CN203490436U - 一种电光调q光开关 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及激光技术领域,公开了一种电光调Q光开关,包括依光路设置的偏振分光元件、电光元件、偏振合光元件和至少一个光路平移反射元件,位于电光元件后面或电光元件两端面,将经过电光元件的输出光平行平移并反射回电光元件,使入射光至少两次经过电光元件;该光路平移反射元件具有两个相互垂直的反射平面,两反射平面上镀有相位补偿膜层。该结构利用光路平移反射元件将光路平行平移并反射使光束往返多次经过电光元件,增加电光元件的等效长度,大大降低了半波电压,有效解决了BBO晶体由于电光系数小而需要高半波电压的问题,在光路平移反射元件上镀相位补偿膜片,有效提高调Q性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光技术领域,尤其涉及一种电光调Q光开关。
背景技术
在电光调Q激光器中,电光调Q常用的电光晶体一般有LiNbO3(LN)和BBO晶体等。与BBO晶体相比较,LN晶体的电光系数较大,半波电压较小,价格也较为便宜。然而,LN晶体存在着较严重的压电效应,很难被消除,而BBO晶体则几乎没有压电效应,因而使用BBO晶体制作的电光调Q开关工作性能更加稳定。
我们知道,电光晶体或陶瓷的半波电压越高,驱动的调制电压源就越复杂,成本也就越高,因而晶体的半波电压越低越好。常用的电光调Q光开关100结构如图1和图2所示,光经输入准直器101准直后通过第一走离(Walk-off)晶体103分束为o光和e光,在图1中,没有对中间的电光晶体105或陶瓷施加横向半波电压,分开的两束光经1/2波片106后由第二走离(Walk-off)晶体104合为一束,耦合进输出准直器102,即Q开关的“开”的状态;在图2中,对中间的电光晶体105或陶瓷施加横向半波电压,分开的两束光没有合束在一起,而是分开距离增大,不能耦合进输出准直器102,即Q开关的“关”的状态。根据半波电压的公式,电光晶体或陶瓷的半波电压与其长度和厚度的比例成反比,因而为了降低半波电压,应尽可能的增加电光晶体或陶瓷的长度,减小其厚度。然而,晶体或陶瓷过长和过薄会大大增加加工的难度,而且晶体或陶瓷也会容易变形甚至断裂,而且器件的尺寸也会较大。
发明内容
本实用新型的目的在于提出一种电光调Q光开关,可有效增加电光材料的等效长度,且结构简单,体积小,半波电压低。
为达到上述目的,本实用新型提供的技术方案为:一种电光调Q光开关,包括依光路设置的偏振分光元件、电光元件和偏振合光元件,还包括至少一个光路平移反射元件,位于电光元件后面或电光元件两端面,将经过电光元件的输出光平行平移并反射回电光元件,使入射光至少两次经过电光元件;入射光由偏振分光元件分为两束平行传输的线偏振光,之后入射到电光元件,再经光路平移反射元件平移并反射后,再次经过电光元件,如此至少两次经过电光元件之后经偏振合光元件合束后输出;通过改变电光元件的电压进行调Q;所述光路平移反射元件具有两个相互垂直的反射平面,所述两个反射平面上镀有相位补偿膜层。
进一步的,还包括部分反射镜,位于电光元件与偏振合光元件之间。
进一步的,还包括1/4波片,位于电光元件与部分反射镜之间。
进一步的,还可以包括一波片,设于偏振分光元件和电光元件之间,用于补偿偏振分光元件分离输出的两束线偏振光的光程差。
进一步的,还包括位于输入输的输入光纤准直器和输出端的输出光纤准直器。
进一步的,所述偏振分光元件和偏振合光元件为walk-off晶体或PBS棱镜;所述光路平移反射元件为直角棱镜或两相互垂直的平面反射镜;所述电光元件为电光晶体或电光陶瓷。
本实用新型提供的另一种电光调Q光开关,包括依光路设置的偏振分光元件、电光元件和全反射镜,还包括至少一个光路平移反射元件,位于电光元件后面或电光元件两端面,将经过电光元件的输出光平行平移并反射回电光元件,使入射光至少两次经过电光元件;入射光由偏振分光元件分为两束平行传输的线偏振光,之后入射到电光元件,经光路平移反射元件平移并反射后,再次经过电光元件,如此至少两次经过电光元件之后,经全反射镜反射沿原路返回,再次经电光元件及光路平移反射元件之后回到偏振分光元件;通过改变电光元件的电压进行调Q;所述光路平移反射元件具有两个相互垂直的反射平面,所述两个反射平面上镀有相位补偿膜层。
