一种光隔离器及其应用

摘要

本发明公开了一种基于电光开关的光隔离器，包括偏振方向一致的起偏器和检偏器，所述的起偏器和检偏器之间依次设置有λ/2波片和第一电光开关，所述的第一电光开关上设置有开关电极，所述λ/2波片的快轴与起偏器的偏振方向成45度角，所述第一电光开关的快轴与λ/2波片的快轴方向一致；还公开了其用于主动调Q脉冲激光器，通过高速电光开关对光线偏振态的改变，并利用主动调Q脉冲激光器泵浦光与脉冲激光出光时间差对本振级与放大级间的光路进行导通和隔断，使脉冲激光可顺利进入放大级，而对放大级泵浦产生的自发辐射光进行隔断，可确保本振级不受自发辐射影响，较传统的法拉第旋光型光隔离器具有更宽的工作温度范围，且在相同通光孔径下的尺寸和重量更小。

权利要求

1.一种光隔离器，其特征在于：包括偏振方向一致的起偏器（1）和检偏器（2），所述的起偏器（1）和检偏器（2）之间依次设置有λ/2波片（3）和第一电光开关（5），第一电光开关（5）上设置有开关电极（4），所述λ/2波片（3）的快轴与起偏器（1）的偏振方向成45度角，所述第一电光开关（5）的快轴与λ/2波片（3）的快轴方向一致。

2.一种光隔离器，其特征在于：包括偏振方向一致的起偏器（1）和检偏器（2），所述的起偏器（1）和检偏器（2）之间设置有第一电光开关（5），第一电光开关（5）上设置有开关电极（4），所述第一电光开关（5）的快轴与起偏器（1）的偏振方向成45度角。

3.一种光隔离器，其特征在于：包括偏振方向一致的起偏器（1）和检偏器（2），所述的起偏器（1）和检偏器（2）之间依次设置有λ/2波片（3）、第一电光开关（5）和第二电光开关（10），第一电光开关（5）和第二电光开关（10）上均设置有开关电极（4）而且相互并联，所述λ/2波片（3）的快轴与起偏器（1）的偏振方向成45度角，所述第一电光开关（5）和第二电光开关（10）的快轴与λ/2波片（3）的快轴方向一致。

4.一种光隔离器，其特征在于：包括偏振方向一致的起偏器（1）和检偏器（2），所述的起偏器（1）和检偏器（2）之间设置有第一电光开关（5）和第二电光开关（10），第一电光开关（5）和第二电光开关（10）上均设置有开关电极（4）而且相互并联，所述第一电光开关（5）第二电光开关（10）的快轴与起偏器（1）的偏振方向成45度角。

5.根据权利要求3或4所述的一种光隔离器，其特征在于，所述的第一电光开关（5）和第二电光开关（10）为普克尔斯盒或采用RTP晶体、KTP晶体、LN晶体的调Q电光开关。

6.一种如权利要求1所述光隔离器的应用，其特征在于：用于采用λ/2电压升压调Q方式的主动调Q脉冲激光器。

7.一种如权利要求2所述光隔离器的应用，其特征在于：用于采用λ/2电压降压调Q方式的主动调Q脉冲激光器。

8.一种如权利要求3所述光隔离器的应用，其特征在于：用于采用λ/4电压升压调Q方式的主动调Q脉冲激光器。

9.一种如权利要求4所述光隔离器的应用，其特征在于：用于采用λ/4电压降压调Q方式的主动调Q脉冲激光器。

说明书

一种光隔离器及其应用

技术领域

[0001] 本发明属于激光器领域，具体涉及一种光隔离器，以及其应用。

背景技术

[0002] 光隔离器是一种只允许单向光通过的光器件，其工作原理是基于磁光晶体的法拉第效应。法拉第效应是法拉第在1845年首先观察到的，不具有旋光性的材料在磁场作用下使通过该物质的光的偏振方向发生旋转，也称磁致旋光效应。对于正向入射的光，通过起偏器后成为线偏振光，法拉第磁光晶体与外磁场一起使光的偏振方向右旋45度，并恰好使其低损耗通过与起偏器成45度放置的检偏器；对于反向光，出检偏器的线偏振光经磁光晶体时，偏转方向也右旋转45度，从而使反向光的偏振方向与起偏器方向正交，从而完全阻断了反射光的传输。

