本發(fā)明涉及激光應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是一種自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器。

背景技術(shù)：

由于高功率激光加工系統(tǒng)對(duì)異常進(jìn)入的光非常敏感，如果返回到激光器的光較強(qiáng)，就會(huì)影響激光器的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，更嚴(yán)重的將會(huì)損壞整個(gè)激光系統(tǒng)，所以要在激光系統(tǒng)中加入光隔離器，使光只能正向通過(guò)，并把反向的回返光進(jìn)行濾除。

光隔離器是一種只允許正向光通過(guò)而阻擋反向光通過(guò)的光無(wú)源器件，用以抑制高功率激光加工系統(tǒng)中回返光對(duì)激光器所造成的不利影響。通常光隔離器的磁光晶體對(duì)1um的激光有0.25%的吸收，在較低激光功率情況下這種吸收發(fā)熱現(xiàn)象可以忽略不計(jì)，但在很高激光功率的情況下，吸收發(fā)熱會(huì)在晶體中產(chǎn)生熱致雙折射效應(yīng)和熱透鏡效應(yīng)，嚴(yán)重影響了輸出光束的消光比和光斑質(zhì)量，造成激光加工時(shí)的焦點(diǎn)偏移，降低工作焦點(diǎn)的精細(xì)度，進(jìn)而影響激光加工的質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)可靠、隔離度高的自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器。

為了實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器，其包括依序設(shè)置的光纖準(zhǔn)直器、入光光闌、第一分束器、第一旋光片、第一磁光晶體、第一補(bǔ)償器、第二旋光片、第二磁光晶體、第二補(bǔ)償器、第二分束器、出光光闌，所述的第一補(bǔ)償器和第二補(bǔ)償器均為負(fù)折射率溫度系數(shù)材料制成，其分別置于第一磁光晶體和第二磁光晶體之后且用于讓通過(guò)第一磁光晶體和第二磁光晶體的光斑參數(shù)保持一致，所述第一磁光晶體和第二磁光晶體的性能參數(shù)相同。

進(jìn)一步，作為本發(fā)明第一分束器和第二分束器的其中一種結(jié)構(gòu)實(shí)施方式，所述的第一分束器和第二分束器均為雙折射棱鏡對(duì)結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述第一分束器和第二分束器的雙折射棱鏡對(duì)結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)棱鏡位置可互換。

進(jìn)一步，作為本發(fā)明第一分束器和第二分束器的另外兩種結(jié)構(gòu)實(shí)施方式，所述的第一分束器和第二分束器均為偏振分光棱鏡或塊狀雙折射晶體。

進(jìn)一步，所述的第一磁光晶體和第二磁光晶體均為tgg晶體或tgg陶瓷或tgg玻璃。

進(jìn)一步，所述的第一旋光片和第二旋光片均為石英旋光片或二分之一波片。

進(jìn)一步，所述第一磁光晶體的外周側(cè)環(huán)設(shè)有第一磁環(huán)，所述的第二磁光晶體的外周側(cè)環(huán)設(shè)有第二磁環(huán)。

作為本發(fā)明一種自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器的另外一種實(shí)施方式，可以將上述的自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率隔離器的第一補(bǔ)償器置于第一磁光晶體之前，將所述的第二補(bǔ)償器置于第二磁光晶體之前。

采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)，其所取得的有益效果為：通過(guò)使用負(fù)折射率溫度系數(shù)材料制成的補(bǔ)償器，使其對(duì)磁光晶體上的熱透鏡進(jìn)行了補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，還使得通過(guò)兩塊性能參數(shù)相同的磁光晶體的光斑參數(shù)保持一致，從而對(duì)磁光晶體上的熱致雙折射進(jìn)行了最佳補(bǔ)償，采用此結(jié)構(gòu)，在不同工作功率下熱致雙折射與熱透鏡效應(yīng)都能得到最佳補(bǔ)償消除，分束器使用雙折射棱鏡對(duì)結(jié)構(gòu)，減少了o光與e光在分束器材料中的傳輸距離，從而減小了分束器材料對(duì)光束的吸收，降低了分束器的熱透鏡效應(yīng)，通過(guò)本發(fā)明方案，還能對(duì)高激光功率所導(dǎo)致的熱透鏡和熱致雙折射進(jìn)行最佳補(bǔ)償，提高了高功率光隔離器的隔離度、光束質(zhì)量和耐高功率性能，同時(shí)能對(duì)較低激光功率自適應(yīng)熱補(bǔ)償。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述：

圖1是本發(fā)明自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)要示意圖；

圖2是本發(fā)明自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器實(shí)施例一的正向通光示意圖；

圖3是本發(fā)明自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器實(shí)施例一的反向通光示意圖；

圖4是本發(fā)明自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)要示意圖；

圖5是本發(fā)明自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器實(shí)施例二的正向通光示意圖；

