一种低Ripple超宽带偏振方向保持的自由空间隔离器的制作方法

本发明涉及仪器设备中高要求的杂散光隔离的，特别是一种低ripple超宽带偏振方向保持的自由空间隔离器。

背景技术：

1、自由空间光隔离器是一种基于磁光晶体的法拉第效应，在光学系统中只允许光单向传播的无源光学器件。它可以有效减少二极管激光系统的外部空腔反馈，并截止自由空间光纤耦合的反射。同时增加了光学系统的稳定性，消除反馈，避免对敏感光学元件的造成损伤。

2、常用的高功率光隔离器磁环组件结构如图1所示，其隔离器芯都是由偏振片和法拉第旋转片胶合而成，该双级隔离器芯由第一磁块1'(前端n极)，第二磁块2'(前端n极)，陶瓷基座3'和胶合隔离器芯4'组成，其中胶合隔离器芯4'由依次设置的第一偏振片41'，第一法拉第旋转片42'，第二偏振片43'，第二法拉第旋转片44'，第三偏振片45'，以及半波片46'(用于将输出偏振光旋转90度使得与输入偏振方向相同)胶合而成，其沿通光方向看，第一偏振片41'，第二偏振片43'，第三偏振片45'夹角依次逆时针成45度，第一法拉第旋转片42'和第二法拉第旋转片44'在同一磁场(由第一磁块1'和第二磁块2'形成)作用下沿通光方向看均为逆时针旋转45度。

3、现有的胶合隔离器芯结构存在以下不足之处：

4、1、由于三个偏振片在胶合过程中不方便自由调节，因此只能靠边缘对齐，从而使得3个偏振片和2个法拉第旋转片最终是两两平行设置的状态，这样入射光线会在各个胶合界面反射并与入射光线重叠，由此产生光干涉，使得插入损耗数值抖动(ripple)较大，一般在0.12db左右。

5、2、在结构上只能用一个磁块极性，因此为了保持输入输出光偏振方向一致，需额外增加1片二分之一波片46'，将从第3片偏振片输出的光偏振方向旋转90度，以实现输入输出偏振方向一致。

6、3、受限于法拉第旋转片材料，现有结构中带宽普遍偏窄，一般在40nm左右，无论单级还是双级。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题，在于提供一种低ripple超宽带偏振方向保持的自由空间隔离器，可在不增加成本的情况下实现低抖动、超宽带的同时保持输入输出的偏振方向不变。

2、本发明是这样实现的：一种低ripple超宽带偏振方向保持的自由空间隔离器，包括沿正向光传输方向依次设置的第一偏振片、第一法拉第旋转片、第二偏振片、第二法拉第旋转片和第三偏振片。

3、所述第一偏振片与第一法拉第旋转片形成夹角α1，所述第一法拉第旋转片与第二偏振片形成夹角α2，所述第二偏振片与第二法拉第旋转片形成夹角α3，所述第二法拉第旋转片与第三偏振片形成夹角α4，且α1，α2，α3，α4角度均设置在4°-12°之间；设置每一光学件两两之间成4°到12°的夹角，消除了光在平行平面之间的干涉现象，从而实现了低ripple(抖动)的性能要求，达到ripple小于0.03db(常规为0.12db)。

4、所述第一法拉第旋转片外设有第一磁环，所述第二法拉第旋转片外设有第二磁环，所述第一磁环和第二磁环磁极相反，且磁场强度大于法拉第旋转片所需的饱和磁场强度。设置磁极相反的两磁环，使在第一磁环中的第一法拉第旋转片的旋转方向，与在第二磁环中的第二法拉第旋转片的旋转角大小相等或相近，方向相反，从而实现了偏振方向保持一致的要求，无需设置波片；

5、所述第一偏振片与第二偏振片的光轴夹角和第二偏振片与第三偏振片的光轴夹角不相等。

6、进一步的，所述第一偏振片与第二偏振片夹角在46°到48°之间，所述第二偏振片与第三偏振片夹角在42°到44°之间。

7、进一步的，所述第一偏振片与第二偏振片夹角在42°到44°之间，所述第二偏振片与第三偏振片夹角在46°到48°之间。这样设计方式可以将双级隔离器的两个峰值一个往短波方向偏移一个往长波方向偏移，从而实现了超宽的工作波长范围，达到200nm的范围(常规为40nm)。隔离度大于50db。

