一种电致变色型高功率隔离器

本发明涉及光纤通信和高功率激光通信系统领域，具体涉及一种电致变色型高功率隔离器。

背景技术：

1、光纤激光器是一种利用光纤作为增益介质的发射激光的装置，因为在光纤通信系统运行过程中，光路具有可逆性，这会导致遇到光纤反射时，入射光将原路返回，对部分发光器件造成损伤；为了避免这种情况，在光纤激光器中必须设置光隔离器，采用光隔离器对光进行隔离，以保障光的单向传输。

2、在科研等特殊应用中，光纤激光系统抑制非线性效应，以实现更高功率窄谱输出，才能满足客户对指标性能更高要求。因此，必须对光纤激光器的光谱进行控制，以保证应用效果和可靠性。而目前与激光器匹配的光隔离器，大部分为无源器件，无法进行波长调谐；部分采用电磁技术调谐波长的光隔离器，存在工艺复杂、价格高、调节精度低等问题。而光隔离器的波长与通信用光纤高功率激光器的波长不匹配，会导致信道增值、功率损耗，使各个波长间产生串扰，系统信噪比性能劣化，信号光能量受到损失，降低通信质量等多种影响。

3、在光纤通信系统中应用的光纤器件，能够承载1w以上便可划分为高功率光纤器件；例如，将广泛应用于通讯领域的分布式反馈激光器，多个串联应用，其功率可提升至40w。而由于光纤结构的特点，功率越高其光纤非线性效应的影响也会越大。在高功率工作状态下，光隔离器无法与通信用光纤高功率激光器输出波长精准匹配，会极大程度降低通信用光纤高功率激光器的性能。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种电致变色型高功率隔离器，以解决现有技术中的光隔离器无法适用于通信用光纤高功率激光器的问题。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种电致变色型高功率隔离器，沿光传播方向包括入射光纤、第一准直器、电致变色玻璃、第一双折射晶体、磁光晶体、第二双折射晶体、第二准直器和出射光纤，其中，所述第一双折射晶体和所述第二双折射晶体均为楔形，所述两个双折射晶体的光轴均呈45°夹角，所述两个双折射晶体与所述磁光晶体之间通过光学紫外胶粘贴固化，所述电致变色型高功率隔离器还包括磁环，所述磁环上下包裹所述磁光晶体，所述电致变色玻璃上设有电极，所述电极接至可调直流电源。

3、本方案的原理及优点是：实际应用时，入射光由入射光纤进入光隔离器，并通过第一准直器，射入电致变色玻璃，通过调节施加在电致变色玻璃上的电压，使穿过电致变色玻璃的输出光透射波长与光纤激光器的波长匹配，减少光纤系统因高功率环境产生的非线性效应，实现高功率的激光射入仍能保持稳定的高光隔离度，且可动态调节电压，实现光隔离器的波长的动态变化，使之与通信用光纤高功率激光器的波长动态匹配，保障光纤系统稳定性同时提高了光隔离器的隔离度。

4、优选的，作为一种改进，所述第一准直器和所述第二准直器均采用c-lens球面透镜。

5、本改进的有益效果是：使准直器的折射率更均匀，以承受更高功率的激光；其中，g-lens具有折射率的分布沿径向逐渐减小，能够使沿轴向传输的光产生连续折射，而c-lens在光纤通信波段具有高折射率，对光纤通信所用波段有着极高的透过率；本发明采用c-lens球面透镜避免了传统应用中采用g-lens自聚焦透镜作为聚光器件时，透镜折射率沿轴向渐变，透镜端面因吸收能量不均而造成温度上升导致灼伤的问题；同时还使得激光插入消耗更低，光隔离器的制造成本更低。

6、优选的，作为一种改进，还包括金属外壳，所述第一准直器、电致变色玻璃、第一双折射晶体、磁光晶体、第二双折射晶体、第二准直器和磁环位于所述金属外壳内，所述入射光纤固定在金属外壳的一侧，所述出射光纤固定在金属外壳的另一侧。

7、本改进的有益效果是：利用金属外壳保护准直器以及电致变色玻璃等器件，同时便于磁环的安装固定。

8、优选的，作为一种改进，所述金属外壳的长度为50mm，宽度为20mm，高度为20mm；其中，所述第一准直器和所述第二准直器的直径1.8mm，焦距4mm，所述电致变色玻璃与所述第一准直器间隔4mm，所述电致变色玻璃是边长为5mm，厚度为2mm的正方形薄片，所述第一双折射晶体和所述第二双折射晶体的高度为10mm、底边长12mm、顶边长8mm，所述磁光晶体的形状为边长10mm的正方体。