圖6是本發(fā)明自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器實(shí)施例二的反向通光示意圖；

圖7是本發(fā)明自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)要示意圖；

圖8是本發(fā)明自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器實(shí)施例三的正向通光示意圖；

圖9是本發(fā)明自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器實(shí)施例三的反向通光示意圖。

具體實(shí)施方式

一種自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器，其包括依序設(shè)置的光纖準(zhǔn)直器、入光光闌、第一分束器、第一旋光片、第一磁光晶體、第一補(bǔ)償器、第二旋光片、第二磁光晶體、第二補(bǔ)償器、第二分束器、出光光闌，所述的第一補(bǔ)償器和第二補(bǔ)償器均為負(fù)折射率溫度系數(shù)材料制成，其分別置于第一磁光晶體和第二磁光晶體之后且用于讓通過(guò)第一磁光晶體和第二磁光晶體的光斑參數(shù)保持一致，所述第一磁光晶體和第二磁光晶體的性能參數(shù)相同。

進(jìn)一步，作為本發(fā)明第一分束器和第二分束器的其中一種結(jié)構(gòu)實(shí)施方式，所述的第一分束器和第二分束器均為雙折射棱鏡對(duì)結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述第一分束器和第二分束器的雙折射棱鏡對(duì)結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)棱鏡位置可互換。

進(jìn)一步，作為本發(fā)明第一分束器和第二分束器的另外兩種結(jié)構(gòu)實(shí)施方式，所述的第一分束器和第二分束器均為偏振分光棱鏡或塊狀雙折射晶體。

進(jìn)一步，所述的第一磁光晶體和第二磁光晶體均為tgg晶體或tgg陶瓷或tgg玻璃。

進(jìn)一步，所述的第一旋光片和第二旋光片均為石英旋光片或二分之一波片。

進(jìn)一步，所述第一磁光晶體的外周側(cè)環(huán)設(shè)有第一磁環(huán)，所述的第二磁光晶體的外周側(cè)環(huán)設(shè)有第二磁環(huán)。

作為本發(fā)明一種自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器的另外一種實(shí)施方式，可以將上述的自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率隔離器的第一補(bǔ)償器置于第一磁光晶體之前，將所述的第二補(bǔ)償器置于第二磁光晶體之前。

實(shí)施例一

如圖1所示，本發(fā)明自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器包括依序設(shè)置光纖準(zhǔn)直器111、入光光闌112、第一分束器、第一旋光片114、第一磁光晶體115、第一補(bǔ)償器116、第二旋光片117、第二磁光晶體118、第二補(bǔ)償器119、第二分束器、出光光闌121，所述的第一磁光晶體115的外周側(cè)環(huán)設(shè)有第一磁環(huán)122，所述的第二磁光晶體118的外周側(cè)環(huán)設(shè)有第二磁環(huán)123。

第一分束器和第二分束器采用雙折射棱鏡對(duì)的結(jié)構(gòu)方式，其中第一分束器的棱鏡113a和棱鏡113b的位置可互換，第二分束器的棱鏡120a和棱鏡120b的位置可互換，第一旋光片114可對(duì)正向傳輸光的偏振方向?qū)崿F(xiàn)22.5度偏轉(zhuǎn)，并與第一磁光晶體115和第二磁光晶體118對(duì)正向傳輸光偏振方向的偏轉(zhuǎn)方向相反，第一旋光片114可對(duì)反向傳輸光的偏振方向?qū)崿F(xiàn)22.5度偏轉(zhuǎn)，并與第一磁光晶體115和第二磁光晶118體對(duì)反向傳輸光偏振方向的偏轉(zhuǎn)方向一致。

第二旋光片117可對(duì)正向傳輸光的偏振方向?qū)崿F(xiàn)67.5度偏轉(zhuǎn)，并與第一磁光晶體115和第二磁光晶體118對(duì)正向傳輸光偏振方向的偏轉(zhuǎn)方向相同，第二旋光片117可對(duì)反向傳輸光的偏振方向?qū)崿F(xiàn)67.5度偏轉(zhuǎn)，并與第一磁光晶體115和第二磁光晶體118對(duì)反向傳輸光偏振方向的偏轉(zhuǎn)方向相反。

激光器的輸出光經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器111后變?yōu)闇?zhǔn)直光束，準(zhǔn)直光束從入光光闌112的通光孔徑通過(guò)，其通光孔徑略大于準(zhǔn)直光束直徑。

本發(fā)明裝置正向通光時(shí)的示意圖如圖2所示，準(zhǔn)直光束入射到第一分束器的棱鏡213a、213b上，會(huì)被分成偏振方向垂直的且傳播方向一致的兩束線偏光。

