專利名稱：一種高功率的光學(xué)隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及激光領(lǐng)域，尤其涉及光學(xué)隔離器，特別適用于高功率激光 應(yīng)用。
技術(shù)背景光學(xué)隔離器就是具有讓正向傳輸?shù)墓馔ㄟ^，反向傳輸?shù)墓獠煌ㄟ^被隔離的 功能的光學(xué)器件，可抑制系統(tǒng)反射光對光源的不利影響，現(xiàn)已廣泛用于光通訊 領(lǐng)域。光學(xué)隔離器的核心部件是法拉第旋轉(zhuǎn)片，其受溫度變化影響較大，尤其是 對于高功率的光學(xué)隔離器，大量廢熱的產(chǎn)生將嚴重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。美國專利說明書"5115340"的技術(shù)方案提出一種高功率法拉第旋轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)， 將片狀磁光材料置于熱沉或冷卻套管或銅上，激光斜入射到磁光材料。該結(jié)構(gòu) 雖然采用面冷卻磁光材料，但由于入射激光束光斑較小，法拉第旋轉(zhuǎn)片局部發(fā) 熱亦是較大。另有美國專利說明書"7068413"的技術(shù)方案提出一種結(jié)構(gòu)，其中 法拉第旋轉(zhuǎn)片采用水冷方式來冷卻，入射光先經(jīng)光束變換裝置擴大光斑以降低 其功率密度，再采用蛤殼型反射鏡將入射光近似垂直入射到法拉第旋轉(zhuǎn)片上， 可較好地控制法拉第旋轉(zhuǎn)片溫度穩(wěn)定性，獲得可用于高功率的光隔離器。該專 利是采用蛤殼型反射鏡反射光束，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整不易。另，盤片激光器是利用盤狀激光介質(zhì)具有大的口徑/厚度比的特點，采用面 泵浦、面冷卻結(jié)構(gòu)，在均勻泵浦和冷卻條件下，可有效減小激光運轉(zhuǎn)的熱透鎮(zhèn): 效應(yīng)，獲得高光束質(zhì)量激光輸出。如果法拉第旋轉(zhuǎn)片亦采用盤片結(jié)構(gòu)，并采用 面冷卻方式，無疑將大大增強其散熱能力，維持系統(tǒng)穩(wěn)定性。 實用新型內(nèi)容針對上述問題，本實用新型提出另一種結(jié)構(gòu)更為簡單合理的方案來實現(xiàn)大 功率光學(xué)隔離器。
本實用新型的技術(shù)方案是
本實用新型的高功率的光學(xué)隔離器，包括按光路依次設(shè)置的光學(xué)起偏器、 光學(xué)擴束元件、膠合于熱沉基座上的法拉第旋轉(zhuǎn)片、光學(xué)縮束元件、波片和光 學(xué)起偏器。所述的法拉第旋轉(zhuǎn)片為盤片式結(jié)構(gòu)，法拉第旋轉(zhuǎn)片與熱沉基座之間 有反射膜層，所述的熱沉基座上還設(shè)置有冷卻裝置。所述的法拉第旋轉(zhuǎn)片為大 片、薄片式盤片結(jié)構(gòu)，為可磁飽和材料，可以是加磁場型，或自帶磁場型。
進一步的，所述的光學(xué)擴束元件的出射光直接入射于所述的法拉第旋轉(zhuǎn)片， 經(jīng)所述的反射膜層反射后再直接入射于光學(xué)縮束元件，構(gòu)成"V"字型光路?；?者，所述的光學(xué)擴束元件的出射光經(jīng)過一個平面反射鏡再反射到所述的法拉第 旋轉(zhuǎn)片，經(jīng)所述的反射膜層反射后再經(jīng)過另一個平面反射鏡反射到光學(xué)縮束元 件，構(gòu)成"M"字型光路。這樣的光路可以壓縮光學(xué)元件的空間。
進一步的，所述的熱沉基座內(nèi)設(shè)有熱管，所述的熱管上設(shè)置有水冷裝置。 或者，所述的熱沉基座內(nèi)設(shè)有熱管，所述的熱管上設(shè)置有散熱片和風(fēng)扇。通過 水冷方式或者風(fēng)冷的方式對熱沉基座上的法拉第旋轉(zhuǎn)片進行充分歉熱。
進一步的，所述的光學(xué)起偏器和光學(xué)檢偏器可以是work-off晶體或者雙 折射晶體楔角片或者雙折射晶體或者偏振棱鏡或者PBS棱鏡。
進一步的，所述的光學(xué)擴束元件和光學(xué)縮束元件可以是望遠鏡結(jié)構(gòu)或者棱 鏡對結(jié)構(gòu)。關(guān)于望遠鏡結(jié)構(gòu)或者棱鏡對結(jié)構(gòu)在本公司的已有申請案中已公開， 不再贅述。本實用新型采用如上技術(shù)方案，采用光學(xué)擴束元件使入射光斑變大以減少 在法拉第旋轉(zhuǎn)片上產(chǎn)生的熱效應(yīng)，并通過法拉第旋轉(zhuǎn)片下熱沉基座的冷卻裝置 帶走熱量，因此可以應(yīng)用于大功率激光領(lǐng)域，且結(jié)構(gòu)簡單合理。