[0003] 光隔离器一般用于激光器本振级与放大级之间，本振级发出的激光只能单向通过光隔离器，由光学器件产生的反射光和放大级产生的自发辐射光不能通过光隔离器进入到本振级中。光隔离器可有效防止反向光引起的本振级工作异常及光学器件损伤，是一种较为常用的激光器器件。

[0004] 法拉第旋光型光隔离器可应用于绝大多数带有放大级的激光器系统，但对于具有特殊工作温度要求的激光器系统则会性能急剧下降，甚至出现严重损坏。法拉第旋光型光隔离器在低温（低于-30℃）或高温（高于30℃）环境中工作时，其隔离度会急剧下降，此时光隔离器不仅难以起到隔离作用，而且其本身会成为光的吸收体。因此，对于高功率激光，在过高或过低的工作温度下，极易造成光隔离器损坏。对于部分宽温运行的高功率激光器，其工作温度范围达到了-40℃～65℃，此时传统的法拉第旋光型光隔离器难以直接使用。

[0005] 带有放大级的主动调Q脉冲激光器是一种常用的激光器类型，一般具有较宽的工作温度范围，其放大级产生的自发辐射光进入到本振级后会严重影响本振级调Q储能，造成本振级出光效率降低。因此需要光隔离器将本振级与放大级进行隔离。而传统的法拉第旋光型光隔离器难以在该类激光器上直接使用，需要进行控温设计才能正常使用，其系统结构更加复杂，且会明显加大系统预热时间。

发明内容

[0006] 为了解决法拉第旋光型光隔离器工作温度范围较窄的问题，本发明设计了一种全新的基于电光开关的光隔离器，以及其应用。

[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0008] 一种光隔离器，包括偏振方向一致的起偏器和检偏器，所述的起偏器和检偏器之间依次设置有λ/2波片和第一电光开关，所述的第一电光开关上设置有开关电极，所述λ/2波片的快轴与起偏器的偏振方向成45度角，所述第一电光开关的快轴与λ/2波片的快轴方向一致。

[0009] 所述的光隔离器用于采用λ/2电压升压调Q方式的主动调Q脉冲激光器，且所用电光开关型号需与本振级调Q用电光开关一致，电光开关电极与本振级激光器的调Q高压电极并联，该光隔离器可共用本振级激光器的调Q驱动，无需配备单独的驱动电路，可对本振级与放大级间由于泵浦产生的自发辐射光进行隔离。

[0010] 一种光隔离器，包括偏振方向一致的起偏器和检偏器，所述的起偏器和检偏器之间设置有第一电光开关，第一电光开关上设置有开关电极，所述第一电光开关的快轴与起偏器的偏振方向成45度角。

[0011] 所述的光隔离器用于采用λ/2电压降压调Q方式的主动调Q脉冲激光器，且所用电光开关型号需与本振级调Q用电光开关一致，电光开关电极4与本振级激光器的调Q高压电极并联，该光隔离器可共用本振级激光器的调Q驱动，无需配备单独的驱动电路，可对本振级与放大级间由于泵浦产生的自发辐射光进行隔离。

[0012] 一种光隔离器，包括偏振方向一致的起偏器和检偏器，所述的起偏器和检偏器之间依次设置有λ/2波片、第一电光开关和第二电光开关，第一电光开关和第二电光开关上均设置有开关电极而且相互并联，所述λ/2波片的快轴与起偏器的偏振方向成45度角，所述第一电光开关和第二电光开关的快轴与λ/2波片的快轴方向一致。

[0013] 所述的光隔离器用于采用λ/4电压升压调Q方式的主动调Q脉冲激光器，且所用电光开关型号与本振级调Q用电光开关一致，电光开关电极与本振级激光器的调Q高压电极并联，该光隔离器可共用本振级激光器的调Q驱动，无需配备单独的驱动电路，可对本振级与放大级间由于泵浦产生的自发辐射光进行隔离。

