光隔离器、激光输出头、激光器的制作方法

【技术领域】

本发明涉及激光设备技术领域，尤其涉及一种光隔离器、具有此光隔离器的激光输出头及具有此激光输出头的激光器。

背景技术：

光隔离器，也叫隔离器，是一种只允许单向光通过的无源光器件，其工作原理是基于法拉第旋转的非互易性。通过光纤回波反射的光能够被光隔离器很好的隔离。光隔离器主要利用磁光晶体的法拉第效应。光隔离器的特性是：正向插入损耗低，反向隔离度高，回波损耗高。光隔离器是允许光向一个方向通过而阻止向相反方向通过的无源器件，作用是对光的方向进行限制，使光只能单方向传输，通过光纤回波反射的光能够被光隔离器很好的隔离，提高光波传输效率。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：在现有的光隔离器中，往往因需要较强的磁场强度，使得所述法拉第元件以及光隔离器的尺寸较大，从而导致成本过高。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种尺寸小、成本低的光隔离器、具有此光隔离器的激光输出头及具有此激光输出头的激光器。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

一种光隔离器，包括：主件，所述主件包括：磁铁组、法拉第旋光组件、第一磁力线导引块和第二磁力线导引块；

所述磁铁组具有通道，所述法拉第旋光组件、所述第一磁力线导引块和所述第二磁力线导引块均位于所述通道内，所述法拉第旋光组件位于所述第一磁力线导引块和第二磁力线导引块之间；

所述第一磁力线导引块和所述第二磁力线导引块之间形成磁场，所述法拉第旋光组件包括法拉第元件，所述法拉第元件内传播的光束与所述磁场的磁力线的夹角为零度到四十五度。

在一些实施例中，所述第一磁力线导引块和所述第二磁力线导引块均与所述磁铁组铰接；所述光隔离器还包括转动件和连接件，所述转动件与所述第一磁力线导引块固定连接，用于带动所述第一磁力线导引块旋转，所述连接件的一端与所述第一磁力线导引块铰接，另一端与所述第二磁力线导引块铰接。

在一些实施例中，经过所述法拉第元件的所述光束为直通光路，所述第一磁力线导引块朝向所述光束的侧面与所述光束平行，所述第二磁力线导引块朝向所述光束的侧面与所述光束平行；所述第一磁力线导引块朝向所述光束的侧面与所述第二磁力线导引块朝向所述光束的侧面的间距等于所述光束的宽度。

在一些实施例中，经过所述法拉第元件的所述光束为反射光路，所述光束在进入所述法拉第元件之前为入射段光束，从所述法拉第元件射出后为出射段光束，所述第一磁力线导引块朝向所述入射段光束的侧面与所述入射段光束平行，并紧贴于所述入射段光束的边缘；所述第二磁力线导引块朝向所述出射段光束的侧面与所述出射段光束平行，并紧贴于所述出射段光束的边缘。

在一些实施例中，所述第一磁力线导引块上面向所述法拉第元件的表面的面积小于其背离所述法拉第元件的表面的面积；所述第二磁力线导引块上面向所述法拉第元件的表面的面积小于其背离所述法拉第元件的表面的面积。

在一些实施例中，所述法拉第旋光组件还包括第一分束器、第二分束器和半波片，所述第一分束器和第二分束器分别设置于所述法拉第元件的两侧，所述半波片设置于所述法拉第元件与所述第一分束器之间或者所述法拉第元件与所述第二分束器之间。

在一些实施例中，所述法拉第旋光组件还包括半波片调节机构，所述半波片调节机构包括：转动轴、第一齿轮、第二齿轮、齿条和旋钮，所述第一齿轮共有两个，分别套设于所述转动轴的两端，所述半波片的外缘设置有螺纹，其中一个第一齿轮与所述半波片啮合，并且可带动所述半波片转动，所述旋钮与所述第二齿轮固定连接，所述齿条分别与另一个所述第一齿轮和第二齿轮啮合。