圖1 (a)是本實用新型的第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖1 (b)是本實用新型的第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實用新型的第三實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本實用新型的熱沉基座采用風(fēng)冷方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型進一步說明。
本實用新型的思路就是將大片薄片式法拉第旋轉(zhuǎn)片放置在熱沉基座上，采 用冷卻水或熱管冷卻熱沉基座，采用擴束望遠鏡或擴束柱面鏡擴大激光在法拉 第旋轉(zhuǎn)片上的照射截面，以降低在法拉第旋轉(zhuǎn)片上產(chǎn)生的熱效應(yīng)，從而可較好 地控制法拉第旋轉(zhuǎn)片溫度。在法拉第旋轉(zhuǎn)片與散熱基片之間有高反膜，入射光 經(jīng)反射偏振方向旋轉(zhuǎn)45° ，同時采用雙折射晶體構(gòu)成起偏器與4企偏器來實現(xiàn)本 實用新型的高功率光學(xué)隔離器。
本實用新型的第一實施結(jié)構(gòu)如圖1 (a)所示，其中IOIA、 101B為work-off晶體，102A、 102B為擴束望遠鏡來作為光學(xué)擴束元件和光學(xué)縮束元件，103A、 103B為平面反射鏡，104為法拉第旋轉(zhuǎn)片(Garnet), 106為熱沉基座，其內(nèi)設(shè) 有熱管109, 105為水冷裝置，設(shè)置于熱管109上，法拉第旋轉(zhuǎn)片104與熱沉基 座106之間有反射膜層110， 107為1/4波片。Work-off晶體101A作為起偏器， Work-off晶體IOIB作為檢偏器。法拉第旋轉(zhuǎn)片(Garnet) 104與熱沉基座106 直接膠合，通過熱沉基座106冷卻法拉第旋轉(zhuǎn)片(Garnet) 104以獲得恒定的溫度梯度。由于擴束望遠鏡系統(tǒng)102A的進入光斑不會太大，因而起偏器的Work-off 晶體IOIA尺寸不用太大。擴束望遠鏡102A置于Work-off晶體IOIA之后，用 于擴大入射激光束，可使法拉第旋轉(zhuǎn)片(Garnet) 104上的熱分布面積更大，更 利于散熱。擴束望遠鏡102B用于激光束的縮束。所述的擴束望遠鏡系統(tǒng)102A 的出射光經(jīng)過一個平面反射鏡103A再反射到所述的法拉第旋轉(zhuǎn)片104,經(jīng)所述 的反射膜層110反射后再經(jīng)過另一個平面反射鏡103B反射到擴束望遠鏡102B, 構(gòu)成"M"字型光路。
圖1 (b)所示的第二實施例結(jié)構(gòu)與圖1 (a)所示的第一實施結(jié)構(gòu)相似。只 是采用棱鏡擴束對108A、 108B作為光學(xué)擴束元件和光學(xué)縮束元件來用于激光束 的擴束和縮束。
本實用新型亦可采用圖2所示的第三實施例結(jié)構(gòu)。其中，201A、 201B為輸 入激光和輸出激光束，202A、 202B分別為光學(xué)起偏器和光學(xué)檢偏器，所述的光 學(xué)起偏器和光學(xué)抬，偏器可以是work-off晶體或者雙折射晶體楔角片或者雙折 射晶體或者偏振棱鏡或者PBS棱鏡。光學(xué)擴束元件203A、光學(xué)縮束元件203B為 擴束望遠鏡或者可以為擴束棱鏡對。關(guān)于擴束望遠鏡或者可以為擴束棱鏡對在 本公司的已有申請案中已公開，于此不再贅述。106為熱沉基座，其內(nèi)設(shè)有熱管 109， 105為水冷裝置，設(shè)置于熱管109上，法拉第旋轉(zhuǎn)片104與熱沉基座106 之間有反射膜層110， 107為1/4波片。所述的光學(xué)擴束元件203A的出射光直 接入射于所述的法拉第旋轉(zhuǎn)片(Garnet) 104,經(jīng)所述的反射膜層110反射后再 直接入射于光學(xué)縮束元件203B,構(gòu)成"V"字型光路。
本實用新型的光學(xué)起偏器和光學(xué)檢偏器可采用work-off晶體、雙折射晶 體楔角片、各種雙折射晶體起偏棱鏡、PBS棱鏡等偏振起偏器。
