[发明专利]双折射晶体光束偏离的光隔离器及激光系统

说明书

本发明涉及双折射晶体光束偏离的光隔离器及激光系统。光隔离器包括法拉第旋光器以及一组以上的光束偏离器件一，最靠近法拉第旋光器的一组光束偏离器件一的前端面贴设固定于法拉第旋光器的后端面上，每组光束偏离器件一包括楔角片一和楔角片二，楔角片一和楔角片二中的两个斜面相互贴合且两个通光面相互平行，楔角片一和楔角片二中的其中一个楔角片的光轴垂直于其通光面且另一个楔角片的光轴与其通光面平行或成夹角。该光隔离器在不改变入射角度和元件厚度的情况下实现出射光的光线偏折，从而防止反向光路中与激光器偏振方向选择性一致的反向光被耦合进入激光器，以克服现有技术中存在的成本高、横向走离量过大或过小等缺点。

技术领域

本发明涉及光通讯及工业用光隔离器领域，特别涉及一种双折射晶体光束偏离的光隔离器及激光系统。

背景技术

光学设计中经常会遇到需要将一个偏振态光线偏离的设计需求，以达到将一束光的两个偏振态分开目的。偏离角的大小可以通过改变楔角大小来实现，但是楔角越大，器件的厚度就会越大。

光隔离器在光通讯及工业激光应用领域广泛应用，是一种单向传输光的光无源器件，用于允许正向传输的光正常通过此产品，并耦合到输出光波导、光纤等其他光传输器件中，同时阻止反向传输的光耦合到输入光波导中，避免造成光学系统(尤其是激光器)工作不稳定。目前实际应用中包含在线型(偏振不相关)和自由空间型(偏振相关)两类，在激光器封装中主要使用自由空间型(偏振相关)。

目前大量商用的自由空间隔离器采用两片偏振片和一片45°法拉第旋光器组成，45°法拉第放在两片偏振片之间，两片偏振片的偏振方向相差45°。当光正向传输时，入射光和第一片偏振片偏振方向平行的部分通过偏振片，与偏振方向垂直的部分被偏振片吸收，通过第一片偏振片的光进入法拉第旋光器后，在法拉第旋光效应作用下旋转45°，与第二片偏振片的偏振方向正好平行，因此可以无损耗地通过第二片偏振片。当光反向传输时，与第二片偏振片偏振方向垂直的部分直接被偏振片吸收，与偏振方向平行的部分无损耗透过，然后进入法拉第旋光器；由于法拉第旋光器的旋转方向只决定于磁场方向，不会随着光的入射方向而改变，因此继续沿着和正向传输时相同的方向旋转45°到达第一偏振片，此时光的偏振态与第一偏振片的偏振方向垂直，光被第一偏振片吸收，不能投射到输入波导中。但是，此设计方案的偏振片成本较高。

另一种新的自由空间隔离器设计思路是采用两片双折射晶体和一片45°法拉第旋光器组成，45°法拉第放在两片双折射晶体之间，第一片双折射晶体的光轴与入射表面成45°夹角，光线在双折射晶体中以o光(寻常光)方式传输，第二片双折射晶体的光轴方向与第一片双折射晶体的光轴方向沿光路传播轴旋转45°，光线在第二双折射晶体中同样以o光方式传输。当光正向传输时，入射光以o光方式在第一双折射晶体中传输，光路遵循折射定律，通过第一双折射晶体，然后进入法拉第旋光器后在法拉第旋光效应作用下旋转45°，使其在第二双折射晶体中仍然保持按照o光状态，光路遵循折射定律，输出第二双折射晶体。当光反向传输时，1)当光按照o光照射到第二双折射晶体时，光路遵循折射定律，相对于入射 o光，无相对位移地通过第二双折射晶体，在法拉第旋光器中旋转 45°后，光在第一双折射晶体中的传输方式变为e光(非常光)，此时光路的传输不遵循折射定律，并且由于光轴与入射表面有45°夹角，从而相对于入射o光发生偏折，光的输出位置偏离入射波导，从而不能耦合到输入波导中，达到隔离目的；2)当光按照e光照射到第二双折射晶体时，光路的传输不遵循折射定律，并且由于光轴与入射表面有45°夹角，从而相对于入射o光发生偏折，在输出第二双折射晶体时发生横向位移，在法拉第旋光器中旋转45°后，光在第一双折射晶体中的传输方式变为o光，此时光的传输遵循折射定律，平行于入射o光通过第一双折射晶体，因此光的最终输出位置保持第二双折射时形成的横向位移量，输出位置偏离入射波导，进而不能耦合到输入波导中，达到隔离目的。但是由于此晶体的折射率很高，导致在实际应用中产生过大的横向走离量，造成耦合和封装的难度加大。