百瓦级准直型隔离器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种百瓦级准直型隔离器，包括沿正向光入射光轴上依次设置的剥模器（1）、光纤准直器（2）、隔离器芯件（3）和扩束镜（4），剥模器（1）通过光纤（10）与光纤准直器（2）连接，光纤准直器（2）与隔离器芯件（3）之间设有2个对称设置的反射镜（5）；所述剥模器（1）、光纤准直器（2）、隔离器芯件（3）、扩束镜（4）和反射镜（5）均设置在水冷封装装置（11）内。本发明具有高隔离度、散热效果好和工作性能稳定的优点，能够用于大功率脉冲激光器。
【专利说明】百瓦级准直型隔离器【技术领域】
[0001]本发明涉及一种隔离器，特别是一种百瓦级准直型隔离器，属于激光领域。
【背景技术】
[0002]光隔离器是只允许光沿一个方向通过而在相反的方向阻挡光通过的光无源器件。半导体激光器、光放大器以及光纤激光器等对于来自连接器、熔接点、滤波器等的反射光非常敏感，并可能导致性能能恶化甚至损坏，因此需要用光隔离器来阻止反射光。在光纤通信中，通过光纤回波反射的光能够被光隔离很好的隔离。在光线激光等应用中，光隔离器通常被使用在光路中用来避免光路中的回波对光源、抽运源以及其他发光器件造成的干扰和损伤。
[0003]目前使用中的光隔离器绝大部分是一些小功率的光隔离器，往往在几瓦到几十瓦之间。因为一旦涉及到高功率往往会因为技术原因，容易出现插入损耗大、散热效果不好等现象，由此会产生隔离度不高、工作稳定性差的不良后果，严重者还会对激光器带来损坏。在此之前，国内还没有出现能用于100W大功率脉冲激光器的光隔离器。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，提供一种百瓦级准直型隔离器，它具有高隔离度、散热效果好和工作性能稳定的优点，能够用于大功率脉冲激光器。
[0005]本发明的技术方案:一种百瓦级准直型隔离器，包括沿正向光入射光轴上依次设置的剥模器、光纤准直器、隔离器芯件和扩束镜，剥模器通过光纤与光纤准直器连接，光纤准直器与隔离器芯件之间设有2个对称设置的反射镜；所述剥模器、光纤准直器、隔离器芯件、扩束镜和反射镜均设置在水冷封装装置内。剥模器用于消去残余的泵浦光，还可以剥除从纤芯漏到内包层中传输的高阶模式的激光。由于采用了水冷封装装置，极大地提高了散热效果，从而提高了光隔离器的`稳定性，使其在长时间的大功率工作状态下，依然能够保持稳定的工作。
[0006]前述的百瓦级准直型隔离器中，所述2个反射镜与光轴之间的夹角均为40°~50。。
[0007]前述的百瓦级准直型隔离器中，所述2个反射镜与光轴之间的夹角均为45°。所述2个反射镜之间形成一个很小的缝隙，这个缝隙起到光阑的作用。
[0008]前述的百瓦级准直型隔离器中，所述光纤准直器包括光尾纤和透镜，光尾纤通过透镜与隔离器芯件的光路连接；所述光尾纤的尾部设有端帽。
[0009]前述的百瓦级准直型隔离器中，所述隔离器芯件包括沿正向光入射光轴上依次设置的第一双折射晶体、法拉第旋光器、1/2波片和第二双折射晶体。所述的1/2波片使光的相位改变1/4 。
[0010]前述的百瓦级准直型隔离器中，所述反射镜采用陶瓷反射镜、铜镜或高反反射镜。反射镜也可以采用其它反光性能较好的材料制作。[0011]前述的百瓦级准直型隔离器中，还包括磁管，所述法拉第旋光器设于磁管内，第一双折射晶体和第二双折射晶体分别设于磁管的两端；所述法拉第旋光器的旋光角度为45。。
[0012]前述的百瓦级准直型隔离器中，所述扩束镜包括沿正向光入射光轴上依次设置的负透镜和正透镜；所述负透镜与第二双折射晶体之间设有光阑。
[0013]前述的百瓦级准直型隔离器中，所述1/2波片通过紫外固化胶粘贴在第二双折射晶体的入光端面上。
[0014]前述的百瓦级准直型隔离器中，第一双折射晶体和第二双折射晶体均采用YV04晶体。
