一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种液冷百瓦级多模在线隔离器，包括沿正向光入射光轴上依次设置的：第一光纤准直器、光隔离器芯件和第二光纤准直器，多模光纤与第一光纤准直器连接，第二光纤准直器与多模光纤连接，第一光纤准直器与光隔离器芯件之间设有反射镜组件；所述第一光纤准直器、隔离器芯件、第二光纤准直器、和反射镜均设置在水冷封装装置内。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100W以上的大功率多模激光器。
【专利说明】一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光隔离器，特别是一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器，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。在光纤激光等应用中，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单模光隔离器，多模光隔离器在 大功率方面更是空白。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及100w以上的大功率多模光纤激 光器的光隔离器。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，提供一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器，它具有高隔离 度、散热效果好和工作性能稳定的优点，能够用于100W及100W以上的大功率多模半导体激 光器。
[0005] 本发明的技术方案：一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器，包括沿正向光入射 光轴上依次设置的：第一光纤准直器、光隔离器芯件和第二光纤准直器，多模光纤与第一光 纤准直器连接，第二光纤准直器与多模光纤连接，第一光纤准直器与光隔离器芯件之间设 有反射镜组件；所述第一光纤准直器、隔离器芯件、第二光纤准直器、和反射镜均设置在水 冷封装装置内。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。该多模光纤在线光 隔离器为100W及以上大功率多模半导体激光器的工业用途奠定了基础。
[0006] 前述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器中，所述反射镜组件为2个对称设 置的反射镜，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。
[0007] 前述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器中，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。
[0008] 前述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器中，所述第一光纤准直器包括第一 光尾纤和第一透镜，第一光尾纤通过第一透镜与光隔离器芯件的光路连接；该第二光纤准 直器包括第二光尾纤和第二透镜，第二光尾纤通过第二透镜与光隔离器芯件的光路连接。
[0009] 前述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器中，所述第一光尾纤与第二光尾纤 同为多模光纤。
[0010] 前述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器中，所述第一透镜与第二透镜为 C-Lens、G_Lens 或者 D-lens〇 toon] 前述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器中，所述光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。第二双折射晶体与第二 光纤准直器之间设有一个光阑。
[0012] 前述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器中，所述光隔离器还包括磁管，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。
[0013] 前述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器中，所述第一双折射晶体和第二双 折射晶体均采用楔角为5. 8°的YV04晶体，采用5. 8°的楔角可以确保光线沿轴向传播而 不发生垂轴方向的偏移，另一方面采用5.8°的楔角可以增加回波损耗。
[0014] 前述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器中，所述法拉第旋光器采用旋光角 度为45°楔角为Γ -3°的旋光玻璃棒。
[0015] 前述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器中，所述液冷封装装置包括壳体、 液冷腔、进液口和出液口，所述壳体的其中一端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，液冷腔设置在壳体内的两端，液冷腔与中空结构连通。