进一步的,还包括一波片,设于偏振分光元件和电光元件之间,用于补偿偏振分光元件分离输出的两束线偏振光的光程差。
进一步的,还包括设于输入端的光纤准直器。
进一步的,所述偏振分光元件为walk-off晶体或PBS棱镜;所述光路平移反射元件为直角棱镜或两相互垂直的平面反射镜;所述电光元件为电光晶体或电光陶瓷,如BBO晶体或LiNbO3(LN)晶体等。
上述各技术方案的电光调Q光开关,可以应用于固体激光器和光纤激光器中,作为调Q开关,形成调Q激光器,输出脉冲激光。
本实用新型的有益效果为:利用光路平移反射元件将光路平行平移并反射使光束往返多次经过电光元件,增加电光元件的等效长度,大大降低了半波电压,有效解决了BBO晶体由于电光系数小而需要高半波电压的问题;通过在光路平移反射元件上镀相位补偿膜片,有效提高调Q的性能,可实现高效、集成化、体积小的电光调Q器件;而且结构简单合理、操作方便,更适合于小型化生产,降低了生产成本。
附图说明
图1为现有技术电光调Q光开关结构示意图;
图2为图1的电光调Q光开关“关”状态光路示意图;
图3为本实用新型电光调Q光开关实施例一结构示意图;
图4为图3的电光调Q光开关“关”状态光路示意图;
图5为本实用新型电光调Q光开关实施例二结构示意图;
图6为图5的电光调Q光开关“关”状态光路示意图;
图7为本实用新型电光调Q光开关实施例三结构示意图;
图8为本实用新型电光调Q光开关实施例四结构示意图;
图9为本实用新型电光调Q光开关实施例五结构示意图;
图10为图9的电光调Q光开关“关”状态光路示意图;
图11为本实用新型电光调Q光开关实施例六结构示意图;
图12为图11的电光调Q光开关“关”状态光路示意图;
图13为本实用新型电光调Q光开关实施例七结构示意图;
图14为本实用新型电光调Q光开关实施例八结构示意图。
附图标示:100、电光调Q光开关;101、输入准直器;102、输出准直器;103、第一走离晶体;104、第二走离晶体;105、电光晶体;106、1/2波片;200、电光调Q光开关;201、偏振分光元件;202、偏振合光元件;203、电光元件;204、第一光路平移反射元件;205、第二光路平移反射元件;206、部分反射镜;207、相位补偿膜层;208、1/4波片;209、全反射镜;210、波片;300、增益光纤;400、光纤准直器;401、输入光纤准直器;402、输出光纤准直器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式,对本实用新型做进一步说明。
本实用新型利用光路平移反射元件将光路平行平移并反射使光束往返多次经过电光元件,增加电光元件的等效长度,大大降低了半波电压,有效解决了BBO晶体由于电光系数小而需要高半波电压的问题;可实现高效、集成化、体积小的电光调Q器件。具体的,该电光调Q光开关200,包括依光路设置的偏振分光元件201、电光元件203和偏振合光元件202,还包括至少一个光路平移反射元件,位于电光元件后面或电光元件两端面,将经过电光元件203的输出光平行平移并反射回电光元件203,使入射光至少两次经过电光元件203;入射光由偏振分光元件201分为两束平行传输的线偏振光,之后入射到电光元件203,再经光路平移反射元件平移并反射后,再次经过电光元件203,如此至少两次经过电光元件203之后经偏振合光元件202合束后输出;通过改变电光元件203的电压进行调Q;所述光路平移反射元件具有两个相互垂直的反射平面,所述两个反射平面上镀有相位补偿膜层207。
具体的,如图3和4所示的实施例一,在电光元件203两端分别设置第一光路平移反射元件204和第二光路平移反射元件205,在电光元件203与偏振合光元件202之间设置一个部分反射镜206。入射光由偏振分光元件201分为相互平行的o光和e光两束线偏振光,两束线偏振光经过电光元件203之后由第一光路平移反射元件204平行平移并反射回电光元件203,第二次经过电光元件203之后再次由第二光路平移反射元件205平行平移并反射回电光元件203,第三次经过电光元件203之后,一部分光经部分反射镜206透射后由偏振合光元件202将o光和e光合束后输出,其余部分光再沿原路返回。通过改变电光元件203的电压进行调Q。该结构通过两个光路平移反射元件204、205使光路三次经过电光元件203,使得电光元件203的等效长度变为实际长度的三倍,从而可大大缩短电光元件203的实际长度,或者降低电光元件203的半波电压。该实施例中的两个光路平移反射元件204、205均采用直角棱镜,在直角棱镜的斜边所在的面上镀增透膜,在其两个直角边所在的侧面上镀高反膜,考虑到加电压后o光和e光穿过电光元件后的偏振方向会改变,为保证光在直角边所在侧面全反射时消光比不会降低,该实施例还在这两个直角边所在的侧面镀了一层相位补偿膜层207,以补偿s光和p光的相位差,避免消光比的降低导致其严重降低调Q开关的性能甚至无法正常工作。
