一种光隔离方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种光隔离方法，正向光在入射端的偏振分光器件中分离为两个偏振光分量，两个偏振光分量的光路在射出入射端的偏振分光器件后交叉，偏振旋光器设置在交叉处，两个偏振光分量在偏振旋光器内部空间交叉，反向光经过偏振旋光器后角度偏移并在入射端偏振分光器件中平行偏移，将反向光分离正向光路，本发明还同时公开了一种光隔离装置包括输入光纤、输出光纤、两个准直透镜、两个偏振分光器件和一个偏振旋光器，可以在提高功率承受能力的同时降低对法拉第旋光器通光孔径的要求进而减小本发明封装尺寸。
【专利说明】—种光隔罔方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤激光器的光隔离技术，特别涉及一种应用于光纤激光器的偏振无关型高功率光隔离方法及装置。
【背景技术】
[0002]光纤激光器因其光束质量好、转换效率高以及稳定性好等优点，已经成为第三代激光技术的代表，具有其它激光器无可比拟的技术优越性。目前，大功率光纤激光器已经广泛应用于工业加工、光纤通信、印刷制辊、军事国防、医疗设备等众多领域。从长远来看，光纤激光器将在大部分的应用场合逐步取代高功率二氧化碳激光器和YAG高功率激光器。
[0003]光纤激光器在工作时，其光路中除了正向传输的工作光之外，同时还存在因各种原因产生的反向传输的反射光，如激光加工表面的反射光等。这些反射光会影响光纤激光器的稳定性甚至导致光纤激光器的损坏，因此光隔离装置成为光纤激光器不可缺少的核心部件。光隔离装置的功能为导通正向传输工作光，同时阻断光路中反向传输的反射光。其类型根据在光路中的应用场合不同分为在线型(光纤输入及输出)、输出型(光纤输入空间光束输出)以及自由空间型(空间光束输入及输出)。因为光纤激光器的增益介质及传输介质均为光纤，所以其使用的光隔离装置主要为在线型和输出型。而由于光纤激光器输出光功率大这一特点，其对光隔离的要求除了传统的光学性能如插入损耗、隔离度等之外，还要求光隔离装置具备承受高光功率、物理阻断反射光以及封装尺寸小等性能，而现有的光隔离装置设计已经难以满足这些要求。
[0004]图1A和图1B所示为典型的角度偏离型在线型光隔离装置设计，目前被大量应用于光纤通信网络。其主要组成部分为输入和输出光纤101和102、准直透镜103和104、光楔105和106、以及法拉第旋光器107。其中光楔105和106均为双折射晶体制成，其光轴均平行于X-Y平面并且分别与Y-Z平面成+22.5度和-22.5度，即两个光楔的光轴的夹角为45度。该光隔离装置的正向传输光路为如图1A所不，由输入光纤101输入的光经过准直透镜准直后入射到光楔105后被分为偏振态相互垂直的寻常光(以实线表示)和非寻常光(以虚线表示)两个光分量，两个分量的折射率不同，因此进入光楔105后传播方向不同。根据两个光楔的光轴方向选择适当的法拉第旋光器107的旋光方向,可以使这两个分量的偏振态经过法拉第旋光器旋转45度后，在进入光楔106仍然分别以(以实线表示)和非寻常光(以虚线表不)的规律传播。这样两个光分量在离开光楔106后传播方向相同，而只是在Y轴方向上产生小量平行偏离，最终都被准直透镜104汇聚到输出光纤102后输出。
