一種分瓣式磁鋼法拉第旋轉器及偏振無關激光隔離器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種分瓣式磁鋼法拉第旋轉器及偏振無關激光隔離器，拉第旋轉器包括磁鋼和磁光晶體，磁鋼為并排設置的兩組，每組磁鋼由偶數瓣扇瓣磁塊合圍構成的磁環結構，每瓣扇瓣磁塊徑向充磁，且每組磁鋼中所有的扇瓣磁塊的南極均靠近圓心端/遠離圓心端，北極均位于遠離圓心端/靠近圓心端，兩組磁鋼的南北極設置相反，磁光晶體位于兩組磁鋼之間。本實用新型在同樣充磁條件下本磁鋼內部磁場大于現有磁環內部磁場，因此可以使用更小的磁光晶體，節省材料，降低成本，進而實現小尺寸。同時外部磁場降低，故降低了磁鋼對外界鐵性物質的影響。
【專利說明】一種分瓣式磁鋼法拉第旋轉器及偏振無關激光隔離器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及偏振無關激光隔離器，具體指偏振無關激光隔離器中的核心元件-法拉第旋轉器，以及帶有這種法拉第旋轉器的偏振無關激光隔離器，屬于磁光【技術領域】。
【背景技術】
[0002]偏振無關激光隔離器是利用磁光晶體的法拉第效應實現對激光的單向傳輸功能，它由雙折射晶體1、1/2波片和法拉第旋轉器2組成，其原理如圖1和圖2所示。
[0003]正向輸入光(如圖1中實線所不)進入第一塊雙折射晶體時，光分為偏振相互垂直的O光和e光，兩種偏振光通過法拉第旋轉器和1/2波片，在二者共同作用下，光的偏振方向旋轉90度,這樣ο光和e光相互轉換,再通過第二塊雙折射晶體后，ο光和e光合為一束，光正向通過光隔離器。當光反向輸入時(如圖2中虛線所示)，光從右到左通過第一塊雙折射晶體時，光分為偏振相互垂直的O光和e光,光通過法拉第旋轉器和1/2波片，二者旋轉方向相反，在二者共同作用下，光偏振方向旋轉的角度為零度，再通過第二塊雙折射晶體后，O光和e光分得更開，就不能合為同一束光，這樣就實現了反向隔離。
[0004]偏振無關激光隔離器主要利用磁光晶體的法拉第效應來實現，對于給定的磁光材料，光振動面旋轉的角度Θ與磁感應強度B和光在該物質中通過的距離L的乘積成正比，有
[0005]Θ =VBL (I)
[0006]式中，V為材料的特性常數，稱為維德爾常數，單位:分/高斯.厘米。偏振方向的旋轉只和磁場強度的方向有關，而與光傳播的方向無關。
[0007]偏振無關激光隔離器關鍵是讓法拉第旋轉器實現偏振方向旋光45度，因此，從式
(I)可以看出，磁場強度越強，所需要的磁光晶體越短。
[0008]傳統的偏振無關激光隔離器主要采用普通磁環、縱向充磁結構，其結構如圖3所示，磁光晶體就放置在磁環中心空腔中。從圖3可以看出，傳統磁環式磁鋼內部和外部的磁感線密度分布均勻，內外磁場強度一致，但真正能夠利用的是中心內部磁場，因此其磁場利用相對較低，在同樣充磁條件下，需要更長的磁光晶體才能滿足偏振方向旋轉45°的要求。同時，由于外部磁感線密度和內部磁感線密度一樣大，要提高內部磁場強度，相應地也要提高外部磁場強度，造成磁鋼對外界鐵性物質吸力很大。
【發明內容】
[0009]針對現有技術存在的上述不足，本實用新型的目的是提供一種在同樣充磁條件下內部磁場大于現有磁環內部磁場，同時也大于自身外部磁場的分瓣式磁鋼法拉第旋轉器。本實用新型同時公開了帶有這種法拉第旋轉器的偏振無關激光隔離器。