[0015]前述的百瓦级准直型隔离器中，所述水冷封装装置包括壳体、水冷腔、进水口和出水口，所述壳体的其中一端设有进水口和出水口，进水口设于壳体的下方，出水口设于壳体的上方，壳体的外壁与内壁之间为中空结构，所述进水口和出水口与该中空结构连接，水冷腔设于壳体的端部且与中空结构连通，剥模器设于水冷腔内。
[0016]所述的百瓦级准直型隔离器中，壳体内与反射镜位置相对应的内壁上设有F:-10?0_的窗口片。
[0017]前述的百瓦级准直型隔离器中，壳体内与反射镜位置相对应的内壁上设有F:-5mm的窗口片。
[0018]与现有技术相比，采用本发明的结构能够将功率提高至100W以上，通过采用水冷封装装置，有效提高了散热效果，从而提高了光隔离器的稳定性，使其在长时间的大功率工作状态下，依然能够保持稳定的工作。
[0019]通过在壳体的内壁上设置窗口片，能够将反射回来的光束发散到水中，可以有效防止反射光直接照射到内壁上，一方面起到保护内壁的作用，另一方面能够更有效地散热。
[0020]通过设置模器，在光入射到准直器前先将其进行剥模处理，剥除有害光，例如:残余泵浦光，有效保护准直器，还可以剥除从纤芯漏到内包层中传输的高阶模式的激光。采用端帽和透镜组合的准直器可以使其比传统准直器承载更大的功率。
[0021]通过在第一光纤准直器和隔离器芯件之间设置2个对称布置的反射镜，并增加了1/2波片，使本发明实现了正反方向的功率均可以达到百瓦以上，并且没有因为高功率而产生过高的损耗，为百瓦级大功率脉冲激光器的工业用途奠定了基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明的正向通光示意图；
[0023]图2是本发明的反向通光示意图；
[0024]图3是水冷封装装置的结构示意图。
[0025]附图中的标记为:1-剥模器，2-光纤准直器，3-隔离器芯件，4-扩束镜，5-反射镜，6-第一双折射晶体，7-法拉第旋光器，8-1/2波片，9-第二双折射晶体，10-光纤，11-水冷封装装置，12-第一光尾纤，13-第一透镜，14-负透镜，15-正透镜，16-磁管，17-光阑，18-端帽，19-窗口片，20-壳体，21-水冷腔，22-进水口，23-出水口。
【具体实施方式】[0026]下面结合附图和实施例对本发明作进ー步的详细说明，但并不作为对本发明做任何限制的依据。
[0027]本发明的实施例1:如图1所示，一种百瓦级准直型隔离器，包括沿正向光入射光轴上依次设置的剥模器1、光纤准直器2、隔离器芯件3和扩束镜4，剥模器I通过光纤10与光纤准直器2连接，光纤准直器2与隔离器芯件3之间设有2个对称设置的反射镜5 ;所述剥模器1、光纤准直器2、隔离器芯件3、扩束镜4和反射镜5均设置在水冷封装装置11内。2个反射镜5与光轴之间的夹角均为45°。
[0028]光纤准直器2包括光尾纤12和透镜13，光尾纤12通过透镜13与隔离器芯件3的光路连接，光尾纤12的尾部设有端帽18。所述隔离器芯件3包括沿正向光入射光轴上依次设置的第一双折射晶体6、法拉第旋光器7、1/2波片8和第二双折射晶体9。反射镜5采用陶瓷材料制成。
[0029]还包括磁管16，所述法拉第旋光器7设于磁管16内，第一双折射晶体6和第二双折射晶体9分别设于磁管16的两端；所述法拉第旋光器7的旋光角度为45°。所述扩束镜4包括沿正向光入射光轴上依次设置的负透镜14和正透镜15 ;所述负透镜14与第二双折射晶体9之间设有光阑17。1/2波片8通过紫外固化胶粘贴在第二双折射晶体9的入光端面上。第一双折射晶体6和第二双折射晶体9均采用YV04晶体。
[0030]如图3所示，水冷封装装置11包括壳体20、水冷腔21、进水ロ 22和出水ロ 23，所述壳体20的其中一端设有进水口 22和出水ロ 23，进水口 22设于壳体20的下方，出水ロ23设于壳体20的上方，壳体20的外壁与内壁之间为中空结构，所述进水口 22和出水ロ 23与该中空结构连接，水冷腔21设于壳体20的端部且与中空结构连通，剥模器I设于水冷腔21内。壳体20内与反射镜5位置相对应的内壁上设有F:0mm的窗ロ片19。