[0016] 前述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器中，所述壳体内与反射镜位置相对 应的内壁上设有F = -10?0mm的窗口片。
[0017] 与现有技术相比，本发明采用的结构能够将光隔离器的使用功率提高至100W以 上，通过采用液冷封装装置，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。
[0018] 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液体中，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。
[0019] 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，为百瓦级大功率半导体激光器的工业用途奠定了基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是本发明的结构示意图及正向通光示意图； 图2是本发明一端设有进、出液口的结构示意图及反向通光示意图； 图3是本发明两端均设有进、出液口的结构示意图及反向通光示意图； 图4是壳体一端设有进、出液口的结构示意图； 图5是壳体两端均设有进、出液口的结构示意图。
[0021] 附图中的标记为：1-第一光纤准直器，2-光隔离器芯件，3-第二光纤准直器，4-反 射镜组件，5-第一双折射晶体，6-法拉第旋光器，7-1/2波片，8-第二双折射晶体，9-多模 光纤，10-水冷封装装置，11-第一光尾纤，12-第一透镜，13-第二光尾纤，14-第二透镜， 15-磁管，16-窗口片，17-壳体，18-液冷腔，19-进液口，20-出液口。
【具体实施方式】
[0022] 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。
[0023] 实施例1 如图1所示，本发明所述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器，包括沿正向光入 射光轴上依次设有：第一光纤准直器1、光隔离器芯件2、第二光纤准直器3,光纤9与第一 光纤准直器1连接，第一光纤准直器1与光隔离器芯件2之间设有反射镜组件4 ;所述反射 镜组件4为2个反射镜，2个反射镜与光轴之间的夹角均为45°，2个反射镜均采用陶瓷反 射镜；第一光纤准直器1、光隔离器芯件2、第二光纤准直器3和反射镜组件4均设置在水冷 封装装置10内。
[0024] 所述第一光纤准直器1包括第一光尾纤11和第一透镜12,第一光尾纤11通过第 一透镜12与光隔离器芯件2的光路连接；所述第二光纤准直器3包括第二光尾纤13和第 二透镜14,第二光尾纤13通过第二透镜14与光隔离器芯件2的光路连接。
[0025] 第一光尾纤11和第二光尾纤13均为105/125多模光纤。
[0026] 第一透镜12与第二透镜14为C-Lens。
[0027] 所述光隔离器芯件3包括沿正向光入射光轴上依次设置的第一双折射晶体5、法 拉第旋光器6、1/2波片7和第二双折射晶体8 ;所述法拉第旋光器6的旋光角度为45° ;所 述1/2波片7通过紫外固化胶粘贴在第二双折射晶体8的入光端面上。第二双折射晶体8 与第二光纤准直器3之间设有一个光阑。
[0028] 所述光隔离器芯件还包括磁管15,所述法拉第旋光器6设于磁管15内，第一双折 射晶体5和第二双折射晶体8分别设于磁管15的两端。
[0029] 所述第一双折射晶体5和第二双折射晶体8均采用楔角为5. 8°的YV04晶体，采 用5. 8°的楔角可以确保光线沿轴向传播而不发生垂轴方向的偏移，另一方面采用5. 8° 的楔角可以增加回波损耗。
[0030] 前述的一种液冷百瓦级多模在线隔离器中，所述法拉第旋光器6采用旋光角度为 45°楔角为2. 5°的磁旋光晶体棒或磁旋光玻璃棒。
[0031] 如图4所示，所述液冷封装装置11包括壳体17、液冷腔18、进液口 19和出液口 20,所述壳体17的其中一端设有进液口 19和出液口 20,进液口 19设于壳体17的下方，出 液口 20设于壳体17的上方，壳体17的外壁与内壁之间为中空结构，所述进液口 19和出液 口 20与该中空结构连接，液冷腔18设置在壳体17内的两端，液冷腔18与中空结构连通。
[0032] 所述壳体17内与反射镜位置相对应的内壁上设有F = 0-10mm的窗口片16。
[0033] 实施例2 如图2所示，本发明所述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器，包括沿正向光入 射光轴上依次设有：第一光纤准直器1、光隔离器芯件2、第二光纤准直器3,光纤9与第一 光纤准直器1连接，第一光纤准直器1与光隔离器芯件2之间设有反射镜组件4,所述反射 镜组件4为2个对称设置的反射镜；2个反射镜与光轴之间的夹角均为45°，2个反射镜均 采用铜镜；第一光纤准直器1、光隔离器芯件2、第二光纤准直器3、和反射镜组件4均设置 在水冷封装装置10内。
[0034] 所述第一光纤准直器1包括第一光尾纤11和第一透镜12,第一光尾纤11通过第 一透镜12与光隔离器芯件2的光路连接；该第二光纤准直器3包括第二光尾纤13和第二 透镜14,第二光尾纤13通过第二透镜14与光隔离器芯件2的光路连接。
