用于EMR束的非互易透射的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及光学技术领域，包括太赫兹、红外、紫外和极紫外辐射技术领域，且旨在通过沿着不同路径引导前向和逆向传播的电磁辐射束使电磁辐射束前向透射并防止逆向透射。电磁辐射束被输入到以角速度Ω旋转的环形干涉仪中，其中束被分成两个相等集中度的反向传播的电磁束。Sagnac效应导致±π/2弧度的相移，它是正的或负的，具体取决于反向传播的电磁辐射束相对于环形干涉仪的旋转方向的传播方向。在环形干涉仪内的反向传播的电磁辐射束之间引起π/2弧度的附加相移导致π弧度或0的总相移。然后将环形干涉仪内的反向传播的电磁辐射束组合成一个单个EMR束，该束通过使用与输入EMR束的路径不同的路径从旋转环形干涉仪输出。

Non-reciprocal transmission methods and devices for EMR beams

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于EMR束的非互易透射的方法和装置
本专利技术涉及光学
，包括太赫兹、红外、紫外和极紫外辐射
，并且设计用于EMR(电磁辐射)束的非互易透射的方法和装置。其用于需要通过防止逆向透射进行前向透射EMR束的情况。例如，非互易透射装置用作隔离器或阀，从而允许EMR束仅在一个方向上传播，而逆向传播的EMR束被阻挡或转向射束捕集器并且永远不会到达隔离器入口。使用三端口或四端口装置作为循环器。例如，三端口循环器将EMR束从第一端口引导到第二端口并且从第二端口引导到第三端口。循环器用于各种激光放大方案、脉冲展宽和压缩方案，以及其中需要将逆向EMR束引导到与前向传播EMR束不同的路径的其他应用。
技术介绍
开发用于EMR束的非互易透射的大多数装置基于法拉第效应，其中在前向和逆向方向上传播的EMR束穿过透明介质，并且借助外部磁场改变射束的偏振取向。作为法拉第效应的结果，在预定方向上改变EMR束的偏振取向，而不考虑EMR束传播的方向。由于偏振取向的变化仅根据磁场的方向和维尔德常数的值定义，因此在前向和反向方向上传播的EMR束的旋转角度被求和而不是像已往一样被补偿。存在一种已知的非互易光透射方法和装置，其操作基于法拉第效应。该装置包括偏振片、放置在磁体系统中的磁光晶体和分析器，它们都沿光轴布置。磁光晶体由单晶铽-钪-铝石榴石制成。磁光晶体的卓越品质使隔离器能够承受即使以千瓦为单位测量的平均功率辐射。在俄罗斯联邦专利申请RU2601390C1,2015中描述了已知的方法和装置。这种已知方法和装置的缺点是隔离器仅在受波长限制的特定范围内保持功能，因为磁光晶体仅对特定波长保持透明。此外，根据磁场定义偏振旋转角的维尔德常数对于任何波长都不够大，无法在实际应用中使用。另外，磁光晶体吸收光辐射。因此，晶体被加热并形成热透镜，从而使光束扭曲。此外，磁光晶体的价格相对较高。存在一种已知的非互易光透射方法和装置，其中借助于旋转的半波片确保了非互易光透射。该装置包括两个半波片，所述两个半波片彼此相距距离为L并且以角速度ω旋转。另外，第二半波片的快轴旋转以与第一半波片形成π/8弧度的角度。在线性偏振光束从第一半波片行进到第二半波片时，第二半波片旋转以形成π/8弧度的角度。由于第二半波片的快轴已经预先旋转以与第一半波片形成π/8弧度的角度，因此第二半波片的总旋转角度是π/4弧度。半波片以两倍大的角度有效地旋转光的偏振。因此，第二半波片之后的光偏振将旋转π/2弧度的角度。也就是说，输出平面处的光的偏振将垂直于装置的输入平面处的光的偏振。在反向方向上传播的光的偏振不旋转，因为在光束从第二半波片行进到第一半波片的时间内，第一半波片的快轴旋转与第二半波片的快轴相同的角度。例如，在两个半波片放置在彼此距离L＝1m内的情况下，为了使半波片以所需的π/8弧度的角度旋转，它们必须以ω＝π/8*c/L＝75*π/2*10^6弧度/秒或1875万转/秒的速度旋转。这里光速c＝3*10^8m/s。显然，这几乎是不可能体现的。改进该装置的另一种方法是使用电控电光晶体代替旋转的半波片。在美国专利申请US3484151A,1969中描述了已知的方法和装置。这种已知方法和装置的缺点在于，实际上不可能生产具有机械控制的半波片的装置，而具有电光晶体的电控装置是非常复杂和不切实际的解决方案。