專利名稱：一種高功率隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于隔離器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高功率隔離器。
背景技術(shù)：
目前應(yīng)用于高功率激光器的隔離器，其隔離度，即對反向光的截止程度在某些特定位置或角度的反向光的入射下表現(xiàn)出較沿正向光光路返回時低得多的值，這無疑將大大增加系統(tǒng)的損傷危險性，尤其是在高功率激光系統(tǒng)中。而在實際應(yīng)用中，返回光的方位有可能是隨機(jī)變化的，正常的隔離器在某些特殊情況下將失效。解決這一問題的辦法通常是增大晶體尺寸以獲得足夠的方位余量，但大尺寸晶體的設(shè)計，會帶來隔離器尺寸的增大和成本的急劇上升。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有高功率隔離器中存在的對反向光的截止程度在某些特定位置或角度的反向光的入射下表現(xiàn)出較沿正向光光路返回時低得多的值，大大增加系統(tǒng)的損傷危險性，而采用增大晶體尺寸以獲得足夠的方位余量的方法，會帶來尺寸的增大和成本的急劇上升等問題，提出一種高功率隔離器。本實用新型實施例是這樣實現(xiàn)的，一種高功率隔離器，該高功率隔離器的輸入光闌套接在構(gòu)件的前端；走離元件設(shè)置在輸入光闌和第一渥拉斯頓棱鏡之間，并且走離元件的主平面與第一渥拉斯頓棱鏡的楔角面垂直；法拉第磁光材料安裝在外加磁場之內(nèi)；輸出光闌套接在構(gòu)件的末端；半波片位于法拉第旋轉(zhuǎn)器入端或出端；第二渥拉斯頓棱鏡位于法拉第旋轉(zhuǎn)器和輸出光闌之間。進(jìn)一步，所述高功率隔 離器選用導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬材料輸入光闌。進(jìn)一步，所述輸入光闌上需要有通光孔，反射鏡固定在通光孔的兩側(cè)。進(jìn)一步，所述走離元件是雙折射晶體，其光軸與輸入光在同一平面內(nèi)并與輸入光成一定角度的夾角，光軸與輸入光構(gòu)成主平面。進(jìn)一步，所述走離元件的輸入輸出面要平行且都應(yīng)鍍高質(zhì)量增透膜。進(jìn)一步，所述第一渥拉斯頓棱鏡、第二渥拉斯頓棱鏡分別由兩片光軸互相垂直、且它們的光軸與入射光方向垂直或接近垂直的單軸雙折射晶體光楔組成。進(jìn)一步，所述半波片是雙折射晶體，光軸垂直于入射光。進(jìn)一步，所述法拉第旋轉(zhuǎn)器由非互易性法拉第磁光材料及外加磁場組成，外加磁場磁場方向平行或接近平行于光傳輸方向，其法拉第旋光角應(yīng)等于或接近45度。進(jìn)一步，所述高功率隔離器可以將兩個光楔組件的光軸分別相對第一渥拉斯頓棱鏡的兩個光楔組件的光軸形成45度夾角。本實用新型提供的高功率隔離器，基于巧妙運(yùn)用渥拉斯頓棱鏡和走離晶體的組合，在較小的晶體尺寸之下，獲得可調(diào)節(jié)且足夠大的方位余量，使隔離器在任何方位的反向光入射之下都能獲得滿意的隔離度。該實用新型在成本節(jié)約的情況下達(dá)成了隔離度的無限制設(shè)計，尤其是方位余量大小可通過輸入光闌的長度來調(diào)節(jié)和獲得，具有結(jié)構(gòu)上的突破性。該實用新型對偏振不敏感，對反向光的方位不敏感，能承受很強(qiáng)的反向功率。由于具有很大的通光孔徑，使得功率密度很低，能承受很高的激光功率。本實用新型的特別之處在于，在一定范圍內(nèi)，通光孔徑可以按要求提供，并不需要改動晶體尺寸而只需要簡單加長輸入光闌I即可。本實用新型對輸入光偏振態(tài)不敏感，適用范圍廣，由于鍍膜簡單，可靠性高且透過率很高。