[0005]而在反向传输的情况下，即光由输出光纤102进入光隔离装置时，由于法拉第旋光器的旋光方向是不可逆的，每一个偏振光分量在两个光楔中都分别经历了寻常光(以实线表示)和非寻常光(以虚线表示)的传播过程，因此在离开光楔105后两个偏振光分量的传播方向均与正向入射光路不同(即角度偏离正向光路)，进而被准直透镜103分别汇聚到输入光纤101端面上纤芯位置之外的两个点上,从而无法稱合进入输入光纤101传输,实现光隔离的功能，如图1B所示。[0006]这种角度偏离型光隔离装置的结构简单，尺寸紧凑，但仅适合于法拉第旋光器厚度很薄(如C和L波段使用的钇铁石榴石旋光器)的工作光功率较低的应用场合。由于光纤激光器多工作在近红外波段，该波段的法拉第旋光介质如TGG晶体等的Verdet常数较小，因此所需的法拉第旋光器的厚度相对较大，相应的磁场机构也较大。由此将造成正向光通过两个光楔之后平行偏移量过大，严重影响光隔离装置的插入损耗和偏振相关损耗等指标。更重要的是，在这种角度偏离型光隔离装置的反向光路中无法物理阻断反向光的传播，反向光虽然不能耦合进输入光纤的纤芯传播，但仍然可以抵达其端面，进入光纤包层从而被光纤涂覆层和相邻胶层吸收。在高功率应用场合中，由于反射光的强度很大，这一缺陷将导致光隔离装置的输入端光纤因过热而毁坏失效。
[0007]而在高功率光隔离装置中，必须采用较大的光束直径来降低各个光学面上的光功率密度，因此为了得到足够的光隔离度并实现物理阻断反射光的功能，光的两个偏振分量必须进行很大的平行偏离，从而对法拉第旋光器的通光孔径提出了很大的要求。在保证旋光角度的情况下，为法拉第介质提供磁场的磁环的外形尺寸随着其内径(即法拉第通光孔径)的增大而迅速增大，因此这一设计不仅法拉第介质的材料成本高，器件的封装尺寸大，而且光隔离装置的功率承受有限。
【发明内容】
[0008]为解决上述技术问题，本发明提供了一种光隔离方法及装置，以达到在提高功率承受能力的同时降低对法拉第旋光器的通光孔径的要求、减小本发明封装尺寸的目的。
[0009]为达到上述目的，本发明的技术方案如下:
[0010]—种光隔离方法，正向光在入射端的偏振分光器件中分离为两个偏振光分量，两个偏振光分量的光路在射出入射端的偏振分光器件后交叉，偏振旋光器设置在交叉处，两个偏振光分量在偏振旋光器内部空间交叉，两个偏振光分量经过射出端的偏振分光器件后汇合为一束；反向光经过偏振旋光器后角度偏移并在入射端偏振分光器件中平行偏移，将反向光分离正向光路。
[0011]优选的，所述偏振旋光器包括一个不可逆的45度法拉第旋光器和一个二分之一玻片。
[0012]—种光隔离装置，包括输入光纤、输出光纤、两个准直透镜、两个偏振分光器件和一个偏振旋光器；两个所述准直透镜设置在输入光纤和输出光纤之间，两个偏振分光器件设置在两个准直透镜之间，偏振旋光器设置在两个偏振分光器件之间。
[0013]优选的,位于正向光束入射端的准直透镜和偏振分光器件之间设有反向光阑。
[0014]优选的，所述偏振分光器件包括第一光楔和第二光楔，第一光楔的光轴与Y轴成45度角，第二光楔的光轴与X轴平行，两个偏振分光器件的第二光楔均朝向所述偏振旋光器设置。
[0015]优选的，所述偏振分光器件包括双折射的平行位移晶体和非双折射的屋脊棱镜，平行位移晶体的光轴与Y轴成45度夹角,两个偏振分光器件的屋脊棱镜均朝向所述偏振旋光器设置。
[0016]优选的，所述偏振分光器件包括双折射平行位移晶体和非双折射的光楔，平行位移晶体的光轴与Y轴成45度夹角,两个偏振分光器件的光楔均朝向所述偏振旋光器设置。[0017]优选的，所述偏振旋光器包括一个不可逆的45度法拉第旋光器和一个二分之一玻片，所述法拉第旋光器的旋转方向为沿Z轴正方向观察的顺时针方向，所述二分之一波片的光轴垂直于Z轴并与Y轴成22.5度角。
