百瓦级高隔离度准直型光隔离器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种百瓦级高隔离度准直型光隔离器，包括冷却装置（1）、剥模器（2）、光纤准直器（3）和扩束镜（7），在冷却装置（1）内沿正向光入射光轴上依次设有剥模器（2）、光纤准直器（3）、第一光隔离器芯件（4）、2个对称设置的反射镜（5）、第二光隔离器芯件（6）和扩束镜（7），剥模器（2）通过光纤（8）与光纤准直器（3）连接。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】百瓦级高隔离度准直型光隔离器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光隔离器，特别是一种百瓦级高隔离度准直型光隔离器，属于激光加工，即激光切割、激光焊接、激光雕刻及激光3D打印等、激光武器、激光雷达通信及激光传感领域。
【背景技术】
[0002]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，并可能导致性能恶化甚至损坏，因此需要用光隔离器来阻止反射光。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。它的作用是防止光路中由于各种原因产生的反向传输光对光源以及光路系统产生不良影响。
[0003]但是现阶段光隔离器所能承载的功率和能达到的隔离程度都不够高，极大程度地影响了高端百瓦级光纤激光器的发展。因此，高端百瓦级光隔离器和其高隔离度是改善高端光纤激光器性能的一个突破口。
[0004]目前国内使用的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，达到百瓦级以上的光隔离器很少。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，而且现有的光隔离器的隔离度不高、工作稳定性较差。综上所述，开发一种高端百瓦级高隔离度的光隔离器势在必行。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，提供一种百瓦级高隔离度准直型光隔离器，它具有高隔离度、散热效果好和工作性能稳定的优点，能很好地被用于大功率脉冲激光器、大功率连续激光器等激光光学应用领域中。
[0006]本发明的技术方案:一种百瓦级高隔离度准直型光隔离器，包括冷却装置、剥模器、光纤准直器和扩束镜，在冷却装置内沿正向光入射光轴上依次设有剥模器、光纤准直器、第一光隔离器芯件、2个对称设置的反射镜、第二光隔离器芯件和扩束镜，剥模器通过光纤与光纤准直器连接。通过设置剥模器，可以消去残余的泵浦光，还可以剥除从纤芯漏到内包层中传输的高阶模式的激光。通过设置冷却装置，使冷却介质直接与光学器件热承直接接触，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。
[0007]前述的百瓦级高隔离度准直型光隔离器中，所述光纤准直器包括光尾纤和透镜，光尾纤通过透镜与第一光隔离器芯件的光路连接；光尾纤的尾部设有端帽。
[0008]前述的百瓦级高隔离度准直型光隔离器中，所述第一光隔离器芯件和第二光隔离器芯件的结构相同，均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。第一双折射晶体和第二双折射晶体均采用YV04晶体。
[0009]前述的百瓦级高隔离度准直型光隔离器中，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(16)的两端；所述法拉第旋光器的旋光角度为45°。
[0010]前述的百瓦级高隔离度准直型光隔离器中，所述2个反射镜与光轴之间的夹角均为40°?50° ;所述反射镜采用陶瓷反射镜、铜镜或高反反射镜。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。反射镜可以采用陶瓷反射镜、铜镜或高反反射镜，也可以采用其它反光性能较好的材料制作。
[0011]前述的百瓦级高隔离度准直型光隔离器中，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。
