高功率光纤隔离器的制作方法

专利名称：高功率光纤隔离器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光纤隔离器，具体涉及一种可以承载高功率激光输入 输出的光纤隔离器。
背景技术：
随着高功率光纤激光器的发展，光路中出现的反射光隔离己成为一个必须 解决的重要问题。高功率光纤隔离器就是一种只允许光线沿光路正向传输、且 能经受高功率的非互易无源器件，它的作用是防止光路中由于各种原因产生的 后向传输光对光源以及光路系统产生不良影响。在高功率半导体激光器和光传 输系统之间安装一个高功率光纤隔离器，可以在很大程度上减少反射光对光源 的光谱输出功率稳定性产生的不良影响。在应用高能信号、高速直接调制、直 接检测光纤通信系统中，后向传输光会产生附加噪声，使系统的性能劣化，这 需要高功率光纤隔离器来消除。在高功率光纤放大器中的掺杂光纤的两端装上 高功率光纤隔离器，可以避免后向反射光将进入信号源中引起信号源的剧烈波 动，可以提高高功率光纤放大器的工作稳定性。高功率光纤隔离器目前己经成 为制约高功率光纤激光器向更高功率发展的瓶颈技术之一。
目前采用掺镱的双包层光纤和以双包层光纤为基础的包层泵浦技术，实现 了高功率光纤激光器的重大技术突破。双包层光纤比常规光纤增加了一个内包 层，其纤芯一般掺有稀土离子，是单模激光的传输波导。现有的高功率光纤激
光器多为1064皿波段附近输出，其应用的高功率光纤隔离器也需要在1064nm 波段附近具有较高的激光承载功率阈值、较高的隔离度和较低的插损。
在光纤通信系统中应用的光纤器件，其可经受光功率通常在500mw以下， 这些光纤器件称之为低功率器件。对于光纤器件而言，能够承载500mw以上的 光功率，称之为高功率器件。目前常用的通信窗口波段为1550nm和1310nm，系 统中应用的光纤隔离器也是对应于这两个波段而设计制造的。这类光纤隔离器 应用的核心元件是钇铁石榴石(YIG)晶体，在1550nm和1310nm波段具有较好 的透过率，但是在1064nm波段附近具有较大的吸收，透过率低，不能承载高功率，因此无法应用在1064nm波段附近的高功率光纤激光器中。 发明内容
本实用新型的目的在于提供一种可以承载高功率激光输入输出的光纤隔离 器，其解决了背景技术中现有高功率隔离器无法应用在1064nm波段附近的技术问题。
本实用新型核心元件采用法拉第光旋转器，它由磁光材料、磁体及调整机 构等几个主要部分构成。在可见光及近红外波段的磁光材料是TGG晶体 (Terbium Gallium Garnet,铽镓石榴石)、惨铽玻璃等，它们都具有较高的维 尔德常数和透过率，以及良好的机械、物理、光学性能。
本实用新型的技术方案是
一种高功率光纤隔离器，包括一核心部件及对称设置于该核心部件两端并 依次排列的第一半波片4、第一偏振位移片3、第一耦合透镜2、第一双包层光 纤头l与第二半波片6、第二偏振位移片7、第二耦合透镜8、第二双包层光纤 头9，所述第一半波片4与第二半波片6分别相邻所述核心部件，其特殊之处在 于所述核心部件为法拉第光旋转器5，该法拉第光旋转器5包括磁光晶体TGG、 磁体及调整机构等。
上述第一双包层光纤头1和第二双包层光纤头9均由双包层光纤001、毛细 管002和粘接剂003构成，所述粘接剂003固定设置于毛细管002中的双包层 光纤001和毛细管002，所述毛细管002和双包层光纤001表面为同一平面，具
有一定斜角并镀制耐高功率减反射膜。
上述第一偏振位移片3和第一半波片4胶合在一起，所述第一半波片4的
