双折射晶体光束偏离的光隔离器及激光系统技术方案

本发明专利技术涉及双折射晶体光束偏离的光隔离器及激光系统。光隔离器包括法拉第旋光器以及一组以上的光束偏离器件一，最靠近法拉第旋光器的一组光束偏离器件一的前端面贴设固定于法拉第旋光器的后端面上，每组光束偏离器件一包括楔角片一和楔角片二，楔角片一和楔角片二中的两个斜面相互贴合且两个通光面相互平行，楔角片一和楔角片二中的其中一个楔角片的光轴垂直于其通光面且另一个楔角片的光轴与其通光面平行或成夹角。该光隔离器在不改变入射角度和元件厚度的情况下实现出射光的光线偏折，从而防止反向光路中与激光器偏振方向选择性一致的反向光被耦合进入激光器，以克服现有技术中存在的成本高、横向走离量过大或过小等缺点。

Optical isolator and laser system for birefringent crystal beam deviation

【技术实现步骤摘要】
双折射晶体光束偏离的光隔离器及激光系统
本专利技术涉及光通讯及工业用光隔离器领域，特别涉及一种双折射晶体光束偏离的光隔离器及激光系统。
技术介绍
光学设计中经常会遇到需要将一个偏振态光线偏离的设计需求，以达到将一束光的两个偏振态分开目的。偏离角的大小可以通过改变楔角大小来实现，但是楔角越大，器件的厚度就会越大。光隔离器在光通讯及工业激光应用领域广泛应用，是一种单向传输光的光无源器件，用于允许正向传输的光正常通过此产品，并耦合到输出光波导、光纤等其他光传输器件中，同时阻止反向传输的光耦合到输入光波导中，避免造成光学系统(尤其是激光器)工作不稳定。目前实际应用中包含在线型(偏振不相关)和自由空间型(偏振相关)两类，在激光器封装中主要使用自由空间型(偏振相关)。目前大量商用的自由空间隔离器采用两片偏振片和一片45°法拉第旋光器组成，45°法拉第放在两片偏振片之间，两片偏振片的偏振方向相差45°。当光正向传输时，入射光和第一片偏振片偏振方向平行的部分通过偏振片，与偏振方向垂直的部分被偏振片吸收，通过第一片偏振片的光进入法拉第旋光器后，在法拉第旋光效应作用下旋转45°，与第二片偏振片的偏振方向正好平行，因此可以无损耗地通过第二片偏振片。当光反向传输时，与第二片偏振片偏振方向垂直的部分直接被偏振片吸收，与偏振方向平行的部分无损耗透过，然后进入法拉第旋光器；由于法拉第旋光器的旋转方向只决定于磁场方向，不会随着光的入射方向而改变，因此继续沿着和正向传输时相同的方向旋转45°到达第一偏振片，此时光的偏振态与第一偏振片的偏振方向垂直，光被第一偏振片吸收，不能投射到输入波导中。但是，此设计方案的偏振片成本较高。另一种新的自由空间隔离器设计思路是采用两片双折射晶体和一片45°法拉第旋光器组成，45°法拉第放在两片双折射晶体之间，第一片双折射晶体的光轴与入射表面成45°夹角，光线在双折射晶体中以o光(寻常光)方式传输，第二片双折射晶体的光轴方向与第一片双折射晶体的光轴方向沿光路传播轴旋转45°，光线在第二双折射晶体中同样以o光方式传输。当光正向传输时，入射光以o光方式在第一双折射晶体中传输，光路遵循折射定律，通过第一双折射晶体，然后进入法拉第旋光器后在法拉第旋光效应作用下旋转45°，使其在第二双折射晶体中仍然保持按照o光状态，光路遵循折射定律，输出第二双折射晶体。