一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器的製造方法

2023-09-20 22:42:50 4

一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種液冷百瓦級多模在線隔離器，包括沿正向光入射光軸上依次設置的：第一光纖準直器、光隔離器芯件和第二光纖準直器，多模光纖與第一光纖準直器連接，第二光纖準直器與多模光纖連接，第一光纖準直器與光隔離器芯件之間設有反射鏡組件；所述第一光纖準直器、隔離器芯件、第二光纖準直器、和反射鏡均設置在水冷封裝裝置內。本發明具有高隔離度、散熱效果好和工作性能穩定的優點，能夠用於100W以上的大功率多模雷射器。
【專利說明】一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種光隔離器，特別是一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器，屬於 雷射領域。

【背景技術】
[0002] 光隔離器是只允許光沿一個方向通過而在相反的方向阻擋光通過的光無源器件。 半導體雷射器、光放大器以及光纖雷射器等對於來自連接器、熔接點、濾波器等的反射光非 常敏感，並可能導致性能惡化甚至損壞，因此需要用光隔離器來阻止反射光。在光纖通信 中，通過光纖回波反射的光能夠被光隔離很好的隔離。在光纖雷射等應用中，光隔離器通常 被使用在光路中用來避免光路中的回波對光源、抽運源以及其他發光器件造成的幹擾和損 傷。
[0003] 目前使用中的光隔離器絕大部分是一些小功率的單模光隔離器，多模光隔離器在 大功率方面更是空白。因為一旦涉及到高功率往往會因為技術原因，容易出現插入損耗大、 散熱效果不好等現象，由此會產生隔離度不高、工作穩定性差的不良後果，嚴重者還會對激 光器帶來損壞。在此之前，國內還沒有出現能用於100W及100w以上的大功率多模光纖激 光器的光隔離器。


【發明內容】

[0004] 本發明的目的在於，提供一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器，它具有高隔離 度、散熱效果好和工作性能穩定的優點，能夠用於100W及100W以上的大功率多模半導體激 光器。
[0005] 本發明的技術方案：一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器，包括沿正向光入射 光軸上依次設置的：第一光纖準直器、光隔離器芯件和第二光纖準直器，多模光纖與第一光 纖準直器連接，第二光纖準直器與多模光纖連接，第一光纖準直器與光隔離器芯件之間設 有反射鏡組件；所述第一光纖準直器、隔離器芯件、第二光纖準直器、和反射鏡均設置在水 冷封裝裝置內。由於採用了水冷封裝裝置，極大地提高了散熱效果，從而提高了光隔離器的 穩定性，使其在長時間的大功率工作狀態下，依然能夠保持穩定的工作。該多模光纖在線光 隔離器為100W及以上大功率多模半導體雷射器的工業用途奠定了基礎。
[0006] 前述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器中，所述反射鏡組件為2個對稱設 置的反射鏡，所述2個反射鏡與光軸之間的夾角均為45° ;所述2個反射鏡之間形成一個 很小的縫隙，這個縫隙起到光闌的作用。
[0007] 前述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器中，所述反射鏡採用陶瓷反射鏡、 銅鏡或高反反射鏡。反射鏡也可以採用其它反光性能較好的材料製作。
[0008] 前述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器中，所述第一光纖準直器包括第一 光尾纖和第一透鏡，第一光尾纖通過第一透鏡與光隔離器芯件的光路連接；該第二光纖準 直器包括第二光尾纖和第二透鏡，第二光尾纖通過第二透鏡與光隔離器芯件的光路連接。
[0009] 前述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器中，所述第一光尾纖與第二光尾纖 同為多模光纖。
