CN101750759A - 一种低半波电压的电光开关 - Google Patents

Abstract

一种低半波电压的电光开关，包括绝缘壳体(201)，电光晶体(202)，在晶体一对侧面镀有金属导电层(203)；所述金属导电层外贴有铟箔(204)；所述铟箔外紧贴着内部金属电极(205)；所述内部金属电极外留有外接金属电极孔(206)。本发明的电极设计使晶体在长度一定的条件下不会因为电极间距离过近而导致工作时在晶体通光面上打火，影响开关使用及对晶体通光面造成的损坏。此设计有效地降低了电光开关的半波电压，增加了其使用寿命及减小了对开关驱动电源的苛刻要求。

Description

一种低半波电压的电光开关

技术领域

本发明涉及脉冲激光调Q器件，属光电子领域，特别涉及一种电光Q开关。

技术背景

电光调Q是指在激光谐振腔内加置一块偏振器和一块电光晶体。光经过偏振器后成为线偏振光到达电光晶体，如果在电光晶体上加λ/4电压，由于泡克尔斯效应，使线偏振光单次通过电光晶体后的相位延迟了π/2，经过腔镜反射，使往返通过晶体的线偏振光的偏振方向改变π/2，从而使激光腔内损耗最大，不能形成激光振荡，达消光。如果电光晶体上未加电压，往返通过晶体的线偏振光的偏振方向则保持不变。所以当晶体上有电压时，光束不能在谐振腔中通过，谐振腔处于低Q状态，不能形成激光。由于外界激励作用，上能级粒子数便迅速累加，当晶体上的电压突然除去时，光束可自由通过谐振腔，此时谐振腔处于高Q值状态，从而产生激光巨脉冲。

在Q开关的应用中，电光晶体半波电压越小，外加电源需提供的电压也就越小，电源制作也就相对越简单，成本越低，体积越小，使用寿命越长。在我们熟知的BBO、LiNbO3、LiTaO3、RTA、RTP、KTP或LGS等电光晶体中，以BBO晶体为例做下简单介绍。

BBO是被认为有某些显著优点的电光晶体，它插入损耗小，损伤阈值高，没有压电效应，可用于高功率密度，高重复的半导体泵浦的激光器。它的缺点是弱潮解，不过镀增透膜后可大大改善。BBO的电光系数较小，导致半波电压较高。好在BBO是以横向应用方式工作，半波电压与晶体尺寸有关，合理的晶体尺寸能够把半波电压降到可以接受的范围。

BBO属横向电场应用的电光晶体。在此结构中，电场垂直于光束的传播方向，半波电压取决于晶体的厚度与长度之比。如果单纯计算，长宽比为1∶10的BBO在1064nm的λ/2波电压应该是5600V左右，这就是说一个3×3截面的BBO长度要达到30mm。但这还不够，因为5600V的半波电压与其他电光晶体相比还是偏高，对电源的要求也就相应的严格。而且由于BBO晶体本身的生长难度，目前Z切BBO晶体最大的长度只能达到25mm左右。

因此降低晶体工作时的半波电压以减低对其驱动电源的要求是设计时要重点考虑的因素之一。

发明内容

横向电场应用的电光晶体，其半波电压与自身的尺寸有关。针对有些电光晶体因生长原因本身长度生长不长或因所在激光器的体积限制，电光晶体不能太长，且一对侧面电极在工作时容易在通光面打火所以截面不宜过小而导致开关半波电压过高的问题，本发明提供一种能够减少开关工作时晶体通光面间打火而导致的调Q失败或损坏晶体通光面的新型电光开关。

本发明的目的是这样实现的：一种低半波电压的电光Q开关，所述电光Q开关包括一圆筒形绝缘壳体，绝缘壳体中心有一长方形通孔开槽，开槽正中放置一块或多块串接的横向应用电光晶体，晶体一对通光面上镀有光学增透膜；电光晶体的一对侧面镀有金属导电层，金属导电层长度比晶体长度短0.2至1mm；所述金属导电层外贴有铟箔，铟箔外紧贴内部金属电极，所述铟箔和内部金属电极大小及长度小于或等于晶体侧面的金属导电层的大小及长度，且均比晶体长度短0.2至1mm；所述内部金属电极外部开有外接金属电极孔以便内，外接电极间的电连接，外接电极可旋入或插入内部电极侧面的孔固定；所述绝缘外壳两端面各安装一片光学窗口片，所述光学窗口片由圆形中空端盖压固。

新型电光开关包括一对X或Y面镀金属导电层的电光晶体，镀金属导电层的长度要略短于晶体长度。因为横向应用的晶体其半波电压为

$V_{\mathrm{\λ}/2}=\frac{\mathrm{\λd}}{n_0^3{r}_{63}l},---\left(1\right)$

式中，l和d分别为晶体的长度和厚度。电光晶体作为电光开关晶体的尺寸中，晶体厚度也就是电极间距离一般最小为2-3mm，距离再小的话晶体还没有达到半波电压电极间就会因高压在端面产生打火，影响开关使用及有可能损坏晶体，减少开关的使用寿命。因为横向应用晶体的半波电压公式相同，这里我们以BBO晶体为例分析新的设计对半波电压的改变。BBO晶体长度因晶体生长原因目前最长Z切为25mm，晶体厚度也就是电极间距离设为3mm。因为晶体相同，公式(1)中的λ，n₀ ³和r₆₃参数相同，所以其半波电压的公式可以简化表示为

