千瓦級高隔離度在線型光隔離器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種千瓦級高隔離度在線型光隔離器，沿正向光入射光軸上依次設有剝模器a、準直器a、法拉第旋光器a、1/2波片a、法拉第旋光器b、1/2波片b、準直器b和剝模器b，準直器a和法拉第旋光器a之間設有偏振分束器a，1/2波片a和法拉第旋光器b之間依次設有偏振分束器b和偏振分束器c，1/2波片b與準直器b之間設有偏振分束器d，光隔離器還設有冷卻封裝裝置，偏振分束器a和偏振分束器c一側的冷卻封裝裝置的內壁上設有窗口片。與傳統技術相比，該光隔離器的工作性能穩定，而且具有插入損耗小、散熱效率高以及隔離度高的優點，能夠適用于大功率激光器應用條件下的縱多領域。
【專利說明】千瓦級高隔離度在線型光隔離器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種光隔離器，尤其是一種千瓦級高隔離度在線型光隔離器，屬于高端激光加工，即激光切割、激光焊接、激光雕刻及激光3D打印等、激光武器、激光雷達通信及激光傳感領域等高端科技領域的應用。
【背景技術】
[0002]隨著科技的進步和時代的發展，激光從一個遙不可及的高科技產品逐漸在通訊、國防工業、民用工業以及醫學領域中得到廣泛的應用。光隔離器是激光和光纖通訊領域中不可或缺的光學元件。在高端大功率激光器應用中，大功率光隔離器是關鍵的核心器件，為大功率激光的正常運行提供可靠保障。高端半導體激光器、高端光放大器以及高端光纖激光器加工系統等高端激光應用領域中，對于來自各熔接點、各光學通過面及所加工之表面所產生的反射光由大功率的原因，反射光能量對系統的影響是非常敏感和致命的，后向傳輸光可能會導致光學系統中各光學器件的性能惡化甚至損壞，輕者激光器出光不穩定，重者損壞激光器。目前所使用的光隔離器功率很小，而且光隔離器的隔離度很低，極大程度地制約了千瓦級高端光纖激光器的發展。因此，開發一種較高功率的和工作穩定性更好的高隔離度的光隔離器迫在眉睫。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的在于提供一種千瓦級高隔離度在線型光隔離器，該光隔離器工作性能穩定，而且具有插入損耗小、散熱效率高和隔離度高的優點，能很好地被用于大功率脈沖激光器等光學領域中。
[0004]本實用新型的技術方案:一種千瓦級高隔離度在線型光隔離器，沿正向光入射光軸上依次設有剝模器a、準直器a、法拉第旋光器a、1/2波片a、法拉第旋光器b、l/2波片b、準直器b和剝模器b，準直器a和準直器b上均包括光纖尾纖、端帽和透鏡，準直器a和法拉第旋光器a之間設有偏振分束器a, 1/2波片a和法拉第旋光器b之間依次設有偏振分束器b和偏振分束器c, 1/2波片b與準直器b之間設有偏振分束器d,剝模器a、準直器a、偏振分束器a、法拉第旋光器a、1/2波片a、偏振分束器b、偏振分束器C、法拉第旋光器b、1/2波片b、偏振分束器d、準直器b均設于冷卻封裝裝置內，偏振分束器a和偏振分束器c 一側的冷卻封裝裝置的內壁上設有F:-5?Omm窗口片。其中剝模器a可以剝除從纖芯漏到內包層中傳輸的高階模式的激光等有害光，減小了有害光對光傳播效率的影響，采用端帽和透鏡組合的準直器可以承載的功率較大，窗口片可以將反向光打散，減小單位面積上光的強度，也可以提高準直器的承載功率。
[0005]前述的千瓦級高隔離度在線型光隔離器中，偏振分束器a、偏振分束器b、偏振分束器c和偏振分束器d均由I個三角形分光晶體和I個平行四邊形分光晶體組成，偏振分束器a、偏振分束器b、偏振分束器c和偏振分束器d上均設有高反膜。
[0006]前述的千瓦級高隔離度在線型光隔離器中，所述偏振分束器a由2個三角形分光晶體和I個平行四邊形分光晶體組成，偏振分束器b、偏振分束器C和偏振分束器d均由I個三角形分光晶體和I個平行四邊形分光晶體組成，偏振分束器b、偏振分束器c和偏振分束器d上均設有高反膜,偏振分束器a的入射光的一側設有45度反光鏡,冷卻封裝裝置內與45度反光鏡相對應的位置的內壁上設有F:-5?Omm的窗口片。