圖1是本實用新型實施例提供的高功率隔離器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。圖1示出了本實用新型實施例提供的高功率隔離器結(jié)構(gòu)。為了便于說明，僅僅示出了與本實用新型相關(guān)的部分。輸入光闌I套接在構(gòu)件的前端；走離元件2設(shè)置在輸入光闌I和第一渥拉斯頓棱鏡6之間，并且走離元件2的主平面與第一渥拉斯頓棱鏡6的楔角面垂直；法拉第磁光材料4安裝在外加磁場3之內(nèi)；輸出光闌5套接在構(gòu)件的末端；半波片7位于法拉第旋轉(zhuǎn)器入端；半波片7用膠粘劑與第一渥拉斯頓棱鏡6邊角平齊粘貼；第二渥拉斯頓棱鏡8位于法拉第旋轉(zhuǎn)器和輸出光闌5之間；輸入光闌I應(yīng)選用導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬材料，也可用反射鏡固定在通光孔的兩側(cè)。輸入光闌I上需要有通光孔，以使輸入光能幾乎無損的通過，同時又不能過大，以免對反向光不能形成有效遮擋。通光孔的直徑一般按輸入光斑直徑的2倍估計，特殊情形，根據(jù)情況作調(diào)整。走離元件2是雙折射晶體，其光軸與輸入光在同一平面內(nèi)并與輸入光成一定角度的夾角。為保證經(jīng)過走離元件2后分開的兩束正交線偏振光在原輸入光兩側(cè)對稱的分開，需要設(shè)計合適的角度。例如對于釩酸釔，角度可以是5. 8度。對走離元件2的要求是表面質(zhì)量要好、平面度高、輸入輸出面要平行且都應(yīng)鍍高質(zhì)量增透膜。而走離元件2的長度則根據(jù)法拉第旋轉(zhuǎn)器的工作距離和渥拉斯頓棱鏡的分離角來共同決定。第一渥拉斯頓棱鏡6、第二渥拉斯頓棱鏡8是高度相似的一對組件。分別由兩片光軸互相垂直、且它們的光軸與入射光方向垂直或接近垂直的單軸雙折射晶體光楔組成，該棱鏡能將一束垂直入射的光分成兩束偏振面互相正交的偏振光，且這兩束偏振光具有一定的夾角，稱渥拉斯頓棱鏡。通過合理的設(shè)計，可以將此夾角設(shè)計成C，以達(dá)成走離元件分光距離=法拉第旋轉(zhuǎn)器工作距離Xe。此處C的單位為弧度。半波片7是雙折射晶體，光軸垂直于入射光。因為需要加工得很薄，往往選用弱雙折射晶體，如石英晶體。半波片7是指當(dāng)光小角度入射晶體并離開后，平行于光軸的光分量和垂直于光軸的光分量的相位差與初始相位差相差半個波長或半個波長的奇數(shù)倍。實際上，對于線偏振光，半波片7能將偏振光進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使輸出偏振光對稱的位于半波片光軸的另一側(cè)，也就是說，半波片7使偏振光旋轉(zhuǎn)了 2倍偏振光與半波片7光軸的夾角，而半波片7光軸就是該2倍角的中線。為方便描述，本實用新型使用光軸與第一渥拉斯頓棱鏡6的主平面成22. 5度或67. 5度的半波片，相應(yīng)的，經(jīng)過第一渥拉斯頓棱鏡6的兩束線偏光將會分別旋轉(zhuǎn)45度和135度。特別注意的是，由于色散的原因，特定的半波片7只對特定的波長有效。作為可替代方案，也可以不需要半波片7而將渥拉斯頓棱鏡8進(jìn)行如下特別改造將兩個光楔組件的光軸分別相對渥拉斯頓棱鏡6的兩個光楔組件的光軸形成45度夾角的設(shè)計。法拉第旋轉(zhuǎn)器由非互易性法拉第磁光材料4及外加磁場3組成，外加磁場3磁場方向平行或接近平行于光傳輸方向，且在指定的工作波長，其法拉第旋光角應(yīng)等于或接近45度。典型的法拉第旋轉(zhuǎn)器能將入射其中的光的偏振方向按某一特定方向旋轉(zhuǎn)45度，不管入射光方向與磁場方向同向還是反向。特別地，為設(shè)計和調(diào)節(jié)簡單，可在法拉第旋轉(zhuǎn)器入端或出端加半波片以使旋光角增加至90度或減小到O度而前向后向光的旋轉(zhuǎn)角差別仍為90度。