此外，尽管电光晶体具有快速控制，但它们不适合于高频切换，因为它们容易过热。另外，用于制造该装置的电光晶体是昂贵的。存在一种已知的非互易光透射方法和装置，其中借助马赫-曾德尔干涉仪确保非互易光透射。在这种情况下，位于干涉仪的两个分支中的光学调制器用于引起产生π弧度相差的反向传播波。因此，在干涉仪的两个分支中，存在在前向方向上传播的光束的相长干涉和在反向方向上传播的光束的相消干涉。马赫-曾德尔干涉仪采用半导体材料制成，因此非常适合用于集成方案。在美国专利申请US7228023B1,2007和国际专利申请W02008/048314A2,2008中描述了已知的方法和装置。这种已知方法和装置的缺点在于其仅适用于集成方案，并且仅在低平均辐射功率下使用。制造适合在高平均辐射功率下使用的隔离器相当复杂。另外，该装置需要驱动光学调制器的发生器。这种已知方法和装置的另一个缺点是其基于马赫-曾德尔干涉仪，这使得必须确保沿着干涉仪的两个分支的光程长度相等，并且以比确定辐射波长度时高得多的精度进行，并且确保其不随时间变化。存在一种基于马赫-曾德尔干涉仪的非互易光透射的已知方法和装置，其具有安装在输入和输出分束器(耦合器)之间的非互易相移元件。在输入分束器中，光束被分裂成两个相等部分，然后沿干涉仪的两个不同分支透射，其中它们根据波束传播的方向经历不同的相移。在输出分束器中，沿着干涉仪的两个不同分支透射的两个光束被重新组合，然后根据所产生的相移的差异将所得到的射束引导到输出端口。非互易相移元件在前向方向上引起0度相移并且在反向方向上引起180度相移。非互易相移元件基于磁光材料；此外，非互易相移元件包括法拉第旋转器和半波片。在欧洲共同体专利申请EP1227359A2,2002中描述了已知的方法和装置。这种已知方法和装置的缺点在于，用于该装置目的的磁光材料仅在有限波长范围内保持透明。因此，磁光材料的化学组成和晶体结构需要根据EMR的波长改变。此外，在一些波长情况下，用于定义取决于磁场的偏振的旋转角的维尔德常数不够大。另外，磁光材料吸收辐射。因此，磁光材料被加热并形成热透镜，从而使辐射束扭曲。此外，磁光材料的价格相对较高。这种已知方法和装置的另一个缺点是其基于马赫-曾德尔干涉仪，这使得必须确保沿着干涉仪的两个分支的光程长度相等，并且以比确定辐射波长度时高得多的精度进行，并且确保其不随时间变化。在非集成马赫-曾德尔干涉仪的情况下，确保这一点相当复杂，因此，通过使用这种方法创建强大的非互易透射装置是复杂的。本专利技术的目的是简化装置的设计，降低装置的成本价格，提高装置的可靠性和对外部环境干扰的耐受性，从而简化方法和装置对预定波长的电磁辐射的适用性，并且增加允许的平均电磁辐射功率和脉冲能量。
技术实现思路
为了根据所提出的用于EMR束的非互易透射的方法解决该问题，其中该方法旨在通过沿着不同路径引导前向和逆向传播的EMR束使EMR束前向透射并防止逆向透射，该方法包括以下步骤：a)将EMR束通过输入/输出路径的任何预先选择的路径输入到旋转环形干涉仪中，该旋转环形干涉仪以角速度Ω旋转；b)将旋转环形干涉仪内的EMR束分裂成两个相等集中度的反向传播EMR束，这些EMR束沿着反向路径并且在干涉仪内部行进，并且由于Sagnac效应，在两个分裂的反向传播EMR束之间引起±π/2+m*π弧度的相移，其中m是任意整数，该相移相对于相移m*π弧度是正的或负的，具体取决于反向传播EMR束沿反向路径并且相对于旋转环形干涉仪的旋转方向的行进方向；c)在环形干涉仪内部的反向传播EMR束之间引起π/2+n*π弧度的附加相移，其中n是任意整数，该附加相移不取决于反向传播EMR束传播的方向，并且在反向传播EMR束之间产生π+(m+n)*π弧度或0+(m+n)*π弧度的总相移，具体取决于反向传播EMR束相对于环形干涉仪的旋转方向的行进方向。