其工作原理如图3和4所示,如图3为调Q开关“开”的状态,当电光元件203上下表面施加的电压为零时,入射光经偏振分光元件201分为偏振态相互垂直的o光和e光两平行光束,o光和e光经两直角棱镜的反射平移作用,三次经过电光元件203之后,一部分光经部分反射镜206透过,经偏振合光元件202合束后输出,其余部分光再沿原路返回,返回的部分光三次经过电光元件203之后入射到偏振分光元件201上,经偏振分光元件201合束后耦合进其所在的激光器中,构成一个谐振腔,该结构中,部分反射镜206则作为谐振腔的输出腔镜。相对于图1所示的现有技术,该结构中光总共3次穿过同一电光元件,因而其半波电压只需图1所示结构半波电压的1/3,再考虑到经部分反射镜反射的光沿原光路返回,仅需施加λ/4波电压,大大降低了调Q开关工作时需要施加的电压。如图4为调Q开关的“关”状态,在电光元件203的上下表面施加λ/4波电压,对于被部分反射镜206反射的返回光来说,这时的电光元件203相当于一个λ/2波片,因而当返回光第六次穿过电光元件203后,在未进入偏振分光元件201之前,原o光变为e光,原e光则变为o光,这样的两束光在穿过偏振分光元件201后,不再合为一束光,而是依然为两束光,且偏离原光路,从而不能耦合进其所在的激光器中,,也就无法回到增益介质中,无法振荡,不会出光,这就是调Q开关“关”的状态。
该实施例的结构为“退压式”,即加在电光元件203上下表面的电压为零时,调Q开关处于“开”的状态;在电光元件203上下表面施加λ/4波电压时,调Q开关处于“关”的状态。该结构可应用于固体激光器和光纤激光器中,构成调Q激光器,其中部分反射镜可以起到反馈激发光和作为激光器输出腔镜的作用。
如图5和6所示为调Q光开关的实施例二,与实施例一不同的是在电光元件203与部分反射镜206之间增加一个λ/4波片208,从而将该调Q光开关改成“加压式”。如图5所示,在电光元件203上下表面施加λ/4波电压后,对于o光和e光,电光元件203相当于一个λ/4波片,再经过λ/4波片208后,对于被部分反射镜206反射的返回光总的效果相当于经过一次全波片,进入偏振分光元件201之前,返回的o光和e光与原o光和e光的状态一致,可经偏振分光元件201合束后耦合进其所在的激光器中,形成振荡光。而对于透过光总的效果为经过一次λ/2波片,经偏振合光元件202后合束输出,此时调Q光开关处于“开”的状态。如图6所示,不加电压时(即电光元件上下表面施加的电压为零),电光元件203不起波片作用,被部分反射镜206反射的返回光两次经过λ/4波片,相当于经过一次λ/2波片,原o光变为e光,原e光则变为o光,在穿过偏振分光元件201后,不再合为一束光,而是依然为两束光,且偏离原光路,从而不能耦合进其所在的激光器中,也就无法回到增益介质中,无法振荡,不会出光,这就是调Q开关“关”的状态。
如图7所述的实施例三,与实施例一不同的是,在偏振分光元件201和电光元件203之间增加一波片210,用于补偿偏振分光元件201分离输出的两束线偏振光的光程差,即用于补偿o光和e光在分光合光光路中产生的光程差,以保证输入输出该电光调Q光开关200前后的光偏振态保持不变,该结构输入输出端适用于连接到保偏光纤。
如图8所示的实施例四,与实施例一不同的是,该结构仅采用一个直角棱镜作为光路平移反射元件,入射光两次经过电光元件203之后经部分反射镜206透射后由偏振合光元件202合束输出;其余部分光经部分反射镜206反射后沿原路返回,又两次经电光元件203后进入偏振分光元件201。
还可在上述各实施例的调Q光开关的输入端和输出端分别增加输入光纤准直器和输出光纤准直器,方便应用于光纤激光器中作为调Q开关。