[0007]前述的千瓦級高隔離度在線型光隔離器中，所述偏振分束器a由4個三角形分光晶體組成，偏振分束器b和偏振分束器d均由2個三角形分光晶體和I個平行四邊形分光晶體組成，偏振分束器c由I個三角形分光晶體和I個平行四邊形分光晶體組成，偏振分束器c上設有高反膜；偏振分束器a的入射光的一側設有45度反光鏡,冷卻封裝裝置內與45度反光鏡相對應的位置的內壁上設有F:-5?Omm的窗口片。
[0008]前述的千瓦級高隔離度在線型光隔離器中，高反膜與光軸夾角為45°。分光晶體可以把入射的非偏振光分成兩束垂直的光線，其中P光完全通過，而S光以45°角被反射，出射方向與P光成90度角；高反膜能將S光反射進入法拉第旋光器a中。
[0009]前述的千瓦級高隔離度在線型光隔離器中，準直器a與偏振分束器a之間設有光闌a,偏振分束器b與偏振分束器c之間設有光闌c,偏振分束器d和準直器b之間設有光闌b。正向光幾乎可以無損通過，而反向光可以被光闌遮擋或者反射，只有極少量的反向光通過。
[0010]前述的千瓦級高隔離度在線型光隔離器中，所述冷卻封裝裝置包括殼體、冷卻腔、冷卻介質入口和冷卻介質出口，所述殼體的其中一端設有冷卻介質入口和冷卻介質出口，冷卻介質入口設于殼體的下方，冷卻介質出口設于殼體的上方，殼體的外壁與內壁之間為中空結構，所述冷卻介質入口和冷卻介質出口與該中空結構連接，冷卻腔設置在殼體內的兩端，冷卻腔與中空結構連通，剝模器a和剝模器b均設于冷卻腔內。
[0011]前述的千瓦級高隔離度在線型光隔離器中，冷卻封裝裝置內設有冷卻介質，冷卻介質可采用水或者油。
[0012]前述的千瓦級高隔離度在線型光隔離器中，光纖尾纖與端帽相熔接。
[0013]與傳統技術相比，本實用新型能夠提供一種千瓦級高隔離度在線型光隔離器，該光隔離器的工作性能穩定，而且具有插入損耗小、散熱效率高和隔離度高的優點，能夠適用于千瓦級大功率脈沖激光器等光學領域中，所述千瓦級的光隔離器是指額定功率在1000瓦以上。
[0014]通過采用雙極設計充分實現光隔離器的高隔離度。
[0015]通過設置冷卻裝置，使冷卻介質直接與光學器件熱承直接接觸，極大地提高了散熱效果，從而提高了光隔離器的穩定性，使其在長時間的大功率工作狀態下，依然能夠保持穩定的工作狀態。
[0016]通過設置剝模器，能夠剝除從纖芯漏到內包層中傳輸的高階模式的激光等有害光，減小了有害光對光傳播效率的影響。采用端帽和透鏡組合的準直器可以承載的功率較大，這些改進點都是本實用新型能夠適用于千瓦以上的大功率脈沖激光器的關鍵。
[0017]通過設置窗口片，可以將反向光打散，減小單位面積上光的強度，有效防止反向光損壞冷卻封裝裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】[0018]圖1、圖3和圖5是正向光進入光隔離器的光路圖；
[0019]圖2、圖4和圖6是反向光進入光隔離器的光路圖。
[0020]附圖中的標記為:1-光闌a, 2-光纖尾纖,3-準直器a, 4_偏振分束器a, 5_法拉第旋光器a，6-1/2波片a，7_偏振分束器b，8_高反膜，9_偏振分束器d，10-準直器b，11-45度反光鏡，12-冷卻封裝裝置，13-窗口片，14-剝模器a，15-端帽，16-透鏡，17-光闌b，20-殼體，21-冷卻腔，22-冷卻介質入口，23-冷卻介質出口，24-剝模器b，25-光闌C，26-偏振分束器C，27-法拉第旋光器b，28-1/2波片b。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0022]本實用新型的實施例1:如圖1、圖2所示，一種千瓦級高隔離度在線型光隔離器，沿正向光入射光軸上依次設有剝模器al4、準直器a3、法拉第旋光器a5、1/2波片a6、法拉第旋光器b27、1/2波片b28、準直器blO和剝模器b24，準直器a3和準直器blO上均包括光纖尾纖2、端帽15和透鏡16,準直器a3和法拉第旋光器a5之間設有偏振分束器a4,1/2波片a6和法拉第旋光器b27之間依次設有偏振分束器b7和偏振分束器c26,1/2波片b28與準直器blO之間設有偏振分束器d9,剝模器al4、準直器a3、偏振分束器a4、法拉第旋光器a5、1/2波片a6、偏振分束器b7、偏振分束器c26、法拉第旋光器b27、1/2波片b28、偏振分束器d9、準直器blO均設于冷卻封裝裝置12內，偏振分束器a4和偏振分束器c26 —側的冷卻封裝裝置12的內壁上設有F:-3mm窗口片13。