[0010] 前述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器中，所述第一透鏡與第二透鏡為 C-Lens、G_Lens 或者 D-lens〇 toon] 前述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器中，所述光隔離器芯件包括沿正向 光入射光軸上依次設置的第一雙折射晶體、法拉第旋光器、1/2波片和第二雙折射晶體；所 述1/2波片通過紫外固化膠粘貼在第二雙折射晶體的入光端面上。第二雙折射晶體與第二 光纖準直器之間設有一個光闌。
[0012] 前述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器中，所述光隔離器還包括磁管，所 述法拉第旋光器設於磁管內，第一雙折射晶體和第二雙折射晶體分別設於磁管的兩端。
[0013] 前述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器中，所述第一雙折射晶體和第二雙 折射晶體均採用楔角為5. 8°的YV04晶體，採用5. 8°的楔角可以確保光線沿軸向傳播而 不發生垂軸方向的偏移，另一方面採用5.8°的楔角可以增加回波損耗。
[0014] 前述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器中，所述法拉第旋光器採用旋光角 度為45°楔角為Γ -3°的旋光玻璃棒。
[0015] 前述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器中，所述液冷封裝裝置包括殼體、 液冷腔、進液口和出液口，所述殼體的其中一端設有進液口和出液口，進液口設於殼體的下 方，出液口設於殼體的上方，殼體的外壁與內壁之間為中空結構，所述進液口和出液口與該 中空結構連接，液冷腔設置在殼體內的兩端，液冷腔與中空結構連通。
[0016] 前述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器中，所述殼體內與反射鏡位置相對 應的內壁上設有F = -10?0mm的窗口片。
[0017] 與現有技術相比，本發明採用的結構能夠將光隔離器的使用功率提高至100W以 上，通過採用液冷封裝裝置，有效提高了散熱效果，從而提高了光隔離器的穩定性，使其在 長時間的大功率工作狀態下，依然能夠保持穩定的工作。
[0018] 通過在殼體的內壁上設置窗口片，能夠將反射回來的光束髮散到液體中，可以有 效防止反射光直接照射到內壁上，一方面起到保護內壁的作用，另一方面能夠更有效地散 熱。
[0019] 通過在第一光纖準直器和隔離器芯件之間設置2個對稱布置的反射鏡，並增加了 1/2波片，使本發明實現了正反方向的功率均可以達到百瓦以上，並且沒有因為高功率而產 生過高的損耗，為百瓦級大功率半導體雷射器的工業用途奠定了基礎。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1是本發明的結構示意圖及正向通光示意圖； 圖2是本發明一端設有進、出液口的結構示意圖及反向通光示意圖； 圖3是本發明兩端均設有進、出液口的結構示意圖及反向通光示意圖； 圖4是殼體一端設有進、出液口的結構示意圖； 圖5是殼體兩端均設有進、出液口的結構示意圖。
[0021] 附圖中的標記為：1-第一光纖準直器，2-光隔離器芯件，3-第二光纖準直器，4-反 射鏡組件，5-第一雙折射晶體，6-法拉第旋光器，7-1/2波片，8-第二雙折射晶體，9-多模 光纖，10-水冷封裝裝置，11-第一光尾纖，12-第一透鏡，13-第二光尾纖，14-第二透鏡， 15-磁管，16-窗口片，17-殼體，18-液冷腔，19-進液口，20-出液口。

【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明，但並不作為對本發明做任 何限制的依據。
[0023] 實施例1 如圖1所示，本發明所述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器，包括沿正向光入 射光軸上依次設有：第一光纖準直器1、光隔離器芯件2、第二光纖準直器3,光纖9與第一 光纖準直器1連接，第一光纖準直器1與光隔離器芯件2之間設有反射鏡組件4 ;所述反射 鏡組件4為2個反射鏡，2個反射鏡與光軸之間的夾角均為45°，2個反射鏡均採用陶瓷反 射鏡；第一光纖準直器1、光隔離器芯件2、第二光纖準直器3和反射鏡組件4均設置在水冷 封裝裝置10內。
