光隔离器的制作方法

1.本实用新型涉及光学器件领域，尤其涉及一种光隔离器。


背景技术：

2.在高功率激光器系统中，为了防止返回光返回系统内影响激光器的稳定运转甚至破坏激光器内部元器件，常需加入光隔离器，使光只能单向通过。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有方向的无源器件，可用于光通信和光学测量等领域。如果光纤激光器系统中返回的光能较强，则可能造成整个系统的性能急剧下降，甚至将整个系统烧毁。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有方向的无源器件，可用于光通信和光学测量等领域，所以需要在光路中增加光隔离装置，将这部分返回光尽可能多的滤除掉，以避免其对激光系统的影响，提高系统输出的稳定性。
3.现有的光隔离器主要包括透射式单级隔离器、透射式多级隔离器、反射式单级隔离器和反射式多级隔离器，其中隔离器中的一个关键器件是磁致旋光元件，其中光隔离器的核心部件是法拉第旋光晶体(tgg晶体)，而tgg晶体是光隔离器占据了最主要的成本，常规光纤隔离器使用一个圆形tgg晶体，两束偏振分光均通过同一tgg晶体，因此需要大孔径的tgg晶体来满足光束的传输，在一般情况下，偏振分光经过一个tgg晶体，tgg晶体通光孔径的使用比例在≤10％，可见使用率很低。
4.另外，随着tgg晶体通光孔径的增大，采购价格几乎是以平方倍的增长，同时直径增大的tgg晶体对其制造工艺的要求更大，具体是tgg晶体的材料均匀度，故普遍会影响tgg晶体消光比er的均匀性，也会影响偏振旋转角度的一致性，旋转角度不一致会影响正向损耗和反向隔离度。并且，受到成本的限制以及法拉第旋光晶体的工艺限制下，光隔离器的端口扩充也受到一定程度限制。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种提高磁致旋光晶体利用效率的光隔离器。
6.为了实现本实用新型目的，本实用新型提供一种光隔离器，包括第一输入组件、第二输入组件、第一输出组件、第二输出组件、磁致旋光晶体、第一光路调整pbs棱镜、第二光路调整pbs棱镜和旋光半波片，第一输入组件包括依次布置的第一输入端口组、第一输入pbs棱镜和第一输入半波片，第一输入pbs棱镜设置有两个相互平行的第一输入介质膜，两个第一输入介质膜沿第一分合方向分布，第一输入端口组包括第一输入准直器，第一输入准直器朝向其中一个第一输入介质膜，第二输入组件包括依次布置的第二输入端口组、第二输入pbs棱镜和第二输入半波片，第二输入pbs棱镜设置有两个相互平行的第二输入介质膜，两个第二输入介质膜沿第一分合方向分布，第二输入端口组包括第二输入准直器，第二输入准直器朝向其中一个第二输入介质膜；第一输出组件包括依次布置的第一输出端口组、第一输出pbs棱镜和第一输出半波片，第一输出pbs棱镜设置有两个相互平行的第一输出介质膜，两个第一输出介质膜沿第一分合方向分布，第一输出端口组包括第一输出准直
器，第一输出准直器朝向其中一个第一输出介质膜；第二输出组件包括依次布置的第二输出端口组、第二输出pbs棱镜和第二输出半波片，第二输出pbs棱镜设置有两个相互平行的第二输出介质膜，两个第二输出介质膜沿第一分合方向分布，第二输出端口组包括第二输出准直器，第二输出准直器朝向其中一个第二输出介质膜，磁致旋光晶体外周设置有磁体；第一光路调整pbs棱镜设置有相互平行的第一调整介质膜和第二调整介质膜，第一调整介质膜和第二调整介质膜沿第二分合方向分布；第二光路调整pbs棱镜设置有相互平行的第三调整介质膜和第四调整介质膜，第三调整介质膜和第四调整介质膜沿第二分合方向分布；第二输入pbs棱镜、第二输入半波片、第二调整介质膜、磁致旋光晶体、旋光半波片、第四调整介质膜、第二输出半波片、第二输出pbs棱镜依次沿第一光路方向布置；第一输入pbs棱镜、第一输入半波片和第一调整介质膜依次沿第二光路方向布置，第三调整介质膜、第一输出半波片和第一输出pbs棱镜依次沿第三光路方向布置，第一光路、第二光路和第三光路平行，第一分合方向垂直于第二分合方向，第二分合方向垂直于第一光路；第一输入介质膜、第二输入介质膜、第一输出介质膜、第二输出介质膜、第一调整介质膜、第二调整介质膜、第三调整介质膜和第四调整介质膜均为偏振分光介质膜。