所述偏振分束器a4、偏振分束器b7、偏振分束器c26和偏振分束器d9均由I個三角形分光晶體和I個平行四邊形分光晶體組成，偏振分束器a4、偏振分束器b7、偏振分束器c26和偏振分束器d9上均設有高反膜8。高反膜8與光軸夾角為45°。準直器a3與偏振分束器a4之間設有光闌al,偏振分束器b7與偏振分束器c26之間設有光闌c25,偏振分束器d9和準直器blO之間設有光闌bl7。所述冷卻封裝裝置12包括殼體20、冷卻腔21、冷卻介質入口 22和冷卻介質出口 23，所述殼體20的其中一端設有冷卻介質入口 22和冷卻介質出口 23，冷卻介質入口 22設于殼體20的下方，冷卻介質出口 23設于殼體20的上方，殼體20的外壁與內壁之間為中空結構，所述冷卻介質入口 22和冷卻介質出口 23與該中空結構連接，冷卻腔21設置在殼體20內的兩端，冷卻腔21與中空結構連通，剝模器al4和剝模器b24均設于冷卻腔21內。冷卻封裝裝置12內設有冷卻介質。光纖尾纖2與端帽15相熔接。
[0023]本實用新型的實施例2:如圖3、圖4所示，一種千瓦級高隔離度在線型光隔離器，沿正向光入射光軸上依次設有剝模器al4、準直器a3、法拉第旋光器a5、1/2波片a6、法拉第旋光器b27、1/2波片b28、準直器blO和剝模器b24，準直器a3和準直器blO上均包括光纖尾纖2、端帽15和透鏡16,準直器a3和法拉第旋光器a5之間設有偏振分束器a4,1/2波片a6和法拉第旋光器b27之間依次設有偏振分束器b7和偏振分束器c26,1/2波片b28與準直器blO之間設有偏振分束器d9,剝模器al4、準直器a3、偏振分束器a4、法拉第旋光器a5、1/2波片a6、偏振分束器b7、偏振分束器c26、法拉第旋光器b27、1/2波片b28、偏振分束器d9、準直器blO均設于冷卻封裝裝置12內，偏振分束器a4和偏振分束器c26 —側的冷卻封裝裝置12的內壁上設有F:-5mm的窗口片13。所述偏振分束器a4由2個三角形分光晶體和I個平行四邊形分光晶體組成，偏振分束器b7、偏振分束器c26和偏振分束器d9均由I個三角形分光晶體和I個平行四邊形分光晶體組成，偏振分束器b7、偏振分束器C26和偏振分束器d9上均設有高反膜8,偏振分束器a4的入射光的一側設有45度反光鏡11,冷卻封裝裝置12內與45度反光鏡11相對應的位置的內壁上設有F:-5mm的窗口片13。高反膜8與光軸夾角為45°。準直器a3與偏振分束器a4之間設有光闌al,偏振分束器b7與偏振分束器c26之間設有光闌c25,偏振分束器d9和準直器blO之間設有光闌bl7。所述冷卻封裝裝置12包括殼體20、冷卻腔21、冷卻介質入口 22和冷卻介質出口 23，所述殼體20的其中一端設有冷卻介質入口 22和冷卻介質出口 23，冷卻介質入口 22設于殼體20的下方，冷卻介質出口 23設于殼體20的上方，殼體20的外壁與內壁之間為中空結構，所述冷卻介質入口 22和冷卻介質出口 23與該中空結構連接，冷卻腔21設置在殼體20內的兩端，冷卻腔21與中空結構連通，剝模器al4和剝模器b24均設于冷卻腔21內。冷卻封裝裝置12內設有冷卻介質。光纖尾纖2與端帽15相熔接。