[0018]通过上述技术方案，本发明提供的一种光隔离方法及装置利用偏振分光器件使得正向光分离并在在偏振旋光器内部实现两个光偏振分量的空间交叉，从而大幅降低了对法拉第旋光器通光孔径的要求，不但极大地减少了法拉第旋光材料的使用，也大幅减小了为法拉第介质提供磁场的磁环以及整个器件的封装尺寸。同时，在反向光路中结合了平行偏移和角度偏移，更大程度地实现了反向光两个偏振分量在物理空间上的分离，从而提供更佳的反射光阻断性能和作为输出光隔离装置使用时的动态光隔离度。而在法拉第旋光器通光孔径相同的条件下，本发明所提出的一种光隔离装置相对于现有技术可以使用尺寸更大的内部光束直径，从而大幅降低光隔离装置内部光学表面的单位功率密度，极大地提高光隔离装置的功率承受能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0020]图1A为现有技术所公开的角度偏离型在线型光隔离装置，以及光束正向通过该光隔离装置的示意图；
[0021]图1B为现有技术所公开的角度偏离型在线型光隔离装置，以及光束反向通过该光隔离装置的示意图；
[0022]图2A为实施例1所公开的偏振分光器件，以及光束正向通过该偏振分光器件的示意图；
[0023]图2B为实施例1所公开的偏振分光器件，以及光束反向通过该偏振分光器件的示意图；
[0024]图3A为实施例2所公开的偏振分光器件，以及光束正向通过该偏振分光器件的示意图；
[0025]图3B为实施例2所公开的偏振分光器件，以及光束反向通过该偏振分光器件的示意图；
[0026]图4A为实施例3所公开的偏振分光器件，以及光束正向通过该偏振分光器件的示意图；
[0027]图4B为实施例3所公开的偏振分光器件，以及光束反向通过该偏振分光器件的示意图；
[0028]图5A为本发明所公开的偏振旋光器，以及光束正向通过该偏振旋光器的示意图；
[0029]图5B为本发明所公开的偏振旋光器，以及光束反向通过该偏振旋光器的示意图；
[0030]图6A为实施例1所公开的一种光隔离装置，以及光束正向通过该光隔离装置的示意图；
[0031]图6B为实施例1所公开的一种光隔离装置，以及光束反向通过该光隔离装置的示意图。【具体实施方式】
[0032]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0033]实施例1
[0034]本发明公开了一种光隔离方法,将正向光分离为两个偏振光分量，使其在空间上产生距离并且传播方向形成夹角；在正向光两个偏振光分量的空间交叉处进行不可逆的光偏振态旋转后，将两个偏振光分量按分尚的相反过程合并输出；将反向光分尚为两个偏振光分量，使其在空间上产生距离并且传播方向形成夹角；反向光的两个偏振光分量在空间交叉点处进行不可逆的光偏振态旋转后，将偏离正向光路；在正反向光路不重合处设置反向光阑，通过正向光并阻断反向光，实现光隔离的目的。
[0035]偏振分光器件
[0036]对于偏振态随机的入射光，为了实现其两个偏振光分量在偏振分光器件外部交叉的效果，本发明采用的偏振分光器件200如图2A和图2B所示，由两片的斜面相对双折射光楔组成，第一光楔201光轴203与Y轴成45度角，其厚度根据所需要的光束交叉点的位置L来选择。而第二光楔202的光轴204与X轴平行，垂直于Y-Z平面，即两个光楔的光轴相
互垂直。
[0037]当一束偏振态随机的入射光205沿Z轴正方向垂直入射第一光楔201后,被分解为偏振态平行于X轴(以圆点表示)的寻常光(即ο光)和偏振态平行于Y-Z平面(以短线表不)的非寻常光(即e光)两个线偏振光分量。这两束光均为线偏振光,但在第一光楔201内传播速度和相应的折射率不同。以钒酸钇晶体为例，其ο光的折射率小速度快，而e光的折射率大速度慢。在第一光楔201内，O光的传播方向没有改变,而e光则根据非寻常光在晶体中的传播规律向下偏离，改变传播方向。因此，在到达第二光楔202时,O光和e光之间已经完全分离并产生一定距离。当这两束光先后进入第二光楔202时，由于第二光楔202的与第一光楔201的光轴垂直，因此原来在第一光楔201中的ο光分量在第二光楔202中将按e光规律进行传播，在两个光楔的交界面上相当于从低折射率介质进入高折射率介质，光束将偏离原来的传播方向而向靠近界面法线方向(即Y轴负方向)偏折。而原来在第一光楔201中的e光分量在第二光楔202中将按ο光规律进行传播,在两个光楔的交界面上相当于从高折射率介质进入低折射率介质，光束将偏离原来的传播方向而向远离界面法线方向(即Y轴正方向)偏折。如图2Α所不,两个偏振光分量在离开第二光楔202后,将在其后方的空间交叉。我们通过选择第一光楔201的厚度可以控制两束偏振光在进入第二光楔202时的距离，而通过选择光楔的角度则可以决定控制两束偏振光的交叉角度，从而精确控制两个偏振光分量的交点的位置L。