如圖3所示，本實用新型的熱沉基座106亦可以采用風(fēng)冷方式。本實用新型的法拉第旋轉(zhuǎn)片104可置于放置在熱沉基座106上，所述的熱沉基座106內(nèi) 設(shè)有熱管109,并采用散熱片304與風(fēng)扇305冷卻熱管109。采用這種結(jié)構(gòu)總體 積較小，而且不需水來冷卻，比較方便。
本實用新型的法拉第旋轉(zhuǎn)片(Garnet) 104為可磁飽和材料，可以是加磁場 型，或自帶i茲場Garnet型。
本實用新型結(jié)構(gòu)適用于偏振無關(guān)結(jié)構(gòu)，特別是高功率光纖激光器。
盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本實用新型，但所屬領(lǐng)域的技術(shù) 人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本實用新型的精神和范圍內(nèi)， 在形式上和細節(jié)上可以對本實用新型做出各種變化，均為本實用新型的保護范 圍。
權(quán)利要求1.一種高功率的光學(xué)隔離器，包括按光路依次設(shè)置的光學(xué)起偏器、光學(xué)擴束元件、膠合于熱沉基座上的法拉第旋轉(zhuǎn)片、光學(xué)縮束元件、波片和光學(xué)起偏器，其特征在于所述的法拉第旋轉(zhuǎn)片為盤片式結(jié)構(gòu)，法拉第旋轉(zhuǎn)片與熱沉基座之間有反射膜層，所述的熱沉基座上還設(shè)置有冷卻裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率的光學(xué)隔離器，其特征在于所述的光學(xué)擴束 元件的出射光直接入射于所述的法拉第旋轉(zhuǎn)片，經(jīng)所述的反射膜層反射后再 直接入射于光學(xué)縮束元件，構(gòu)成"V"字型光路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率的光學(xué)隔離器，其特征在于所述的光學(xué)擴束 元件的出射光經(jīng)過一個平面反射鏡再反射到所述的法拉第旋轉(zhuǎn)片，經(jīng)所述的 反射膜層反射后再經(jīng)過另一個平面反射鏡反射到光學(xué)縮束元件，構(gòu)成"M"字 型光路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率的光學(xué)隔離器，其特征在于所述的熱沉基座 內(nèi)設(shè)有熱管，所述的熱管上設(shè)置有水冷裝置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率的光學(xué)隔離器，其特征在于所述的熱沉基座 內(nèi)設(shè)有熱管，所述的熱管上設(shè)置有散熱片和風(fēng)扇。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率的光學(xué)隔離器，其特征在于所述的光學(xué)起偏 器和光學(xué)檢偏器可以是work - off晶體或者雙折射晶體楔角片或者雙折射晶 體或者偏振棱鏡或者PBS棱鏡。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的高功率的光學(xué)隔離器，其特征在于所述的 光學(xué)擴束元件和光學(xué)縮束元件可以是望遠鏡結(jié)構(gòu)或者棱鏡對結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型涉及激光領(lǐng)域，尤其涉及光學(xué)隔離器，特別適用于高功率激光應(yīng)用。本實用新型的高功率的光學(xué)隔離器，包括按光路依次設(shè)置的光學(xué)起偏器、光學(xué)擴束元件、膠合于熱沉基座上的法拉第旋轉(zhuǎn)片、光學(xué)縮束元件、波片和光學(xué)起偏器。所述的法拉第旋轉(zhuǎn)片為盤片式結(jié)構(gòu)，法拉第旋轉(zhuǎn)片與熱沉基座之間有反射膜層，所述的熱沉基座上還設(shè)置有冷卻裝置。本實用新型采用光學(xué)擴束元件使入射光斑變大以減少在法拉第旋轉(zhuǎn)片上產(chǎn)生的熱效應(yīng)，并通過法拉第旋轉(zhuǎn)片下熱沉基座的冷卻裝置帶走熱量，因此可以應(yīng)用于大功率激光領(lǐng)域，且結(jié)構(gòu)簡單合理。
文檔編號G02F1/09GK201417351SQ20092013922
公開日2010年3月3日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者余洪瑞, 凌吉武, 礪 吳, 林錦銹, 陳燕平 申請人:福州高意通訊有限公司