一種分瓣式磁鋼法拉第旋轉(zhuǎn)器及偏振無關(guān)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(zhuǎn)器及偏振無關(guān)激光隔離器，拉第旋轉(zhuǎn)器包括磁鋼和磁光晶體，磁鋼為并排設(shè)置的兩組，每組磁鋼由偶數(shù)瓣扇瓣磁塊合圍構(gòu)成的磁環(huán)結(jié)構(gòu)，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(yuǎn)離圓心端，北極均位于遠(yuǎn)離圓心端/靠近圓心端，兩組磁鋼的南北極設(shè)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(nèi)部磁場大于現(xiàn)有磁環(huán)內(nèi)部磁場，因此可以使用更小的磁光晶體，節(jié)省材料，降低成本，進(jìn)而實現(xiàn)小尺寸。同時外部磁場降低，故降低了磁鋼對外界鐵性物質(zhì)的影響。
【專利說明】一種分瓣式磁鋼法拉第旋轉(zhuǎn)器及偏振無關(guān)激光隔離器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及偏振無關(guān)激光隔離器，具體指偏振無關(guān)激光隔離器中的核心元件-法拉第旋轉(zhuǎn)器，以及帶有這種法拉第旋轉(zhuǎn)器的偏振無關(guān)激光隔離器，屬于磁光【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]偏振無關(guān)激光隔離器是利用磁光晶體的法拉第效應(yīng)實現(xiàn)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(zhuǎn)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(jìn)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(zhuǎn)器和1/2波片，在二者共同作用下，光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度,這樣ο光和e光相互轉(zhuǎn)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(dāng)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(zhuǎn)器和1/2波片，二者旋轉(zhuǎn)方向相反，在二者共同作用下，光偏振方向旋轉(zhuǎn)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(xiàn)了反向隔離。
[0004]偏振無關(guān)激光隔離器主要利用磁光晶體的法拉第效應(yīng)來實現(xiàn)，對于給定的磁光材料，光振動面旋轉(zhuǎn)的角度Θ與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和光在該物質(zhì)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(shù)，稱為維德爾常數(shù)，單位:分/高斯.厘米。偏振方向的旋轉(zhuǎn)只和磁場強(qiáng)度的方向有關(guān)，而與光傳播的方向無關(guān)。
[0007]偏振無關(guān)激光隔離器關(guān)鍵是讓法拉第旋轉(zhuǎn)器實現(xiàn)偏振方向旋光45度，因此，從式
(I)可以看出，磁場強(qiáng)度越強(qiáng)，所需要的磁光晶體越短。
[0008]傳統(tǒng)的偏振無關(guān)激光隔離器主要采用普通磁環(huán)、縱向充磁結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，磁光晶體就放置在磁環(huán)中心空腔中。從圖3可以看出，傳統(tǒng)磁環(huán)式磁鋼內(nèi)部和外部的磁感線密度分布均勻，內(nèi)外磁場強(qiáng)度一致，但真正能夠利用的是中心內(nèi)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(zhuǎn)45°的要求。同時，由于外部磁感線密度和內(nèi)部磁感線密度一樣大，要提高內(nèi)部磁場強(qiáng)度，相應(yīng)地也要提高外部磁場強(qiáng)度，造成磁鋼對外界鐵性物質(zhì)吸力很大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對現(xiàn)有技術(shù)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(nèi)部磁場大于現(xiàn)有磁環(huán)內(nèi)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(zhuǎn)器。本實用新型同時公開了帶有這種法拉第旋轉(zhuǎn)器的偏振無關(guān)激光隔離器。
[0010]本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0011]分瓣式磁鋼法拉第旋轉(zhuǎn)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(shè)置的兩組，每組磁鋼由偶數(shù)瓣相同形狀的橫截面為扇瓣的扇瓣磁塊合圍構(gòu)成的磁環(huán)結(jié)構(gòu)，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(yuǎn)離圓心端，北極均位于遠(yuǎn)離圓心端/靠近圓心端，兩組磁鋼的南北極設(shè)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(shè)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(cè)面形成一定的回路。
[0013]優(yōu)選地，每組磁鋼由六瓣扇瓣磁塊構(gòu)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(guān)激光隔離器，由兩塊雙折射晶體、1/2波片和法拉第旋轉(zhuǎn)器構(gòu)成，法拉第旋轉(zhuǎn)器位于兩塊雙折射晶體之間，1/2波片貼合于法拉第旋轉(zhuǎn)器其中一個端面安裝，所述法拉第旋轉(zhuǎn)器采用前述的分瓣式磁鋼法拉第旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)器，在同樣充磁條件下本磁鋼內(nèi)部磁場大于現(xiàn)有磁環(huán)內(nèi)部磁場，同時也大于自身外部磁場。相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有以下有益效果:
