一种高功率光隔离器的制作方法

本实用新型涉及激光应用领域，尤其是一种高功率光隔离器。

背景技术：

由于高功率激光加工系统对异常进入的光非常敏感，如果返回到激光器的光较强，就会影响激光器的稳定运转，更严重的将会损坏整个激光系统，所以要在激光系统中加入光隔离器，使光只能正向通过，并把反向的回返光滤除掉。光隔离器是一种只允许正向光通过而阻挡反向光通过的光无源器件，用以抑制高功率激光加工系统中回返光对激光器所造成的不利影响。

通常现有光隔离器的分光装置采用的是长方体的纯YVO₄晶体，需要较长的长度才能把入射光分成完全分离的两束线偏光。而纯YVO₄晶体对1um的激光有1%~2%的吸收，在较低激光功率情况下这种吸收发热现象可以忽略不计，但在很高激光功率的情况下，吸收发热会在晶体中产生热应力及热透镜，从而影响输出光束的光斑质量并造成激光加工时的焦点偏移，降低工作焦点的精细度，进而影响激光加工的质量。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种高隔离度的高功率光隔离器。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种高功率光隔离器，依序包括光纤准直器、入光光阑、第一光学楔角块、磁光晶体、45度旋光片、第二光学楔角块、合束器、出光光阑，其特征在于：所述第一光学楔角块把入射光分成两束偏振方向相互垂直的且传播方向具有一定夹角的线偏光，所述第二光学楔角块与所述第一光学楔角块参数相同且互为倒置，以将两束传播方向具有一定夹角的线偏光偏转为平行光；所述第一光学楔角块和第二光学楔角块均采用双折射晶体材料成型。

其中，两束线偏光在所述第一光学楔角块的出射角相同，两束线偏光在所述磁光晶体的入射角相同。

其中，所述第一光学楔角块与第二光学楔角块均采用纯YVO₄晶体。

其中，所述磁光晶体采用TGG晶体，对正反向传输光的偏振方向实现同一方向的45度偏转。

其中，所述45度旋光片采用二分之一波片，所述45度旋光片对正向传输光的偏振方向实现45度偏转，并与所述磁光晶体对正反向传输光偏振方向的偏转方向相反；所述45度旋光片对反向传输光的偏振方向实现45度偏转，并与所述磁光晶体对反向传输光偏振方向的偏转方向一致。

其中，所述磁光晶体和所述45度旋光片的位置可互换。

其中，所述第一光学楔角块和所述第二光学楔角块的光轴交错成45度角时，将45度旋光片从高功率光隔离器中移除。

其中，所述入光光阑位于所述光纤准直器和所述第一光学楔角块之间，所述出光光阑位于所述合束器之后；所述入光光阑和所述出光光阑用于阻挡回返光及杂散光。

其中，所述合束器采用纯YVO₄晶体，其入射面垂直于来自所述第二光学楔角块的两束光，并将两束光合成一束。

相较于现有技术，本实用新型的有益效果是：所述第一光学楔角块把入射光分成两束偏振方向相互垂直的且具有一定夹角的线偏光，所述第二光学楔角块与所述第一光学楔角块参数相同且互为倒置，其功能是将两束具有一定夹角的线偏光偏转为平行光。所述第一光学楔角块和第二光学楔角块均采用双折射晶体材料成型，因此，其厚度可以做到很薄，减少了双折射晶体对激光的吸收，降低了双折射晶体上的热透镜及热应力的影响，提高了光隔离器的光束质量及抗激光损伤的阈值。

附图说明

图1是本实用新型高功率光隔离器实施例1的结构示意图；

图2是本实用新型高功率光隔离器实施例1的正向通光示意图；

图3是本实用新型高功率光隔离器实施例1的反向通光示意图；

图4是本实用新型高功率光隔离器实施例2的结构示意图；

图5是本实用新型高功率光隔离器实施例2的正向通光示意图；

图6是本实用新型高功率光隔离器实施例2的反向通光示意图；

图7是本实用新型高功率光隔离器实施例3的结构示意图；

图8是本实用新型高功率光隔离器实施例3的正向通光示意图；

图9是本实用新型高功率光隔离器实施例3的反向通光示意图；

图10是本实用新型高功率光隔离器实施例4的结构示意图；

图11是本实用新型高功率光隔离器实施例4的正向通光示意图；

图12是本实用新型高功率光隔离器实施例4的反向通光示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，并参照附图，对本专利做进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，高功率光隔离器依序包括光纤准直器101、入光光阑102、第一光学楔角块103、磁光晶体104、45度旋光片105，第二光学楔角块106、合束器107、出光光阑108。

