一种光隔离方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光隔离方法，正向光在入射端的偏振分光器件中分离为两个偏振光分量，两个偏振光分量的光路在射出入射端的偏振分光器件后交叉，偏振旋光器设置在交叉处，两个偏振光分量在偏振旋光器内部空间交叉，反向光经过偏振旋光器后角度偏移并在入射端偏振分光器件中平行偏移，将反向光分离正向光路，本发明专利技术还同时公开了一种光隔离装置包括输入光纤、输出光纤、两个准直透镜、两个偏振分光器件和一个偏振旋光器，可以在提高功率承受能力的同时降低对法拉第旋光器通光孔径的要求进而减小本发明专利技术封装尺寸。

Optical isolation method and device

The invention discloses an optical isolation method, positive light in the incident end of the polarization beam splitting device is split into two components of polarized light, the optical path of two polarized components in the shooting incident side of the polarization splitter after cross polarization rotator is arranged in the intersection, the two components in the internal cross polarized light the spatial polarization rotator, reverse light by a polarization rotator angle and polarization in the incident after the end of optical devices in parallel offset, the reverse light separating positive optical path, the invention also discloses an optical isolation device comprises an input fiber and the output optical fiber, two collimating lens, two polarization light splitter and a polarization rotator can improve the power capacity and reduce the Faraday rotator aperture requirements and reduce the package size.