在一些实施例中，所述磁铁组包括第一磁铁组和第二磁铁组；所述第一磁铁组包括第一磁铁、第二磁铁和第三磁铁，所述第一磁铁内部的磁力线与所述第二磁铁内部的磁力线垂直，所述第一磁铁内部的磁力线与所述第三磁铁内部的磁力线平行并且方向相反；所述第二磁铁组包括第四磁铁、第五磁铁和第六磁铁，所述第四磁铁内部的磁力线与所述第五磁铁内部的磁力线垂直，所述第四磁铁内部的磁力线与所述第六磁铁内部的磁力线平行并且方向相反。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：一种激光输出头，包括以上所述的光隔离器。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：一种激光器，包括以上所述的激光输出头。

与现有技术相比较，本发明实施例的光隔离器，包括：主件，所述主件包括：磁铁组、法拉第旋光组件、第一磁力线导引块和第二磁力线导引块；所述磁铁组具有通道，所述法拉第旋光组件、所述第一磁力线导引块和所述第二磁力线导引块均位于所述通道内，所述法拉第旋光组件位于所述第一磁力线导引块和第二磁力线导引块之间；所述第一磁力线导引块和所述第二磁力线导引块之间形成磁场，所述法拉第旋光组件包括法拉第元件，所述法拉第元件内传播的光束与所述磁场的磁力线的夹角为零度到四十五度。通过以上方式，第一磁力线导引块和第二磁力线引导块收集开放传播的磁力线，提高法拉第元件所处的磁场强度，使得在有限的法拉第元件尺寸下得到更大的旋光角度，进而使得的光隔离器中的法拉第元件的尺寸进一步缩小，降低成本。

【附图说明】

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本发明其中一实施例提供的一种光隔离器的结构示意图；

图2为图1所示的光隔离器中第一、二磁铁组和法拉第旋光组件的结构示意图；

图3为图2所示的法拉第旋光组件中半波片和半波片调节机构的结构示意图；

图4为本发明其中一实施例提供的光隔离器的结构示意侧视图；

图5为图4中光隔离器的剖视图；

图6为在其它一些实施例中光隔离器的另一剖视图；

图7为本发明其中一实施例提供的光隔离器的另一结构示意图。

【具体实施方式】

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“电连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示，本发明其中一实施例提供的一种光隔离器100包括：如图4所示的主件10，所述主件10包括磁铁组、法拉第旋光组件13、第一磁力线导引块14、第二磁力线导引块15和主件壳体16。所述磁铁组、法拉第旋光组件13、第一磁力线导引块14、第二磁力线导引块15均位于所述主件壳体16内。

所述主机壳体16设置有第一通孔161和第二通孔162，所述第一通孔161的中心线和第二通孔162的中心线重合。所述磁铁组具有通道101，所述通道101贯穿所述磁铁组。所述通道111的两端分别与所述第一通孔161和第二通孔162对齐并连通。所述法拉第旋光组件13位于所述通道101内。所述第一磁力线导引块14和第二磁力线导引块15均位于所述通道101内，并且所述法拉第旋光组件13位于所述第一磁力线导引块14和第二磁力线导引块15之间。

所述磁铁组的具体排布方式为海尔贝克阵列，其包括第一磁铁组11和第二磁铁组12，所述第一磁铁组11包括第一磁铁111、第二磁铁112和第三磁铁113，所述第一磁铁111内部的磁力线与所述第二磁铁112内部的磁力线垂直，所述第一磁铁111内部的磁力线与所述第三磁铁113内部的磁力线平行并且方向相反。

所述第二磁铁组12包括第四磁铁121、第五磁铁122和第六磁铁123，所述第四磁铁121内部的磁力线与所述第五磁铁122内部的磁力线垂直，所述第四磁铁121内部的磁力线与所述第六磁铁123内部的磁力线平行并且方向相反。