如图9和10所示的实施例五,与实施例一不同的是,该结构省略了部分反射镜,并分别在输入端和输出端增加输入光纤准直器401和输出光纤准直器402,可应用于环形腔光纤激光器中作为调Q开关。如图9和10所示,输入光纤准直器401一端与激光器的增益光纤300连接,输出光纤准直器402一端与普通光纤连接。该结构需要在电光元件203上下表面施加λ/2波电压或去掉λ/2波电压进行调Q。
其工作原理,如图9所示为“开”状态下的光路示意图,当电光元件203上下表面施加的电压为零时,由输入光纤准直器401准直的入射光经偏振分光元件201分为偏振态相互垂直的o光和e光两平行光束,o光和e光经两直角棱镜的反射平移作用,三次经过电光元件203之后,经偏振合光元件202合束后由输出光纤准直器402准直输出。如图10为“关”状态下的光路示意图,在电光元件203上下表面施加λ/2波电压后,这时的电光元件203相当于一个λ/2波片,三次经过电光元件203之后,原o光变为e光,原e光则变为o光,这样的两束光在穿过偏振合光元件202后不再合为一束光,而是依然为两束光,且偏离原光路,从而不能耦合进输出光纤准直器402,不能输出光束,达到“关”的目的。
如图11和12所示调Q光开关实施例六,与实施例一不同的是,将其中的部分反射镜206替换为一个全反射镜209,从而可省略掉偏振合光元件202。具体的,该结构的调Q光开关包括依光路设置的偏振分光元件201、电光元件203和全反射镜209,还包括至少一个光路平移反射元件,位于电光元件203后面或电光元件203两端面,将经过电光元件203的输出光平行平移并反射回电光元件,使入射光至少两次经过电光元件203;入射光由偏振分光元件201分为两束平行传输的线偏振光,之后入射到电光元件203,经光路平移反射元件平移并反射后,再次经过电光元件203,如此至少两次经过电光元件203之后,经全反射镜209反射沿原路返回,再次经电光元件203及光路平移反射元件之后回到偏振分光元件201;通过改变电光元件203的电压进行调Q;所述光路平移反射元件具有两个相互垂直的反射平面,所述两个反射平面上镀有相位补偿膜层。与实施例一样,分别在电光元件的两端设置第一光路平移反射元件204和第二光路平移反射元件205,第一光路平移反射元件204和第二光路平移反射元件205均采用直角棱镜。还可在该结构的偏振分光元件201和电光元件203之间增加一波片210,用于补偿偏振分光元件201分离输出的两束线偏振光的光程差,即用于补偿o光和e光在分光合光光路中产生的光程差,以保证输入输出该电光调Q光开关200前后的光偏振态保持不变。
如图11所示为调Q开关“开”状态下的光路示意图,入射光经偏振分光元件201分为偏振态相互垂直的o光和e光两平行光束,o光和e光经两直角棱镜的反射平移作用,三次经过电光元件203之后,由全反射镜209反射后沿原路返回又三次经过电光元件203,即总共六次穿过电光元件203之后由偏振分光元件201合束后耦合进其所在的激光器中,由激光器的另一端输出激光。如图12所示为调Q开关“关”状态下的光路示意图,入射光经偏振分光元件201分为偏振态相互垂直的o光和e光两平行光束,o光和e光经两直角棱镜的反射平移和全反射镜的作用,六次穿过电光元件203之后,原o光变为e光,原e光则变为o光,在穿过偏振分光元件201后,不再合为一束光,而是依然为两束光,且偏离原光路,从而不能耦合进其所在的激光器中,也就无法回到增益介质中,无法振荡,不会出光。
如图13所示的实施例七,与实施例六不同的是,省略了一个直角棱镜,当入射的o光和e光两次穿过电光元件203之后,直接由全反射镜209反射并沿原路返回。并在偏振分光元件201和电光元件203之间增加一波片210,用于补偿偏振分光元件201分离输出的两束线偏振光的光程差,即用于补偿o光和e光在分光合光光路中产生的光程差,以保证输入输出该电光调Q光开关200前后的光偏振态保持不变。该结构适用于连接到保偏光纤。
还可在上述实施例六和七所示调Q光开关的输入端增加光纤准直器,方便应用于光纤激光器中作为调Q开关。
例如图14所示的实施例八,即在实施例六的输入端增加一光纤准直器400,方便应用于光纤激光器中作为调Q开关。其中,光纤准直器400输入端与其所在光纤激光器的增益光纤300连接,全反射镜209作为激光器谐振腔的腔镜。增益光纤300发出的激发光经光纤准直器400准直后进入电光调Q光开关200,经电光调Q光开关200的全反射镜209反射后沿原路返回,经偏振分光元件201后由所述光纤准直器400返回激光器的增益光纤300,产生振荡,并由增益光纤300的另一端输出激光。