為描述方便，本實用新型將半波片7置于法拉第旋轉(zhuǎn)器入端，因此，兩者的共同作用是使旋光角增加至90度而后向光的旋轉(zhuǎn)角減小到O度。對于O. 5 1.1um波長激光，非互易性法拉第磁光材料一般選用磁光玻璃或鋪鎵石槽石，對于1. 2 1. 6um波長激光,一般選用鉍鐵石榴石。其工作距離可定義為空氣隙長度+材料長度/材料折射率。輸出光闌5應(yīng)選用導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬材料。輸出光闌5上需要有通光孔，以使輸入光能幾乎無損的通過，同時又不能過大，以免對方位較大的反向光不能形成有效遮擋。通光孔的直徑一般按輸入光斑直徑的2倍估計，特殊情形，根據(jù)情況作調(diào)整。實施過程中，對法拉第磁光材料4按合適的尺寸加工、研磨拋光及鍍膜，要求是表面質(zhì)量要好、平面度高、輸入輸出面要平行且都應(yīng)鍍高質(zhì)量增透膜。將法拉第磁光材料4安裝在外加磁場3之內(nèi)，并用適當(dāng)?shù)哪z粘劑固定。一般而言，外加磁場3的磁路設(shè)計需要充分考慮法拉第磁光材料4的尺寸，以使法拉第旋光角度達(dá)到45度，而外加磁場3通常由永磁體構(gòu)成。同時，為了裝配方便及兼顧結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，永磁體需要安裝在金屬底座或金屬套之內(nèi)；而金屬底座或金屬套必須要密封良好，在通光方向的兩端，留有接口以便組成該實用新型的其他部件能固定在此金屬底座或金屬套之上。實施過程中，將一對光軸互相正交且與通光方向垂直的雙折射晶體光楔用膠粘劑邊角平齊粘貼構(gòu)成第一渥拉斯頓棱鏡6。在設(shè)計時，光楔楔角法線與光的傳輸方向構(gòu)成的平面，應(yīng)與兩光楔的光軸平行或垂直；在外形上，第一渥拉斯頓棱鏡6的通光面應(yīng)設(shè)計成長方形或正方形，故光軸便與邊線垂直或平行。將半波片7用膠粘劑與第一渥拉斯頓棱鏡6邊角平齊粘貼，并置于第一渥拉斯頓棱鏡6的右方，保證通光范圍內(nèi)無膠。在設(shè)計上，將半波片7的外形設(shè)計成長方形或正方形，并使半波片7的光軸與半波片7的邊線成22. 5度或67. 5度，以方便的使半波片7的光軸與第一渥拉斯頓棱鏡6的光軸成22. 5度或67. 5度。將上述組件與走離元件2裝入一金屬件中，用合適的膠粘劑固定，并使走離元件2的主平面與第一渥拉斯頓棱鏡6的楔角面垂直，以達(dá)成走離元件2平行分開的兩束線偏振光被第一渥拉斯頓棱鏡6按一定角度匯聚。將上述組件裝入隔離器金屬底座或金屬套的接口之中，可用機(jī)械方式鎖緊、焊接或膠粘劑固定。實施過程中，將一對光軸互相正交且與通光方向垂直的雙折射晶體光楔用膠粘劑邊角平齊粘貼構(gòu)成第二渥拉斯頓棱鏡8。在設(shè)計時，光楔楔角法線與光的傳輸方向構(gòu)成的平面，應(yīng)與兩光楔的光軸平行或垂直；在外形上，第二渥拉斯頓棱鏡8的通光面應(yīng)設(shè)計成長方形或正方形，故光軸便與邊線垂直或平行。將第二渥拉斯頓棱鏡8裝入一金屬件，用合適的膠粘劑固定。此組件應(yīng)可以實現(xiàn)前后平移以補(bǔ)償設(shè)計偏差及加工誤差，也就是說，應(yīng)使該組件在固定之前能前后移動以使第二渥拉斯頓棱鏡8的中點(diǎn)與經(jīng)第一渥拉斯頓棱鏡6作用而匯聚的兩束線偏振光的交點(diǎn)重合，以達(dá)成將具有一定夾角的兩束正交線偏振光合成一束光的目的。同時，該組件還應(yīng)可以繞光的傳播方向旋轉(zhuǎn)，以精確修正旋光角的偏差以及在光路調(diào)節(jié)中達(dá)到優(yōu)化狀態(tài)。調(diào)節(jié)過程應(yīng)在一對準(zhǔn)直器的協(xié)助下進(jìn)行，在線監(jiān)控透過率、偏振相關(guān)損耗、隔離度及回波損耗等。