[0031]本发明的实施例2:如图1所示，一种百瓦级准直型隔离器，包括沿正向光入射光轴上依次设置的剥模器1、光纤准直器2、隔离器芯件3和扩束镜4，剥模器I通过光纤10与光纤准直器2连接，光纤准直器2与隔离器芯件3之间设有2个对称设置的反射镜5 ;所述剥模器1、光纤准直器2、隔离器芯件3、扩束镜4和反射镜5均设置在水冷封装装置11内。2个反射镜5与光轴之间的夹角均为40°。
[0032]光纤准直器2包括光尾纤12和透镜13，光尾纤12通过透镜13与隔离器芯件3的光路连接，光尾纤12的尾部设有端帽18。所述隔离器芯件3包括沿正向光入射光轴上依次设置的第一双折射晶体6、法拉第旋光器7、1/2波片8和第二双折射晶体9。反射镜5采用陶瓷材料制成。
[0033]还包括磁管16，所述法拉第旋光器7设于磁管16内，第一双折射晶体6和第二双折射晶体9分别设于磁管16的两端；所述法拉第旋光器7的旋光角度为45°。所述扩束镜4包括沿正向光入射光轴上依次设置的负透镜14和正透镜15 ;所述负透镜14与第二双折射晶体9之间设有光阑17。1/2波片8通过紫外固化胶粘贴在第二双折射晶体9的入光端面上。第一双折射晶体6和第二双折射晶体9均采用YV04晶体。
[0034]如图3所示，水冷封装装置11包括壳体20、水冷腔21、进水ロ 22和出水ロ 23，所述壳体20的其中一端设有进水口 22和出水ロ 23，进水口 22设于壳体20的下方，出水ロ23设于壳体20的上方，壳体20的外壁与内壁之间为中空结构，所述进水口 22和出水ロ 23与该中空结构连接，水冷腔21设于壳体20的端部且与中空结构连通，剥模器I设于水冷腔21内。壳体20内与反射镜5位置相对应的内壁上设有F:-10mm的窗口片19。
[0035]本发明的实施例3:如图1所示，一种百瓦级准直型隔离器，包括沿正向光入射光轴上依次设置的剥模器1、光纤准直器2、隔离器芯件3和扩束镜4，剥模器I通过光纤10与光纤准直器2连接，光纤准直器2与隔离器芯件3之间设有2个对称设置的反射镜5 ;所述剥模器1、光纤准直器2、隔离器芯件3、扩束镜4和反射镜5均设置在水冷封装装置11内。2个反射镜5与光轴之间的夹角均为50°。
[0036]光纤准直器2包括光尾纤12和透镜13,光尾纤12通过透镜13与隔离器芯件3的光路连接，光尾纤12的尾部设有端帽18。所述隔离器芯件3包括沿正向光入射光轴上依次设置的第一双折射晶体6、法拉第旋光器7、1/2波片8和第二双折射晶体9。反射镜5采用陶瓷材料制成。
[0037]还包括磁管16，所述法拉第旋光器7设于磁管16内，第一双折射晶体6和第二双折射晶体9分别设于磁管16的两端；所述法拉第旋光器7的旋光角度为45°。所述扩束镜4包括沿正向光入射光轴上依次设置的负透镜14和正透镜15 ;所述负透镜14与第二双折射晶体9之间设有光阑17。1/2波片8通过紫外固化胶粘贴在第二双折射晶体9的入光端面上。第一双折射晶体6和第二双折射晶体9均采用YV04晶体。
[0038]如图3所示，水冷封装装置11包括壳体20、水冷腔21、进水口 22和出水口 23，所述壳体20的其中一端设有进水口 22和出水口 23，进水口 22设于壳体20的下方，出水口23设于壳体20的上方，壳体20的外壁与内壁之间为中空结构，所述进水口 22和出水口 23与该中空结构连接，水冷腔21设于壳体20的端部且与中空结构连通，剥模器I设于水冷腔21内。壳体20内与反射镜5位置相对应的内壁上设有F:-5mm的窗口片19。
[0039]本发明的工作原理:如图1所示，光正向传输时，光通过剥模器I后净端帽18进入光纤准直器2，将光纤10中传输的光束转化为准直光，提高耦合效率。然后光进入第一双折射晶体6,分成ο光和e光,两者迅速分开一定角度传输进入45°的法拉第旋光器7。通过法拉第旋光器7, ο光和e光的振动面各自向同一方向旋转了 45°。旋转后的ο光和e光经过1/2波片8后，又都向同一方向改变了 45°。此时的ο光及e光进入第二双折射晶体9，合光入射到扩束镜4出光，实现了光的正向传输。