当光反向传输时，1)当光按照o光照射到第二双折射晶体时，光路遵循折射定律，相对于入射o光，无相对位移地通过第二双折射晶体，在法拉第旋光器中旋转45°后，光在第一双折射晶体中的传输方式变为e光(非常光)，此时光路的传输不遵循折射定律，并且由于光轴与入射表面有45°夹角，从而相对于入射o光发生偏折，光的输出位置偏离入射波导，从而不能耦合到输入波导中，达到隔离目的；2)当光按照e光照射到第二双折射晶体时，光路的传输不遵循折射定律，并且由于光轴与入射表面有45°夹角，从而相对于入射o光发生偏折，在输出第二双折射晶体时发生横向位移，在法拉第旋光器中旋转45°后，光在第一双折射晶体中的传输方式变为o光，此时光的传输遵循折射定律，平行于入射o光通过第一双折射晶体，因此光的最终输出位置保持第二双折射时形成的横向位移量，输出位置偏离入射波导，进而不能耦合到输入波导中，达到隔离目的。但是由于此晶体的折射率很高，导致在实际应用中产生过大的横向走离量，造成耦合和封装的难度加大。还有一种新的自由空间隔离器设计思路是采用一片双折射晶体和一片45°法拉第旋光器组成，45°法拉第放在激光器和双折射晶体之间。双折射晶体的光轴与通光方向形成夹角，激光器出射光的偏振态方向晶体光轴同通光方向形成面成45°角。激光经过法拉第旋转光器偏振态方向转45°，并与双折射晶体光轴与通光方向形成的面垂直。此时激光在晶体中是o光，不产生走离角，直接经过双折射晶体从另一面出射。而在反向光进入双折射晶体时，1)平行入射到双折射晶体的o光不走再经过法拉第旋光器后，偏振方向旋转45°后，该路光的偏振方向与激光器的出射光的偏振方向垂直，由于激光器本身的偏振选择性，这路无法耦合入激光器。2)平行平行入射到双折射晶体的e光,由于双折射晶体的走离性，此路光红会走离一个角度在晶体中传输，从晶体另一面出射时又由于走离性质，该路光平移一个走离量平行出射，再经法拉第旋光器，偏振态旋转45°后，偏振方向与激光器的的选择性偏振方向是一致的，虽然偏振方向与激光器选择性的偏振方向一致，但由于这路光有一个平移，只要平移量足够大，这路光就不能被反向耦合进入激光器，从而影响激光器的稳定性。这种隔离器有一个缺陷就是走离平移量要足够大，也就是说要有足够厚的晶体厚度。对于没有尺寸和空间要标注的隔离器，这种方案是很好的方案，但是现有工业需求都是要求器件越薄越小的好。因此此方案也存在一定的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双折射晶体光束偏离的光隔离器，该光隔离器采用法拉第旋光器和由两片双折射晶体楔角片组成的光束偏离器件，在不改变入射角度和元件厚度的情况下实现出射光的光线偏折，从而防止反向光路中与激光器偏振方向选择性一致的反向光被耦合进入激光器，以克服现有技术中存在的成本高、横向走离量过大或过小等缺点。本专利技术的另一目的在于提供一种激光系统，该系统在激光器前设有光隔离器，不仅使得反向光不影响干扰激光器的工作，而且成本低，使用性能可靠。本专利技术是这样实现的：方案(一)：一种双折射晶体光束偏离的光隔离器，其特征在于：包括设置于激光器的激光发射方向上且由近及远依次设置的法拉第旋光器以及一组以上的光束偏离器件一，当光束偏离器件一的数量为两组以上时，各组光束偏离器件一沿激光器的激光发射方向依次相互贴设固定，所述法拉第旋光器能使激光的偏振态旋转45°，最靠近法拉第旋光器的一组光束偏离器件一的前端面贴设固定于法拉第旋光器的后端面上，每组光束偏离器件一包括楔角片一和楔角片二，所述楔角片一和楔角片二均为双折射晶体，所述楔角片一和楔角片二中的两个斜面相互贴合且两个通光面相互平行，所述楔角片一和楔角片二中的其中一个楔角片的光轴垂直于其通光面且另一个楔角片的光轴与其通光面平行或成夹角。