第一光学楔角块103与第二光学楔角块106采用纯YVO₄晶体，但不局限于纯YVO₄晶体。磁光晶体104采用TGG晶体，但不局限于TGG晶体，对正反向传输光的偏振方向实现同一方向的45度偏转。第一光学楔角块103和第二光学楔角块106可根据输入激光功率的高低来选择楔角大小。合束器107采用纯YVO₄晶体，但不局限于纯YVO₄晶体，其入射面垂直于来自所述第二光学楔角块106的两束光，并将两束光合成一束。

45度旋光片105采用二分之一波片，45度旋光片105对正向传输光的偏振方向实现45度偏转，并与磁光晶体104对正反向传输光偏振方向的偏转方向相反。45度旋光片105对反向传输光的偏振方向实现45度偏转，并与磁光晶体104对反向传输光偏振方向的偏转方向一致。作为一种变化，磁光晶体104和45度旋光片105可互换位置。

第一光学楔角块103和第二光学楔角块106楔角较小时，45度旋光片105也可采用石英旋转片。

激光器的输出光经过光纤准直器101后变为准直光束。准直光束从入光光阑102通光孔径通过，其通光孔径略大于准直光束直径。

其正向通光示意图如图2所示，准直光束入射到第一光学楔角块103斜面上，被分成偏振方向垂直的的且传播方向具有一定夹角的o，e两束线偏光，第一光学楔角块103的垂直出光面上的两束线偏光的出射角相同（互为相反数，但不为0），其光轴在第一光学楔角块103垂直出光面内，并与垂直边平行。

o，e两束线偏光以相同入射角（互为相反数，但不为0）进入磁光晶体104，偏振方向同时往逆时针方向（也可顺时针，根据设计需求）旋转了45度。

这两束线偏光经过45度旋光片105后，偏振方向往顺时针方向（也可逆时针，根据设计需求）旋转了45度。此时，o，e两束线偏光的偏振方向恢复到了经过第一光学楔角块103后的状态，o光仍为原先的o光，e光仍为原先的e光。

两束线偏光经过第二光学楔角块106后，变为平行出射的o，e两束线偏光。

两束线偏光垂直入射通过合束器107后，重新耦合成一束准直光。

准直光从出光光阑108的通光孔径通过，其通光孔径略大于此处的准直光束直径。实现了正向光传输的功能。

高功率光隔离器反向通光示意图如图3所示，回返光从出光光阑108的通光孔径通过，被合束器107分为偏振方向垂直的o、e两束线偏光，并按正向光光路通过了第二光学楔角块106。

o、e两束线偏光经过45度旋转片105后，偏振方向往逆时针方向旋转了45度。

由于磁光晶体104为非互易性器件，这两束线偏光经过磁光晶体104后，其偏振方向仍然同时往逆时针旋转了45度。此时，这两束线偏光的偏振方向总共往逆时针方向旋转了90度，o光变为了e光，e光变为了o光。

当这两束线偏光经过第一光学楔角块103后，传输方向发生偏转，两束光与正向入射光形成了一定的夹角，偏离了正向入射光的方向，被入光光阑102挡住，无法再进入光纤准直器101中，实现了隔离反向光的功能。

实施例2

如图4所示，高功率光隔离器依序包括光纤准直器401、入光光阑402、第一光学楔角块403、磁光晶体406、45度旋光片408、第二光学楔角块409、合束器410、出光光阑411；磁光晶体406和45度旋光片408之间设有第一反射片，第一光学楔角块403和磁光晶体406之间设有并列间隔设置的第二反射片404和第三反射片405；

第一光学楔角块403与第二光学楔角块409采用纯YVO₄晶体，但不局限于纯YVO₄晶体。磁光晶体406采用TGG晶体，但不局限于TGG晶体，对正反向传输光的偏振方向实现同一方向的45度偏转。第一光学楔角块403和第二光学楔角块409可根据输入激光功率的高低来选择楔角大小。合束器410采用纯YVO₄晶体，但不局限于纯YVO₄晶体，其入射面垂直于来自所述第二光学楔角块409的两束光，并将两束光合成一束。

45度旋光片408采用二分之一波片，45度旋光片408对正向传输光的偏振方向实现45度偏转，并与磁光晶体406对正反向传输光偏振方向的偏转方向相反。45度旋光片408对反向传输光的偏振方向实现45度偏转，并与磁光晶体406对反向传输光偏振方向的偏转方向一致。作为一种变化，磁光晶体406和45度旋光片408可互换位置。