[0017]1、要滿足偏振方向旋轉(zhuǎn)45°的要求，可以使用更小的磁光晶體長度，因此可以節(jié)省磁光晶體材料，降低成本，進(jìn)而實現(xiàn)小尺寸、低成本的偏振無關(guān)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(xiàn)有磁環(huán)外部磁場，因此降低了磁鋼對外界鐵性物質(zhì)的影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1-偏振無關(guān)激光隔離器正向輸入光工作原理圖。
[0020]圖2-偏振無關(guān)激光隔離器反向輸入光工作原理圖。
[0021]圖3-傳統(tǒng)磁環(huán)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(zhuǎn)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(shè)置、且兩端對齊的兩組，每組磁鋼由偶數(shù)瓣相同形狀的橫截面為扇瓣的扇瓣磁塊合圍構(gòu)成的磁環(huán)結(jié)構(gòu)，見圖4。即相當(dāng)于在現(xiàn)有磁環(huán)的基礎(chǔ)上，沿軸向剖切為偶數(shù)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(yuǎn)離圓心端，北極均位于遠(yuǎn)離圓心端/靠近圓心端，兩組磁鋼的南北極設(shè)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(yuǎn)離圓心端，另一組磁鋼中所有的扇瓣磁塊的南極均遠(yuǎn)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(shè)置有間隙。間隙一方面方便安裝，另一方面使磁感線在側(cè)面形成一定的回路。
[0026]具體地，每組磁鋼由六瓣扇瓣磁塊構(gòu)成。偶數(shù)個這樣的扇瓣磁塊保證磁場能夠?qū)ΨQ分布，對于磁塊的數(shù)目應(yīng)該是數(shù)目多些好些，只是塊數(shù)多了充磁和安裝不方便，容易壞，綜合考慮后本實用新型優(yōu)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(shè)計一整體夾具，該整體夾具自帶兩圓形腔，在每個圓形腔內(nèi)，把對稱的兩扇瓣磁塊放入圓形腔內(nèi)，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(shè)有磁光晶體容納腔。當(dāng)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(zhuǎn)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(nèi)部，其磁感線密度非常高，磁場強(qiáng)度很強(qiáng)，這樣就能在磁光晶體較短的情況下實現(xiàn)法拉第旋轉(zhuǎn)器偏振方向旋轉(zhuǎn)45°的功能。而磁鋼外部，其磁感線密度較低，磁場強(qiáng)度低，對外部的鐵性物質(zhì)影響較小。
[0030]本實用新型提出的偏振無關(guān)激光隔離器跟現(xiàn)有結(jié)構(gòu)一樣，由兩塊雙折射晶體、1/2波片和法拉第旋轉(zhuǎn)器構(gòu)成，法拉第旋轉(zhuǎn)器位于兩塊雙折射晶體之間，1/2波片貼合于法拉第旋轉(zhuǎn)器其中一個端面安裝。不同之處在于，所述法拉第旋轉(zhuǎn)器為前述的分瓣式磁鋼法拉第旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)器的磁鋼，使得位于磁鋼內(nèi)部的磁場強(qiáng)度(磁場強(qiáng)度與磁感線密度正相關(guān)，磁感線密度越大，磁場強(qiáng)度越強(qiáng))大大增強(qiáng)，這樣就可以降低磁光晶體的長度，減少隔離器的體積，實現(xiàn)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(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)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(shù)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(hù)范圍之列。
【權(quán)利要求】
1.一種分瓣式磁鋼法拉第旋轉(zhuǎn)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(shè)置的兩組，每組磁鋼由偶數(shù)瓣相同形狀的橫截面為扇瓣的扇瓣磁塊合圍構(gòu)成的磁環(huán)結(jié)構(gòu)，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(yuǎn)離圓心端，北極均位于遠(yuǎn)離圓心端/靠近圓心端，兩組磁鋼的南北極設(shè)置相反，磁光晶體位于兩組磁鋼之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分瓣式磁鋼法拉第旋轉(zhuǎn)器，其特征在于:每組磁鋼中相鄰的扇瓣磁塊之間均設(shè)置有間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分瓣式磁鋼法拉第旋轉(zhuǎn)器，其特征在于:每組磁鋼由六瓣扇瓣磁塊構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分瓣式磁鋼法拉第旋轉(zhuǎn)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(guān)激光隔離器，由兩塊雙折射晶體、1/2波片和法拉第旋轉(zhuǎn)器構(gòu)成，法拉第旋轉(zhuǎn)器位于兩塊雙折射晶體之間，1/2波片貼合于法拉第旋轉(zhuǎn)器其中一個端面安裝，其特征在于:所述法拉第旋轉(zhuǎn)器為權(quán)利要求1-4任一所述的分瓣式磁鋼法拉第旋轉(zhuǎn)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(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】申向偉, 吳中超, 王曉新, 劉剛 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十六研究所