如图2所示，所述法拉第旋光组件13包括法拉第元件131、第一分束器132、第二分束器133和半波片134。所述第一分束器132和第二分束器133分别设置于所述法拉第元件131的两侧。所述半波片134设置于所述法拉第元件131与所述第一分束器132之间或者所述法拉第元件131与所述第二分束器133之间。

在本实施例中，所述半波片134设置于所述法拉第元件131与所述第二分束器133之间。所述第一分束器将非偏振光分开成o光和e光两束相互垂直的偏振光，法拉第元件131可将o光和e光均旋转第一角度，然后o光和e光照射至半波片134。所述半波片134将o光和e光均旋转第二角度。第一角度与第二角度之和为九十度，o光和e光经两次旋转后，发生互换(即，o光旋转九十度后变成e光，e光旋转九十度后变成o光)，最终在第二分束器133汇聚成一束光。从回光方向看，第二分束器133把非偏振光分开成o光和e光两束互相垂直的偏振光，半波片134把两束光旋转第二角度，法拉第元件131把两束光反方向旋转第一角度，经过两次旋转，两束偏振光都旋转了零度，最终两束光在第一分束器132完全分开，并且o光和e光不能通过第一分束器132的通光孔，因此达到隔离回光的作用。

如图3所示，在本实施例中，所述法拉第旋光组件13还包括半波片调节机构，该半波片调节机构具体包括：转动轴135、第一齿轮136、第二齿轮137、齿条138和旋钮139。所述转动轴135的两端分别固定有一个第一齿轮136。所述半波片134的外缘设置有螺纹，其中一个第一齿轮136与所述半波片134啮合，可带动所述半波片134旋转，。所述转动轴135位于所述主件壳体16内，并与所述主机壳体16铰接，两个所述第一齿轮136分别套设于所述转动轴135的两端，并且所述第一齿轮136的旋转轴线与所述转动轴135的转动轴线重合。所述旋钮139的一端位于所述主机壳体16的外部，另一端插入所述主机壳体16的内部，并与所述第二齿轮137固定连接。所述齿条138分别与其中一个所述第一齿轮136和第二齿轮137啮合。转动所述旋钮139的一端，可带动所述第二齿轮137绕所述旋钮139的旋转轴线转动。所述第二齿轮137可带动所述齿条138沿其轴向做直线往复运动，从而带动其中一个所述第一齿轮136转动，以达到调节所述半波片134角度的目的。所述主机壳体16上与所述齿条138相对应的位置处还设置有观测口163，所述齿条138朝向所述观测口163的表面设置有刻度，该刻度对应于所述半波片134的倾斜角度。即，可通过观测口观察当前显示的刻度，来获取所述半波片134当前的倾斜角度，以达到精准调节的目的。为使得调节所述半波片134的倾斜角度更加精确，所述第一齿轮136的直径大于所述第二齿轮137的直径，即在调节所述半波片134的角度的过程中，所述第二齿轮137的转动角度大于所述第一齿轮136的倾斜角度。

如图4和5所示，所述第一磁力线导引块14和第二磁力线导引块15均位于所述通道101内，并且所述法拉第元件131位于所述第一磁力线导引块14和第二磁力线导引块15之间。所述第一磁力线导引块14用于收集所述第一磁铁组11和第二磁铁组12开放传播的磁力线，并使其传播至第二磁力线导引块15。所述第一磁力线导引块14和第二磁力线导引块15之间形成磁场，所述法拉第元件131中传输的光束位于该磁场内。在本发明实施例通过第一磁力线导引块14收集开放传播的磁力线，提高法拉第元件131所处的磁场强度，使得在有限的法拉第元件131尺寸下得到更大的旋光角度。使得的光隔离器100中的法拉第元件131的尺寸进一步缩小，降低成本。