第一光学楔角块403和第二光学楔角块409楔角较小时，45度旋光片408也可采用石英旋转片。

激光器的输出光经过光纤准直器401后变为准直光束。准直光束从入光光阑402通光孔径通过，其通光孔径略大于准直光束直径。

其正向通光示意图如图5所示，准直光束入射到第一光学楔角块403斜面上，被分成偏振方向垂直的的且传播方向具有一定夹角的o，e两束线偏光，第一光学楔角块403的垂直出光面上的两束线偏光的出射角相同（互为相反数，但不为0），其光轴在第一光学楔角块403垂直出光面内，并与垂直边平行。

o，e两束线偏光以相同入射角（互为相反数，但不为0）进入磁光晶体406，透过磁光晶体406后，同时被第一反射片407反射回到磁光晶体406，再次透过磁光晶体406后分别入射到第二反射片404和第三反射片405上，两束线偏光同时被反射回到磁光晶体406，最后透过磁光晶体406后输出。这两束线偏光通过磁光晶体406、第一反射片407、第二反射片404和第三反射片405后，偏振方向同时往逆时针方向旋转了45度（或顺时针方向，根据设计选择）。

这两束偏振方向垂直的光经过45度旋光片408后，偏振方向同时往顺时针方向旋转了45度（或逆时针方向，根据设计选择）。此时，o，e两束线偏光的偏振方向恢复到了经过第一光学楔角块403后的状态，o光仍为原先的o光，e光仍为原先的e光。

两束线偏光经过第二光学楔角块409后，变为平行出射的o，e两束线偏光。

两束线偏光垂直入射通过合束器410后，重新耦合成一束准直光。

准直光从出光光阑411的通光孔径通过，其通光孔径略大于此处的准直光束直径。实现了正向光传输的功能。

其反向通光示意图如图6所示，回返光从出光光阑411的通光孔径通过，被合束器410分为偏振方向垂直的o、e两束线偏光，并按正向光光路通过了第二光学楔角块409。

o、e两束线偏光经过45度旋转片408后，偏振方向往逆时针方向旋转了45度。

由于磁光晶体406为非互易性器件，这两束线偏光经过磁光晶体406、第三反射片405、第二反射片404和第一反射片407后，其偏振方向仍然往逆时针旋转了45度。此时，这两束线偏光的偏振方向总共往逆时针方向旋转了90度，o光变为了e光，e光变为了o光。

当这两束线偏光经过第一光学楔角块403后，传输方向发生偏转，两束光跟正向入射光形成一定的夹角，偏离了正向入射光的方向，被入光光阑402挡住，无法再进入光纤准直器401中，实现了隔离反向光的功能。

实施例3

当第一光学楔角块703和第二光学楔角块705的光轴交错成45度角时，将实施例1中的45度旋光片移除，同样可以实现偏振方向的偏转。如图7所示，高功率光隔离器依序包括光纤准直器701、入光光阑702、第一光学楔角块703、磁光晶体704、第二光学楔角块705、合束器706、出光光阑707。

第一光学楔角块703与第二光学楔角块705采用纯YVO₄晶体，但不局限于纯YVO₄晶体。磁光晶体704采用TGG晶体，但不局限于TGG晶体，对正反向传输光的偏振方向实现同一方向的45度偏转。第一光学楔角块703和第二光学楔角块705可根据输入激光功率的高低来选择楔角大小。合束器706采用纯YVO₄晶体，但不局限于纯YVO₄晶体，其入射面垂直于来自所述第二光学楔角块705的两束光，并将两束光合成一束。

激光器的输出光经过光纤准直器701后变为准直光束。准直光束从入光光阑702通光孔径通过，其通光孔径略大于准直光束直径。

其正向通光示意图如图8所示，准直光束入射到第一光学楔角块703斜面上，被分成偏振方向垂直的的且传播方向具有一定夹角的o，e两束线偏光，第一光学楔角块703的垂直出光面上的两束线偏光的出射角相同（互为相反数，但不为0），其光轴在第一光学楔角块703垂直出光面内，并与垂直边成22.5度角。

o，e两束线偏光以相同入射角（互为相反数，但不为0）进入磁光晶体704，偏振方向同时往逆时针方向（也可顺时针，根据设计需求）旋转了45度。

由于第二光学楔角块705（参数同第一光学楔角块703）与第一光学楔角块703互为倒置，其光轴与第一光学楔角块703的光轴夹角成45度，这两束线偏光经过第二光学楔角块705后，变成了偏振方向垂直的两束平行线偏光，o光仍为原先的o光，e光仍为原先的e光。