兩束線偏光垂直入射進(jìn)入第一旋光片214，偏振方向同時(shí)往順時(shí)針?lè)较颍ㄒ部赡鏁r(shí)針，根據(jù)設(shè)計(jì)需求）旋轉(zhuǎn)了22.5度。

然后兩束線偏光垂直入射進(jìn)入第一磁光晶體215，偏振方向同時(shí)往逆時(shí)針?lè)较颍ㄒ部身槙r(shí)針，根據(jù)設(shè)計(jì)需求）旋轉(zhuǎn)了22.5度。然后兩束線偏光進(jìn)入了第一補(bǔ)償器216，由于第一磁光晶體215對(duì)高功率的入射光有吸收，產(chǎn)生了熱透鏡效應(yīng)，光束產(chǎn)生了變形，經(jīng)過(guò)第一補(bǔ)償器216后，光束恢復(fù)到了原來(lái)的狀態(tài)。

兩束線偏光經(jīng)過(guò)第二旋光片217后，偏振方向往逆時(shí)針?lè)较颍ㄒ部赡鏁r(shí)針，根據(jù)設(shè)計(jì)需求）旋轉(zhuǎn)了67.5度。

然后兩束線偏光垂直入射進(jìn)入第二磁光晶體218，偏振方向同時(shí)往逆時(shí)針?lè)较颍ㄒ部身槙r(shí)針，根據(jù)設(shè)計(jì)需求）旋轉(zhuǎn)了22.5度。然后兩束線偏光進(jìn)入了第二補(bǔ)償器219，由于第二磁光晶體218對(duì)高功率的入射光有吸收，產(chǎn)生了熱透鏡效應(yīng)，光束產(chǎn)生了變形，經(jīng)過(guò)第二補(bǔ)償器219后，光束恢復(fù)到了原來(lái)的狀態(tài)。

經(jīng)過(guò)第一補(bǔ)償器216的補(bǔ)償，入射到第一磁光晶體215和第二磁光晶體218的光班參數(shù)一致，再加上光束進(jìn)入第一磁光晶體215和第二磁光晶體218的線偏光的偏振方向垂直，從而對(duì)熱致雙折射進(jìn)行了最佳補(bǔ)償。

此時(shí)，兩束線偏光的偏振方向相對(duì)第一分束器213后的線偏光而言總共往逆時(shí)針?lè)较颍ㄒ部身槙r(shí)針，根據(jù)設(shè)計(jì)需求）旋轉(zhuǎn)了90度，兩束線偏光經(jīng)過(guò)第二分束器的棱鏡220a、220b后，重新耦合成一束準(zhǔn)直光。

準(zhǔn)直光從出光光闌的通光孔徑通過(guò)，其通光孔徑略大于此處的準(zhǔn)直光束直徑。實(shí)現(xiàn)了正向光傳輸?shù)墓δ堋?/p>

本發(fā)明自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器反向通光時(shí)的示意圖如圖3所示，回返光從出光光闌321的通光孔徑通過(guò)，被第二分束器的棱鏡320a、320b分為偏振方向垂直的兩束線偏光，并按正向光光路通過(guò)了第二補(bǔ)償器319和第二磁光晶體318，由于磁光晶體為非互易性器件，兩束線偏光的偏振方向仍然同時(shí)往逆時(shí)針?lè)较颍ㄒ部身槙r(shí)針，根據(jù)設(shè)計(jì)需求）旋轉(zhuǎn)了22.5度。

然后兩束線偏光經(jīng)過(guò)第二旋光片317后，偏振方向往順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了67.5度。

兩束線偏光經(jīng)過(guò)第一補(bǔ)償器316后進(jìn)入第一磁光晶體315，由于磁光晶體為非互易性器件，這兩束線偏光經(jīng)過(guò)第一磁光晶體315后，其偏振方向仍然同時(shí)往逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)了22.5度。

然后兩束線偏光經(jīng)過(guò)第一旋光片314后，偏振方向往逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了22.5度。

此時(shí)，兩束線偏光的偏振方向恢復(fù)到了經(jīng)過(guò)第二分束器的棱鏡320a、320b后的狀態(tài)。

當(dāng)這兩束線偏光經(jīng)過(guò)第一分束器的棱鏡313a、313b后，沒(méi)法再合成一束光，都被入光光闌312擋住，無(wú)法再進(jìn)入光纖準(zhǔn)直器311中，實(shí)現(xiàn)了隔離反向光的功能。

實(shí)施例二

如圖4所示，本發(fā)明自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器包括依序設(shè)置的光纖準(zhǔn)直器411、入光光闌412、第一分束器413、第一旋光片414、第一磁光晶體415、第一補(bǔ)償器416、第二旋光片417、第二磁光晶體418、第二補(bǔ)償器419、第二分束器420、出光光闌421，所述的第一磁光晶體415的外周側(cè)環(huán)設(shè)有第一磁環(huán)422，所述的第二磁光晶體418的外周側(cè)環(huán)設(shè)有第二磁環(huán)423。