[0014] 一种光隔离器，包括偏振方向一致的起偏器和检偏器，所述的起偏器和检偏器之间设置有第一电光开关和第二电光开关，第一电光开关和第二电光开关上均设置有开关电极而且相互并联，所述第一电光开关第二电光开关的快轴与起偏器的偏振方向成45度角。

[0015] 所述的光隔离器用于采用λ/4电压降压调Q方式的主动调Q脉冲激光器，且所用电光开关型号与本振级调Q用电光开关一致，电光开关电极与本振级激光器的调Q高压电极并联，该光隔离器可共用本振级激光器的调Q驱动，无需配备单独的驱动电路，可对本振级与放大级间由于泵浦产生的自发辐射光进行隔离。

[0016] 所述的一种光隔离器，其第一电光开关和第二电光开关为普克尔斯盒或采用RTP晶体、KTP晶体、LN晶体的调Q电光开关。

[0017] 进一步，所述的第一电光开关和第二电光开关为普克尔斯盒或采用RTP晶体、KTP晶体、LN晶体的调Q电光开关。

[0018] 本发明的有益效果在于：本发明基于电光开关的光隔离器专门针对宽温工作主动调Q脉冲激光器设计，可将泵浦脉冲与激光脉冲在时间上进行隔离，可有效防止放大级自发辐射光返回至本振级，具有结构简单、调试方便、损伤阈值高、无需进行控温、适合宽温度范围工作（-40℃～65℃）的优点，在相同通光孔径下的尺寸和重量明显小于传统的法拉第旋光型光隔离器，可应用于绝大多数主动调Q脉冲激光器。

附图说明

[0019] 图1是本发明第一实施例的结构示意图；

[0020] 图2是主动调Q脉冲激光器的泵浦光与输出激光的时序示意图；

[0021] 图3是本发明第二实施例的结构示意图；

[0022] 图4是本发明第三实施例的结构示意图；

[0023] 图5是本发明第四实施例的结构示意图。

[0024] 各附图标记为：1—起偏器，2—检偏器，3—λ/2波片，4—开关电极，5—第一电光开关，6—放大级自发辐射光，7—激光脉冲光，8—泵浦发光段，9—激光脉冲发光段，10—第二电光开关。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图对本发明的实施过程作进一步说明。

[0026] 本发明公开了适用于四种主动调Q脉冲激光器的光隔离器，分别是采用λ/2电压升压调Q方式、采用λ/2电压降压调Q方式、采用λ/4电压升压调Q方式和采用λ/4电压降压调Q方式。

[0027] 四种光隔离器中的第一电光开关5可以是Pockels Cell（普克尔斯盒）、RTP（RbTiOPO4）晶体、KTP（KTiOPO4）晶体、LN（LiNbO3）晶体等常用调Q电光开关。

[0028] 波片中传播速度慢的光矢量(Light vector)方向为慢轴，波片中传播速度快的光矢量方向为快轴。

[0029] 主动调Q脉冲激光器的泵浦光与输出激光的时序特征如图2所示。

[0030] 泵浦发光段8的产生时刻为t0至t1，激光脉冲发光段9产生时刻为t2至t3，泵浦发光段8与激光脉冲发光段9在时间上是分开的。激光器放大级的自发辐射产生于泵浦发光段8，因此，在t0至t1时刻将本振级和放大级间的光路隔断可有效避免放大级的自发辐射对本振级的影响，而在t1时刻之后再将光路导通可使调Q脉冲进入放大级进行放大，并产生激光脉冲。

[0031] 所述光隔离器与本振级调Q信号同步的电压加载，所述光隔离器可在时间上将本振级与放大级间的光路进行隔断和导通，可有效隔离放大级产生的自发辐射对本振级的影响。

[0032] 实施例1：如图1所示，本实施例的光隔离器由起偏器1、检偏器2、λ/2波片3、开关电极4、第一电光开关5组成，起偏器1和检偏器2的偏振方向一致，λ/2波片3的快轴与起偏器1的偏振方向成45度角，第一电光开关5的快轴与λ/2波片3的快轴方向一致。