【技术实现步骤摘要】
一种光隔离方法及装置
本专利技术涉及光纤激光器的光隔离技术，特别涉及一种应用于光纤激光器的偏振无关型高功率光隔离方法及装置。
技术介绍
光纤激光器因其光束质量好、转换效率高以及稳定性好等优点，已经成为第三代激光技术的代表，具有其它激光器无可比拟的技术优越性。目前，大功率光纤激光器已经广泛应用于工业加工、光纤通信、印刷制辊、军事国防、医疗设备等众多领域。从长远来看，光纤激光器将在大部分的应用场合逐步取代高功率二氧化碳激光器和YAG高功率激光器。光纤激光器在工作时，其光路中除了正向传输的工作光之外，同时还存在因各种原因产生的反向传输的反射光，如激光加工表面的反射光等。这些反射光会影响光纤激光器的稳定性甚至导致光纤激光器的损坏，因此光隔离装置成为光纤激光器不可缺少的核心部件。光隔离装置的功能为导通正向传输工作光，同时阻断光路中反向传输的反射光。其类型根据在光路中的应用场合不同分为在线型(光纤输入及输出)、输出型(光纤输入空间光束输出)以及自由空间型(空间光束输入及输出)。因为光纤激光器的增益介质及传输介质均为光纤，所以其使用的光隔离装置主要为在线型和输出型。而由于光纤激光器输出光功率大这一特点，其对光隔离的要求除了传统的光学性能如插入损耗、隔离度等之外，还要求光隔离装置具备承受高光功率、物理阻断反射光以及封装尺寸小等性能，而现有的光隔离装置设计已经难以满足这些要求。图1A和图1B所示为典型的角度偏离型在线型光隔离装置设计，目前被大量应用于光纤通信网络。其主要组成部分为输入和输出光纤101和102、准直透镜103和104、光楔105和106、以及法拉第旋光器107。其中光楔105和106均为双折射晶体制成，其光轴均平行于X-Y平面并且分别与Y-Z平面成+22.5度和-22.5度，即两个光楔的光轴的夹角为45度。该光隔离装置的正向传输光路为如图1A所示，由输入光纤101输入的光经过准直透镜准直后入射到光楔105后被分为偏振态相互垂直的寻常光(以实线表示)和非寻常光(以虚线表示)两个光分量，两个分量的折射率不同，因此进入光楔105后传播方向不同。根据两个光楔的光轴方向选择适当的法拉第旋光器107的旋光方向，可以使这两个分量的偏振态经过法拉第旋光器旋转45度后，在进入光楔106仍然分别以(以实线表示)和非寻常光(以虚线表示)的规律传播。这样两个光分量在离开光楔106后传播方向相同，而只是在Y轴方向上产生小量平行偏离，最终都被准直透镜104汇聚到输出光纤102后输出。而在反向传输的情况下，即光由输出光纤102进入光隔离装置时，由于法拉第旋光器的旋光方向是不可逆的，每一个偏振光分量在两个光楔中都分别经历了寻常光(以实线表示)和非寻常光(以虚线表示)的传播过程，因此在离开光楔105后两个偏振光分量的传播方向均与正向入射光路不同(即角度偏离正向光路)，进而被准直透镜103分别汇聚到输入光纤101端面上纤芯位置之外的两个点上，从而无法耦合进入输入光纤101传输，实现光隔离的功能，如图1B所示。这种角度偏离型光隔离装置的结构简单，尺寸紧凑，但仅适合于法拉第旋光器厚度很薄(如C和L波段使用的钇铁石榴石旋光器)的工作光功率较低的应用场合。由于光纤激光器多工作在近红外波段，该波段的法拉第旋光介质如TGG晶体等的Verdet常数较小，因此所需的法拉第旋光器的厚度相对较大，相应的磁场机构也较大。由此将造成正向光通过两个光楔之后平行偏移量过大，严重影响光隔离装置的插入损耗和偏振相关损耗等指标。更重要的是，在这种角度偏离型光隔离装置的反向光路中无法物理阻断反向光的传播，反向光虽然不能耦合进输入光纤的纤芯传播，但仍然可以抵达其端面，进入光纤包层从而被光纤涂覆层和相邻胶层吸收。在高功率应用场合中，由于反射光的强度很大，这一缺陷将导致光隔离装置的输入端光纤因过热而毁坏失效。而在高功率光隔离装置中，必须采用较大的光束直径来降低各个光学面上的光功率密度，因此为了得到足够的光隔离度并实现物理阻断反射光的功能，光的两个偏振分量必须进行很大的平行偏离，从而对法拉第旋光器的通光孔径提出了很大的要求。在保证旋光角度的情况下，为法拉第介质提供磁场的磁环的外形尺寸随着其内径(即法拉第通光孔径)的增大而迅速增大，因此这一设计不仅法拉第介质的材料成本高，器件的封装尺寸大，而且光隔离装置的功率承受有限。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种光隔离方法及装置，以达到在提高功率承受能力的同时降低对法拉第旋光器的通光孔径的要求、减小本专利技术封装尺寸的目的。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种光隔离方法，正向光在入射端的偏振分光器件中分离为两个偏振光分量，两个偏振光分量的光路在射出入射端的偏振分光器件后交叉，偏振旋光器设置在交叉处，两个偏振光分量在偏振旋光器内部空间交叉，两个偏振光分量经过射出端的偏振分光器件后汇合为一束；反向光经过偏振旋光器后角度偏移并在入射端偏振分光器件中平行偏移，将反向光分离正向光路。优选的，所述偏振旋光器包括一个不可逆的45度法拉第旋光器和一个二分之一波片。一种光隔离装置，包括输入光纤、输出光纤、两个准直透镜、两个偏振分光器件和一个偏振旋光器；两个所述准直透镜设置在输入光纤和输出光纤之间，两个偏振分光器件设置在两个准直透镜之间，偏振旋光器设置在两个偏振分光器件之间。优选的，位于正向光束入射端的准直透镜和位于正向光束入射端的偏振分光器件之间设有反向光阑。优选的，所述偏振分光器件包括第一光楔和第二光楔，第一光楔的光轴与Y轴成45度角，第二光楔的光轴与X轴平行，两个偏振分光器件的第二光楔均朝向所述偏振旋光器设置。优选的，所述偏振分光器件包括双折射的平行位移晶体和非双折射的屋脊棱镜，平行位移晶体的光轴与Y轴成45度夹角，两个偏振分光器件的屋脊棱镜均朝向所述偏振旋光器设置。优选的，所述偏振分光器件包括双折射平行位移晶体和非双折射的光楔，平行位移晶体的光轴与Y轴成45度夹角，两个偏振分光器件的光楔均朝向所述偏振旋光器设置。优选的，所述偏振旋光器包括一个不可逆的45度法拉第旋光器和一个二分之一波片，所述法拉第旋光器的旋转方向为沿Z轴正方向观察的顺时针方向，所述二分之一波片的光轴垂直于Z轴并与Y轴成22.5度角。通过上述技术方案，本专利技术提供的一种光隔离方法及装置利用偏振分光器件使得正向光分离并在在偏振旋光器内部实现两个光偏振分量的空间交叉，从而大幅降低了对法拉第旋光器通光孔径的要求，不但极大地减少了法拉第旋光材料的使用，也大幅减小了为法拉第介质提供磁场的磁环以及整个器件的封装尺寸。同时，在反向光路中结合了平行偏移和角度偏移，更大程度地实现了反向光两个偏振分量在物理空间上的分离，从而提供更佳的反射光阻断性能和作为输出光隔离装置使用时的动态光隔离度。而在法拉第旋光器通光孔径相同的条件下，本专利技术所提出的一种光隔离装置相对于现有技术可以使用尺寸更大的内部光束直径，从而大幅降低光隔离装置内部光学表面的单位功率密度，极大地提高光隔离装置的功率承受能力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1A为现有技术所公开的角度偏离型在线型光隔离装置，以及光束正向通过该光隔离装置的示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光隔离方法，其特征在于：正向光在入射端的偏振分光器件中分离为两个偏振光分量，两个偏振光分量的光路在射出入射端的偏振分光器件后交叉，偏振旋光器设置在交叉处，两个偏振光分量在偏振旋光器内部空间交叉，两个偏振光分量经过射出端的偏振分光器件后汇合为一束；反向光经过偏振旋光器后角度偏移并在入射端偏振分光器件中平行偏移，将反向光分离正向光路。

【技术特征摘要】
1.一种光隔离方法，其特征在于：正向光在入射端的偏振分光器件中分离为两个偏振光分量，两个偏振光分量的光路在射出入射端的偏振分光器件后交叉，偏振旋光器设置在交叉处，两个偏振光分量在偏振旋光器内部空间交叉，两个偏振光分量经过射出端的偏振分光器件后汇合为一束；反向光经过偏振旋光器后角度偏移并在入射端偏振分光器件中平行偏移，将反向光分离正向光路。2.根据权利要求1所述的一种光隔离方法，其特征在于：所述偏振旋光器包括一个不可逆的45度法拉第旋光器和一个二分之一波片。3.一种基于权利要求1所述的光隔离方法的光隔离装置，其特征在于：包括输入光纤、输出光纤、两个准直透镜、两个偏振分光器件和一个偏振旋光器；两个所述准直透镜设置在输入光纤和输出光纤之间，两个偏振分光器件设置在两个准直透镜之间，偏振旋光器设置在两个偏振分光器件之间。4.根据权利要求3所述的一种光隔离装置，其特征在于：位于正向光束入射端的准直透镜和位于正向光束入射端的偏振分光器件之间设有...

【专利技术属性】
技术研发人员：林先锋，季国伟，赖正伟，
申请(专利权)人：浙江奥智光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33