[0024] 所述第一光纖準直器1包括第一光尾纖11和第一透鏡12,第一光尾纖11通過第 一透鏡12與光隔離器芯件2的光路連接；所述第二光纖準直器3包括第二光尾纖13和第 二透鏡14,第二光尾纖13通過第二透鏡14與光隔離器芯件2的光路連接。
[0025] 第一光尾纖11和第二光尾纖13均為105/125多模光纖。
[0026] 第一透鏡12與第二透鏡14為C-Lens。
[0027] 所述光隔離器芯件3包括沿正向光入射光軸上依次設置的第一雙折射晶體5、法 拉第旋光器6、1/2波片7和第二雙折射晶體8 ;所述法拉第旋光器6的旋光角度為45° ;所 述1/2波片7通過紫外固化膠粘貼在第二雙折射晶體8的入光端面上。第二雙折射晶體8 與第二光纖準直器3之間設有一個光闌。
[0028] 所述光隔離器芯件還包括磁管15,所述法拉第旋光器6設於磁管15內，第一雙摺 射晶體5和第二雙折射晶體8分別設於磁管15的兩端。
[0029] 所述第一雙折射晶體5和第二雙折射晶體8均採用楔角為5. 8°的YV04晶體，採 用5. 8°的楔角可以確保光線沿軸向傳播而不發生垂軸方向的偏移，另一方面採用5. 8° 的楔角可以增加回波損耗。
[0030] 前述的一種液冷百瓦級多模在線隔離器中，所述法拉第旋光器6採用旋光角度為 45°楔角為2. 5°的磁旋光晶體棒或磁旋光玻璃棒。
[0031] 如圖4所示，所述液冷封裝裝置11包括殼體17、液冷腔18、進液口 19和出液口 20,所述殼體17的其中一端設有進液口 19和出液口 20,進液口 19設於殼體17的下方，出 液口 20設於殼體17的上方，殼體17的外壁與內壁之間為中空結構，所述進液口 19和出液 口 20與該中空結構連接，液冷腔18設置在殼體17內的兩端，液冷腔18與中空結構連通。
[0032] 所述殼體17內與反射鏡位置相對應的內壁上設有F = 0-10mm的窗口片16。
[0033] 實施例2 如圖2所示，本發明所述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器，包括沿正向光入 射光軸上依次設有：第一光纖準直器1、光隔離器芯件2、第二光纖準直器3,光纖9與第一 光纖準直器1連接，第一光纖準直器1與光隔離器芯件2之間設有反射鏡組件4,所述反射 鏡組件4為2個對稱設置的反射鏡；2個反射鏡與光軸之間的夾角均為45°，2個反射鏡均 採用銅鏡；第一光纖準直器1、光隔離器芯件2、第二光纖準直器3、和反射鏡組件4均設置 在水冷封裝裝置10內。
[0034] 所述第一光纖準直器1包括第一光尾纖11和第一透鏡12,第一光尾纖11通過第 一透鏡12與光隔離器芯件2的光路連接；該第二光纖準直器3包括第二光尾纖13和第二 透鏡14,第二光尾纖13通過第二透鏡14與光隔離器芯件2的光路連接。
[0035] 第一光尾纖11和第二光尾纖13均為多模光纖，200/220。
[0036] 第一透鏡12與第二透鏡14為G-Lens。
[0037] 所述光隔離器芯件2包括沿正向光入射光軸上依次設置的第一雙折射晶體5、法 拉第旋光器6、1/2波片7和第二雙折射晶體8 ;所述法拉第旋光器6的旋光角度為45° ;所 述1/2波片7通過紫外固化膠粘貼在第二雙折射晶體8的入光端面上。
[0038] 還包括磁管15,所述法拉第旋光器6設於磁管15內，第一雙折射晶體7第二雙摺 射晶體8分別設於磁管15的兩端。
[0039] 所述第一雙折射晶體5和第二雙折射晶體8均採用楔角為5. 8°的YV04晶體，採 用5. 8°的楔角可以確保光線沿軸向傳播而不發生垂軸方向的偏移，另一方面採用5. 8° 的楔角可以反射一部分回波增加回波損耗。
[0040] 前述的一種液冷百瓦級多模在線隔離器中，所述法拉第旋光器6採用旋光角度為 45°楔角為1.5°的磁旋光晶體棒或磁旋光玻璃棒。
[0041] 如圖4所示，所述液冷封裝裝置10包括殼體17、液冷腔18、進液口 19和出液口 20,所述殼體17的其中一端設有進液口 19和出液口 20,進液口 19設於殼體17的下方，出 液口 20設於殼體17的上方，殼體17的外壁與內壁之間為中空結構，所述進液口 19和出液 口 20與該中空結構連接，液冷腔18設置在殼體17內的兩端，液冷腔18與中空結構連通。
[0042] 所述殼體20內與反射鏡位置相對應的內壁上設有F = -5mm的窗口片16。