截面积为第一偏振位移片3的二分之一。
上述第一偏振位移片3与第一半波片4之间的光轴夹角是22. 5° 。 上述第二偏振位移片7和第二半波片6胶合在一起，所述第二半波片6的
截面积为第二偏振位移片7的二分之一。
上述第二偏振位移片7与第二半波片6之间的光轴夹角是22. 5° 。 上述TGG晶体与第一偏振位移片3之间的光轴夹角是22.5。；与第二偏振
位移片7之间的光轴夹角是90° 。
上述第一耦合透镜2与第二耦合透镜8均采用柱透镜或者非球面透镜，并在透镜表面镀制可承载高功率的减反射膜。
上述第一偏振位移片3和第二偏振位移片7的走离平面平行，走离量相同， 走离方向相同。
本实用新型的优点在于
本实用新型采用双包层光纤作为输入输出光纤，光纤的模场面积较普通单 模光纤提高了10倍以上，纤芯的功率密度大为降低，有效的拟制了高功率激光
产生的热光问题。
本实用新型采用TGG晶体，在1064nm波段附近该晶体具有大的磁光常数、 低的光损失、高热导性和高激光损伤阈值。

图1为本实用新型双包层光纤头结构示意图； 图2为本实用新型具体实施例结构示意图； 图3为本实用新型实施例原理图。 附图标记
1—第一双包层光纤头；2—第一耦合透镜；3—第一偏振位移片；4一第一 半波片；5-—法拉第光旋转器；6—第二半波片；7--第二偏振位移片；8—第二 耦合透镜；9一第二双包层光纤头；001—双包层光纤；002—毛细管；003—粘接剂。
具体实施方式
本实用新型由从左至右依次包括第一双包层光纤头l、第一耦合透镜2、第 -偏振位移片3、第一半波片4、法拉第光旋转器5、第二半波片6、第二偏振 位移片7、第二耦合透镜8和第二双包层光纤头9组成。其中第一偏振位移片 3和第二偏振位移片7的走离平面平行，走离量相同，走离方向相同；第一偏振 位移片3与第一半波片4之间的光轴夹角是22.5。，第二偏振位移片7与第二 半波片6之间的光轴夹角是22.5。，第一偏振位移片3与TGG晶体之间的光轴 夹角是45° ，与第二偏振位移片7之间的光轴夹角是90。。
本实用新型是这样实现高功率激光隔离的高功率激光进入双包层光纤001 中，经第一耦合透镜2准直变为平行光，平行光进入第一偏振位移片3分为o 光和e光；o光沿原方向进入半波片4中偏振态顺时针方向旋转45° ，进入法拉第旋光器5中，o光经过法拉第旋光器5后偏振态顺时针方向再旋转45° ， 变为e光，直接进入第二偏振位移片7中；e光经第一偏振位移片3发生折射沿 Y轴正向偏离距离L，直接进入法拉第旋光器5中，e光经过法拉第旋光器5后， 偏振态沿顺时针方向旋转45° ，进入第二半波片6中，偏振态再沿顺时针方向 旋转45° ，变为o光，进入第二偏振位移片7中；这样e光经第二偏振位移片 7发生折射沿Y轴正向偏离距离L，与o光汇合，经第二耦合透镜8聚焦到第二 双包层光纤9中，实现正向光的传输。当光由第二双包层光纤头9反向进入时， 经第二耦合透镜8变为平行光，平行光进入第二偏振位移片7中分为o光和e 光；o光沿原方向进入第二半波片6中偏振态逆时针旋转45° ，进入法拉第旋 光器5中，因为法拉第旋光器的非互易性，o光经过法拉第旋光器5后偏振态仍 然顺时针旋转45。 ， o光进入第一偏振位移片3中，沿原方向偏离Y轴正方向L 距离出射，无法进入第一耦合透镜2的有效孔径中，进而无法进入双包层光纤 001中，从而实现了o光的隔离；e光进入第二偏振位移片7后发生折射沿Y轴 负向偏离距离L，进入法拉第旋光器5中，因为法拉第旋光器的非互易性，e光 经过法拉第旋光器5后偏振态也顺时针旋转45° ，进入第一半波片4中，偏振 态逆时针旋转45。，再进入第一偏振位移片3后，又发生折射沿Y轴负向偏离 距离L出射，无法进入第一耦合透镜2的有效孔径中，进而无法进入双包层光 纤001中，从而实现了e光的隔离。这样反向光因为进入双包层光001中，而 实现了反向光的隔离。
