本申請(qǐng)涉及光學(xué)隔離器，屬于光學(xué)器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

光隔離器是一種只允許單向光通過(guò)的無(wú)源光器件，其工作原理是基于法拉第旋轉(zhuǎn)的非互易性。通過(guò)光纖回波反射的光能夠被光隔離器很好的隔離。

光隔離器的特性是：正向插入損耗低，反向隔離度高，回波損耗高。光隔離器是允許光向一個(gè)方向通過(guò)而阻止向相反方向通過(guò)的無(wú)源器件，作用是對(duì)光的方向進(jìn)行限制，使光只能單方向傳輸，通過(guò)光纖回波反射的光能夠被光隔離器很好的隔離，提高光波傳輸效率。

光學(xué)隔離器在通信領(lǐng)域得到大量應(yīng)用，而近年來(lái)隨著光纖激光器的蓬勃發(fā)展，其也被廣泛應(yīng)用于光學(xué)保護(hù)，正因如此，隔離效果好、抗光損傷閾值高的光學(xué)隔離器成為該類器件發(fā)展的熱點(diǎn)之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供一種光學(xué)隔離器，偏振光能夠正向通過(guò)該光學(xué)隔離器且反向截止，尤其是窄頻寬的偏振光，能更好的實(shí)現(xiàn)正向通過(guò)且反向截止的光學(xué)隔離。本申請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)的光學(xué)隔離器結(jié)構(gòu)緊湊、抗光學(xué)損傷能力強(qiáng)、光學(xué)透過(guò)帶寬窄，能夠獲得極佳的光學(xué)隔離效果。所述光學(xué)隔離器，包括法布里-珀羅效應(yīng)干涉片和法拉第旋光器，光束依次垂直射入所述法布里-珀羅效應(yīng)干涉片和法拉第旋光器。

光在法布里-珀羅效應(yīng)干涉片上的透過(guò)率與其在法布里-珀羅效應(yīng)干涉片中的光程相關(guān)，當(dāng)光程滿足形成法布里-珀羅效應(yīng)干涉效應(yīng)的條件時(shí)，光對(duì)應(yīng)的透過(guò)率達(dá)到最大值。以各向異性的晶體制作法布里-珀羅效應(yīng)干涉片，使得同一波長(zhǎng)、不同偏振態(tài)的光對(duì)應(yīng)的折射率不同，即它們對(duì)應(yīng)的光程不同，只有光程滿足法布里-珀羅效應(yīng)干涉條件的偏振光對(duì)應(yīng)的透過(guò)率能夠達(dá)到最大值。

優(yōu)選地，所述法布里-珀羅效應(yīng)干涉片為各向異性光學(xué)晶體。

優(yōu)選地，所述法布里-珀羅效應(yīng)干涉片包括YVO₄晶體、方解石、(BBO晶體、KTP晶體、KDP晶體、LBO晶體、PbWO₄晶體中至少的一種。

作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，所述法布里-珀羅效應(yīng)干涉片具有兩個(gè)平行的工作光學(xué)端面，所述工作光學(xué)端面鍍有對(duì)工作波長(zhǎng)高反射的介質(zhì)膜。

優(yōu)選地，所述法拉第旋光器置于與光路同方向的磁場(chǎng)中，所述磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)置為能使通過(guò)其初次入射偏振光通過(guò)其后再次沿磁場(chǎng)方向入射并通過(guò)后的偏振方向與所述初次入射偏振光垂直。從而不再滿足法布里-珀羅效應(yīng)干涉條件，實(shí)現(xiàn)光學(xué)隔離。

根據(jù)本申請(qǐng)光學(xué)隔離器需要隔離的光線工作波長(zhǎng)，選擇各向異性光學(xué)晶體制作本申請(qǐng)的法布里-珀羅效應(yīng)干涉片，不同偏振態(tài)的光垂直入射本申請(qǐng)的法布里-珀羅效應(yīng)干涉片時(shí)對(duì)應(yīng)的折射率不同，即不同偏振態(tài)的光對(duì)應(yīng)的光程也不同。若偏振光通過(guò)法布里-珀羅效應(yīng)干涉片時(shí)，不滿足法布里-珀羅效應(yīng)干涉條件，此時(shí)偏振光的透過(guò)率為最小值，此最小值取決于法布里-珀羅效應(yīng)干涉片上介質(zhì)膜的反射率；當(dāng)偏振光對(duì)應(yīng)的光程正好滿足法布里-珀羅效應(yīng)干涉條件時(shí)，由于法布里-珀羅效應(yīng)干涉使得偏振光在法布里-珀羅效應(yīng)干涉片上的透過(guò)率達(dá)到最大。