[0010]本實用新型的技術方案是這樣實現的:
[0011]分瓣式磁鋼法拉第旋轉器，包括磁鋼和位于磁鋼磁場中的磁光晶體，其特征在于，所述磁鋼為并排設置的兩組，每組磁鋼由偶數瓣相同形狀的橫截面為扇瓣的扇瓣磁塊合圍構成的磁環結構，每瓣扇瓣磁塊徑向充磁，且每組磁鋼中所有的扇瓣磁塊的南極均靠近圓心端/遠離圓心端，北極均位于遠離圓心端/靠近圓心端，兩組磁鋼的南北極設置相反，磁光晶體位于兩組磁鋼之間。
[0012]每組磁鋼中相鄰的扇瓣磁塊之間均設置有間隙。間隙的作用一方面方便安裝，另一方面使磁感線在側面形成一定的回路。
[0013]優選地，每組磁鋼由六瓣扇瓣磁塊構成。
[0014]每組磁鋼中的所有扇瓣磁塊通過箍架緊固合圍形成整體。
[0015]本實用新型偏振無關激光隔離器，由兩塊雙折射晶體、1/2波片和法拉第旋轉器構成，法拉第旋轉器位于兩塊雙折射晶體之間，1/2波片貼合于法拉第旋轉器其中一個端面安裝，所述法拉第旋轉器采用前述的分瓣式磁鋼法拉第旋轉器，1/2波片同時貼合于兩組磁鋼的端面。
[0016]本實用新型采用徑向充磁、分瓣式磁鋼來制作法拉第旋轉器，在同樣充磁條件下本磁鋼內部磁場大于現有磁環內部磁場，同時也大于自身外部磁場。相比現有技術，本實用新型具有以下有益效果:
[0017]1、要滿足偏振方向旋轉45°的要求，可以使用更小的磁光晶體長度，因此可以節省磁光晶體材料，降低成本，進而實現小尺寸、低成本的偏振無關激光隔離器。
[0018]2、由于在同樣充磁條件下本磁鋼外部磁場小于現有磁環外部磁場，因此降低了磁鋼對外界鐵性物質的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1-偏振無關激光隔離器正向輸入光工作原理圖。
[0020]圖2-偏振無關激光隔離器反向輸入光工作原理圖。
[0021]圖3-傳統磁環式磁鋼的磁感線分布示意圖。
[0022]圖4-本實用新型單個分瓣式磁鋼橫截面示意圖。
[0023]圖5-本實用新型兩分瓣式磁鋼縱向截面磁感線分布示意圖。
【具體實施方式】
[0024]參見圖4和圖5，本實用新型分瓣式磁鋼法拉第旋轉器，包括磁鋼和位于磁鋼磁場中的磁光晶體，所述磁鋼為并排設置、且兩端對齊的兩組，每組磁鋼由偶數瓣相同形狀的橫截面為扇瓣的扇瓣磁塊合圍構成的磁環結構，見圖4。即相當于在現有磁環的基礎上，沿軸向剖切為偶數瓣扇瓣，剖切面過圓心。每瓣扇瓣磁塊徑向充磁，且每組磁鋼中所有的扇瓣磁塊的南極均靠近圓心端/遠離圓心端，北極均位于遠離圓心端/靠近圓心端，兩組磁鋼的南北極設置相反，磁光晶體位于兩組磁鋼之間。即其中一組磁鋼中所有的扇瓣磁塊的南極均靠近圓心端，北極均遠離圓心端，另一組磁鋼中所有的扇瓣磁塊的南極均遠離圓心端,北極均靠近圓心端。
[0025]每組磁鋼中相鄰的扇瓣磁塊之間均設置有間隙。間隙一方面方便安裝，另一方面使磁感線在側面形成一定的回路。
[0026]具體地，每組磁鋼由六瓣扇瓣磁塊構成。偶數個這樣的扇瓣磁塊保證磁場能夠對稱分布，對于磁塊的數目應該是數目多些好些，只是塊數多了充磁和安裝不方便，容易壞，綜合考慮后本實用新型優選六瓣扇瓣磁塊。
