[发明专利]利用受激布里的渊散射相位共轭反射镜的光隔离器及其光放大系统

说明书

本发明涉及光学器件技术领域，特别是一种利用受激布里渊散射相位共轭反射镜的光隔离器和用光隔离器来构成光放大系统。

当激光器与某些装置一同使用时，假如从某些装置引起逆向反射光并返回到激光器上，那么将会产生干扰激光器的问题。尤其对脉冲激光器而言，有时逆向反射光竟被意外地放大，损伤了光学零部件。为了防止发生这种现象，就得使用光隔离器。

传统的光隔离器有两种。一种是利用1/4波片(以下用QW表示)，或者利用法拉弟偏振旋光器件(以下用FR表示)构成的被动式光隔离器；还有一种是利用坡克尔盒(以下用PC表示)的能动式光隔离器。然而，传统的光隔离器由于其偏光器件隔断一个与其相垂直的偏振光成份的隔断率不大，所以隔断光线也不够彻底。例如，非线性晶体偏光器件的隔断率一般为1000，而多层薄膜偏光器件的隔断率一般为100左右。也就是说，传统的光隔离器隔断率为100-1000左右。如果是这样的一个数值范围，那么当逆向反射光在激光器内被放大或者与下一级的放大系统相耦合，那么将会对激光器造成严重的伤害。

下面用附图来说明传统光隔离器的工作基理及其存在的问题；

图1a是传统的被动式光隔离器的结构图，这种被动式光隔离器(100)是由偏振光分离器(110，以下用PBS来表示)和偏振光变换器(120)组成。PBS(110)起着分离偏振光的作用。即，它将让水平偏振光透过而让垂直偏振光反射。另外，作为偏振光变换器(120)，使用一种能让相位延迟1/4波长的QW，或者使用让偏振面旋转45度的FR。即当光线通过QW一次时，直线偏振光将变为园偏振光，或者园偏振光将变为直线偏振光。于是当光线往返QW，那么光的偏振面将发生正交变换。当光线往返一种让光的偏振面旋转45度的FR时，同样，偏振面将发生正交变换。为了解这种被动式光隔离器(100)的工作基理，如在图1a所示，先假设有一个水平偏振的脉冲入射光(105)，通过一个PBS(110)，那么穿过PBS(110)的光线将通过偏振变换器(120)变为一个园偏振光，或者变为一个偏振面旋转了45度的线偏振光。然后，当该光线逆向反射而再次通过偏振变换器(120)，那么该光线的偏振面将变成一个与水平偏振光正交的垂直偏振光，并在PBS(110)上变为反射光(130)而射出。由此可得到一种光的隔离效果。

图1b是传统的能动式光隔离器的结构图，这种能动式光隔离器(150)是由二个PBS(160,165)和一个PC(170)组成。第一个PBS(160)将让水平偏振光通过去；而第二个PBS(165)则让垂直偏振光通过。若向PC(170)外加一定时间的高电压，那么它在这一期间，可将偏振面旋转一个直角。为掌握这一能动式光隔离器(150)的作用过程，如在图1b中所示，先假设有一个水平偏振的脉冲光线(145)先入射第一PBS(160)。当通过第一PBS(160)的水平偏振光(145)入射到PC(170)时，向PC(170)外加一个高电压，其时间长短相当于入射光的脉宽。那么这个水平偏振光通过PC(170)时将变成垂直偏振光，因此它可直接通过第二个PBS(165)。然后，假如这一垂直偏振光在某处逆向反射回来，那么这时在PC(170)上已经无高电压了，所以垂直偏振的光线就无法通过第一PBS(160)而将被其反射。由此也可将得到一种光隔离的效果。

然而，形成光隔离器的元器件PBS,PC或者QW,FR等等，一般都有一定的缺陷。例如，就PBS而言，其水平与垂直偏振光的分离率只有数十至数百；而对PC、QW或FR而言，其偏振面的旋转也不够完全。总之，它们的隔断率就不够完善。通过这种不够完善的光隔离器而逆向反射的光线，如果它返回到入射端，那么相邻的放大系统之间将产生耦合放大作用，这就有可能引起光学系统的损伤或者导致激光器输出模式不稳定等非常严重的问题。

杰克尔等人曾对一个利用受激布里渊散射相位共轭反射镜的光隔离器(以下用SBS-PCM)提出过方案。但是，该结构的SBS-PCM反射率仍达不到100％，因而仍然存在一个不能完全隔断光线从放大器返回到激光器的问题。尤其是为制造出一个高输出的激光放大系统，需要有一个隔断率非常彻底的光隔离器。