所述第一磁力线导引块14与所述第一磁铁111铰接，所述第二磁力线导引块15与所述第三磁铁113铰接。所述光隔离器100还包括传动机构，所述传动机构包括转动件171、转轴172和连接件173。所述第一磁力线导引块14通过所述转轴172与所述第一磁铁111铰接，所述第二磁力线导引块15通过另一所述转轴172与所述第三磁铁113铰接。所述转动件171穿过所述第一磁铁111与所述第一磁力线导引块14，其可带动所述第一磁力线导引块14转动。所述连接件173的一端与所述第一磁力线导引块14铰接，另一端与所述第二磁力线导引块15铰接。当所述第一磁力线导引块14转动时，可通过所述连接件173带动所述第二磁力线导引块15转动。所述第一磁力线导引块14朝向所述法拉第元件131的表面与所述第二磁力线导引块15朝向所述法拉第元件131的表面始终平行。

在本实施例中，如图5所示，当经过所述法拉第元件131的光路为直通光路时，光束x穿过所述法拉第元件131，所述法拉第元件内的光束x与所述第一磁力线导引块14和第二磁力线导引块15之间磁场中磁力线的夹角为α。当所述第一磁力线导引块14和第二磁力线导引块15转动时，其形成的磁场中磁力线的方向与所述法拉第元件131内的光束x的夹角α相应改变。所述夹角α的取值范围为零度至四十五度。在优选的实施方式中，在理想状态下，所述夹角α为零度，即所述磁力线与所述光束x平行。为使得所述夹角α尽量接近于零，需调节所述第一磁力线导引块14和第二磁力线导引块15的角度，使得所述第一磁力线导引块14朝向光束x的侧面与光束x平行，所述第二磁力线导引块15朝向光束x的侧面与光束x平行。此时所述第一磁力线导引块14朝向光束x的侧面与所述第二磁力线导引块15朝向光束x的侧面相互平行，并且其间距等于所述光束x的宽度。

在其它一些实施例中，如图6所示，当经过所述法拉第元件131的光路为反射光路时，法拉第元件131的两端各设置有一个反射面，用于使入射段光束x1进入法拉第元件131一端后，在法拉第元件131内经过多次反射，从法拉第元件131的另一端射出，形成出射段光束x2。光在所述法拉第元件131内形成多个光束x3。每一个光束x3与所述磁力线的夹角均应小于四十五度。为使得所述夹角α尽量接近于零，需调节所述第一磁力线导引块14和第二磁力线导引块15的角度，使得所述第一磁力线导引块14朝向入射段光束x1的侧面与入射段光束x1平行，所述第二磁力线导引块15朝向出射段光束x2的侧面与出射段光束x2平行。所述第一磁力线导引块14的侧面紧贴于入射段光束x1的边缘，所述第二磁力线导引块15的侧面紧贴于出射段光束x2的边缘。

所述第一磁力线导引块14面向所述法拉第元件131的表面的面积小于其背离所述法拉第元件131的表面的面积。所述第二磁力线导引块15面向所述法拉第元件131的表面的面积小于其背离所述法拉第元件131的表面的面积。所述第一磁力线导引块14背离所述法拉第元件131的表面较大，有利于收集更多的磁力线；所述第一磁力线导引块14面向所述法拉第元件131的表面较小可增大磁场中磁力线的密度，从而加大磁场强度。所述第一磁力线导引块14和第二磁力线导引块15的优选材料为纯铁、玻莫合金或者dt4e等。在不遮挡光束传播的条件下，所述第一磁力线导引块14面向所述法拉第元件131的表面的宽度接近上述第一磁铁111的宽度。

光隔离器还包括与所述主件10两端分别连接的入射准直器20和扩束系统30。

扩束系统30具体可以包括：双凹透镜31、平凸透镜32、镜筒33。扩束系统30将经过主件10后光束直径较小的光束扩束成光束直径较大的光束，实现较长距离传输。为了提升光束的质量，还可以修正双凹透镜或者平凸透镜的数量和形式。扩束系统30可以与所述主件10加工成为一个组件，也可以分开为两个组件。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。