两束线偏光垂直入射通过合束器706后，重新耦合成一束准直光。

准直光从出光光阑707的通光孔径通过，其通光孔径略大于此处的准直光束直径。实现了正向光传输的功能。

其反向通光示意图如图9所示，回返光从出光光阑707的通光孔径通过，被合束器706分为偏振方向垂直的o、e两束线偏光，并按正向光光路通过了第二光学楔角块705。

由于磁光晶体704为非互易性器件，这两束线偏光经过磁光晶体704后，两束线偏光通过后其偏振方向往逆时针旋转45度。

由于第二光学楔角块705的光轴与第一光学楔角块703的光轴夹角成45度，这两束线偏光进入第一光学楔角块703时，原o光变为了e光，原e光变为了o光。

当这两束线偏光经过第一光学楔角块703后，传输方向发生偏转，两束光跟正向入射光形成一定的夹角，偏离了正向入射光的方向，被入光光阑702挡住，无法再进入光纤准直器701中，实现了隔离反向光的功能。

实施例4

如图10所示，高功率光隔离器依序包括光纤准直器1001、入光光阑1002、第一光学楔角块1003、磁光晶体1004、45度旋光片1007、合束器1008、出光光阑1009；磁光晶体1004和45度旋光片1007之间设有第一反射片1005，第一光学楔角块1003和磁光晶体1004之间设有第二反射片1006；

激光器的输出光经过光纤准直器1001后变为准直光束。准直光束从入光光阑1002通光孔径通过，其通光孔径略大于准直光束直径。

其正向通光示意图如图11所示，准直光束入射到第一光学楔角块1003斜面上，被分成偏振方向垂直的的且传播方向具有一定夹角的o，e两束线偏光，第一光学楔角块1003的垂直出光面上的两束线偏光的出射角相同（互为相反数，但不为0），其光轴在第一光学楔角块1003垂直出光面内，并与垂直边平行。

o，e两束线偏光以相同入射角（互为相反数，但不为0）进入磁光晶体1004，透过磁光晶体1004后，同时被与磁光晶体1004有一定夹角的第一反射片1005反射回到磁光晶体1004，再次透过磁光晶体1004后入射到第二反射片1006上，第二反射片1006与第一反射片1005平行，被反射回到磁光晶体1004，最后透过磁光晶体1004后输出。这两束线偏光通过磁光晶体1004、第一反射片1005、第二反射片1006后，偏振方向同时往逆时针方向旋转了45度（或顺时针方向，根据设计选择）。

这两束偏振方向垂直的光经过45度旋光片1007后，偏振方向同时往顺时针方向旋转了45度（或逆时针方向，根据设计选择）。此时，o，e两束线偏光的偏振方向恢复到了经过第一光学楔角块1003后的状态，o光仍为原先的o光，e光仍为原先的e光。

两束线偏光以相同角度入射到合束器1008上，合束器1008的入射面与磁光晶体1004的出射面平行，其光轴在合束器1008的侧面上，方向为45度。故o光和e光以一定夹角向前传播，在通过一定距离后在合束器1008的输出面上汇合。合束器1008的输出面与第一光学楔角块1003的入射面平行，所以两束线偏光合成一束准直光输出。

准直光从出光光阑1009的通光孔径通过，其通光孔径略大于此处的准直光束直径。实现了正向光传输的功能。

其反向通光示意图如图12所示，部分回返光从出光光阑1009的通光孔径通过，被合束器1008分为偏振方向垂直的o、e两束线偏光，并按正向光光路通过了45度旋转片1007，两束线偏光的偏振方向往逆时针方向旋转了45度。

由于磁光晶体1004为非互易性器件，这两束线偏光经过磁光晶体1004、第二反射片1006和第一反射片1005后，其偏振方向仍然往逆时针旋转了45度。此时，这两束线偏光的偏振方向总共往逆时针方向旋转了90度，o光变为了e光，e光变为了o光。

当这两束线偏光经过第一光学楔角块1003后，传输方向发生偏转，两束光跟正向入射光形成一定的夹角，偏离了正向入射光的方向，被入光光阑1002挡住，无法再进入光纤准直器1001中，实现了隔离反向光的功能。

虽然以上结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域技术人员在依照本实用新型的精神和范围的情况下所做出的等效修饰及变化，均落入所附权利要求所限定的范围之内。