7.由上述方案可见，通过输入/输出pbs棱镜对光纤进行偏振分合光，并通过第一/第二光路调整pbs棱镜将光路调整，继而是光线汇聚在第一光路从磁致旋光晶体穿过并实现相应的旋光，使得不同端口输入的光线均从该磁致旋光晶体穿过，在从对应的不同端口输出，从而大大提高磁致旋光晶体的利用效率，磁致旋光晶体由于只需要沿第一光路布置即可，继而磁致旋光晶体可制作的相对较小，不需要全面积覆盖，因而可大大降低成本，也有利于提高晶体消光比er的均匀性。
8.更进一步的方案是，第一输入端口组包括多个沿第二分合方向分布的第一输入准直器，多个第一输入准直器均朝向同一第一输入介质膜。
9.更进一步的方案是，第一输入端口组包括第一光阑，第一光阑设置在第一输入准直器和第一输入pbs棱镜之间。
10.更进一步的方案是，第二输入端口组包括多个沿第二分合方向分布的第二输入准直器，多个第二输入准直器均朝向同一第二输入介质膜。
11.更进一步的方案是，第二输入端口组包括第二光阑，第二光阑设置在第二输入准直器和第二输入pbs棱镜之间。
12.更进一步的方案是，第一输出端口组包括多个沿第二分合方向分布的第一输出准直器，多个第一输出准直器均朝向同一第一输出介质膜。
13.更进一步的方案是，第一输出端口组包括第三光阑，第三光阑设置在第一输出准直器和第一输出pbs棱镜之间。
14.更进一步的方案是，第二输出端口组包括多个沿第二分合方向分布的第二输出准直器，多个第二输出准直器均朝向同一第二输出介质膜。
15.更进一步的方案是，第二输出端口组包括第四光阑，第四光阑设置在第二输出准直器和第二输出pbs棱镜之间。
16.由上可见，由于第一/第二光路调整pbs棱镜可对光路进行汇集和分离，继而第一输入组件、第二输入组件、第一输出组件和第二输出组件中的输入准直器或输出准直器可根据实际需求进行扩充，借助于调整介质膜的透射或反射，继而实现多端口扩展应用。
17.更进一步的方案是，第二调整介质膜垂直于第四调整介质膜。
18.由上可见，通过第二调整介质膜垂直于第四调整介质膜，继而隔离器的输入端口和输出端口呈对称式的布置，利于隔离器壳体的封装和端口连接。
附图说明
19.图1是本实用新型光隔离器第一实施例的俯视结构图。
20.图2是本实用新型光隔离器第一实施例中第一输入组件的侧视结构图。
21.图3是本实用新型光隔离器第一实施例中第二输出组件的侧视结构图。
22.图4是本实用新型光隔离器第一实施例中第二输入组件的侧视结构图。
23.图5是本实用新型光隔离器第一实施例中第一输出组件的侧视结构图。
24.图6是本实用新型光隔离器第一实施例的第一光路传输状态图。
25.图7是本实用新型光隔离器第一实施例的第二光路传输状态图。
26.图8是本实用新型光隔离器第二实施例的俯视结构图。
27.以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
28.光隔离器第一实施例：
29.参照图1，图1是光隔离器的俯视图，光隔离器包括第一输入组件、第二输入组件、第一输出组件、第二输出组件、磁致旋光晶体16、磁体17、第一光路调整pbs棱镜31、第二光路调整pbs棱镜32和旋光半波片185。
30.参照图2，图2是第一输入组件的侧视结构图，第一输入组件包括依次布置的第一输入端口组、第一输入pbs棱镜21和第一输入半波片181，第一输入pbs棱镜21设置有两个相互平行的第一输入介质膜211，两个第一输入介质膜211沿第一分合方向z分布，第一输入端口组包括第一输入准直器11和第一光阑151，第一输入准直器11朝向位于下侧的一个第一输入介质膜211，第一光阑151设置在第一输入准直器11和第一输入pbs棱镜21的第一输入介质膜211之间。