d)将旋转环形干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于EMR束的非互易透射的方法，其旨在通过沿着不同路径引导前向和逆向传播的EMR束使所述EMR束前向透射并防止逆向透射，其特征在于以下步骤：a)将所述EMR束通过输入/输出路径(1、2、3、4)的任何预先选择的路径输入到旋转环形干涉仪(12)中，所述旋转环形干涉仪以角速度Ω旋转；b)将所述旋转环形干涉仪(12)内的所述EMR束分裂成两个相等集中度的反向传播EMR束，所述EMR束沿着反向路径(6)和(7)在所述干涉仪(12)内部行进，并且由于Sagnac效应，在两个分裂的反向传播EMR束之间引起±π/2+m*π弧度的相移，其中m是任意整数，所述相移相对于相移m*π弧度是正的或负的，具体取决于所述反向传播EMR束沿所述反向路径(6)和(7)并且相对于所述旋转环形干涉仪(12)的旋转方向的行进方向；c)在所述环形干涉仪(12)内部的所述反向传播EMR束之间引起π/2+n*π弧度的附加相移，其中n是任意整数，所述附加相移不取决于所述反向传播EMR束传播的方向，并且在所述反向传播EMR束之间产生π+(m+n)*π弧度或0+(m+n)*π弧度的总相移，具体取决于所述反向传播EMR束相对于所述环形干涉仪(12)的旋转方向的行进方向；d)将所述旋转环形干涉仪(12)内部的所述反向传播EMR束组合成一个单一EMR束，并且通过不同输入/输出路径从所述旋转环形干涉仪(12)输出所述单一EMR束，所述输入/输出路径选自与将所述EMR束输入所述旋转环形干涉仪(12)所通过的路径不同的路径(1、2、3、4)；以及e)将所述输入/输出路径(1、2、3、4)的预先选择的至少两个EMR束输入/输出路径与所述旋转环形干涉仪(12)的旋转轴(8)对准并引导至相应的输入/输出端口(21、22、23、24)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.17 LT LT20175021.一种用于EMR束的非互易透射的方法，其旨在通过沿着不同路径引导前向和逆向传播的EMR束使所述EMR束前向透射并防止逆向透射，其特征在于以下步骤：a)将所述EMR束通过输入/输出路径(1、2、3、4)的任何预先选择的路径输入到旋转环形干涉仪(12)中，所述旋转环形干涉仪以角速度Ω旋转；b)将所述旋转环形干涉仪(12)内的所述EMR束分裂成两个相等集中度的反向传播EMR束，所述EMR束沿着反向路径(6)和(7)在所述干涉仪(12)内部行进，并且由于Sagnac效应，在两个分裂的反向传播EMR束之间引起±π/2+m*π弧度的相移，其中m是任意整数，所述相移相对于相移m*π弧度是正的或负的，具体取决于所述反向传播EMR束沿所述反向路径(6)和(7)并且相对于所述旋转环形干涉仪(12)的旋转方向的行进方向；c)在所述环形干涉仪(12)内部的所述反向传播EMR束之间引起π/2+n*π弧度的附加相移，其中n是任意整数，所述附加相移不取决于所述反向传播EMR束传播的方向，并且在所述反向传播EMR束之间产生π+(m+n)*π弧度或0+(m+n)*π弧度的总相移，具体取决于所述反向传播EMR束相对于所述环形干涉仪(12)的旋转方向的行进方向；d)将所述旋转环形干涉仪(12)内部的所述反向传播EMR束组合成一个单一EMR束，并且通过不同输入/输出路径从所述旋转环形干涉仪(12)输出所述单一EMR束，所述输入/输出路径选自与将所述EMR束输入所述旋转环形干涉仪(12)所通过的路径不同的路径(1、2、3、4)；以及e)将所述输入/输出路径(1、2、3、4)的预先选择的至少两个EMR束输入/输出路径与所述旋转环形干涉仪(12)的旋转轴(8)对准并引导至相应的输入/输出端口(21、22、23、24)。2.一种用于EMR束的非互易透射的方法，其旨在通过沿着不同路径引导前向和逆向传播的EMR束使所述EMR束前向透射并防止逆向透射，其特征在于以下步骤：a)将沿着输入/输出路径对(1、3)或(2、4)的任何预先选择路径行进的EMR束分裂成两个相等集中度的EMR束，并且在所述分裂的EMR束之间引起π/2+n*π弧度的相移，其中n是任何整数；b)将所述分裂的EMR束输入到以角速度Ω旋转的旋转环形干涉仪(12)中，并且组合成两个相等集中度的反向传播EMR束，所述EMR束沿着反向路径(6)和(7)在所述旋转环形干涉仪(12)内部行进，并且由于Sagnac效应，在两个反向传播EMR束之间引起±π/2+m*π弧度的相移，其中m是任意整数，所述相移相对于相移m*π弧度是正的或负的，具体取决于所述反向传播EMR束沿所述反向路径(6)和(7)并且相对于所述旋转环形干涉仪(12)的旋转方向的行进方向，并且在所述反向传播EMR束之间产生π+(m+n)*π弧度或0+(m+n)*π弧度的总相移；c)将所述旋转环形干涉仪(12)内部的所述反向传播EMR束组合成一个单一EMR束，并且通过输入/输出路径从所述旋转环形干涉仪(12)输出，所述输入/输出路径选自与将所述EMR