[0038]如果将以上两个偏振光分量的偏振态都旋转90度后，按原路返回(即沿Z轴负方向入射)偏振分光器件200，则其光路如图2Β所示。偏振态平行于Y-Z平面的线偏振光206在第二光楔202和第一光楔201当中分别以按ο光和e光的传播规律传播,在两个光楔的界面将向Y轴正方向偏折。而且由于第一光楔201的光轴与Y轴成45度角，线偏振光206在第一光楔201中传播时将同时产生向Y轴正方向平行偏移，最终在第一光楔201的出射点将远离入射光205的入射点。而偏振态垂直于Y-Z平面的线偏振光207在第二光楔202和第一光楔201当中分别以按ο光和e光的传播规律传播,光束将向Y轴负方向偏折方向，最终在第一光楔201的出射点同样也远离入射光205的入射点。
[0039]偏振旋光器
[0040]本发明提出的光隔装置中的偏振旋光器500由一个不可逆的45度法拉第旋光器510和一个二分之一波片520组成，如图5A和图5B所示。其中法拉第旋光器510的旋转方向为顺时针方向(沿Z轴正方向观察)，而二分之一波片520的光轴521垂直于Z轴并与Y轴成22.5度。一束偏振态平行于Y轴的线偏振光沿Z轴正方向经过偏振旋光器500时，其偏振态的变化过程由图5A中参考面501、502和503上的带箭头的横线表示。可见，在经过法拉第旋光器510后,入射光的偏振态被旋转至于Y轴成45度,正好与二分之一波片520的光轴成22.5度。因此，在经过二分之一波片520的再次旋转之后，其偏振态正好与Y轴平行，即与入射偏振态相同。
[0041]而当偏振态平行于Y轴的线偏振光沿Z轴负方向经过偏振旋光器500时，其偏振态的变化过程由图5B中参考面503、502和501上的带箭头的横线表示。由于法拉第旋光器510的旋转方向不可逆,反向传播的偏振光在经过后偏振态同样沿顺时针方向旋转45度(沿Z轴正方向观察)，因此在到达参考面501时，其偏振态平行于X轴，相对于入射的偏振态旋转了 90度。
[0042]同理可以推论，对于偏振态平行于X轴的正向和反向入射光，以上的偏振态变化规律同样成立。即正向传播时经过偏振旋光器500后偏振态不变，而反向传播时经过偏振旋光器500后偏振态旋转90度。
[0043]可以实现以上偏振旋光器500功能的还有多种法拉第旋光器和二分之一波片(或其它可逆旋光器)的组合，均可在本发明提出的光隔离装置中使用，在此不再赘述。
[0044]光隔离方法及装置
[0045]本发明提出的光隔离装置600如图6A和图6B所示，由输入和输出光纤601和602、准直透镜603和604、偏振分光器件210和220、偏振旋光器500以及反向光阑605组成。其中偏振分光器件210和220完全相同,其产生的偏振光的交点的距离均为L。两组偏振分光器件210和220中的第二光楔均朝向偏振旋光器500，间距为2L，并且两组棱镜的光楔面相互平行。而偏振旋光器500则置于偏振分光器件210和220之间，与两组棱镜中的第二光楔的距离均为L。反向光阑605置于入射端准直透镜603和偏振分光器件210之间,其中心处于准直透镜603的中心轴线之上。