上述各实施例中,偏振分光元件和偏振合光元件为walk-off晶体或PBS棱镜;光路平移反射元件可以采用直角棱镜,也可以采用两相互垂直的平面反射镜;所述电光元件为电光晶体或电光陶瓷,如BBO晶体或LiNbO3(LN)晶体等。
本实用新型中的电光调Q光开关,也可以用来作为一个光纤耦合的电光调制器。上述各实施的电光调Q光开关或调Q激光器中的光纤准直器、偏振分光元件、电光元件和λ/4波片的通光面均独有对输入光的增透膜。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型,但所属领域的技术人员应该明白,在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内,在形式上和细节上对本实用新型做出的各种变化,均为本实用新型的保护范围。
Claims (13)
1.一种电光调Q光开关,包括依光路设置的偏振分光元件、电光元件和偏振合光元件,其特征在于:还包括至少一个光路平移反射元件,位于电光元件后面或电光元件两端面,将经过电光元件的输出光平行平移并反射回电光元件,使入射光至少两次经过电光元件;入射光由偏振分光元件分为两束平行传输的线偏振光,之后入射到电光元件,再经光路平移反射元件平移并反射后,再次经过电光元件,如此至少两次经过电光元件之后经偏振合光元件合束后输出;通过改变电光元件的电压进行调Q;所述光路平移反射元件具有两个相互垂直的反射平面,所述两个反射平面上镀有相位补偿膜层。
2.如权利要求1所述电光调Q光开关,其特征在于:还包括部分反射镜,位于电光元件与偏振合光元件之间。
3.如权利要求2所述电光调Q光开关,其特征在于:还包括1/4波片,位于电光元件与部分反射镜之间。
4.如权利要求1-3任一项所述电光调Q光开关,其特征在于:还包括一波片,设于偏振分光元件和电光元件之间,用于补偿偏振分光元件分离输出的两束线偏振光的光程差。
5.如权利要求1-3任一项所述电光调Q光开关,其特征在于:还包括位于输入输的输入光纤准直器和输出端的输出光纤准直器。
6.如权利要求4所述电光调Q光开关,其特征在于:还包括位于输入输的输入光纤准直器和输出端的输出光纤准直器。
7.如权利要求1-3或6任一项所述电光调Q光开关,其特征在于:所述偏振分光元件和偏振合光元件为walk-off晶体或PBS棱镜;所述光路平移反射元件为直角棱镜或两相互垂直的平面反射镜;所述电光元件为电光晶体或电光陶瓷。
8.如权利要求4所述电光调Q光开关,其特征在于:所述偏振分光元件和偏振合光元件为walk-off晶体或PBS棱镜;所述光路平移反射元件为直角棱镜或两相互垂直的平面反射镜;所述电光元件为电光晶体或电光陶瓷。
9.一种电光调Q光开关,其特征在于:包括依光路设置的偏振分光元件、电光元件和全反射镜,还包括至少一个光路平移反射元件,位于电光元件后面或电光元件两端面,将经过电光元件的输出光平行平移并反射回电光元件,使入射光至少两次经过电光元件;入射光由偏振分光元件分为两束平行传输的线偏振光,之后入射到电光元件,经光路平移反射元件平移并反射后,再次经过电光元件,如此至少两次经过电光元件之后,经全反射镜反射沿原路返回,再次经电光元件及光路平移反射元件之后回到偏振分光元件;通过改变电光元件的电压进行调Q;所述光路平移反射元件具有两个相互垂直的反射平面,所述两个反射平面上镀有相位补偿膜层。
10.如权利要求9所述电光调Q光开关,其特征在于:还包括一波片,设于偏振分光元件和电光元件之间,用于补偿偏振分光元件分离输出的两束线偏振光的光程差。
11.如权利要求9或10所述电光调Q光开关,其特征在于:还包括设于输入端的光纤准直器。
12.如权利要求9或10任一项所述电光调Q光开关,其特征在于:所述偏振分光元件为walk-off晶体或PBS棱镜;所述光路平移反射元件为直角棱镜或两相互垂直的平面反射镜;所述电光元件为电光晶体或电光陶瓷。
13.如权利要求11所述电光调Q光开关,其特征在于:所述偏振分光元件为walk-off晶体或PBS棱镜;所述光路平移反射元件为直角棱镜或两相互垂直的平面反射镜;所述电光元件为电光晶体或电光陶瓷。
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