根據(jù)本申請(qǐng)光學(xué)隔離器，以具有磁光效應(yīng)的光學(xué)材料制作法拉第旋光器。所述法拉第旋光器置于與光路同方向的磁場(chǎng)中，所述磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)置為能使通過(guò)其初次入射偏振光通過(guò)其后再次沿磁場(chǎng)方向入射并通過(guò)后的偏振方向與所述初次入射偏振光垂直。

本申請(qǐng)所述光學(xué)隔離器包括法布里-珀羅效應(yīng)干涉片和所述法拉第旋光器，其中光由所述法布里-珀羅效應(yīng)干涉片向所述法拉第旋光器行進(jìn)的方向?yàn)楣獾恼颍伤龇ɡ谛馄髦赶蚍ú祭?珀羅效應(yīng)干涉片為光的反向，當(dāng)光沿正向入射所述法布里-珀羅效應(yīng)干涉片時(shí)，不同偏振態(tài)的光中，只有在法布里-珀羅效應(yīng)干涉片上能夠形成法布里-珀羅效應(yīng)干涉的偏振態(tài)的光才能通過(guò)，另外的偏振態(tài)的光將被反射，透過(guò)的偏振光隨后通過(guò)所述法拉第旋光器，其偏振方向?qū)⑿D(zhuǎn)角度α，假如此時(shí)偏振光被某些環(huán)節(jié)或部件不需要的反射反向進(jìn)入并通過(guò)所述法拉第旋光器，其到達(dá)法布里-珀羅效應(yīng)干涉片時(shí)偏振方向再轉(zhuǎn)過(guò)角度α，兩次旋轉(zhuǎn)角度α，導(dǎo)致共旋轉(zhuǎn)了角度2α，當(dāng)2α等于或接近90°，即與初始偏振光方向正交或接近正交，在法布里-珀羅效應(yīng)干涉片上對(duì)應(yīng)的光程不滿足法布里-珀羅效應(yīng)干涉條件，無(wú)法通過(guò)法布里-珀羅效應(yīng)干涉片，實(shí)現(xiàn)光學(xué)隔離。當(dāng)2α等于90°，即α等于45°，本申請(qǐng)所述光學(xué)隔離器能夠?qū)崿F(xiàn)最大程度光學(xué)隔離；當(dāng)2α接近90°，即α接近45°，本申請(qǐng)所述光學(xué)隔離器仍然能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)隔離，其旋轉(zhuǎn)角度α可由磁場(chǎng)強(qiáng)度控制，以滿足不同的光學(xué)隔離要求。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述法拉第旋光器置于與光路同方向的磁場(chǎng)中，所述磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)置為能使通過(guò)其的偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)40～50°。偏振方向旋轉(zhuǎn)45±5°，可以實(shí)現(xiàn)隔離度不小于10分貝。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述法拉第旋光器置于與光路同方向的磁場(chǎng)中，所述磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)置為能使通過(guò)其的偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)44～46°。偏振方向旋轉(zhuǎn)45±1°，可以實(shí)現(xiàn)隔離度不小于100分貝。

作為一個(gè)具體的實(shí)施方式，所述法拉第旋光器置于與光路同方向的磁場(chǎng)中，所述磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)置為能使通過(guò)其的偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)45°。

作為一個(gè)具體的實(shí)施方式，本申請(qǐng)所述光學(xué)隔離器由一個(gè)各向異性光學(xué)材料制成的法布里-珀羅效應(yīng)干涉片和一個(gè)45°法拉第旋光器組成，光線垂直射入所述法布里-珀羅效應(yīng)干涉片后射入所述45°法拉第旋光器。其中光由所述法布里-珀羅效應(yīng)干涉片向所述法拉第旋光器行進(jìn)的方向?yàn)楣獾恼颍伤龇ɡ谛馄髦赶蚍ú祭?珀羅效應(yīng)干涉片為光的反向，當(dāng)光沿正向入射所述法布里-珀羅效應(yīng)干涉片時(shí)，不同偏振態(tài)的光中，只有在法布里-珀羅效應(yīng)干涉片上能夠形成法布里-珀羅效應(yīng)干涉的偏振態(tài)的光才能通過(guò)，另外的偏振態(tài)的光將被反射，透過(guò)的偏振光隨后通過(guò)所述法拉第旋光器，其偏振方向?qū)⑿D(zhuǎn)45°，假如此時(shí)偏振光被某些環(huán)節(jié)或部件不需要的反射反向進(jìn)入并通過(guò)所述法拉第旋光器，其到達(dá)法布里-珀羅效應(yīng)干涉片時(shí)偏振方向再轉(zhuǎn)過(guò)45°，兩次旋轉(zhuǎn)45°，導(dǎo)致共旋轉(zhuǎn)了90°，即與初始偏振光方向正交，在法布里-珀羅效應(yīng)干涉片上對(duì)應(yīng)的光程不滿足法布里-珀羅效應(yīng)干涉條件，無(wú)法通過(guò)法布里-珀羅效應(yīng)干涉片，實(shí)現(xiàn)光學(xué)隔離。