$V_{\mathrm{\λ}/2}=\frac{d}{l},---\left(2\right)$

带入数值 $V_{\mathrm{\λ}/2}=\frac{3}{25}=0.12,---\left(3\right)$

如果晶体一对侧面上镀的导电金属层比晶体两端面略短，如0.5mm，晶体的厚度减少到2mm，这样既保证了电极间在通光面上的距离和以前相同，还是2+0.5+0.5＝3mm，而新的半波电压可以表示为

$V_{\mathrm{\λ}/2}=\frac{(3-1)}{25-(0.5*2)}=\frac{2}{24}=\frac{1}{12}=0.083---\left(4\right)$

式(3)和式(4)比较，可以得出新半波电压为旧半波电压的0.69倍。如果旧半波电压为5600V，那么新结构设计开关的半波电压仅为3873V。

同理

其他横向应用的电光晶体如LiNbO3或LiTaO3或RTA或RTP或KTP或LGS等也可以通过本专利的设计达到减小半波电压的效果。从计算数据可以清楚的看出，新设计有效的降低了电光开关的半波电压，并且在提高性能的同时还降低了晶体使用量，节约了成本。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明电光开关单晶体示意图。

图2为本发明电光开关单晶体结构中段剖面图。

图3为本发明电光开关单晶体或双晶体光胶或胶合或键合的内部安装3D示意图。

图4为本发明电光开关双直接固定晶体结构中段剖面图。

图5为本发明电光开关双直接固定晶体内部安装3D示意图。

图的描述：

图1中：101.电光晶体  102.金属导电层

图2中：201.绝缘壳体  202.电光晶体  203.金属导电层  204.铟箔  205.内部金属电极  206.外

       接金属电极孔

图3中：301.电光晶体  302.金属导电层  303.铟箔  304.内部金属电极

图4中：401.绝缘壳体  402.电光晶体  403.金属导电层  404.铟箔  405.内部金属电极  406.外

       接金属电极孔

图5中：501.双电光晶体  502.金属导电层  503.铟箔  504.内部金属电极

具体实施方式

例1本发明电光开关用于单晶体或双晶体光胶或胶合或键合的封装实施方式1参见图1、图2和图3。图中电光开关包括一圆筒形绝缘壳体201；壳体中心有个长方形的开槽，槽中间放置电光晶体202，晶体可以为BBO或LiNbO3或LiTaO3或RTA或RTP或KTP或LGS等，它们可以是单晶体或双晶体光胶或胶合或键合；在晶体的一对侧面镀有金属导电层203，导电层的长度略短于晶体侧面长度；所述金属导电层外贴有与其长度相同或略短的铟箔204；所述铟箔外紧贴着与其长度相同或略短的内部金属电极205；外接金属电极通过外接金属电极孔206插入或旋入开关外壳201，最终和内部金属电极205紧密接触并达到固定电光晶体202的目的。开关的两端可根据实际需要加装光学窗口片及端盖，不过端盖和光学窗口片的构造及连接为现有技术，此处不再赘述。

例2本发明电光开关用于双直接固定晶体时的封装实施方式2参见图4和图5。图中电光开关包括一圆筒形绝缘壳体401；壳体中心有个长方形的开槽，槽中间放置双直接固定电光晶体402，它们串接排列，双晶体可以为BBO或LiNbO3或LiTaO3或RTA或RTP或KTP或LGS等；分别在晶体的一对侧面镀有金属导电层403，导电层的长度略短于晶体侧面长度；所述金属导电层外贴有与其长度相同或略短的铟箔404；所述铟箔外紧贴着与其长度相同或略短的内部金属电极405；所述内部金属电极呈“凹”字形，同侧两块内部金属电极在近两晶体串连空隙处分离，而远晶体边相互连接以保证通路；外接金属电极通过外接金属电极孔406插入或旋入开关外壳401，最终和内部金属电极405远晶体边紧密接触并达到固定电光晶体402的目的。开关的两端可根据实际需要加装光学窗口片及端盖，不过端盖和光学窗口片的构造及连接为现有技术，此处不再赘述。

Claims (6)

1.一种低半波电压的电光开关，包括绝缘壳体(201)，电光晶体(202)，在晶体一对侧面镀有金属导电层(203)，金属导电层外贴有铟箔(204)，铟箔外紧贴着内部金属电极(205)，内部金属电极外留有外接金属电极孔(206)。

2.如权利1所述的电光开关，其特征在于：所述的电光晶体(202)为Z切横向应用方式并在一对通光面上镀有光学增透膜。

3.如权利1所述的电光开关，其特征在于：所述的电光晶体(202)可为单块晶体或多块晶体串接。

4.如权利1或2或3所述的电光开关，其特征在于：所述的电光晶体(202)为BBO或LiNbO3或LiTaO3或RTA或RTP或KTP或LGS等横向应用的电光晶体。

5.如权利1所述的电光开关，其特征在于：金属导电层(203)的长度比晶体(202)的长度短0.2至1mm。

6.如权利1所述的电光开关，其特征在于：铟箔(204)和内部金属电极(205)大小及长度小于或等于晶体侧面的金属导电层(203)的大小及长度，且均比晶体(202)长度短0.2至1mm。

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