達(dá)到要求后固定此位置。較合理的設(shè)計是使用細(xì)牙螺紋副或圓筒套接結(jié)構(gòu)，即可調(diào)解前后距離，又可旋轉(zhuǎn)。實施過程中，在上述結(jié)構(gòu)件前邊套接輸入光闌1，后邊套接輸出光闌5。兩光闌的通光孔居中。需要注意的是，輸入光闌I的長度與光斑大小、通光孔徑大小有密切關(guān)聯(lián)。實用中應(yīng)使反向光在輸入光闌I處分開的距離至少是通光孔徑的3倍。因為反向光會按第一渥拉斯頓棱鏡6和第二渥拉斯頓棱鏡8所決定的分光角的兩倍分開，所以光闌的長度越長，分開距離越大，隔離度的方位冗余越大。但鑒于尺寸的原因，不必過長。本實用新型實施例提供的高功率隔離器的正向光路是一束任意偏振態(tài)的光入射隔離器，無損的通過光闌1，被走離晶體2分成兩束光軸線互相平行、分開一定距離的偏振面互相正交的線偏振光，渥拉斯頓棱鏡6將這兩束線偏光按一定角度匯聚，匯聚點(diǎn)位于渥拉斯頓棱鏡8的中點(diǎn)。經(jīng)過渥拉斯頓棱鏡6的被改變傳輸方向的兩束光，經(jīng)過半波片7，偏振面分別旋轉(zhuǎn)45度，法拉第旋轉(zhuǎn)器進(jìn)一步將這兩束光再朝同一方向旋轉(zhuǎn)45度，總共是90度，到達(dá)渥拉斯頓棱鏡8時，兩束光的偏振面已經(jīng)旋轉(zhuǎn)了 90度，位于兩光束交匯點(diǎn)的渥拉斯頓棱鏡8分別將兩束光的傳播方向改變?yōu)榕c輸入隔離器時平行的狀態(tài)，最后無損的通過光闌5。所以總的效果是，輸出光與輸入光平行，經(jīng)過分光后又匯聚成一束。本實用新型實施例提供的高功率隔離器的反向光路是一束任意偏振態(tài)的光反向輸入隔離器，假設(shè)無損的通過光闌5，被渥拉斯頓棱鏡8分成兩束光軸線分開一定角度的偏振面互相正交的線偏振光，它們的偏振面被法拉第旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)45度，通過半波片7后朝與法拉第旋轉(zhuǎn)器的旋光方向相反的方向旋轉(zhuǎn)45度，于是相當(dāng)于沒有任何旋轉(zhuǎn)，就是旋轉(zhuǎn)角為O度。因為經(jīng)過渥拉斯頓棱鏡8分光后的兩束線偏振光相當(dāng)于沒有偏振面旋轉(zhuǎn)的進(jìn)入渥拉斯頓棱鏡6，渥拉斯頓棱鏡6再次將兩束線偏振光朝與渥拉斯頓棱鏡8分光相似的方向分開，所以總的分開角度變?yōu)閱蝹€渥拉斯頓棱鏡分開角度的2倍。與此同時，因為相比正向光路偏振面相差了 90度，這兩束光被走離晶體2進(jìn)一步分開而更加遠(yuǎn)離。總體的效果是，在離開走離晶體2的那一刻，兩束光分開的距離是單個走離晶體分光距離的2倍，而角度也是單個渥拉斯頓棱鏡分開角度的2倍。因為有角度分光的存在，只要光闌I離走離晶體2夠遠(yuǎn)，總能得到離光闌I的通光孔足夠遠(yuǎn)的距離。以致實際使用條件下的任何方位的反向光，都不能通過光闌I。在本實用新型中，高功率隔離器的正向設(shè)計光路是先用走離晶體將輸入光分開一定距離，再用第一渥拉斯頓棱鏡將兩束光按一定角度會聚，經(jīng)過合適的旋光，最后用第二渥拉斯頓棱鏡將兩束有一定夾角的會聚光合成一束光。在本實用新型中，高功率隔離器的反向設(shè)計光路是先第二渥拉斯頓棱鏡將輸入光分開一定角度，經(jīng)過合適的旋光，再用第一渥拉斯頓棱鏡將兩束光分開更大的角度，最后用走離晶體將兩束大角度的光側(cè)移而分得更開，從而達(dá)成兩束光遠(yuǎn)離輸入光闌，而且輸入光闌離走離晶體越遠(yuǎn)，兩束光越遠(yuǎn)離輸入光闌。本實用新型實施例提供的高功率隔離器，基于巧妙運(yùn)用渥拉斯頓棱鏡和走離晶體的組合，在較小的晶體尺寸之下，獲得可調(diào)節(jié)且足夠大的方位余量，使隔離器在任何方位的反向光入射之下都能獲得滿意的隔離度。