[0043] 實施例3 如圖3所示，本發明所述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器，包括沿正向光入 射光軸上依次設有：第一光纖準直器1、光隔離器芯件2、第二光纖準直器3,光纖9與第一 光纖準直器1連接，第一光纖準直器1與光隔離器芯件2之間設有2個對稱設置的反射鏡 組件4 ;所述反射鏡組件4為2個反射鏡與光軸之間的夾角均為45°，2個反射鏡均採用高 反反射鏡；所述第一光纖準直器1、光隔離器芯件2、第二光纖準直器3和反射鏡組件4均設 置在液冷封裝裝置10內。
[0044] 所述液冷封裝裝置10包括上部冷卻液管和下部冷卻液管，所述上部冷卻液管為 出液管，下部冷卻液管為進液管；所述液冷封裝裝置10內與反射鏡位置相對應的內壁上設 有F = -10mm的窗口片16。
[0045] 第一光纖準直器1包括第一光尾纖11和第一透鏡12,第一光尾纖11通過第一透 鏡12與光隔離器芯件2的光路連接；該第二光纖準直器3包括第二光尾纖13和第二透鏡 14,第二光尾纖13通過第二透鏡14與光隔離器芯件2的光路連接。
[0046] 第一光尾纖11和第二光尾纖13均為200/400多模光纖。
[0047] 第一透鏡12與第二透鏡14可以為C-Lens、G_Lens或者D-lens。
[0048] 所述隔離器芯件2包括沿正向光入射光軸上依次設置的第一雙折射晶體5、法拉 第旋光器6、1/2波片7和第二雙折射晶體8 ;所述法拉第旋光器6的旋光角度為45° ;所述 1/2波片7通過紫外固化膠粘貼在第二雙折射晶體8的入光端面上。
[0049] 還包括磁管15,所述法拉第旋光器6設於磁管15內，第一雙折射晶體5和第二雙 折射晶體8分別設於磁管15的兩端。
[0050] 所述第一雙折射晶體5和第二雙折射晶體8均採用楔角為5. 8°的YV04晶體，採 用5. 8°的楔角可以確保光線沿軸向傳播而不發生垂軸方向的偏移，另一方面採用5. 8° 的楔角可以反射一部分回波增加回波損耗。
[0051] 前述的一種液冷百瓦級多模在線隔離器中，所述法拉第旋光器6採用旋光角度為 45°楔角為Γ的磁旋光晶體棒或磁旋光玻璃棒。
[0052] 如圖5所示，所述液冷封裝裝置10包括殼體17、液冷腔18、進液口 19和出液口 20,所述殼體17的兩端均設有進液口 18和出液口 20,進液口 19設於殼體17的下方，出液 口 20設於殼體17的上方，殼體17的外壁與內壁之間為中空結構，所述進液口 17和出液口 20與該中空結構連接，液冷腔18設置在殼體17內的兩端，液冷腔18與中空結構連通。
[0053] 所述殼體17內與反射鏡位置相對應的內壁上設有F = -10mm的窗口片16。
[0054] 上述實施例中的窗口片16也可採用其它規格的負透鏡。
[0055] 本發明的工作原理：如圖1所示，光正向傳輸時，光通過多模光纖進入第一光纖準 直器1，將多模光纖9中傳輸的光束轉化為準直光，提高耦合效率。然後光進入第一雙折射 晶體5,分成〇光和e光，兩者迅速分開一定角度傳輸進入旋轉角度為45°的法拉第旋光器 6。通過法拉第旋光器6, 〇光和e光的振動面各自向同一方向旋轉了 45°。旋轉後的〇光 和e光經過1/2波片7後，又都向同一方向改變了 45°。此時的〇光及e光進入第二雙摺 射晶體8,合光入射到第二光纖準直器3準直出光，實現了光的正向傳輸。
[0056] 如圖2所示，光路反向時，光首先通過多模光纖進入第二準直器3,進而入射到第 二雙折射晶體8內，快速的分成〇光和e光。返回的〇光和e光經過1/2波片7的作用，其 振動面又各自向同一方向改變了 45°。由於法拉第效應的非互易性，通過1/2波片7的〇 光和e光光束的振動面朝正向光旋轉的方向旋轉了 45°，此時返回的兩分離光束〇光6光 相對於第一雙折射晶體5,由於進入面的改變使得兩分離光束不再沿原來的光路匯聚成一 條光束，反而使其分離的距離增大。後經過第一光纖準直器1與第一雙折射晶體5之間的 反射鏡5的反射，〇光和e光分別以垂直於光軸90°的方向各自被反射出去，以至於反射光 不能再耦合進第一光纖準直器1中，從而達到了反向隔離的目標。垂直於光軸的〇光和e 光分別入射到設置在殼體17內壁上的窗口片16上，由於窗口片16米用負透鏡，可以將光 線發散出去，將〇光和e光的熱量均勻的分散到液體中。
[0057] 在這兩個過程中產生的熱量，經過液冷封裝裝置10內液體的循環，迅速的帶出， 從而達到了良好的散熱效果。
[0058] 最後應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對本發明保 護範圍的限制，儘管參照較佳實施例對本發明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應 當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，均屬本發明的保護範圍。