[0033] 电光开关电极4与本振级激光器的调Q高压电极并联，该光隔离器可共用本振级激光器的调Q驱动，无需配备单独的驱动电路。所述光隔离器仅适用于采用λ/2电压升压调Q方式的主动调Q脉冲激光器，可对本振级与放大级间由于泵浦产生的自发辐射光进行隔离。

[0034] 所述光隔离器（见图1）在t0至t1时刻（见图2）处于不加电状态，放大级自发辐射光6通过检偏器2后的偏振方向与检偏器2一致。由于开关电极4两端未加电压，放大级自发辐射光6通过第一电光开关5之后偏振方向不变，而通过λ/2波片3之后偏振方向旋转90度，并与起偏器1偏振方向垂直。因此，此时放大级自发辐射光6无法通过起偏器1，所述光隔离器可将放大级自发辐射光6隔离。

[0035] 所述光隔离器（见图1）在t1时刻（见图2）之后，本振级调Q电光开关加载λ/2电压，本振级发出激光脉冲光7，所述光隔离器的开关电极4两端也同时加载λ/2电压（具体电压与第一电光开关5的类型有关）之后，第一电光开关5相当于λ/2波片的作用。激光脉冲光7的偏振方向与起偏器1一致，可基本无衰减通过起偏器1，通过λ/2波片3之后偏振方向旋转90度。由于此时第一电光开关5相当于λ/2波片的作用，激光脉冲光7经过第一电光开关5之后的偏振方向再次旋转90度，并与检偏器2偏振方向一致。因此，此时激光脉冲光7可顺利通过检偏器2，并进入到放大级进行放大。

[0036] 实施例2：如图3所示，本实施例的光隔离器由起偏器1、检偏器2、开关电极4、第一电光开关5组成，起偏器1和检偏器2的偏振方向一致，第一电光开关5的快轴与起偏器1的偏振方向成45度角。

[0037] 电光开关电极4与本振级激光器的调Q高压电极并联，该光隔离器可共用本振级激光器的调Q驱动，无需配备单独的驱动电路。所述光隔离器仅适用于采用λ/2电压降压调Q方式的主动调Q脉冲激光器，可对本振级与放大级间由于泵浦产生的自发辐射光进行隔离。

[0038] 所述光隔离器（见图1）在t0至t1时刻（见图2）处于加电状态，此时开关电极4两端所加电压与本振级调Q电压一致，同为λ/2电压。第一电光开关5相当于λ/2波片的作用。此时放大级自发辐射光6通过检偏器2后的偏振方向与检偏器2一致，通过第一电光开关5之后偏振方向旋转90度，并与起偏器1偏振方向垂直。因此，此时放大级自发辐射光6无法通过起偏器1，所述光隔离器可将放大级自发辐射光6隔离。

[0039] 所述光隔离器（见图1）在t1时刻（见图2）之后，本振级调Q电光开关λ/2电压退去，本振级发出激光脉冲光7，所述光隔离器的开关电极4两端的λ/4电压也同时退去，第一电光开关5不会对通过光线的偏振态产生影响。激光脉冲光7的偏振方向与起偏器1一致，可基本无衰减通过起偏器1，通过第一电光开关5之后偏振方向不变，并与检偏器2偏振方向一致。因此，此时激光脉冲光7可顺利通过检偏器2，并进入到放大级进行放大。

[0040] 实施例3：如图4所示，本实施例的光隔离器由起偏器1、检偏器2、λ/2波片3、开关电极4、第一电光开关5、第二电光开关10组成，起偏器1和检偏器2的偏振方向一致，λ/2波片3的快轴与起偏器1的偏振方向成45度角，第一电光开关5和第二电光开关10的快轴与λ/2波片3的快轴方向一致，且所用电光开关型号需与本振级调Q用电光开关一致。本振级激光器采用λ/4电压升压调Q方式。开关电极4与本振级激光器的调Q高压电极并联，该光隔离器可共用本振级激光器的调Q驱动，无需配备单独的驱动电路。