[0046]光隔离装置600的正向传输光路如图6A所不，由输入光纤601输入的光经过准直透镜603准直后入射到偏振分光器件210。输入光将被偏振分光器件210分离成两个偏振光分量，并且这两个偏振光分量将相交于位置L，即偏振旋光器500所处的位置。由于正向通光时，偏振旋光器500不改变透射光的偏振态，因此两个偏振光分量在随后的偏振分光器件220中的传播路线与在偏振分光器件210中的传播路线完全相同，过程相反，在离开偏振分光器件220时被重新合并成一束光,并最终通过准直透镜604稱合到输出光纤602中输出。在正向传播过程中，两个偏振光分量虽然在偏振旋光器500的光学面上重合,但是由于偏振态和传播方向不同，不会相互影响。而且由于光路的对称性，两个偏振光分量合并后的物理空间位置和传播方向都完全相同，没有角度偏离型光隔离装置存在的偏振光分量不重合的问题。
[0047]光隔离装置600的反向传播光路如图6B所示。由输出光纤602反向进入光隔离装置600的光在抵达偏振分光器件210之前的传播路径与正向光路相同，方向相反。根据前面的分析，在反向传播时，两个偏振光分量在经过偏振旋光器500后偏振态都被旋转90度。因此，两个偏振光分量在反向进入偏振分光器件210后的传播路线如图4B，将分别偏离正向传播时的路径，最终在离开偏振分光器件210后被反向光阑605阻挡，从而实现光隔离的功能。
[0048]光隔离装置中的法拉第旋光器依靠外部磁场来实现法拉第旋光功能，这一磁场一般由永磁铁制成的磁环来提供，因此法拉第旋光器的通光孔径受到磁环内径限制。在保证法拉第旋光器正常工作的情况下，磁环外径随磁环内径迅速变化，磁环内径越小，也就是法拉第旋光器的通光孔径越小，所需的磁环外径也会显著变小，整个光隔离装置的封装尺寸也随之变小。同时，由于法拉第介质成本昂贵，其通光孔径越小，即体积越小，就意味着光隔离装置的材料成本越低。因此，我们希望尽量减小法拉第旋光器的孔径，从而降低成本并减小体积。然而在高功率应用的场合，我们又希望在光隔离装置内部使用尽可能大的光束直径，即尽量增大在各个光学面上的光斑面积以降低光学面所承受的功率密度，提供光隔离装置的光功率承受能力。
[0049]本发明提出的光隔离装置极大地解决了以上矛盾。通过使用本发明公开的偏振分光器件，实现了两个偏振光分量在经过法拉第旋光器时交叉传播，也就是在其光学面上实现光斑重合，大大减小了对法拉第旋光器孔径的要求。由图6A和图6B可见，即使在法拉第旋光器有一定厚度的情况下，两个偏振光分量在其光学面上的光斑也仅有微量分离，整体尺寸仍与单个光斑相当。在传统的隔离器技术中，两个偏振光分量在经过法拉第旋光器时，其光学面上两个光斑没有重合。相对传统技术，在使用相同尺寸光斑的情况下，本发明提出的光隔离装置所需的旋光器的孔径不到现有技术的50%，通光面积则不到25%。不但大幅缩小了法拉第旋光介质的体积，降低了材料成本，而且也大幅减小了配套磁环的尺寸，以及相应的器件封装体积。而如果采用相同的法拉第旋光器通光孔径的话，那么本发明提出的光隔离装置则可以使用比现有技术大一倍的光斑直径，也就意味着光隔离装置内部光学面上的功率密度可以下降至现有技术的25%，即功率承受能力可以增加4倍。
[0050]实施例2
[0051]本实施例所公开的光隔离装置与实施例1所公开的光隔离装置不同之处仅在于偏振分光器件的结构不同，下面将对本实施例所公开的偏振分光器件进行详细描述，而光隔离装置中与实施例1完全相同之处将不再赘述。