本申請(qǐng)所述光學(xué)隔離器，當(dāng)某一波長(zhǎng)、某一偏振態(tài)的光正向通過(guò)時(shí)，使其在法布里-珀羅效應(yīng)干涉片上對(duì)應(yīng)的光程滿足法布里-珀羅效應(yīng)干涉條件，透過(guò)率達(dá)到最大值，繼而光通過(guò)45°法拉第旋光器，偏振方向旋轉(zhuǎn)45°；之后若光被反射回來(lái)，將會(huì)再次通過(guò)45°法拉第旋光器，光的偏振態(tài)再旋轉(zhuǎn)45°，與初始光的偏振方向正交，這時(shí)光在法布里-珀羅效應(yīng)干涉片上對(duì)應(yīng)的光程不能滿足法布里-珀羅效應(yīng)干涉條件，光被反射而無(wú)法通過(guò)，即光正向通過(guò)而反向截止，由此實(shí)現(xiàn)光的隔離。

優(yōu)選地，所述法拉第旋光器采用具有磁光效應(yīng)的玻璃、晶體或光學(xué)陶瓷。

優(yōu)選地，所述法拉第旋光器具有兩個(gè)光學(xué)端面，所述光學(xué)端面具有對(duì)工作波長(zhǎng)增透的介質(zhì)鍍膜。

根據(jù)本申請(qǐng)的又一個(gè)方面，提供了一種光學(xué)隔離方法，該方法能使偏振光正向通過(guò)該光學(xué)隔離器且反向截止，尤其是窄頻寬的偏振光，能更好的實(shí)現(xiàn)正向通過(guò)且反向截止的光學(xué)隔離。本申請(qǐng)的光學(xué)隔離方法光學(xué)透過(guò)帶寬窄，能夠獲得極佳的光學(xué)隔離效果。所述光學(xué)隔離方法，將光線垂直入射法布里-珀羅效應(yīng)干涉片和法拉第旋光器，所述法拉第旋光器置于與光路同方向的磁場(chǎng)中，所述磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)置為能使通過(guò)其的初次入射偏振光通過(guò)后再次沿磁場(chǎng)方向入射并通過(guò)后的偏振方向與所述初次入射偏振光的偏振方向垂直，從而不再滿足法布里-珀羅效應(yīng)干涉條件，實(shí)現(xiàn)光學(xué)隔離。所述方法采用上述任一種所述光學(xué)隔離器。

優(yōu)選地，所述法布里-珀羅效應(yīng)干涉片為各向異性光學(xué)晶體。

本申請(qǐng)能產(chǎn)生的有益效果包括：

(1)本申請(qǐng)?zhí)峁┑墓鈱W(xué)隔離器偏振光能夠正向通過(guò)該光學(xué)隔離器且反向截止，尤其是窄頻寬的偏振光，能更好的實(shí)現(xiàn)正向通過(guò)且反向截止的光學(xué)隔離。

(2)本申請(qǐng)?zhí)峁┑墓鈱W(xué)隔離器結(jié)構(gòu)緊湊、抗光學(xué)損傷能力強(qiáng)、光學(xué)透過(guò)帶寬窄，能夠獲得極佳的光學(xué)隔離效果。

(3)本申請(qǐng)?zhí)峁┑墓鈱W(xué)隔離方法能使偏振光正向通過(guò)該光學(xué)隔離器且反向截止，尤其是窄頻寬的偏振光，能更好的實(shí)現(xiàn)正向通過(guò)且反向截止的光學(xué)隔離。

(4)本申請(qǐng)?zhí)峁┑墓鈱W(xué)隔離方法光學(xué)透過(guò)帶寬窄，能夠獲得極佳的光學(xué)隔離效果。

附圖說(shuō)明

圖1是本申請(qǐng)光學(xué)隔離器一種實(shí)施方式的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明，但本申請(qǐng)并不局限于這些實(shí)施例。