[0024]本實用新型的實施例3:如圖5、圖6所示，一種千瓦級高隔離度在線型光隔離器，沿正向光入射光軸上依次設有剝模器al4、準直器a3、法拉第旋光器a5、1/2波片a6、法拉第旋光器b27、1/2波片b28、準直器blO和剝模器b24，準直器a3和準直器blO上均包括光纖尾纖2、端帽15和透鏡16,準直器a3和法拉第旋光器a5之間設有偏振分束器a4,1/2波片a6和法拉第旋光器b27之間依次設有偏振分束器b7和偏振分束器c26,1/2波片b28與準直器blO之間設有偏振分束器d9,剝模器al4、準直器a3、偏振分束器a4、法拉第旋光器a5、1/2波片a6、偏振分束器b7、偏振分束器c26、法拉第旋光器b27、1/2波片b28、偏振分束器d9、準直器blO均設于冷卻封裝裝置12內，偏振分束器a4和偏振分束器c26 —側的冷卻封裝裝置12的內壁上設有F:0mm窗口片13。所述偏振分束器a4由4個三角形分光晶體組成，偏振分束器b7和偏振分束器d9均由2個三角形分光晶體和I個平行四邊形分光晶體組成，偏振分束器c26由I個三角形分光晶體和I個平行四邊形分光晶體組成，偏振分束器c26上設有高反膜8 ;偏振分束器a4的入射光的一側設有45度反光鏡11,冷卻封裝裝置12內與45度反光鏡11相對應的位置的內壁上設有F:0mm的窗口片13。高反膜8與光軸夾角為45°。準直器a3與偏振分束器a4之間設有光闌al,偏振分束器b7與偏振分束器c26之間設有光闌c25，偏振分束器d9和準直器blO之間設有光闌bl7。所述冷卻封裝裝置12包括殼體20、冷卻腔21、冷卻介質入口 22和冷卻介質出口 23，所述殼體20的其中一端設有冷卻介質入口 22和冷卻介質出口 23，冷卻介質入口 22設于殼體20的下方，冷卻介質出口23設于殼體20的上方，殼體20的外壁與內壁之間為中空結構，所述冷卻介質入口 22和冷卻介質出口 23與該中空結構連接，冷卻腔21設置在殼體20內的兩端，冷卻腔21與中空結構連通，剝模器al4和剝模器b24均設于冷卻腔21內。冷卻封裝裝置12內設有冷卻介質。光纖尾纖2與端帽15相熔接。
[0025]本實用新型的工作原理:正向光從光纖尾纖2進入剝模器al4，再經過準直器a3進入偏振分束器a4中，在偏振分束器a4中的分光晶體作用下，將光線分成P光和S光，其中P光穿過分光晶體進入法拉第旋光器a5中，S光被分光晶體反射到高反膜8上，S光在高反膜8的作用下被反射進入法拉第旋光器a5中。兩者迅速分開一定角度傳輸進入45°的法拉第旋光器a5。通過法拉第旋光器a,P光和S光的振動面各自向同一方向旋轉了 45°。旋轉后的P光和S光經過1/2波片a6后，又都向同一方向改變了 45°。此時的P光及S光進入偏振分束器b7中,在偏振分束器b7的作用下,將P光和S光合成一束光,合成的光束進入偏振分束器c26,偏振分束器c26再次將光線分成P光和S光，P光和S光穿過法拉第旋光器b27和1/2波片b28進入偏振分束器d9,偏振分束器d9將兩束光線再次合成一束光線經過準直器blO和剝模器b24由光纖尾纖2傳出，實現了光的正向傳輸。
[0026]反向光通過光纖尾纖2進入準直器b 10，再由準直器b 10進入偏振分束器b7后，光線被分成P光和S光，P光和S光經過1/2波片a6的作用,其振動面又各自向同一方向改變了 45°。由于法拉第效應的非互易性,P光和S光通過法拉第旋光器b27后,偏振方向仍然向同一個方向旋轉45° ,這樣原來的P光和S光在進入偏振分束器c26。P光和S光在偏振分束器c26作用下將其中一束光反射到窗口片13,窗口片使光線分散并被冷卻介質吸收。另一束光線進入偏振分束器b7,光線在偏振分束器b7內再次被分成P光和S光，P光和S光經過1/2波片a6和法拉第旋光器a5進入偏振分束器a4,在偏振分束器a4作用下，將光線引致窗口片13上，窗口片使光線再次分散并被冷卻介質吸收，釋放光的能量。幾乎沒有光線進入準直器a3中，從而達到了反向高隔離的目的。
[0027]其中冷卻封裝裝置12內設有冷卻介質，可以將光隔離器產生的熱量吸收，改善了光隔離器的工作環境，使光隔離器工作穩定，對光的隔離度較高。
【權利要求】