[0052]偏振分光器件300如图3A和图3B所示，由双折射平行位移晶体301和非双折射的屋脊棱镜302组成，平行位移晶体301的光轴303与Y轴成45度夹角，其厚度根据所需要的光束交叉点的位置L来选择。当一束偏振态随机的入射光304沿Z轴正方向垂直入射平行位移晶体301后，被分解为偏振态平行于X轴(以圆点表示)的寻常光(即ο光)和偏振态平行于Y-Z平面(以短线表示)的非寻常光(即e光)两个线偏振光分量。在平行位移晶体301内，O光的传播方向没有改变,而e光则根据非寻常光在晶体中的传播规律向下偏离，改变传播方向并产生向Y轴正方向平行偏移。因此，在到达屋脊棱镜302时，ο光和e光之间已经完全分离，传播方向相互平行并产生一定距离。这两束平行线偏振光分量垂直入射进入非双折射的屋脊棱镜302时，传播方向没有改变。两束偏振光分量离开屋脊棱镜302进入自由空间时，相当于从高折射率介质进入低折射率介质，光束将偏离原来的传播方向而向远离界面法线方向偏折，因此O光向Y轴负方向偏折，e光向Y轴正方向偏折。如图3A所示，两个偏振光分量在离开屋脊棱镜302后，将在其后方的空间交叉。我们通过选择平行位移晶体301的厚度可以控制两束偏振光在进入屋脊棱镜302时的距离，而通过选择屋脊棱镜302的角度则可以决定控制两束偏振光的交叉角度，从而精确控制两个偏振光分量的交点的位置L。
[0053]如果将以上两个偏振光分量的偏振态都旋转90度后，按原路返回(即沿Z轴负方向入射)偏振分光器件300，则其光路如图3B所示。根据光路可逆原理，两个偏振光分量在经过屋脊棱镜302后，传播方向相互平行。偏振态平行于Y-Z平面的线偏振光305在平行位移晶体301中按e光的传播规律传播，因平行位移晶体301的光轴303与Y轴成45度夹角，线偏振光305在入射到平行位移晶体301时传播方向将向Y轴正方向偏折，最终在平行位移晶体301的出射点将远离入射光304的入射点。而偏振态垂直于Y-Z平面的线偏振光306在在平行位移晶体301中按ο光的传播规律传播,线偏振光306垂直入射到平行位移晶体301时传播方向没有发生改变，因线偏振光306入射路径不能按照图3A中e光路径传播，最终在平行位移晶体301的出射点同样也远离入射光304的入射点。
[0054]实施例3
[0055]本实施例所公开的光隔离装置与实施例1所公开的光隔离装置不同之处仅在于偏振分光器件的结构不同，下面将对本实施例所公开的偏振分光器件进行详细描述，而光隔离装置中与实施例1完全相同之处将不再赘述。
[0056]偏振分光器件400如图4A和图4B所示，由双折射平行位移晶体401和非双折射的光楔402组成，平行位移晶体401的光轴403与Y轴成45度夹角，其厚度根据所需要的光束交叉点的位置L来选择。当一束偏振态随机的入射光404沿Z轴正方向垂直入射平行位移晶体401后，被分解为偏振态平行于X轴(以圆点表示)的寻常光(即ο光)和偏振态平行于Y-Z平面(以短线表示)的非寻常光(即e光)两个线偏振光分量。在平行位移晶体401内，ο光的传播方向没有改变，而e光则根据非寻常光在晶体中的传播规律向下偏离,改变传播方向。因此，在到达光楔402时，ο光和e光之间已经完全分离，传播方向相互平行并产生一定距离。线偏振光分量ο光离开平行位移晶体401后垂直入射进入非双折射的光楔402时，传播方向没有改变。线偏振光分量e光离开平行位移晶体401后入射进入自由空间，传播方向与入射光404平行并沿Y轴方向产生一定位移，e光沿Z轴的正方向传播。线偏振光分量ο光离开光楔402时入射进入自由空间,相当于从高折射率介质进入低折射率介质，光束将偏离原来的传播方向而向远离界面法线方向偏折，因此ο光向Y轴负方向偏折。如图4A所不,两个偏振光分量在光楔402后方的空间交叉。我们通过选择平行位移晶体401的厚度可以控制两束偏振光在进入屋脊棱镜302时的距离，而通过选择光楔402的角度则可以决定控制两束偏振光的交叉角度，从而精确控制两个偏振光分量的交点的位置L。