[0012]前述的百瓦级高隔离度准直型光隔离器中，所述冷却装置内设有正透镜的一侧设有大光阑；光纤准直器与第一光隔离器芯件之间设有小光阑。
[0013]前述的百瓦级高隔离度准直型光隔离器中，所述冷却装置包括壳体、冷却腔、进液口和出液口，所述壳体的两端均设有进液口和出液口，进液口设于壳体的下方，出液口设于壳体的上方，壳体的外壁与内壁之间为中空结构，所述进液口和出液口与该中空结构连接，冷却腔设置在壳体内的一端，冷却腔与中空结构连通，剥模器设于冷却腔内。所述内壁也外壁之间的中空结构内填充有冷却介质，冷却介质采用水或油；在壳体的一端设置冷却腔并将剥模器设置在冷却腔内，目的是为了使薄膜器能够直接与冷却介质接触，更好的散热。
[0014]前述的百瓦级高隔离度准直型光隔离器中，所述壳体内与反射镜位置相对应的内壁上设有F:-10?Omm的窗口片。
[0015]前述的百瓦级高隔离度准直型光隔离器中，所述壳体内与反射镜位置相对应的内壁上设有F:-5mm的窗口片。
[0016]与现有技术相比，本发明通过设置冷却装置，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。通过在壳体的内壁上设置窗口片，能够将沿光路反射回来的光束发散到冷却介质中，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。
[0017]通过设置剥模器，在光入射到准直器前先将其进行剥模处理，剥除有害光，还可以剥除从纤芯漏到内包层中传输的高阶模式的激光，有效保护准直器。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。
[0018]通过设置2个光隔离器芯件并配合2个对称设置的反射镜共同使用，使本发明充分实现了光隔离器的高隔离度。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明的正向通光示意图；
[0020]图2是本发明的反向通光示意图；
[0021]图3是冷却装置的结构示意图。
[0022]附图中的标记为:1-冷却装置，2-剥模器，3-光纤准直器，4-第一光隔离器芯件，5-反射镜,6-第二光隔离器芯件,7-扩束镜,8-光纤,9-光尾纤，10-透镜，11-端帽，12-第一双折射晶体，13-法拉第旋光器，14-1/2波片，15-第二双折射晶体，16-磁管，17-负透镜，18-正透镜，19-大光阑，20-小光阑，21-冷却腔，22-进液口，23-出液口，24-壳体，25-窗口片。【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对本发明做任何限制的依据。
[0024]本发明的实施例1:如图1和图2所示，一种百瓦级高隔离度准直型光隔离器，包括冷却装置1、剥模器2、光纤准直器3和扩束镜7，在冷却装置I内沿正向光入射光轴上依次设有剥模器2、光纤准直器3、第一光隔离器芯件4、2个对称设置的反射镜5、第二光隔离器芯件6和扩束镜7，剥模器2通过光纤8与光纤准直器3连接。光纤准直器3包括光尾纤9和透镜10，光尾纤9通过透镜10与第一光隔离器芯件4的光路连接；光尾纤9的尾部设有端帽11。还包括磁管16,所述法拉第旋光器13设于磁管16内，第一双折射晶体12和第二双折射晶体15分别设于磁管16的两端；所述法拉第旋光器13的旋光角度为45°。所述扩束镜7包括沿正向光入射光轴上依次设置的负透镜17和正透镜18。所述冷却装置I内设有正透镜18的一侧设有大光阑19 ;光纤准直器3与第一光隔离器芯件4之间设有小光阑20。
[0025]所述第一光隔离器芯件4和第二光隔离器芯件6的结构相同，均包括沿正向光入射光轴上依次设置的第一双折射晶体12、法拉第旋光器13、1/2波片14和第二双折射晶体15 ;所述1/2波片14通过紫外固化胶粘贴在第二双折射晶体15的入光端面上。2个反射镜5与光轴之间的夹角均为45° ;所述反射镜5采用陶瓷反射镜、铜镜或高反反射镜。
[0026]如图3所示，冷却装置I包括壳体24、冷却腔21、进液口 22和出液口 23，所述壳体24的两端均设有进液口 22和出液口 23，进液口 22设于壳体24的下方，出液口 23设于壳体24的上方，壳体24的外壁与内壁之间为中空结构，所述进液口 22和出液口 23与该中空结构连接，冷却腔21设置在壳体24内的一端，冷却腔21与中空结构连通，剥模器2设于冷却腔21内。所述壳体24内与反射镜5位置相对应的内壁上设有F:-5mm的窗口片25。