[0040]如图2所示，光路反向时，光首先通过扩束镜4，进而入射到第二双折射晶体9内，快速的分成ο光和e光。返回的ο光和e光经过1/2波片8的作用，其振动面又各自向同一方向改变了 45°。由于法拉第效应的非互易性，ο光和e光通过法拉第旋转器7后，偏振方向仍然向同一个方向旋转45°，这样原来的ο光和e光在进入第一双折射晶体6后成了e光和ο光。由于折射率的差别，这两分离光束不再沿原来的光路汇聚成一条光束，反而使其分离的距离增大。后经过光纤准直器2与第一双折射晶体6之间的反射镜5的反射，ο光和e光分别以垂直于光轴90°的方向各自被反射出去，以至于反射光不能再耦合进光纤准直器2中，从而达到了反向隔离的目标。垂直于光轴的ο光和e光分别入射到设置在壳体20内壁上的窗口片19上，由于窗口片19采用负透镜，可以将光线发散出去，将ο光和e光的热量均匀的分散到水中。
[0041]在这两个过程中产生的热量，经过水冷封装装置11内水的循环，迅速的带出，从而达到了良好的散热效果。
【权利要求】
1.一种百瓦级准直型隔离器，其特征在于:包括沿正向光入射光轴上依次设置的剥模器(I)、光纤准直器(2)、隔离器芯件(3)和扩束镜(4)，剥模器(I)通过光纤(10)与光纤准直器(2)连接，光纤准直器(2)与隔离器芯件(3)之间设有2个对称设置的反射镜(5);所述剥模器(I)、光纤准直器(2)、隔离器芯件(3)、扩束镜(4)和反射镜(5)均设置在水冷封装装置(11)内。
2.根据权利要求1所述的百瓦级准直型隔离器，其特征在于:所述2个反射镜(5)与光轴之间的夹角均为40°?50° ;所述反射镜(5)采用陶瓷反射镜、铜镜或高反反射镜。
3.根据权利要求1所述的百瓦级准直型隔离器，其特征在于:所述光纤准直器(2)包括光尾纤(12)和透镜(13)，光尾纤(12)通过透镜(13)与隔离器芯件(3)的光路连接；所述光尾纤(12)的尾部设有端帽(18)。
4.根据权利要求1或2或3所述的百瓦级准直型隔离器，其特征在于:所述隔离器芯件(3)包括沿正向光入射光轴上依次设置的第一双折射晶体(6)、法拉第旋光器(7)、1/2波片(8)和第二双折射晶体(9);所述1/2波片(8)通过紫外固化胶粘贴在第二双折射晶体(9)的入光端面上。
5.根据权利要求4所述的百瓦级准直型隔离器，其特征在于:还包括磁管(16)，所述法拉第旋光器(7)设于磁管(16)内，第一双折射晶体(6)和第二双折射晶体(9)分别设于磁管(16)的两端；所述法拉第旋光器(7)的旋光角度为45°。
6.根据权利要求4所述的百瓦级准直型隔离器，其特征在于:所述扩束镜(4)包括沿正向光入射光轴上依次设置的负透镜(14)和正透镜(15);所述负透镜(14)与第二双折射晶体(9)之间设有光阑(17)。
7.根据权利要求4所述的百瓦级准直型隔离器，其特征在于:第一双折射晶体(6)和第ニ双折射晶体(9)均采用YV04晶体。
8.根据权利要求1所述的百瓦级准直型隔离器，其特征在于:所述水冷封装装置(11)包括壳体(20)、水冷腔(21)、进水口(22)和出水ロ(23)，所述壳体(20)的其中一端设有进水口(22)和出水ロ(23)，进水ロ(22)设于壳体(20)的下方，出水ロ(23)设于壳体(20)的上方，壳体(20)的外壁与内壁之间为中空结构，所述进水口(22)和出水ロ(23)与该中空结构连接，水冷腔(21)设置在壳体(20)内的两端，水冷腔(21)设于壳体(20)的端部且与中空结构连通，剥模器(I)设于水冷腔(21)内。
9.根据权利要求8所述的百瓦级准直型隔离器，其特征在于:所述壳体(20)内与反射镜(5)位置相对应的内壁上设有F:-10?Omm的窗ロ片(19)。
【文档编号】G02B6/32GK103499856SQ201310437178
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】李刚, 胡小波 申请人:深圳市创鑫激光技术有限公司