1.一種千瓦級高隔離度在線型光隔離器，其特征在于:沿正向光入射光軸上依次設有剝模器a (14)、準直器a (3)、法拉第旋光器a (5)、1/2波片a (6)、法拉第旋光器b (27)、1/2波片b (28)、準直器b (10)和剝模器b (24)，準直器a (3)和準直器b (10)上均包括光纖尾纖(2)、端帽(15)和透鏡(16),準直器a (3)和法拉第旋光器a (5)之間設有偏振分束器a (4)，1/2波片a (6)和法拉第旋光器b (27)之間依次設有偏振分束器b (7)和偏振分束器c (26)，1/2波片b (28)與準直器b (10)之間設有偏振分束器d (9)，剝模器a(14)、準直器a (3)、偏振分束器a (4)、法拉第旋光器a (5)、1/2波片a (6)、偏振分束器b(7)、偏振分束器c (26)、法拉第旋光器b (27)、1/2波片b (28)、偏振分束器d (9)、準直器b (10)均設于冷卻封裝裝置(12)內，偏振分束器a (4)和偏振分束器c (26) 一側的冷卻封裝裝置(12)的內壁上設有窗口片(13)。
2.根據權利要求1所述的千瓦級高隔離度在線型光隔離器，其特征在于:所述偏振分束器a (4)、偏振分束器b (7)、偏振分束器c (26)和偏振分束器d (9)均由I個三角形分光晶體和I個平行四邊形分光晶體組成，偏振分束器a (4)、偏振分束器b (7)、偏振分束器c (26)和偏振分束器d (9)上均設有高反膜(8)。
3.根據權利要求1所述的千瓦級高隔離度在線型光隔離器，其特征在于:所述偏振分束器a (4)由2個三角形分光晶體和I個平行四邊形分光晶體組成，偏振分束器b (7)、偏振分束器c (26)和偏振分束器d (9)均由I個三角形分光晶體和I個平行四邊形分光晶體組成，偏振分束器b (7)、偏振分束器c (26)和偏振分束器d (9)上均設有高反膜(8)，偏振分束器a (4)的入射光的一側設有45度反光鏡(11)，冷卻封裝裝置(12)內與45度反光鏡(11)相對應的位置的內壁上設有F: -5~Omm的窗口片(13 )。
4.根據權利要求1所述的千瓦級高隔離度在線型光隔離器，其特征在于:所述偏振分束器a (4)由4個三角形分光晶體組成，偏振分束器b (7)和偏振分束器d (9)均由2個三角形分光晶體和I個平行四邊形分光晶體組成，偏振分束器c (26)由I個三角形分光晶體和I個平行四邊形分光晶體組成，偏振分束器c (26)上設有高反膜(8);偏振分束器a (4)的入射光的一側設有45度反光鏡(11)，冷卻封裝裝置(12)內與45度反光鏡(11)相對應的位置的內壁上設有F:-5~Omm的窗口片(13)。
5.根據權利要求2或3或4所述的千瓦級高隔離度在線型光隔離器，其特征在于:高反膜(8)與光軸夾角為45°。
6.根據權利要求1所述的千瓦級高隔離度在線型光隔離器，其特征在于:準直器a(3)與偏振分束器a (4)之間設有光闌a (I),偏振分束器b (7)與偏振分束器c (26)之間設有光闌c (25)，偏振分束器d (9)和準直器b (10)之間設有光闌b (17)。
7.根據權利要求1所述的千瓦級高隔離度在線型光隔離器，其特征在于:所述冷卻封裝裝置(12)包括殼體(20)、冷卻腔(21)、冷卻介質入口(22)和冷卻介質出口(23)，所述殼體(20)的其中一端設有冷卻介質入口(22)和冷卻介質出口(23)，冷卻介質入口(22)設于殼體(20)的下方,冷卻介質出口(23)設于殼體(20)的上方,殼體(20)的外壁與內壁之間為中空結構，所述冷卻介質入口( 22 )和冷卻介質出口( 23 )與該中空結構連接，冷卻腔(21)設置在殼體(20)內的兩端，冷卻腔(21)與中空結構連通，剝模器a (14)和剝模器b (24)均設于冷卻腔(21)內。
8.根據權利要求1所述的千瓦級高隔離度在線型光隔離器，其特征在于:冷卻封裝裝置(12)內設有冷卻介質。
9.根據權利要求1所述的千瓦級高隔離度在線型光隔離器，其特征在于:光纖尾纖(2)與端帽(15)相熔接。
【文檔編號】G02B6/27GK203551838SQ201320643062
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月17日 優先權日:2013年10月17日
【發明者】李剛, 胡小波 申請人:深圳市創鑫激光技術有限公司