CN102200652B - 激光光纤移频装置 - Google Patents
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Abstract
一种激光光纤移频装置，由第一光纤连接头、第二光纤连接头、第一非球面准直透镜、第二非球面准直透镜、偏振分光棱镜、λ/4波片、声光调制器、第一双凸透镜、光阑、第二双凸透镜、第一调整架、立方角反射镜和外壳构成，本发明解决了现有技术的激光方向随调制频率变化而变化的问题，解决了双通光路在实际应用中调节困难大和精度低的问题。本发明具有使用方便，可靠性高和工作效率高的特点。
Description
技术领域
一种激光光纤移频装置，主要应用于激光移频，调制，激光开关等，光纤接入接出，属于光学调制类装置。
背景技术
声光调制是一种外调制技术，通常把控制激光束强度变化的声光器件称作声光调制器。声光调制技术比光源的直接调制技术有高得多的调制频率；与电光调制技术相比，它有更高的消光比(一般大于1000∶1)，更低的驱动功率，更优良的温度稳定性和更好的光点质量以及低的价格；与机械调制方式相比，它有更小的体积、重量和更好的输出波形，因此在激光相关实验和相关生产过程中经常用到。然而，声光调制器在移频过程中，随着移动频率的变化，调制后的激光方向会发生变化，在使用过程中，一旦调制频率发现改变，调制后的激光方向就会随之发生改变。
传统的双通(Double Pass)光路可以解决这一矛盾，但其使用的平面反射镜必须与入射光线严格垂直并与相邻的双面凸透镜焦点严格重合，这些约束条件的限制使其在使用过程中很难达到理想效果。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种激光光纤移频装置，以解决上述激光方向随调制频率变化而变化的问题；解决了双通光路在实际应用中调节困难大，精度低的问题；该装置应具有使用方便、可靠性高和工作效率高的特点。
本发明的技术解决方案如下：
一种激光光纤移频装置，其特点在于由第一光纤连接头、第二光纤连接头、第一非球面准直透镜、第二非球面准直透镜、偏振分光棱镜、λ/4波片、声光调制器、第一双凸透镜、光阑、第二双凸透镜、立方角反射镜和外壳构成，其位置关系如下：
在所述的外壳一端设置第二光纤连接头，该第二光纤连接头中轴线与装置主光轴重合，在该外壳内沿主光轴方向共光轴地依次设置第二非球面准直透镜、偏振分光棱镜、λ/4波片、声光调制器、第一双凸透镜、光阑、第二双凸透镜、立方角反射镜，所述的光阑置于一维调整架上，所述的光阑的狭缝的中心位于所述的第一双凸透镜和第二双凸透镜的公共焦平面上，该调整架可调节的方向与所述的主光轴正交；所述的立方角反射镜的角锥位于所述的第二双凸透镜的左焦点，所述的偏振分光棱镜的分光界面与所述的主光轴成45°，在所述的偏振分光棱镜反射光方向并在所述的外壳的侧面上设置第一光纤连接头，在该第一光纤连接头和偏振分光棱镜之间设置第一非球面准直透镜，所述的第一非球面准直透镜和所述的第二非球面准直透镜经所述的偏振分光棱镜、λ/4波片后在所述的声光调制器上共焦点，所述的声光调制器的调制晶体与主光轴的夹角为调制晶体的布喇格角，当光纤插入并固定于所述的第二光纤连接头中时，该光纤端面与所述的第二非球面准直透镜的焦平面重合，当光纤插入并固定于所述的第一光纤连接头时，该光纤端面与所述的第一非球面准直透镜的焦平面重合。
所述的立方角反射镜置于一维调整架上，该调整架可调节的方向与所述的主光轴正交。
所述的声光调制器的调制晶体为布喇格晶体。
本发明的技术效果：
1、实验表明，本发明可以通过对声光调制器施加相应的声光调制频率vm，获得所需要的激光移频。由第一光纤连接头输出的激光频率为：v＝v0+2vm，
其中：v0为由第二光纤连接头光纤输入的激光频率，vm为声光调制器的调制频率，其大小为vm＝2ve，ve为加在电声换能器上的信号电压的频率。
2、解决现有技术输出激光方向随调制频率变化而变化的问题；解决了双通光路在实际应用中调节困难大和精度低的问题；
3、本发明加上光纤接入接出的模块化设计，使用方便，可靠性高，可大大提高工作效率。
附图说明
图1是本发明激光光纤移频装置一个实施例的光路结构示意图。
图2是本发明激光光纤移频装置利用光学设计软件ZEMAX计算得到的光路示意图。
图3是本发明激光光纤移频装置的光阑的剖面图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。先请参阅图1，图1是本发明激光光纤移频装置一个实施例的光路结构示意图，由图可见，本实施例激光光纤移频装置，由第一光纤连接头1、第二光纤连接头2、第一非球面准直透镜3、第二非球面准直透镜4、偏振分光棱镜5、λ/4波片6、声光调制器7、第一双凸透镜8、光阑9、第二双凸透镜10、第一调整架11、立方角反射镜12、第二调整架13和外壳14构成，其位置关系如下：