进一步的，所述楔角片二的光轴和激光器输出偏振光在入射面上投影的夹角度数等于法拉第旋光器的理论旋光角或90°与理论旋光角度数之和。为了防止反向o光进入激光器，所述光隔离器还包括贴设固定于法拉第旋光器前端面上的偏振片，所述偏振片的偏振方向与激光器所发射激光的偏振方向一致。为了增大总体的光束偏离角，所述光隔离器还包括一组以上设置于法拉第旋光器前端的光束偏离器件二，当光束偏离器件二的数量为两组以上时，各组光束偏离器件二沿激光器的激光发射方向依次相互贴设固定，最靠近法拉第旋光器的一组光束偏离器件二的后端面贴设固定于法拉第旋光器的前端面上，每组光束偏离器件二包括楔角片三和楔角片四，所述楔角片三和楔角片四均为双折射晶体，所述楔角片三和楔角片四中的两个斜面相互贴合且两个通光面相互平行，所述楔角片三和楔角片四中的其中一个楔角片的光轴垂直于其通光面且另一个楔角片的光轴与其通光面平行或成夹角。方案(二)：一种激光系统，其特征在于：包括激光器以及光隔离器，所述光隔离器位于激光器的激光发射方向上。较之现有技术而言，本专利技术具有以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双折射晶体光束偏离的光隔离器，其特征在于：包括设置于激光器(1)的激光发射方向上且由近及远依次设置的法拉第旋光器(2)以及一组以上的光束偏离器件一(3)，当光束偏离器件一(3)的数量为两组以上时，各组光束偏离器件一(3)沿激光器(1)的激光发射方向依次相互贴设固定，所述法拉第旋光器(2)能使激光的偏振态旋转45°，最靠近法拉第旋光器(2)的一组光束偏离器件一(3)的前端面贴设固定于法拉第旋光器(2)的后端面上，每组光束偏离器件一(3)包括楔角片一(31)和楔角片二(32)，所述楔角片一(31)和楔角片二(32)均为双折射晶体，所述楔角片一(31)和楔角片二(32)中的两个斜面相互贴合且两个通光面相互平行，所述楔角片一(31)和楔角片二(32)中的其中一个楔角片的光轴垂直于其通光面且另一个楔角片的光轴与其通光面平行或成夹角。

【技术特征摘要】
1.一种双折射晶体光束偏离的光隔离器，其特征在于：包括设置于激光器(1)的激光发射方向上且由近及远依次设置的法拉第旋光器(2)以及一组以上的光束偏离器件一(3)，当光束偏离器件一(3)的数量为两组以上时，各组光束偏离器件一(3)沿激光器(1)的激光发射方向依次相互贴设固定，所述法拉第旋光器(2)能使激光的偏振态旋转45°，最靠近法拉第旋光器(2)的一组光束偏离器件一(3)的前端面贴设固定于法拉第旋光器(2)的后端面上，每组光束偏离器件一(3)包括楔角片一(31)和楔角片二(32)，所述楔角片一(31)和楔角片二(32)均为双折射晶体，所述楔角片一(31)和楔角片二(32)中的两个斜面相互贴合且两个通光面相互平行，所述楔角片一(31)和楔角片二(32)中的其中一个楔角片的光轴垂直于其通光面且另一个楔角片的光轴与其通光面平行或成夹角。2.根据权利要求1所述的双折射晶体光束偏离的光隔离器，其特征在于：所述楔角片二(32)的光轴和激光器(1)输出偏振光在入射面上投影的夹角度数等于法拉第旋光器(2)的理论旋光角或90°与理论旋光角度数之和。3.根据权利要求1所述的双折射晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄木旺，
申请(专利权)人：福州铄云光电有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35