8、进一步的，所述第一法拉第旋转片和第二法拉第旋转片为掺铋稀土类铁石榴石类型的晶体，在磁饱和下其旋转角为45°。

9、进一步的，所述第一偏振片与第一法拉第旋转片胶合于第一v型支架上，所述第一v型支架胶合于第一磁环内，所述第二偏振片和第二法接第旋转片胶合于第二v型支架上，所述第二v型支架胶合于第二磁环内，所述第三偏振片胶合于一楔型支架上。所述第一磁环、第二磁环以及楔型支架均可转动连接于金属套筒中，所述第一磁环、第二磁环以及楔型支架根据需要转动调整角度后均胶合于金属套筒中。

10、进一步的，所述第一v型支架、第二v型支架以及楔型支架均为金属支架。

11、本发明具有如下优点：本发明的隔离器结构可实现插入损耗数值低的ripple，可以控制ripple<0.03db，且工作波长在200nm范围内，隔离度大于50db，本发明采用最常规则的1550nm法拉第旋转片和最常规的偏振片，对材料无特殊要求也无需设置波片，成本可控。

技术特征：

1.一种低ripple超宽带偏振方向保持的自由空间隔离器，其特征在于：包括沿正向光传输方向依次设置的第一偏振片、第一法拉第旋转片、第二偏振片、第二法拉第旋转片和第三偏振片；

2.根据权利要求1所述的一种低ripple超宽带偏振方向保持的自由空间隔离器，其特征在于：所述第一偏振片与第二偏振片夹角在46°到48°之间，所述第二偏振片与第三偏振片夹角在42°到44°之间。

3.根据权利要求1所述的一种低ripple超宽带偏振方向保持的自由空间隔离器，其特征在于：所述第一偏振片与第二偏振片夹角在42°到44°之间，所述第二偏振片与第三偏振片夹角在46°到48°之间。

4.根据权利要求1所述的一种低ripple超宽带偏振方向保持的自由空间隔离器，其特征在于：所述第一法拉第旋转片和第二法拉第旋转片为掺铋稀土类铁石榴石类型的晶体，在磁饱和下其旋转角为45°。

5.根据权利要求1所述的一种低ripple超宽带偏振方向保持的自由空间隔离器，其特征在于：所述第一偏振片与第一法拉第旋转片胶合于第一v型支架上，所述第一v型支架胶合于第一磁环内，所述第二偏振片和第二法接第旋转片胶合于第二v型支架上，所述第二v型支架胶合于第二磁环内，所述第三偏振片胶合于一楔型支架上，所述第一磁环、第二磁环以及楔型支架均可转动连接于金属套筒中，所述第一磁环、第二磁环以及楔型支架根据需要转动调整角度后均胶合于金属套筒中。

6.根据权利要求1所述的一种低ripple超宽带偏振方向保持的自由空间隔离器，其特征在于：所述第一v型支架、第二v型支架以及楔型支架均为金属支架。

技术总结本发明提供一种低Ripple超宽带偏振方向保持的自由空间隔离器，包括沿正向光传输方向依次设置的第一偏振片、第一法拉第旋转片、第二偏振片、第二法拉第旋转片和第三偏振片；第一偏振片与第一法拉第旋转片形成夹角、第一法拉第旋转片与第二偏振片形成夹角、第二偏振片与第二法拉第旋转片形成夹角、第二法拉第旋转片与第三偏振片形成夹角的角度均设置在4°‑12°范围；第一法拉第旋转片外设有第一磁环，第二法拉第旋转片外设有第二磁环，两磁环磁极相反；第一偏振片与第二偏振片的光轴夹角和第二偏振片与第三偏振片的光轴夹角不相等。本发明可在不增加成本的情况下实现低抖动、超宽带，同时保持输入输出的偏振方向不变。技术研发人员：陈建林,林玲,罗晓芸受保护的技术使用者：福建华科光电有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11