[0057]如果将以上两个偏振光分量的偏振态都旋转90度后，按原路返回(即沿Z轴负方向入射)偏振分光器件400，则其光路如图4B所示。两个偏振光分量分别经过自由空间和光楔402后，根据光路可逆，两个偏振光分量进入平行位移晶体时，传播方向平行，并沿Z轴负方向传播。偏振态平行于Y-Z平面的线偏振光405在平行位移晶体401中按e光的传播规律传播，因平行位移晶体401的光轴403与Y轴成45度夹角，线偏振光405在入射到平行位移晶体401时传播方向将向Y轴正方向偏折，最终在平行位移晶体401的出射点将远离入射光404的入射点。而偏振态垂直于Y-Z平面的线偏振光406在在平行位移晶体401中按ο光的传播规律传播,线偏振光406垂直入射到平行位移晶体401时传播方向没有发生改变，因线偏振光406入射路径不能按照图4A中e光路径传播，最终在平行位移晶体401的出射点同样也远离入射光404的入射点。
[0058]本发明提供的一种光隔离方法及装置利用偏振分光器件使得正向光分离并在在偏振旋光器内部实现两个光偏振分量的空间交叉，从而大幅降低了对法拉第旋光器通光孔径的要求，不但极大地减少了法拉第旋光材料的使用，也大幅减小了为法拉第介质提供磁场的磁环以及整个器件的封装尺寸。同时，在反向光路中结合了平行偏移和角度偏移，更大程度地实现了反向光两个偏振分量在物理空间上的分离，从而提供更佳的反射光阻断性能和作为输出光隔离装置使用时的动态光隔离度。而在法拉第旋光器通光孔径相同的条件下，本发明所提出的一种光隔离装置相对于现有技术可以使用尺寸更大的内部光束直径，从而大幅降低光隔离装置内部光学表面的单位功率密度，极大地提高光隔离装置的功率承受能力。
[0059]对所公开的一种光隔离方法及装置实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种光隔离方法，其特征在于:正向光在入射端的偏振分光器件中分离为两个偏振光分量，两个偏振光分量的光路在射出入射端的偏振分光器件后交叉，偏振旋光器设置在交叉处，两个偏振光分量在偏振旋光器内部空间交叉，两个偏振光分量经过射出端的偏振分光器件后汇合为一束；反向光经过偏振旋光器后角度偏移并在入射端偏振分光器件中平行偏移，将反向光分离正向光路。
2.根据权利要求1所述的一种光隔离方法，其特征在于:所述偏振旋光器包括一个不可逆的45度法拉第旋光器和一个二分之一玻片。
3.一种基于权利要求1所述的光隔离方法的光隔离装置，其特征在于:包括输入光纤、输出光纤、两个准直透镜、两个偏振分光器件和一个偏振旋光器； 两个所述准直透镜设置在输入光纤和输出光纤之间，两个偏振分光器件设置在两个准直透镜之间，偏振旋光器设置在两个偏振分光器件之间。
4.根据权利要求3所述的一种光隔离装置，其特征在于:位于正向光束入射端的准直透镜和偏振分光器件之间设有反向光阑。
5.根据权利要求3所述的一种光隔离装置，其特征在于:所述偏振分光器件包括第一光楔和第二光楔，第一光楔的光轴与Y轴成45度角，第二光楔的光轴与X轴平行，两个偏振分光器件的第二光楔均朝向所述偏振旋光器设置。
6.根据权利要求3所述的一种光隔离装置，其特征在于:所述偏振分光器件包括双折射的平行位移晶体和非双折射的屋脊棱镜，平行位移晶体的光轴与Y轴成45度夹角，两个偏振分光器件的屋脊棱镜均朝向所述偏振旋光器设置。
7.根据权利要求3所述的一种光隔离装置，其特征在于:所述偏振分光器件包括双折射平行位移晶体和非双折射的光楔，平行位移晶体的光轴与Y轴成45度夹角，两个偏振分光器件的光楔均朝向所述偏振旋光器设置。
8.根据权利要求3所述的一种光隔离装置，其特征在于:所述偏振旋光器包括一个不可逆的45度法拉第旋光器和一个二分之一玻片，所述法拉第旋光器的旋转方向为沿Z轴正方向观察的顺时针方向，所述二分之一波片的光轴垂直于Z轴并与Y轴成22.5度角。
【文档编号】G02F1/09GK103913857SQ201410130042
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】林先锋, 季国伟, 赖正伟 申请人:深圳市艾格莱光电科技有限公司