如圖1所示，本本申請(qǐng)的光學(xué)隔離器由一個(gè)法布里-珀羅效應(yīng)干涉片F(xiàn)P和一個(gè)45°法拉第旋光器FR構(gòu)成，光線依次垂直入射法布里-珀羅效應(yīng)干涉片F(xiàn)P和一個(gè)45°法拉第旋光器FR。

具體而言，以各向異性的光學(xué)晶體制作法布里-珀羅效應(yīng)干涉片F(xiàn)P，各向異性光學(xué)晶體在工作的光學(xué)波段具有良好的光譜透過(guò)性和合適的雙折射率，法布里-珀羅效應(yīng)干涉片F(xiàn)P具有一對(duì)平行的光學(xué)端面f1和光學(xué)端面f2，光學(xué)端面上都鍍有在工作的光學(xué)波段高反射的介質(zhì)膜，光λ垂直入射該法布里-珀羅效應(yīng)干涉片時(shí)由a到b，盡管不同偏振態(tài)的光λ通過(guò)的法布里-珀羅效應(yīng)干涉片F(xiàn)P的長(zhǎng)度都相等，但由于對(duì)應(yīng)的折射率不同，它們所對(duì)應(yīng)的光程也不相同；45°法拉第旋光器FR由具有磁光效應(yīng)的光學(xué)材料制作，置于一定磁場(chǎng)T中，這些光學(xué)材料可以是晶體、玻璃或者光學(xué)陶瓷，45°法拉第旋光器FR具有兩個(gè)光學(xué)端面f3和f4，光學(xué)端面上鍍有在工作的光學(xué)波段增透的介質(zhì)膜，光λ由c到d或d’到c’時(shí)，其偏振方向?qū)⒀赝晦D(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)過(guò)45°。正向傳播的光束In，可以是偏振光或者無(wú)偏振光，進(jìn)入法布里-珀羅效應(yīng)干涉片F(xiàn)P，只有偏振方向?yàn)閜的偏振光λp對(duì)應(yīng)的光程能夠滿足法布里-珀羅效應(yīng)干涉條件，其對(duì)應(yīng)的透過(guò)率達(dá)到最大值，能夠由a到b，而另外偏振態(tài)或者其它波長(zhǎng)的光對(duì)應(yīng)的光程不滿足法布里-珀羅效應(yīng)干涉條件，被法布里-珀羅效應(yīng)干涉片F(xiàn)P反射；通過(guò)法布里-珀羅效應(yīng)干涉片F(xiàn)P的偏振光λp由b到c到d，直接通過(guò)45°法拉第旋光器FR，其偏振方向p也將轉(zhuǎn)過(guò)45°，得到輸出光束Out；如果輸出光束Out由于某些因素產(chǎn)生反射，這時(shí)有反射偏振光R，其偏振方向?qū)閜+45°，由d’到c’到b’傳播到法布里-珀羅效應(yīng)干涉片F(xiàn)P，在由d’到c’通過(guò)45°法拉第旋光器FR的過(guò)程中，偏振方向再次轉(zhuǎn)過(guò)45°變?yōu)?p+90°)，此時(shí)偏振光(λp+90°)在法布里-珀羅效應(yīng)干涉片上對(duì)應(yīng)的折射率發(fā)生改變，光程也隨之變化，不再滿足法布里-珀羅效應(yīng)干涉條件而被法布里-珀羅效應(yīng)干涉片F(xiàn)P反射，即反向傳播終止(End)。

實(shí)施例1

釩酸釔晶體(YVO₄)+鋱鎵石榴石晶體(TGG)的光學(xué)隔離器

本實(shí)施例中YVO₄晶體和TGG晶體購(gòu)買自福建福晶科技股份有限公司。

以YVO₄晶體加工法布里-珀羅效應(yīng)干涉片，干涉片厚度為0.5±0.1mm。以TGG晶體制作45°旋光器，其沿光線方向的長(zhǎng)度為20±1mm，磁場(chǎng)方向同光線方向，磁場(chǎng)強(qiáng)度為1±0.5T，按照?qǐng)D1構(gòu)成光學(xué)隔離器，光學(xué)工作波段在1μm，在法布里-珀羅效應(yīng)干涉片鍍上在1064±20nm區(qū)間反射率大于95％的光學(xué)介質(zhì)膜,在旋光器的光學(xué)端面上鍍上在1064±20nm區(qū)間增透的光學(xué)介質(zhì)膜。使用1064nm激光測(cè)試該光學(xué)隔離器，只有一定偏振態(tài)的1064nm光能夠正向通過(guò)，將通過(guò)的1064nm光反射回光學(xué)隔離器，無(wú)法通過(guò)。