[0027]每組磁鋼中的所有扇瓣磁塊通過箍架緊固合圍形成整體。兩組磁鋼中的箍架再又固定形成一個整體。實際處理時，設計一整體夾具，該整體夾具自帶兩圓形腔，在每個圓形腔內，把對稱的兩扇瓣磁塊放入圓形腔內，由于該兩扇瓣磁塊靠近的是相同的磁極，故在磁場排斥力作用下自然固定在腔壁上，按同樣方法可把剩下的磁塊裝入。
[0028]在整體夾具兩圓形腔之間設有磁光晶體容納腔。當將兩磁鋼和磁光晶體裝入后，本實用新型分瓣式磁鋼法拉第旋轉器即形成。
[0029]圖4為單個六瓣式磁鋼橫截面，圖5為本實用新型兩分瓣式磁鋼縱向截面磁感線分布示意圖，從圖5可以看出，在磁鋼內部，其磁感線密度非常高，磁場強度很強，這樣就能在磁光晶體較短的情況下實現法拉第旋轉器偏振方向旋轉45°的功能。而磁鋼外部，其磁感線密度較低，磁場強度低，對外部的鐵性物質影響較小。
[0030]本實用新型提出的偏振無關激光隔離器跟現有結構一樣，由兩塊雙折射晶體、1/2波片和法拉第旋轉器構成，法拉第旋轉器位于兩塊雙折射晶體之間，1/2波片貼合于法拉第旋轉器其中一個端面安裝。不同之處在于，所述法拉第旋轉器為前述的分瓣式磁鋼法拉第旋轉器，此時1/2波片同時貼合于兩組磁鋼的端面。
[0031]本實用新型采用徑向充磁、分瓣式磁鋼來制作法拉第旋轉器的磁鋼，使得位于磁鋼內部的磁場強度(磁場強度與磁感線密度正相關，磁感線密度越大，磁場強度越強)大大增強，這樣就可以降低磁光晶體的長度，減少隔離器的體積，實現高功率隔離器的小型化。
[0032]本實用新型的上述實施例僅僅是為說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本實用新型的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之列。
【權利要求】
1.一種分瓣式磁鋼法拉第旋轉器,包括磁鋼和位于磁鋼磁場中的磁光晶體,其特征在于，所述磁鋼為并排設置的兩組，每組磁鋼由偶數瓣相同形狀的橫截面為扇瓣的扇瓣磁塊合圍構成的磁環結構，每瓣扇瓣磁塊徑向充磁，且每組磁鋼中所有的扇瓣磁塊的南極均靠近圓心端/遠離圓心端，北極均位于遠離圓心端/靠近圓心端，兩組磁鋼的南北極設置相反，磁光晶體位于兩組磁鋼之間。
2.根據權利要求1所述的分瓣式磁鋼法拉第旋轉器，其特征在于:每組磁鋼中相鄰的扇瓣磁塊之間均設置有間隙。
3.根據權利要求1所述的分瓣式磁鋼法拉第旋轉器，其特征在于:每組磁鋼由六瓣扇瓣磁塊構成。
4.根據權利要求1所述的分瓣式磁鋼法拉第旋轉器，其特征在于:每組磁鋼中的所有扇瓣磁塊通過箍架緊固合圍形成整體。
5.一種偏振無關激光隔離器，由兩塊雙折射晶體、1/2波片和法拉第旋轉器構成，法拉第旋轉器位于兩塊雙折射晶體之間，1/2波片貼合于法拉第旋轉器其中一個端面安裝，其特征在于:所述法拉第旋轉器為權利要求1-4任一所述的分瓣式磁鋼法拉第旋轉器，1/2波片同時貼合于兩組磁鋼的端面。
【文檔編號】G02F1/09GK204129370SQ201420629387
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】申向偉, 吳中超, 王曉新, 劉剛 申請人:中國電子科技集團公司第二十六研究所