31.参照图3，图3是第二输出组件的侧视结构图，第二输出组件包括依次布置的第二输出端口组、第二输出pbs棱镜24和第二输出半波片184，第二输出pbs棱镜24设置有两个相互平行的第二输出介质膜241，两个第二输出介质膜241沿第一分合方向z分布，第二输出端口组包括第二输出准直器14和第四光阑154，第二输出准直器14朝向位于上侧的一个第二输出介质膜241，第四光阑154设置在第二输出准直器14和第二输出pbs棱镜24的第二输出介质膜241之间。
32.参照图4，图4是第二输入组件的侧视结构图，第二输入组件包括依次布置的第二输入端口组、第二输入pbs棱镜22和第二输入半波片182，第二输入pbs棱镜22设置有两个相互平行的第二输入介质膜221，两个第二输入介质膜221沿第一分合方向z分布，第二输入端口组包括第二输入准直器12和第二光阑152，第二输入准直器12朝向位于下侧的一个第二输入介质膜221，第二光阑152设置在第二输入准直器12和第二输入pbs棱镜22的第二输入介质膜221之间。
33.参照图5，图5是第一输出组件的侧视结构图，第一输出组件包括依次布置的第一
输出端口组、第一输出pbs棱镜23和第一输出半波片183，第一输出pbs棱镜23设置有两个相互平行的第一输出介质膜231，两个第一输出介质膜231沿第一分合方向z分布，第一输出端口组包括第一输出准直器13和第三光阑153，第一输出准直器13朝向位于上侧的一个第一输出介质膜231，第三光阑153设置在第一输出准直器13和第一输出pbs棱镜23的第三调整介质膜321之间。
34.第一光路调整pbs棱镜31位于靠近第一输入组件和第二输入组件的一侧，第一光路调整pbs棱镜31设置有相互平行的第一调整介质膜311和第二调整介质膜312，第一调整介质膜311和第二调整介质膜312沿第二分合方向y分布，第二光路调整pbs棱镜32位于靠近第一输出组件和第二输出组件的一侧，第二光路调整pbs棱镜32设置有相互平行的第三调整介质膜321和第四调整介质膜322，第三调整介质膜321和第四调整介质膜322沿第二分合方向y分布。
35.磁致旋光晶体16和旋光半波片185设置在第一光路调整pbs棱镜31和第二光路调整pbs棱镜32之间，磁体17设置在磁致旋光晶体16的外周上，并为磁致旋光晶体16提供磁场，磁致旋光晶体16采用法拉第旋光晶体(tgg晶体)。
36.参照图1，并结合图2至图5，第二输入pbs棱镜22、第二输入半波片182、第二调整介质膜312、磁致旋光晶体16、旋光半波片185、第四调整介质膜322、第二输出半波片184、第二输出pbs棱镜24依次沿第一光路x1方向布置，且第二输入半波片182、磁致旋光晶体16、旋光半波片185、第二输出半波片184均在第一分合方向z延伸并具有一定的高度，使得从两个第二输入介质膜221和两个第二输出介质膜241透射或反射的光均能经过第二输入半波片182、磁致旋光晶体16、旋光半波片185、第二输出半波片184。
37.第一输入pbs棱镜21、第一输入半波片181和第一调整介质膜311依次沿第二光路x2方向布置，第一输入半波片181和第一调整介质膜311均在第一分合方向z延伸并具有一定的高度，使得两个第一输入介质膜211透射或反射的光均能够经过第一输入半波片181和第一调整介质膜311。第三调整介质膜321、第一输出半波片183和第一输出pbs棱镜23依次沿第三光路x3方向布置，第三调整介质膜321、第一输出半波片183均在第一分合方向z延伸并具有一定的高度，使得从第三调整介质膜321和第一输出半波片183经过的光线入射至第一输出介质膜231，再经过第一输出介质膜231透射或反射。
38.第一光路x1、第二光路x2和第三光路x3平行，第一分合方向z垂直于第二分合方向y，第二分合方向y垂直于第一光路x1，在实际使用中，第一光路x1、第二光路x2、第三光路x3、第二分合方向y可沿水平方向布置，第一分合方向z可沿竖直方向布置，第一分合方向z在图1的表示为垂直于纸面。且第二调整介质膜312垂直于第四调整介质膜322，继而通过光路的调整，使得第一输入组件、第二输入组件、第一输出组件、第二输出组件的准直器可位于两侧对称布置。