[0035] 第一光尾纤11和第二光尾纤13均为多模光纤，200/220。
[0036] 第一透镜12与第二透镜14为G-Lens。
[0037] 所述光隔离器芯件2包括沿正向光入射光轴上依次设置的第一双折射晶体5、法 拉第旋光器6、1/2波片7和第二双折射晶体8 ;所述法拉第旋光器6的旋光角度为45° ;所 述1/2波片7通过紫外固化胶粘贴在第二双折射晶体8的入光端面上。
[0038] 还包括磁管15,所述法拉第旋光器6设于磁管15内，第一双折射晶体7第二双折 射晶体8分别设于磁管15的两端。
[0039] 所述第一双折射晶体5和第二双折射晶体8均采用楔角为5. 8°的YV04晶体，采 用5. 8°的楔角可以确保光线沿轴向传播而不发生垂轴方向的偏移，另一方面采用5. 8° 的楔角可以反射一部分回波增加回波损耗。
[0040] 前述的一种液冷百瓦级多模在线隔离器中，所述法拉第旋光器6采用旋光角度为 45°楔角为1.5°的磁旋光晶体棒或磁旋光玻璃棒。
[0041] 如图4所示，所述液冷封装装置10包括壳体17、液冷腔18、进液口 19和出液口 20,所述壳体17的其中一端设有进液口 19和出液口 20,进液口 19设于壳体17的下方，出 液口 20设于壳体17的上方，壳体17的外壁与内壁之间为中空结构，所述进液口 19和出液 口 20与该中空结构连接，液冷腔18设置在壳体17内的两端，液冷腔18与中空结构连通。
[0042] 所述壳体20内与反射镜位置相对应的内壁上设有F = -5mm的窗口片16。
[0043] 实施例3 如图3所示，本发明所述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器，包括沿正向光入 射光轴上依次设有：第一光纤准直器1、光隔离器芯件2、第二光纤准直器3,光纤9与第一 光纤准直器1连接，第一光纤准直器1与光隔离器芯件2之间设有2个对称设置的反射镜 组件4 ;所述反射镜组件4为2个反射镜与光轴之间的夹角均为45°，2个反射镜均采用高 反反射镜；所述第一光纤准直器1、光隔离器芯件2、第二光纤准直器3和反射镜组件4均设 置在液冷封装装置10内。
[0044] 所述液冷封装装置10包括上部冷却液管和下部冷却液管，所述上部冷却液管为 出液管，下部冷却液管为进液管；所述液冷封装装置10内与反射镜位置相对应的内壁上设 有F = -10mm的窗口片16。
[0045] 第一光纤准直器1包括第一光尾纤11和第一透镜12,第一光尾纤11通过第一透 镜12与光隔离器芯件2的光路连接；该第二光纤准直器3包括第二光尾纤13和第二透镜 14,第二光尾纤13通过第二透镜14与光隔离器芯件2的光路连接。
[0046] 第一光尾纤11和第二光尾纤13均为200/400多模光纤。
[0047] 第一透镜12与第二透镜14可以为C-Lens、G_Lens或者D-lens。
[0048] 所述隔离器芯件2包括沿正向光入射光轴上依次设置的第一双折射晶体5、法拉 第旋光器6、1/2波片7和第二双折射晶体8 ;所述法拉第旋光器6的旋光角度为45° ;所述 1/2波片7通过紫外固化胶粘贴在第二双折射晶体8的入光端面上。
[0049] 还包括磁管15,所述法拉第旋光器6设于磁管15内，第一双折射晶体5和第二双 折射晶体8分别设于磁管15的两端。
[0050] 所述第一双折射晶体5和第二双折射晶体8均采用楔角为5. 8°的YV04晶体，采 用5. 8°的楔角可以确保光线沿轴向传播而不发生垂轴方向的偏移，另一方面采用5. 8° 的楔角可以反射一部分回波增加回波损耗。
[0051] 前述的一种液冷百瓦级多模在线隔离器中，所述法拉第旋光器6采用旋光角度为 45°楔角为Γ的磁旋光晶体棒或磁旋光玻璃棒。
[0052] 如图5所示，所述液冷封装装置10包括壳体17、液冷腔18、进液口 19和出液口 20,所述壳体17的两端均设有进液口 18和出液口 20,进液口 19设于壳体17的下方，出液 口 20设于壳体17的上方，壳体17的外壁与内壁之间为中空结构，所述进液口 17和出液口 20与该中空结构连接，液冷腔18设置在壳体17内的两端，液冷腔18与中空结构连通。
[0053] 所述壳体17内与反射镜位置相对应的内壁上设有F = -10mm的窗口片16。
[0054] 上述实施例中的窗口片16也可采用其它规格的负透镜。
[0055] 本发明的工作原理：如图1所示，光正向传输时，光通过多模光纤进入第一光纤准 直器1，将多模光纤9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5,分成〇光和e光，两者迅速分开一定角度传输进入旋转角度为45°的法拉第旋光器 6。通过法拉第旋光器6, 〇光和e光的振动面各自向同一方向旋转了 45°。旋转后的〇光 和e光经过1/2波片7后，又都向同一方向改变了 45°。此时的〇光及e光进入第二双折 射晶体8,合光入射到第二光纤准直器3准直出光，实现了光的正向传输。