[0027]本发明的实施例2:如图1和图2所示，一种百瓦级高隔离度准直型光隔离器，包括冷却装置1、剥模器2、光纤准直器3和扩束镜7，在冷却装置I内沿正向光入射光轴上依次设有剥模器2、光纤准直器3、第一光隔离器芯件4、2个对称设置的反射镜5、第二光隔离器芯件6和扩束镜7，剥模器2通过光纤8与光纤准直器3连接。光纤准直器3包括光尾纤9和透镜10，光尾纤9通过透镜10与第一光隔离器芯件4的光路连接；光尾纤9的尾部设有端帽11。还包括磁管16,所述法拉第旋光器13设于磁管16内，第一双折射晶体12和第二双折射晶体15分别设于磁管16的两端；所述法拉第旋光器13的旋光角度为45°。所述扩束镜7包括沿正向光入射光轴上依次设置的负透镜17和正透镜18。所述冷却装置I内设有正透镜18的一侧设有大光阑19 ;光纤准直器3与第一光隔离器芯件4之间设有小光阑20。
[0028]所述第一光隔离器芯件4和第二光隔离器芯件6的结构相同，均包括沿正向光入射光轴上依次设置的第一双折射晶体12、法拉第旋光器13、1/2波片14和第二双折射晶体15 ;所述1/2波片14通过紫外固化胶粘贴在第二双折射晶体15的入光端面上。2个反射镜5与光轴之间的夹角均为40° ;所述反射镜5采用陶瓷反射镜、铜镜或高反反射镜。
[0029]如图3所示，冷却装置I包括壳体24、冷却腔21、进液口 22和出液口 23，所述壳体24的两端均设有进液口 22和出液口 23，进液口 22设于壳体24的下方，出液口 23设于壳体24的上方，壳体24的外壁与内壁之间为中空结构，所述进液口 22和出液口 23与该中空结构连接，冷却腔21设置在壳体24内的一端，冷却腔21与中空结构连通，剥模器2设于冷却腔21内。所述壳体24内与反射镜5位置相对应的内壁上设有F:-10mm的窗口片25。
[0030]本发明的实施例3:如图1和图2所示，一种百瓦级高隔离度准直型光隔离器，包括冷却装置1、剥模器2、光纤准直器3和扩束镜7，在冷却装置I内沿正向光入射光轴上依次设有剥模器2、光纤准直器3、第一光隔离器芯件4、2个对称设置的反射镜5、第二光隔离器芯件6和扩束镜7，剥模器2通过光纤8与光纤准直器3连接。光纤准直器3包括光尾纤9和透镜10，光尾纤9通过透镜10与第一光隔离器芯件4的光路连接；光尾纤9的尾部设有端帽11。还包括磁管16,所述法拉第旋光器13设于磁管16内，第一双折射晶体12和第二双折射晶体15分别设于磁管16的两端；所述法拉第旋光器13的旋光角度为45°。所述扩束镜7包括沿正向光入射光轴上依次设置的负透镜17和正透镜18。所述冷却装置I内设有正透镜18的一侧设有大光阑19 ;光纤准直器3与第一光隔离器芯件4之间设有小光阑20。
[0031]所述第一光隔离器芯件4和第二光隔离器芯件6的结构相同，均包括沿正向光入射光轴上依次设置的第一双折射晶体12、法拉第旋光器13、1/2波片14和第二双折射晶体15 ;所述1/2波片14通过紫外固化胶粘贴在第二双折射晶体15的入光端面上。2个反射镜5与光轴之间的夹角均为50° ;所述反射镜5采用陶瓷反射镜、铜镜或高反反射镜。
[0032]如图3所示，冷却装置I包括壳体24、冷却腔21、进液口 22和出液口 23，所述壳体24的两端均设有进液口 22和出液口 23，进液口 22设于壳体24的下方，出液口 23设于壳体24的上方，壳体24的外壁与内壁之间为中空结构，所述进液口 22和出液口 23与该中空结构连接，冷却腔21设置在壳体24内的一端，冷却腔21与中空结构连通，剥模器2设于冷却腔21内。所述壳体24内与反射镜5位置相对应的内壁上设有F =Omm的窗口片25。
[0033]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2后经端帽11进入光纤准直器3，将光纤8中传输的光束转化为准直光，提高耦合效率。然后光进入第一光隔离器芯件4上的第一双折射晶体12,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13,通过法拉第旋光器13, 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14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15，合光入射到第二光隔离器芯件6上，经第二第二光隔离器芯件6处理后的合光入射到扩束镜7出光,实现了光的正向传输。
