有第三偏振分光元件，第三偏振分光元件位于第一偏振分光光路上，第三偏振分光元件位于第一偏振分光元件和偏振旋光元件之间。

由上可见，第三偏振分光元件作用是为提高反向传输水平偏振分量的消光比，达到提高整体隔离度的目的。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供一种光纤隔离器，其特征在于，在沿光路方向设置有第二偏振分光元件、磁致旋光组件、偏振旋光元件、第一偏振分光元件和准直器；

第二偏振分光元件用于接收反向输入光，第二偏振分光元件用于输出沿第一偏振分光光路传输的第一偏振分光，第二偏振分光元件用于输出沿第二偏振分光光路传输的第二偏振分光；

磁致旋光组件包括第一磁致旋光元件和第二磁致旋光元件；

第一偏振分光光路依次经过第二偏振分光元件、第一磁致旋光元件、偏振旋光元件和第一偏振分光元件；

第二偏振分光光路依次经过第二偏振分光元件、第二磁致旋光元件、偏振旋光元件和第一偏振分光元件；

第一偏振分光元件用于分别朝不同方向输出第一偏振分光和第二偏振分光。

由上述方案可见，通过分离设置的第一磁致旋光元件和第二磁致旋光元件，继而是偏振分光束分别通过，继而有效提高通光孔径使用率，不仅大大降低磁致旋光元件的成本，而且由于单独设置的，在实际调试使用中，相比于一根大直径的旋光晶体更加具备灵活性，继而有利于提高调试精度和隔离度。

附图说明

图1是本实用新型光纤隔离器第一实施例的正向光路原理图。

图2是本实用新型光纤隔离器第一实施例的反向光路原理图。

图3是本实用新型光纤隔离器第一实施例中的磁致旋光元件的通光示意图。

图4是本实用新型光纤隔离器第二实施例的正向光路原理图。

图5是本实用新型光纤隔离器第二实施例的反向光路原理图。

图6是本实用新型光纤隔离器第三实施例的正向光路原理图

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

光纤隔离器第一实施例：

参照图1至图3，光纤隔离器在沿正向光路方向设置有准直器11、第一偏振分光元件12、波片13、磁致旋光组件和第二偏振分光元件15，第一偏振分光元件12和第二偏振分光元件15采用PBS晶体，其是沿竖直方向设置有两个偏振介质膜，两个偏振介质膜的偏振反射面平行，继而使得第一偏振分光光路和第二偏振分光光路平行，且准直器11的光轴和第一偏振分光光路共线设置。波片13 可采用二分之一波片，当然也以采用其他偏振旋光元件。磁致旋光组件包括第一磁致旋光元件141和第二磁致旋光元件142，磁致旋光元件采用TGG晶体的法拉第旋光器，当然也是可以采用其他磁致旋光元件。除了采用波片这种偏振旋光元件外，还可以采用其它常规的偏振旋光元件如石英偏振光片31(见图6)，也可实现本实用新型目的。

正向通光使用时，第一偏振分光元件12用于接收准直器11输出的正向输入光，第一偏振分光元件12按照图中所示的光路进行偏振分光，并输出沿第一偏振分光光路传输的第一偏振分光161，和输出沿第二偏振分光光路传输的第二偏振分光162，第一偏振分光161的偏振态和第二偏振分光162的偏振态相互垂直，同时，第一偏振分光光路和第一偏振分光161均依次经过第一偏振分光元件12、波片13和第一磁致旋光元件141，最后入射至第二偏振分光元件15，而第二偏振分光光路依次经过第一偏振分光元件12、波片13、第二磁致旋光元件142和第二偏振分光元件15，最后经过第二偏振分光元件15的合束继而输出高消光比的正向合束光

在具有反向光通光时，相对应的，沿反向光路方向依次布置第二偏振分光元件15、磁致旋光组件、波片13、第一偏振分光元件12和准直器11，反向输入光进入第二偏振分光元件15后，分别沿第一偏振分光光路输出第一偏振分光，和沿第二偏振分光光路输出第二偏振分光，第一偏振分光光路依次经过第二偏振分光元件15、第一磁致旋光元件141、波片13和第一偏振分光元件12，最终第一偏振分光沿第一偏振分光光路朝90度角度射出，不进入准直器，而第二偏振分光光路依次经过第二偏振分光元件15、第二磁致旋光元件142、波片13和第一偏振分光元件12，第二偏振分光透射第一偏振分光元件12继续沿第二偏振分光光路出射，最终也是没有进入到准直器中，即第一偏振分光元件12用于分别朝不同方向输出第一偏振分光和第二偏振分光，继而实现光隔离。

从图3可见，第一偏振分光161的光斑面积为S1，第一磁致旋光元件141的端面面积为S2，通光孔径使用率可达≤30%,而第二偏振分光162的光斑面积为S3，第二磁致旋光元件142的端面面积为S4，通光孔径使用率可达≤30%,优选地，可设置为≤25%，≤25%。

由上可见，利用本案隔离器的结构紧凑，反向传输光束走离大，隔离度高，并且在用于高功率隔离器时，易于处理反向光，防止集中发热，在充分利用TGG通光孔径的同时，可以允许处理更大直径的准直光束，有利于降低热透镜效应的影响，另外各光学元件表面都设计有小的入射角度，达到提高回光损耗的目的。

光纤隔离器第二实施例：

参照图4和图5，在第一实施例的基础上，光纤隔离器还设置有第三偏振分光元件21，第三偏振分光元件21只设置有一个偏振介质膜，且该第三偏振分光元件21的偏振反射面与第一偏振分光元件的偏振反射面平行，第三偏振分光元件21位于第一偏振分光光路上，第三偏振分光元件21位于第一偏振分光元件12和波片13之间。