束输入所述旋转环形干涉仪(12)所通过的路径对不同的路径对(2、4)或(1、3)；或者a)将沿输入/输出路径对(1、3)或(2、4)的任何预先选择的路径行进的所述EMR束输入以角速度Ω旋转的旋转环形干涉仪(12)，并且分裂成两个相等集中度的反向传播EMR束，所述EMR束沿着反向路径(6)和(7)在所述旋转环形干涉仪(12)内部行进，并且由于Sagnac效应，在两个反向传播EMR束之间引起±π/2+m*π弧度的相移，其中m是任意整数，所述相移相对于相移m*π弧度是正的或负的，具体取决于所述反向传播EMR束沿所述反向路径(6)和(7)并且相对于所述旋转环形干涉仪(12)的所述旋转方向的行进方向；b)将所述旋转环形干涉仪(12)内部的所述反向传播EMR束组合成两个EMR束并从所述旋转环形干涉仪(12)输出；c)在从所述旋转环形干涉仪(12)输出的EMR束之间引起π/2+n*π弧度的相移，这在所述EMR束之间产生π+(m+n)*π弧度或0+(m+n)*π的总相移，并且将所述EMR束组合成一个单一EMR束并且沿着输入/输出路径前向引导，所述输入/输出路径选自与将所述EMR束输入所述旋转环形干涉仪(12)所通过的路径对不同的路径对(2、4)或(1、3)；以及d)将输入/输出路径对(1、3)的预先选择的至少一个EMR束输入/输出路径以及输入/输出路径对(2、4)的预先选择的至少一个EMR束输入/输出路径与所述旋转环形干涉仪(12)的旋转轴(8)对准并且导向相应的输入/输出端口(21、23)和(22、24)。3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于：所述EMR束通过相应的输入/输出端口(21、22、23、24)输入或输出，从而如果所述EMR束通过第一输入/输出端口(21)输入，其将通过第二输入/输出端口(22)输出或移除，如果所述EMR束通过第二输入/输出端口(22)输入，其将通过第三输入/输出端口(23)输出或移除，如果所述EMR束通过第三输入/输出端口(23)输入，其将通过第四输入/输出端口(24)输出或移除，并且如果所述EMR束通过第四输入/输出端口(24)输入，其将通过第一输入/输出端口(21)输出或移除。4.一种用于EMR束的非互易透射的装置，其旨在前向透射所述EMR束并防止逆向透射并且配备有至少两个输入/输出端口，用于将所述EMR束输入到所述装置中并且从所述装置输出，其特征在于所述装置包括：旋转环形干涉仪(12)，其包括旨在分裂所述EMR束的分束器(5)，所述EMR束输入到所述旋转环形干涉仪(12)中，随后将分离的所述EMR束组合成单一EMR束，然后再从所述旋转环形干涉仪(12)输出，其中所述分束器(5)分裂所述EMR束，所述EMR被输入到所述旋转环形干涉仪(12)中，分成两个相等集中度的反向传播EMR束，所述EMR束沿着所述旋转环形干涉仪(12)内部的反向路径(6)和(7)行进，并且由于Sagnac效应，引起±π/2+m*π弧度的相移，其中m是任意整数，所述相移相对于相移m*π弧度是正的或负的，具体取决于所述反向传播EMR束相对于所述环形干涉仪(12)的旋转方向的传播方向；以及相位元件，用于在所述旋转环形干涉仪(12)内部的所述反向传播EMR束之间引起π/2+n*π弧度的附加相移，其中n是任意整数，所述相移不取决于所述反向传播EMR束相对于所述旋转环形干涉仪(12)的旋转方向的传播方向，并且在沿着反向路径(6)和(7)行进的所述反向传播EMR束之间产生π+(m+n)*π弧度或0+(m+n)*π弧度的总相移，然后所述EMR束被引导到所述分束器(5)并组合成一个单一EMR束，所述单一EMR束通过输入/输出路径从所述旋转环形干涉仪(12)输出，所述输入/输出路径选自与将所述EMR束输入所述旋转环形干涉仪(12)所通过的路径不同的路径(1、2、3、4)；EMR束透射通路，其连接到所述EMR束的所述输入/输出路径(1、2、3、4)的预先选择的至少两个路径，旨在将所述选择的路径与所述旋转环形干涉仪(12)的旋转轴(8)对准，并且将它们引导到相应的输入/输出端口(21、22、23、24)。5.一种用于EMR束的非互...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑞吉尔斯基·科斯特提斯，
申请(专利权)人：集成光纤有限公司，
类型：发明
国别省市：立陶宛,LT