[0034]如图2所示，光路反向时，光首先通过大光阑19和扩束镜7，进而入射到第二光隔离器芯件6的第二双折射晶体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15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13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12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,再经窗口片25的作用发散到壳体24内的冷却介质中。部分通过反射镜之间的小孔射入到第一光隔离器芯件4的光，在第一光隔离器芯件4的作用下分成艰巨较大的ο光和e光，ο光和e光被小光缆20挡住而不会射入到光线准直器3内。[0035]在这两个过程中产生的热量，经过冷却装置I内冷却介质的循环，迅速的带出，从而达到了良好的散热效果。冷却介质采用水或油。
【权利要求】
1.一种百瓦级高隔离度准直型光隔离器，其特征在于:包括冷却装置(I)、剥模器(2)、光纤准直器(3 )和扩束镜(7 )，在冷却装置(I)内沿正向光入射光轴上依次设有剥模器(2 )、光纤准直器(3)、第一光隔离器芯件(4)、2个对称设置的反射镜(5)、第二光隔离器芯件(6)和扩束镜(7 )，剥模器(2 )通过光纤(8 )与光纤准直器(3 )连接。
2.根据权利要求1所述的百瓦级高隔离度准直型光隔离器，其特征在于:所述光纤准直器(3)包括光尾纤(9)和透镜(10)，光尾纤(9)通过透镜(10)与第一光隔离器芯件(4)的光路连接；光尾纤(9)的尾部设有端帽(11)。
3.根据权利要求1所述的百瓦级高隔离度准直型光隔离器，其特征在于:所述第一光隔离器芯件(4)和第二光隔离器芯件(6)的结构相同，均包括沿正向光入射光轴上依次设置的第一双折射晶体(12)、法拉第旋光器(13)、1/2波片(14)和第二双折射晶体(15);所述1/2波片(14)通过紫外固化胶粘贴在第二双折射晶体(15)的入光端面上。
4.根据权利要求3所述的百瓦级高隔离度准直型光隔离器，其特征在于:还包括磁管(16),所述法拉第旋光器(13)设于磁管(16)内，第一双折射晶体(12)和第二双折射晶体(15)分别设于磁管(16)的两端；所述法拉第旋光器(13)的旋光角度为45°。
5.根据权利要求1所述的百瓦级高隔离度准直型光隔离器，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。
6.根据权利要求1所述的百瓦级高隔离度准直型光隔离器，其特征在于:所述扩束镜(7)包括沿正向光入射光轴上依次设置的负透镜(17)和正透镜(18)。
7.根据权利要求6所述的百瓦级高隔离度准直型光隔离器，其特征在于:所述冷却装置(I)内设有正透镜(18)的一侧设有大光阑(19);光纤准直器(3)与第一光隔离器芯件(4)之间设有小光阑(20)。
8.根据权利要求1?7中任意一项所述的百瓦级高隔离度准直型光隔离器，其特征在于:所述冷却装置(I)包括壳体(24)、冷却腔(21)、进液口( 22 )和出液口( 23 )，所述壳体(24)的两端均设有进液口( 22)和出液口( 23)，进液口( 22)设于壳体(24)的下方，出液口(23)设于壳体(24)的上方，壳体(24)的外壁与内壁之间为中空结构，所述进液口(22)和出液口( 23 )与该中空结构连接，冷却腔(21)设置在壳体(24)内的一端，冷却腔(21)与中空结构连通，剥模器(2)设于冷却腔(21)内。
9.根据权利要求8所述的百瓦级高隔离度准直型光隔离器，其特征在于:所述壳体(24)内与反射镜(5)位置相对应的内壁上设有F:-10?Omm的窗口片(25)。
【文档编号】G02F1/09GK103605183SQ201310488924
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2013年10月17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