[0056] 如图2所示，光路反向时，光首先通过多模光纤进入第二准直器3,进而入射到第 二双折射晶体8内，快速的分成〇光和e光。返回的〇光和e光经过1/2波片7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，通过1/2波片7的〇 光和e光光束的振动面朝正向光旋转的方向旋转了 45°，此时返回的两分离光束〇光6光 相对于第一双折射晶体5,由于进入面的改变使得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。后经过第一光纤准直器1与第一双折射晶体5之间的 反射镜5的反射，〇光和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 不能再耦合进第一光纤准直器1中，从而达到了反向隔离的目标。垂直于光轴的〇光和e 光分别入射到设置在壳体17内壁上的窗口片16上，由于窗口片16米用负透镜，可以将光 线发散出去，将〇光和e光的热量均匀的分散到液体中。
[0057] 在这两个过程中产生的热量，经过液冷封装装置10内液体的循环，迅速的带出， 从而达到了良好的散热效果。
[0058] 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保 护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应 当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，均属本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器，包括沿正向光入射光轴上依次设置的：第 一光纤准直器（1)、光隔离器芯件（2)和第二光纤准直器（3)，多模光纤（9)与第一光纤准 直器（1)连接，其特征在于：所述第一光纤准直器（1)与光隔离器芯件（2)之间设有反射镜 组件（4);所述第一光纤准直器（1)、光隔离器芯件（2)、第二光纤准直器（3)和反射镜组件 (4)均设置在水冷封装装置（10)内。
2. 根据权利要求1所述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器，其特征在于：所述 反射镜组件（4)为2个对称设置的反射镜，所述2个反射镜与光路之间的夹角均为45° ;所 以2个反射镜之间形成一个缝隙，这个缝隙起到光阑的作用；所述反射镜采用陶瓷反射镜、 铜镜或高反反射镜。
3. 根据权利要求1所述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器，其特征在于：所述 第一光纤准直器（1)包括第一光尾纤（11)和第一透镜（12)，第一光尾纤（11)通过第一透 镜（12)与光隔离器芯件（2)的光路连接；所述第二光纤准直器（3)包括第二光尾纤（13) 和第二透镜（14)，第二光尾纤（13)通过第二透镜（14)与光隔离器芯件（2)的光路连接。
4. 根据权利要求1或2或3所述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器，其特征在 于：所述光隔离器芯件（2)包括沿正向光入射光轴上依次设置的第一双折射晶体（5)、法拉 第旋光器（6)、1/2波片（7)和第二双折射晶体⑶；所述1/2波片（7)通过紫外固化胶粘 贴在第二双折射晶体（8)的入光端面上。
5. 根据权利要求4所述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器，其特征在于：还包 括磁管（15)，所述法拉第旋光器（6)设于磁管（15)内，第一双折射晶体（5)和第二双折射 晶体（8)分别设于磁管（15)的两端。
6. 根据权利要求1所述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器，其特征在于：所述 液冷封装装置（10)包括壳体（17)、液冷腔（18)、进液口（19)和出液口（20)，所述壳体（17) 的至少一端设有进液口（19)和出液口（20)，进液口（19)设于壳体（17)的下方，出液口 (20)设于壳体（17)的上方，壳体（17)的外壁与内壁之间为中空结构，所述进液口（19)和 出液口（20)与该中空结构连接，液冷腔（18)设置在壳体（17)内的两端，液冷腔（18)与中 空结构连通。
7. 根据权利要求4所述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器，其特征在于：所述 第一光尾纤（11)与第二光尾纤（13)为105/125、200/220或200/400的多模光纤。
8. 根据权利要求4所述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器，其特征在于：所述 第一透镜（12)与第二透镜（14)为C-Lens、G-Lens或者D-lens。
9. 根据权利要求5所述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器，其特征在于：所述 第一双折射晶体（5)和第二双折射晶体（8)均采用楔角为5. 8°的YV04晶体，所述法拉第 旋光器（6)采用旋光角度为45°楔角为Γ -3°的磁旋光晶体棒或磁旋光玻璃棒。
10. 根据权利要求6所述的一种液冷百瓦级多模光纤在线光隔离器，其特征在于：所述 壳体（17)内与反射镜位置相对应的内壁上设有F:-10?0mm的窗口片（16)。
【文档编号】G02F1/09GK104142535SQ201410422425
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】李刚, 胡小波 申请人:鞍山创鑫激光技术有限公司