权利要求1. 一种高功率光纤隔离器，包括一核心部件及对称设置于该核心部件两端并依次排列的第一半波片(4)、第一偏振位移片(3)、第一耦合透镜(2)、第一双包层光纤头(1)与第二半波片(6)、第二偏振位移片(7)、第二耦合透镜(8)、第二双包层光纤头(9)，所述第一半波片(4)与第二半波片(6)分别相邻所述核心部件，其特征在于所述核心部件为法拉第光旋转器(5)，该法拉第光旋转器(5)包括磁光晶体TGG和磁体。
2. 根据权利要求1所述高功率光纤隔离器，其特征在于所述第一双包层光 纤头(1)和第二双包层光纤头(9)均由双包层光纤(001)、毛细管(002)和 粘接剂(003)构成，所述粘接剂(003)固定设置于毛细管(002)中的双包层 光纤(001)和毛细管(002)，所述毛细管(002)和双包层光纤(001)表面为 同一平面，具有一定斜角并镀制耐高功率减反射膜。
3. 根据权利要求1所述高功率光纤隔离器，其特征在于所述第一偏振位移片(3)和第一半波片(4)胶合在一起，所述第一半波片(4)的截面积为第一 偏振位移片(3)的二分之一。
4. 根据权利要求3所述高功率光纤隔离器，其特征在于所述第一偏振位移片(3)与第一半波片(4)之间的光轴夹角是22.5。。
5. 根据权利要求1所述高功率光纤隔离器，其特征在于所述第二偏振位移 片(7)和第二半波片(6)胶合在一起，所述第二半波片(6)的截面积为第二偏振位移片(7)的二分之一。
6. 根据权利要求5所述高功率光纤隔离器，其特征在于所述第二偏振位移片(7)与第二半波片(6)之间的光轴夹角是22.5。。
7. 根据权利要求1所述高功率光纤隔离器，其特征在于所述TGG晶体与第 一偏振位移片(3)之间的光轴夹角是22.5° ;与第二偏振位移片(7)之间的光轴夹角是90。。
8. 根据权利要求1 7任一所述高功率光纤隔离器，其特征在于所述第一耦合透镜(2)与第二耦合透镜(8)均采用柱透镜或者非球面透镜，并在透镜表面镀制可承载高功率的减反射膜。
9. 根据权利要求8所述高功率光纤隔离器，其特征在于所述第一偏振位移片(3)和第二偏振位移片(7)的走离平面平行，走离量相同，走离方向相同。
专利摘要一种高功率光纤隔离器，包括一核心部件及对称设置于该核心部件两端并依次排列的第一半波片(4)、第一偏振位移片(3)、第一耦合透镜(2)、第一双包层光纤头(1)与第二半波片(6)、第二偏振位移片(7)、第二耦合透镜(8)、第二双包层光纤头(9)，所述第一半波片(4)与第二半波片(6)分别相邻所述核心部件，所述核心部件为法拉第光旋转器(5)，该法拉第光旋转器(5)包括磁光晶体TGG和磁体。本实用新型解决了背景技术中现有高功率隔离器无法应用在1064nm波段附近的技术问题。本实用新型采用TGG晶体，在1064nm波段附近该晶体具有大的磁光常数、低的光损失、高热导性和高激光损伤阈值。
文档编号G02F1/01GK201242628SQ20082003003
公开日2009年5月20日 申请日期2008年8月21日 优先权日2008年8月21日
发明者张文松, 卫 赵 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所