實(shí)施例2

β相偏硼酸鋇晶體(BBO)+TGG晶體的光學(xué)隔離器

本實(shí)施例中BBO晶體和TGG晶體購(gòu)買自福建福晶科技股份有限公司。

以BBO晶體加工法布里-珀羅效應(yīng)干涉片，干涉片厚度為0.5±0.1mm。以TGG晶體制作44°法拉第旋光器，其沿光線方向的長(zhǎng)度為20±1mm，磁場(chǎng)方向同光線方向，磁場(chǎng)強(qiáng)度為1±0.5T,按照說(shuō)明書(shū)附圖1構(gòu)成光學(xué)隔離器，光學(xué)工作波段在1μm，在法布里-珀羅效應(yīng)干涉片鍍上在1064±20nm區(qū)間反射率大于95％的光學(xué)介質(zhì)膜,在旋光器的光學(xué)端面上鍍上在1064±20nm區(qū)間增透的光學(xué)介質(zhì)膜。使用1064nm激光測(cè)試該光學(xué)隔離器，只有一定偏振態(tài)的1064nm光能夠正向通過(guò)，將通過(guò)的1064nm光反射回光學(xué)隔離器，能夠通過(guò)法布里-珀羅效應(yīng)干涉片的激光強(qiáng)度小于1％。

實(shí)施例3

磷酸鈦氧鉀晶體(KTP)+TGG晶體的光學(xué)隔離器

本實(shí)施例中KTP晶體和TGG晶體購(gòu)買自福建福晶科技股份有限公司。

以KTP晶體加工法布里-珀羅效應(yīng)干涉片，干涉片厚度為0.5±0.1mm。以TGG陶瓷制作46°法拉第旋光器，其沿光線方向的長(zhǎng)度為20±1mm，磁場(chǎng)方向同光線方向，磁場(chǎng)強(qiáng)度為1±0.5T,按照說(shuō)明書(shū)附圖1構(gòu)成光學(xué)隔離器，光學(xué)工作波段在1μm，在法布里-珀羅效應(yīng)干涉片鍍上在1064±20nm區(qū)間反射率大于95％的光學(xué)介質(zhì)膜,在旋光器的光學(xué)端面上鍍上在1064±20nm區(qū)間增透的光學(xué)介質(zhì)膜。使用1064nm激光測(cè)試該光學(xué)隔離器，只有一定偏振態(tài)的1064nm光能夠正向通過(guò)，將通過(guò)的1064nm光反射回光學(xué)隔離器，無(wú)法通過(guò)。

實(shí)施例4

方解石晶體+TGG陶瓷的光學(xué)隔離器

本實(shí)施例中方解石晶體和TGG陶瓷購(gòu)買自福建福晶科技股份有限公司。

以方解石晶體加工法布里-珀羅效應(yīng)干涉片，干涉片厚度為1±0.1mm。以TGG陶瓷制作法拉第旋光器，其沿光線方向的長(zhǎng)度為20±1mm，磁場(chǎng)方向同光線方向，磁場(chǎng)強(qiáng)度為1±0.5T,按照說(shuō)明書(shū)附圖1構(gòu)成光學(xué)隔離器，光學(xué)工作波段在1μm，在法布里-珀羅效應(yīng)干涉片鍍上在1064±20nm區(qū)間反射率大于95％的光學(xué)介質(zhì)膜,在旋光器的光學(xué)端面上鍍上在1064±20nm區(qū)間增透的光學(xué)介質(zhì)膜。使用1064nm激光測(cè)試該光學(xué)隔離器，只有一定偏振態(tài)的1064nm光能夠正向通過(guò)，將通過(guò)的1064nm光反射回光學(xué)隔離器，無(wú)法通過(guò)。

以上所述，僅是本申請(qǐng)的幾個(gè)實(shí)施例，并非對(duì)本申請(qǐng)做任何形式的限制，雖然本申請(qǐng)以較佳實(shí)施例揭示如上，然而并非用以限制本申請(qǐng)，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本申請(qǐng)技術(shù)方案的范圍內(nèi)，利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許的變動(dòng)或修飾均等同于等效實(shí)施案例，均屬于技術(shù)方案范圍內(nèi)。