39.另外，第一输入介质膜211、第二输入介质膜221、第一输出介质膜231、第二输出介质膜241、第一调整介质膜311、第二调整介质膜312、第三调整介质膜321和第四调整介质膜322均为偏振分光介质膜。
40.参照图6，并结合图2和图3，图6示出光线正反向传输时在不同器件的偏振态，当光线从port1至port4正向传输时，光线从第一输入准直器11输入，穿过第一光阑151后入射至第一输入pbs棱镜21，经过偏振分光使得两束偏振分光沿第一分合方向z分离并分别沿第二
光路x2传输，两束偏振分光入射第一调整介质膜311，经过第一调整介质膜311的反射后，两束偏振分光沿第二分合方向y传输并入射至第二调整介质膜312，再经过第二调整介质膜312的反射，两束偏振分光依次经过磁致旋光晶体16、旋光半波片185、第四调整介质膜322、第二输出半波片184后入射至第二输出pbs棱镜24，经过第二输出pbs棱镜24的两个第二输出介质膜241的合光后，耦合进入至第二输出准直器14输出，从而实现p1至p4端口的正向传输。
41.当有返回光从第二输出准直器14返回时，返回光依次经过第二输出pbs棱镜24的偏振分光、第四调整介质膜322、旋光半波片185、磁致旋光晶体16、第二调整介质膜312、第二输入半波片182后，再经过第二输入pbs棱镜22的合光后打在第二光阑152上，避免返回光进入激光系统，从而实现p4至p2端口的反向隔离。
42.参照图7，并结合图4和图5，图7示出光线正反向传输时在不同器件的偏振态，当光线从port2至port3正向传输时，光线从第二输入准直器12输入，穿过第二光阑152后入射至第二输入pbs棱镜22，经过偏振分光使得两束偏振分光沿第二分合方向z分离并分别沿第一光路x1传输，两束偏振分光依次穿过第二输入半波片182、第二调整介质膜312、磁致旋光晶体16、旋光半波片185、第四调整介质膜322后，分别经过第四调整介质膜322和第三调整介质膜321的反射后，再经过第一输出半波片183入射至第一输出pbs棱镜23，经过第一输出pbs棱镜23的合光，耦合进入至第一输出准直器13输出，从而实现p2至p3端口的正向传输。
43.当有返回光从第一输出准直器13返回时，返回光依次经过第一输出pbs棱镜23的偏振分光、第三调整介质膜321和第四调整介质膜322的反射、旋光半波片185、磁致旋光晶体16、第二调整介质膜312和第一调整介质膜311的反射、第一输入半波片181后，再经过第一输入pbs棱镜21的合光后打在第一光阑151上，避免返回光进入激光系统，从而实现p3至p1端口的反向隔离。
44.光隔离器第二实施例：
45.参照图8，图8是光隔离器第二实施例的俯视图，在第一实施例的基础上，可根据实际端口需求，分别对第一输入端口、第二输入端口组、第一输出端口和第二输出端口组中的输入准直器或输出准直器数量进行调配，即第一输入端口组包括多个沿第二分合方向y分布的第一输入准直器11，多个第一输入准直器11均朝向同一第一输入介质膜211。第二输入端口组包括多个沿第二分合方向y分布的第二输入准直器12，多个第二输入准直器12均朝向同一第二输入介质膜221。第一输出端口组包括多个沿第二分合方向y分布的第一输出准直器13，多个第一输出准直器13均朝向同一第一输出介质膜231。第二输出端口组包括多个沿第二分合方向y分布的第二输出准直器14，多个第二输出准直器14均朝向同一第二输出介质膜241。
46.当然，多个不同的输入准直器可朝向不同的输入介质膜，以及多个不同的输出准直器可朝向不同的输出介质膜，具体由光路的设置来布置，其同样可以实现正向传输反向隔离。且光阑可以整体式或分立式布置，整体式光阑设置多个透孔，透孔与准直器的中心轴对应，分立式的光阑则与准直器一一对应。另外，输入pbs棱镜和输出pbs棱镜除了一棱镜对多准直器外，还可以一个棱镜对应一个准直器，只要将多个准直器均朝向调整介质膜便可实现光路的汇集以及分离，从而达到共用磁致旋光晶体，以提高磁致旋光晶体的利用效率，同时磁致旋光晶体可制作的相对较小，不需要全面积覆盖，因而可大大降低成本，也有利于
提高晶体消光比er的均匀性。