正向通光时，第一偏振分光直接透射第三偏振分光元件21，而在反向光通光时，能够分离一部分的反向光朝90度反射射出，继而可以提高反向传输水平偏振分量的消光比，达到提高整体隔离度的目的。

光纤隔离器第三实施例：

在第一实施例或第二实施例的基础上，还可以对第一偏振分光元件12的偏振反射面进行优化设置，具体是将偏振反射面的角度设计为大于等于45°，例如宽带偏振反射面等，通过大角度的偏振反射面有利于降低PBS偏振反射面的镀膜难度，提高反向传输光路的ER，达到提高隔离度的目的。

光纤隔离器的使用方法实施例：

应用于上述光纤隔离器的实施例，光纤隔离器的使用方法既可以是用户在实际使用时的操作步骤，也是可以在光纤隔离器出厂调试使用时所操作的步骤，使用方法包括：

将光纤隔离器的通光，继而会输出正向合束光，同时也会具有反向光输入至光纤隔离器；

通过现有常规仪器和方法可测试得出隔离度，如采用分光光路和探测器等；

根据隔离度分别对第一磁致旋光元件141或/和第二磁致旋光元件142进行位置调整，位置调整包括旋转、移动、偏移等，由于大直径的TGG的消光比均匀度会存在较大的工艺难度，很难保证每一根TGG晶体的均匀度，而本案可采用相对较小直径TGG晶体或磁致旋光元件，其良品率高，这样消光比均匀度相对会有保证，而现有技术的调整只能够调节一根TGG晶体，而本案是分别单独地调试两个，也有利于提高调试精度。

另外，对于偏振分光元件还可采用YVO4这种双轴晶体进行偏振分光，其也是可以实现本实用新型的目的。

由上可见，通过分离设置的第一磁致旋光元件和第二磁致旋光元件，继而是偏振分光束分别通过，继而有效提高通光孔径使用率，不仅大大降低磁致旋光元件的成本，而且由于单独设置的，在实际使用和调试使用中，可根据实际的隔离度或消光比对旋光元件进行调节，相比于一根大直径的旋光晶体更加具备灵活性，继而有利于提高调试精度和隔离度。

Claims (10)

1.光纤隔离器，其特征在于，在沿光路方向设置有准直器、第一偏振分光元件、偏振旋光元件、磁致旋光组件和第二偏振分光元件；

所述第一偏振分光元件用于接收所述准直器输出的正向输入光，所述第一偏振分光元件用于输出沿第一偏振分光光路传输的第一偏振分光，所述第一偏振分光元件用于输出沿第二偏振分光光路传输的第二偏振分光；

所述磁致旋光组件包括第一磁致旋光元件和第二磁致旋光元件；

所述第一偏振分光光路依次经过所述第一偏振分光元件、所述偏振旋光元件、所述第一磁致旋光元件和所述第二偏振分光元件；

所述第二偏振分光光路依次经过所述第一偏振分光元件、所述振旋光元件、所述第二磁致旋光元件和所述第二偏振分光元件；

所述第二偏振分光元件用于输出正向合束光。

2.根据权利要求1所述的光纤隔离器，其特征在于：

所述第一偏振分光的光斑面积为S1，所述第一磁致旋光元件的端面面积为S2， S1/S2≤30%。

3.根据权利要求1所述的光纤隔离器，其特征在于：

所述第二偏振分光的光斑面积为S3，所述第二磁致旋光元件的端面面积为S4，S3/S4≤30%。

4.根据权利要求1所述的光纤隔离器，其特征在于：

所述第一偏振分光元件的偏振反射面的角度大于等于45°。

5.根据权利要求1至4任一项所述的光纤隔离器，其特征在于：

所述准直器的光轴和所述第一偏振分光光路共线设置；

所述光纤隔离器还设置有第三偏振分光元件，所述第三偏振分光元件位于所述第一偏振分光光路上，所述第三偏振分光元件位于所述第一偏振分光元件和所述偏振旋光元件之间。

6.光纤隔离器，其特征在于，在沿光路方向设置有第二偏振分光元件、磁致旋光组件、偏振旋光元件、第一偏振分光元件和准直器；

第二偏振分光元件用于接收反向输入光，所述第二偏振分光元件用于输出沿第一偏振分光光路传输的第一偏振分光，所述第二偏振分光元件用于输出沿第二偏振分光光路传输的第二偏振分光；

所述磁致旋光组件包括第一磁致旋光元件和第二磁致旋光元件；

所述第一偏振分光光路依次经过所述第二偏振分光元件、所述第一磁致旋光元件、所述偏振旋光元件和所述第一偏振分光元件；

所述第二偏振分光光路依次经过所述第二偏振分光元件、所述第二磁致旋光元件、所述偏振旋光元件和所述第一偏振分光元件；

所述第一偏振分光元件用于分别朝不同方向输出所述第一偏振分光和所述第二偏振分光。

7.根据权利要求6所述的光纤隔离器，其特征在于：

所述第一偏振分光的光斑面积为S1，所述第一磁致旋光元件的端面面积为S2，S1/S2≤30%。

8.根据权利要求6所述的光纤隔离器，其特征在于：

所述第二偏振分光的光斑面积为S3，所述第二磁致旋光元件的端面面积为S4，S3/S4≤30%。

9.根据权利要求6所述的光纤隔离器，其特征在于：

所述第一偏振分光元件的偏振反射面的角度大于等于45°。

10.根据权利要求6至9任一项所述的光纤隔离器，其特征在于：

所述准直器的光轴和所述第一偏振分光光路共线设置；

所述光纤隔离器还设置有第三偏振分光元件，所述第三偏振分光元件位于所述第一偏振分光光路上，所述第三偏振分光元件位于所述第一偏振分光元件和所述偏振旋光元件之间。