本實(shí)施例的光隔離器結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一所述結(jié)構(gòu)大致相同，區(qū)別在于第一分束器413和第二分束器420是采用偏振分光棱鏡（pbs），反向的兩束線偏光分別從偏振分光棱鏡的側(cè)面和正面透過(guò)，無(wú)法再進(jìn)入光纖準(zhǔn)直器411，其它結(jié)構(gòu)和光路都與實(shí)施例一所述相同，便不再贅述。

本實(shí)施例的自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器的正向通光示意圖如圖5所示，其中示出的光纖準(zhǔn)直器511、入光光闌512、第一分束器513、第一旋光片514、第一磁光晶體515、第一補(bǔ)償器516、第二旋光片517、第二磁光晶體518、第二補(bǔ)償器519、第二分束器520、出光光闌421、第一磁光晶體415的外周側(cè)環(huán)設(shè)的第一磁環(huán)522、第二磁光晶體518的外周側(cè)環(huán)設(shè)的第二磁環(huán)523均與圖4所示的結(jié)構(gòu)相同。

本實(shí)施例的自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器的反向通光示意圖如圖6所示，其中示出的光纖準(zhǔn)直器611、入光光闌612、第一分束器613、第一旋光片614、第一磁光晶體615、第一補(bǔ)償器616、第二旋光片617、第二磁光晶體618、第二補(bǔ)償器619、第二分束器620、出光光闌621、第一磁光晶體615的外周側(cè)環(huán)設(shè)的第一磁環(huán)622、第二磁光晶體618的外周側(cè)環(huán)設(shè)的第二磁環(huán)623均與圖4所示的結(jié)構(gòu)相同。

實(shí)施例三

如圖7所示，本發(fā)明自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器包括依序設(shè)置的光纖準(zhǔn)直器711、入光光闌712、第一分束器713、第一旋光片714、第一磁光晶體715、第一補(bǔ)償器716、第二旋光片717、第二磁光晶體718、第二補(bǔ)償器719、第二分束器720、出光光闌721,所述的第一磁光晶體715的外周側(cè)環(huán)設(shè)有第一磁環(huán)722，所述的第二磁光晶體718的外周側(cè)環(huán)設(shè)有第二磁環(huán)723。

本實(shí)施例的光隔離器結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一所述結(jié)構(gòu)大致，區(qū)別在于第一分束器713和第二分束器720是采用塊狀雙折射晶體，其它結(jié)構(gòu)和光路都與實(shí)施例一所述相同，便不再贅述。

本實(shí)施例的自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器的正向通光示意圖如圖8所示，其中示出的光纖準(zhǔn)直器811、入光光闌812、第一分束器813、第一旋光片814、第一磁光晶體815、第一補(bǔ)償器816、第二旋光片817、第二磁光晶體818、第二補(bǔ)償器819、第二分束器820、出光光闌821、第一磁光晶體815的外周側(cè)環(huán)設(shè)的第一磁環(huán)822、第二磁光晶體818的外周側(cè)環(huán)設(shè)的第二磁環(huán)823均與圖7所示的結(jié)構(gòu)相同。

本實(shí)施例的自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器的反向通光示意圖如圖9所示，其中示出的光纖準(zhǔn)直器911、入光光闌912、第一分束器913、第一旋光片914、第一磁光晶體915、第一補(bǔ)償器916、第二旋光片917、第二磁光晶體918、第二補(bǔ)償器919、第二分束器920、出光光闌921、第一磁光晶體915的外周側(cè)環(huán)設(shè)的第一磁環(huán)922、第二磁光晶體918的外周側(cè)環(huán)設(shè)的第二磁環(huán)823均與圖7所示的結(jié)構(gòu)相同。

綜合上述實(shí)施例所述，由于第一補(bǔ)償器和第二補(bǔ)償器采用負(fù)折射率溫度系數(shù)材料制成，其作用是讓通過(guò)第一磁光晶體和第二磁光晶體的光斑參數(shù)保持一致，因此本發(fā)明自適應(yīng)熱補(bǔ)償高功率光隔離器的實(shí)施結(jié)構(gòu)也可以將第一補(bǔ)償器置于第一磁光晶體之前，將所述的第二補(bǔ)償器置于第二磁光晶體之前進(jìn)行使用，其余結(jié)構(gòu)均與上述各實(shí)施例的實(shí)施結(jié)構(gòu)相同，便不再贅述。

雖然以上結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在依照本發(fā)明的精神和范圍的情況下所做出的等效修飾及變化，均落入所附權(quán)利要求所限定的范圍之內(nèi)。