【權利要求】
1. 一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器，包括沿正向光入射光軸上依次設置的：第 一光纖準直器（1)、光隔離器芯件（2)和第二光纖準直器（3)，多模光纖（9)與第一光纖準 直器（1)連接，其特徵在於：所述第一光纖準直器（1)與光隔離器芯件（2)之間設有反射鏡 組件（4);所述第一光纖準直器（1)、光隔離器芯件（2)、第二光纖準直器（3)和反射鏡組件 (4)均設置在水冷封裝裝置（10)內。
2. 根據權利要求1所述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器，其特徵在於：所述 反射鏡組件（4)為2個對稱設置的反射鏡，所述2個反射鏡與光路之間的夾角均為45° ;所 以2個反射鏡之間形成一個縫隙，這個縫隙起到光闌的作用；所述反射鏡採用陶瓷反射鏡、 銅鏡或高反反射鏡。
3. 根據權利要求1所述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器，其特徵在於：所述 第一光纖準直器（1)包括第一光尾纖（11)和第一透鏡（12)，第一光尾纖（11)通過第一透 鏡（12)與光隔離器芯件（2)的光路連接；所述第二光纖準直器（3)包括第二光尾纖（13) 和第二透鏡（14)，第二光尾纖（13)通過第二透鏡（14)與光隔離器芯件（2)的光路連接。
4. 根據權利要求1或2或3所述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器，其特徵在 於：所述光隔離器芯件（2)包括沿正向光入射光軸上依次設置的第一雙折射晶體（5)、法拉 第旋光器（6)、1/2波片（7)和第二雙折射晶體⑶；所述1/2波片（7)通過紫外固化膠粘 貼在第二雙折射晶體（8)的入光端面上。
5. 根據權利要求4所述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器，其特徵在於：還包 括磁管（15)，所述法拉第旋光器（6)設於磁管（15)內，第一雙折射晶體（5)和第二雙折射 晶體（8)分別設於磁管（15)的兩端。
6. 根據權利要求1所述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器，其特徵在於：所述 液冷封裝裝置（10)包括殼體（17)、液冷腔（18)、進液口（19)和出液口（20)，所述殼體（17) 的至少一端設有進液口（19)和出液口（20)，進液口（19)設於殼體（17)的下方，出液口 (20)設於殼體（17)的上方，殼體（17)的外壁與內壁之間為中空結構，所述進液口（19)和 出液口（20)與該中空結構連接，液冷腔（18)設置在殼體（17)內的兩端，液冷腔（18)與中 空結構連通。
7. 根據權利要求4所述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器，其特徵在於：所述 第一光尾纖（11)與第二光尾纖（13)為105/125、200/220或200/400的多模光纖。
8. 根據權利要求4所述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器，其特徵在於：所述 第一透鏡（12)與第二透鏡（14)為C-Lens、G-Lens或者D-lens。
9. 根據權利要求5所述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器，其特徵在於：所述 第一雙折射晶體（5)和第二雙折射晶體（8)均採用楔角為5. 8°的YV04晶體，所述法拉第 旋光器（6)採用旋光角度為45°楔角為Γ -3°的磁旋光晶體棒或磁旋光玻璃棒。
10. 根據權利要求6所述的一種液冷百瓦級多模光纖在線光隔離器，其特徵在於：所述 殼體（17)內與反射鏡位置相對應的內壁上設有F:-10?0mm的窗口片（16)。
【文檔編號】G02F1/09GK104142535SQ201410422425
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年8月26日 優先權日:2014年8月26日
【發明者】李剛, 胡小波 申請人:鞍山創鑫雷射技術有限公司