9、本改进的有益效果是：使整个光隔离器结构紧凑，体积小，便于放置安装，更适配通信用光纤高功率激光器体积小重量轻的特点，且可任意适配其它激光器，使用范围广，可操作性强。

10、优选的，作为一种改进，所述磁环固定在所述金属外界内，所述磁环是由高性能钕铁硼永磁体制成的12块永磁片，所述永磁片为边长5mm、厚2mm的正方形薄片，所述永磁片上下各6片，依次对称排列，各永磁片间距离依照海尔贝克阵列的磁体结构理论，依次为1mm、1.25mm、1.5mm、1.25mm、1mm。

11、本改进的有益效果是：该结构所产生的磁场强度，相较于同体积大小的普通磁环的磁场强度，增强了10-15倍。能够有效减少因磁场非均匀性导致的，激光在经过磁光晶体后，各点处的偏振不同，旋转角不同，最终影响隔离器的隔离度；该磁环设计可使在有限体积内，获得较高磁场强度或可缩短磁光晶体长度，节省空间，节省成本，同时提高隔离度，使隔离器在高功率下高隔离度的稳定工作。

12、优选的，作为一种改进，所述电致变色玻璃的电极为银纳米线。

13、本改进的有益效果是：优化导电性能，且使电极设置不影响电致变色玻璃的透光性。

14、优选的，作为一种改进，所述电致变色玻璃为特制实用化近红外波段电致变色玻璃，其制备步骤为：

15、s1、将偏钨酸铵、纯度大于98％的乙二醇和氢氧化铵溶液，按照摩尔质量5:3:2的比例混合，并搅拌均匀，放置30分钟，得到10ml非晶态钨酸盐前驱体溶液；

16、s2、利用等离子清洗机对尺寸为15mm×15mm的ito导电玻璃进行10分钟清洁处理，ito导电玻璃的表面与等离子体中的活性粒子发生反应，使ito导电玻璃的表面具有亲水性；

17、s3、采用喷墨打印技术，将s1中获得的前驱体溶液注入纳米材料打印机的墨盒中，并将材料打印机的油墨印刷适性系数设置为8，启动材料打印机，将前驱体溶液打印至s2中获得的ito导电玻璃的表面，喷墨频率为3khz，喷墨间距为3μm，打印机的基板温度为40℃，得到钨酸盐薄膜玻璃；

18、s4、钨酸盐薄膜玻璃转移至紫外退火炉进行固化，其中，紫外线灯的功率为200w，波长范围为300nm，钨酸盐薄膜玻璃与紫外线灯之间的距离为5cm，且在紫外线照射过程中，紫外线灯和放置台的温度不高于70℃，并连续照射1小时，得到电致变色玻璃；

19、s5、采用电子束蒸镀法，在电致变色玻璃的边缘生长银纳米线作为电极，形成最终的特制实用化近红外波段电致变色玻璃。

20、本改进的有益效果是：该特制实用化近红外波段电致变色玻璃的制备是利用纳米材料喷墨打印技术，让具有有效化学成分的前驱体溶液，可以均匀喷涂在ito导电玻璃表面，使得激光射入电致变色玻璃后，能得到稳定的有效调控，并且提高了可调控精度，使得隔离器更够精确匹配输出相应波长的激光器；而利用纳米材料喷墨打印技术对前驱体溶液中的颗粒大小，颗粒分布密度高低和颗粒的均匀分布，要求极高，而该前驱体溶液配方所配置出的前驱体溶液，能够精确控制前驱体溶液内的化学物质被完全反应，且所合成的有机化学溶液中颗粒细密、分布均匀，能够极佳满足所有要求，以保障特制实用化近红外波段电致变色玻璃的高性能品质，满足波长调节范围在1500nm-1600nm，且调节精度为0.1nm/mv，以实现电致变色型高功率隔离器的波长调节范围广，调节精度高，在高功率激光输入情况下，仍能满足稳定的高隔离度。并且调整波长只需外加0-3v的电压，使用耗电极低，在非调整态时，耗电量小于1ma，使用成本极低。