該實用新型在成本節(jié)約的情況下達(dá)成了隔離度的無限制設(shè)計，尤其是方位余量大小可通過輸入光闌的長度來調(diào)節(jié)和獲得，具有結(jié)構(gòu)上的突破性。該實用新型對偏振不敏感，對反向光的方位不敏感，能承受很強(qiáng)的反向功率。由于具有很大的通光孔徑，使得功率密度很低，能承受很高的激光功率。本實用新型的特別之處在于，在一定范圍內(nèi)，通光孔徑可以按要求提供，并不需要改動晶體尺寸而只需要簡單加長輸入光闌I即可。本實用新型對輸入光偏振態(tài)不敏感，適用范圍廣，由于鍍膜簡單，可靠性高且透過率很高。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高功率隔離器，其特征在于，該高功率隔離器的輸入光闌套接在構(gòu)件的前端； 走離元件設(shè)置在輸入光闌和第一渥拉斯頓棱鏡之間，并且走離元件的主平面與第一渥拉斯頓棱鏡的楔角面垂直；法拉第磁光材料安裝在外加磁場之內(nèi)；輸出光闌套接在構(gòu)件的末端；半波片位于法拉第旋轉(zhuǎn)器入端或出端；第二渥拉斯頓棱鏡位于法拉第旋轉(zhuǎn)器和輸出光闌之間。
2.如權(quán)利要求1所述的高功率隔離器，其特征在于，所述高功率隔離器選用導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬材料輸入光闌。
3.如權(quán)利要求1所述的高功率隔離器，其特征在于，所述輸入光闌上需要有通光孔，反射鏡固定在通光孔的兩側(cè)。
4.如權(quán)利要求1所述的高功率隔離器，其特征在于，所述走離元件是雙折射晶體，其光軸與輸入光在同一平面內(nèi)并與輸入光成一定角度的夾角，光軸與輸入光構(gòu)成主平面。
5.如權(quán)利要求1所述的高功率隔離器，其特征在于，所述走離元件的輸入輸出面要平行且都應(yīng)鍍高質(zhì)量增透膜。
6.如權(quán)利要求1所述的高功率隔離器，其特征在于，所述第一渥拉斯頓棱鏡、第二渥拉斯頓棱鏡分別由兩片光軸互相垂直、且它們的光軸與入射光方向垂直或接近垂直的單軸雙折射晶體光楔組成。
7.如權(quán)利要求1所述的高功率隔離器，其特征在于，所述半波片是雙折射晶體，光軸垂直于入射光。
8.如權(quán)利要求1所述的高功率隔離器，其特征在于，所述法拉第旋轉(zhuǎn)器由非互易性法拉第磁光材料及外加磁場組成，外加磁場磁場方向平行或接近平行于光傳輸方向，其法拉第旋光角應(yīng)等于或接近45度。
9.如權(quán)利要求1所述的高功率隔離器，其特征在于，所述高功率隔離器可以將兩個光楔組件的光軸分別相對第一渥拉斯頓棱鏡的兩個光楔組件的光軸形成45度夾角。
專利摘要本實用新型公開了一種高功率隔離器，運(yùn)用渥拉斯頓棱鏡和走離晶體的組合，在較小的晶體尺寸之下，獲得可調(diào)節(jié)且足夠大的方位余量，使隔離器在任何方位的反向光入射之下都能獲得滿意的隔離度，在成本節(jié)約的情況下達(dá)成了隔離度的無限制設(shè)計，尤其是方位余量大小可通過輸入光闌的長度來調(diào)節(jié)和獲得，具有結(jié)構(gòu)上的突破性。該實用新型對偏振不敏感，對反向光的方位不敏感，能承受很強(qiáng)的反向功率。本實用新型由于具有很大的通光孔徑，使得功率密度很低，能承受很高的激光功率，通光孔徑可以按要求提供，并不需要改動晶體尺寸而只需要簡單加長輸入光闌即可。本實用新型對輸入光偏振態(tài)不敏感，適用范圍廣，由于鍍膜簡單，可靠性高且透過率很高。
文檔編號G02F1/09GK202870426SQ201220515218
公開日2013年4月10日 申請日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者龍躍金 申請人:光越科技(深圳)有限公司