[0041] 电光开关电极4与本振级激光器的调Q高压电极并联，该光隔离器可共用本振级激光器的调Q驱动，无需配备单独的驱动电路。所述光隔离器仅适用于采用λ/4电压升压调Q方式的主动调Q脉冲激光器，可对本振级与放大级间由于泵浦产生的自发辐射光进行隔离。

[0042] 所述光隔离器在t0至t1时刻（见图2）处于不加电状态，放大级自发辐射光6通过检偏器2后的偏振方向与检偏器2一致。由于开关电极4两端未加电压，放大级自发辐射光6通过第一电光开关5和第二电光开关10之后偏振方向不变，而通过λ/2波片3之后偏振方向旋转90度，并与起偏器1偏振方向垂直。因此，此时放大级自发辐射光6无法通过起偏器1，所述光隔离器可将放大级自发辐射光6隔离。

[0043] 所述光隔离器（见图1）在t1时刻（见图2）之后，本振级调Q电光开关加载λ/4电压，本振级发出激光脉冲光7，所述光隔离器的开关电极4两端也同时加载λ/4电压，第一电光开关5和第二电光开关10分别相当λ/4波片的作用。由于第一电光开关5和第二电光开关10的快轴方向一致，第一电光开关5和第二电光开关10的共同作用相当于λ/2波片的作用。激光脉冲光7的偏振方向与起偏器1一致，可基本无衰减通过起偏器1，通过λ/2波片3之后偏振方向旋转90度。由于此时第一电光开关5和第二电光开关10的共同作用相当于λ/2波片的作用，激光脉冲光7经过第一电光开关5和第二电光开关10之后的偏振方向再次旋转90度，并与检偏器2偏振方向一致。因此，此时激光脉冲光7可顺利通过检偏器2，并进入到放大级进行放大。

[0044] 实施例4：如图5所示，本实施例的光隔离器由起偏器1、检偏器2、开关电极4、第一电光开关5、第二电光开关10组成，起偏器1和检偏器2的偏振方向一致，第一电光开关5和第二电光开关10的快轴与起偏器1的偏振方向成45度角，且所用电光开关型号需与本振级调Q用电光开关一致。本振级激光器采用λ/4电压降压调Q方式。开关电极4与本振级激光器的调Q高压电极并联，该光隔离器可共用本振级激光器的调Q驱动，无需配备单独的驱动电路。

[0045] 电光开关电极4与本振级激光器的调Q高压电极并联，该光隔离器可共用本振级激光器的调Q驱动，无需配备单独的驱动电路。所述光隔离器仅适用于采用λ/4电压降压调Q方式的主动调Q脉冲激光器，可对本振级与放大级间由于泵浦产生的自发辐射光进行隔离。

[0046] 所述光隔离器在t0至t1时刻（见图2）处于加电状态，此时开关电极4两端所加电压与本振级调Q电压一致，同为λ/4电压。第一电光开关5和第二电光开关10分别相当λ/4波片的作用。由于第一电光开关5和电光开关10的快轴方向一致，第一电光开关5和第二电光开关10的共同作用相当于λ/2波片的作用。此时放大级自发辐射光6通过检偏器2后的偏振方向与检偏器2一致，通过第一电光开关5和第二电光开关10之后偏振方向旋转90度，并与起偏器1偏振方向垂直。因此，此时放大级自发辐射光6无法通过起偏器1，所述光隔离器可将放大级自发辐射光6隔离。

[0047] 当本振级调Q电光开关λ/4电压退去时，本振级发出激光脉冲光7，所述光隔离器的开关电极4两端的λ/4电压也同时退去，第一电光开关5和第二电光开关10均不会对通过光线的偏振态产生影响。激光脉冲光7的偏振方向与起偏器1一致，可基本无衰减通过起偏器1，通过第一电光开关5和第二电光开关10之后偏振方向不变，并与检偏器2偏振方向一致。
因此，此时激光脉冲光7可顺利通过检偏器2，并进入到放大级进行放大。

[0048] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。