在所述的外壳14一端设置第二光纤连接头2，该第二光纤连接头2 中轴线与装置主光轴重合，在该外壳14内沿主光轴方向共光轴地依次设置第二非球面准直透镜4、偏振分光棱镜5、λ/4波片6、声光调制器7、第一双凸透镜8、光阑9、第二双凸透镜10、立方角反射镜12，所述的光阑9置于第一调整架11上，所述的光阑9的狭缝的中心位于所述的第一双凸透镜8和第二双凸透镜10的公共焦平面上，该调整架可调节的方向与所述的主光轴正交；所述的立方角反射镜12的角锥位于所述的第二双凸透镜10的左焦点，所述的偏振分光棱镜5的分光界面与所述的主光轴成45°，在所述的偏振分光棱镜5反射光方向并在所述的外壳14的侧面上设置第一光纤连接头1，在该第一光纤连接头1和偏振分光棱镜5之间设置第一非球面准直透镜3，所述的第一非球面准直透镜3和所述的第二非球面准直透镜4经所述的偏振分光棱镜5、λ/4波片6后在所述的声光调制器7上共焦点，所述的声光调制器7的调制晶体与主光轴的夹角为调制晶体的布喇格角，当光纤插入并固定于所述的第二光纤连接头2中时，该光纤端面与所述的第二非球面准直透镜4的焦平面重合，当光纤插入并固定于所述的第一光纤连接头1时，该光纤端面与所述的第一非球面准直透镜3的焦平面重合。
所述的立方角反射镜12置于第二调整架13上，该调整架可调节的方向与所述的主光轴正交。
所述的声光调制器7的调制晶体为布喇格晶体。
我们知道，声光调制器是由声光介质、换能器、吸声(或反射)装置及驱动电源等组成。当在换能器上外加超高频电压时，从换能器发出的超声波进入声光介质，在声光介质内产生周期性的应变场，通过光弹效应使介质的折射率发生相应的周期变化，其对光的作用犹如一组平面光栅，使之发生衍射。
按照超声波频率和声光介质厚度的不同，将声光作用可以分为两种 类型，即喇曼-奈斯衍射和布喇格衍射。喇曼-奈斯衍射适用于超声波频率较低且声光介质的厚度又比较小的情况；布喇格衍射适用于超声波频率较高且声光介质较厚时，入射光线以一定角度入射的情况。由于布喇格衍射更具有普遍性，本发明可根据用户需要进行专门设计，当需要喇曼-奈斯衍射时，选用适用于喇曼-奈斯衍射的声光介质，且入射角度为零；当需要布喇格衍射时，采用适用于布喇格衍射的声光介质，入射角度可根据需要和现有技术知识计算得出。这里以布喇格型衍射为例进行说明。在布喇格型衍射的情况下，声光调制器与入射激光成一定特征角(布喇格角)时，相应级数和衍射效率最大。声光调制器理论及产品都非常成熟，这里不作详细介绍。
本实施例，利用光学设计软件ZEMAX计算得到光路图入图2所示：
激光经由固定于第二光纤连接头2的光纤入射到装置中，经过第二非球面准直透镜4后平行射出。经偏振分光棱镜5透射后，经过λ/4波片6，经声光调制器7衍射后，有一系列的衍射光，假定正一级衍射光是我们需要的，激光采用布拉格角入射，正一级光衍射效率达到最大，但零级光依然是存在的。正一级衍射光经第一双凸透镜8后，会聚于第一双凸透镜8左焦平面上，零级光会聚于第一双凸透镜8左焦点上。通过第一调整架11调节光阑9的位置，使正一级衍射光通过光阑9的狭缝，见图3。正一级光经第二双凸透镜10后，平行射向立方角反射镜12，经计算可知，正一级光中心与第二双凸透镜10光轴相交于焦点处，立方角反射镜12角锥置于第二双凸透镜10左焦点上，正一级光经立方角反射镜12反射后，沿原路返回，经第二双凸透镜10、第一双凸透镜8折射后，由声光调制器7再次衍射，原正一级的正一级衍射光与原入射激光方向一致，中心重合。此时的正一级衍射激光两次经过声光调制器7调制，频率变为：
v＝v0+2vm，
其中v0为由光纤入射激光频率，vm为声光调制器的调制频率，其大小为vm＝2ve，ve为加在电声换能器上的信号电压的频率。由此可知，本发明可以通过对声光调制器施加相应的声光调制频率vm，获得所需要的激光移频。这是本发明激光光纤移频装置的工作原理。
激光第二次经过λ/4波片6后，其偏振方向与原入射激光的偏振方向正交，经偏振分光棱镜5时被反射，该反射光经第一非球面准直透镜3后，会聚在固定于第一光纤连接头1的光纤端面的芯层中，耦合进光纤输出。
这里的第二光纤连接头2和第二非球面准直透镜4、第一光纤连接头1和第一非球面准直透镜3可以用市面上成熟的光纤耦合头产品代替。
在使用过程中，可以根据用户需要调制的频率大小及声光调制器型号计算得到光阑9狭缝的大小及空间位置，将光阑9直接固定于计算所得的位置，去掉第一调整架11。
若是用户在使用过程中需要的调制频率变化比较大且对光纤输出耦合效率要求较高时，则应将所述的立方角反射镜12置于设定第二调整架13，根据自身的实际使用条件微调立方角反射镜的位置，以获得最佳的光纤输出耦合效率。
Claims (2)
1.一种激光光纤移频装置，其特征在于由第一光纤连接头(1)、第二光纤连接头(2)、第一非球面准直透镜(3)、第二非球面准直透镜(4)、偏振分光棱镜(5)、λ/4波片(6)、声光调制器(7)、第一双凸透镜(8)、光阑(9)、第二双凸透镜(10)、第一调整架(11)、立方角反射镜(12)、第二调整架(13)和外壳(14)构成，其位置关系如下：
在所述的外壳(14)一端设置第二光纤连接头(2)，该第二光纤连接头(2)中轴线与装置主光轴重合，在该外壳(14)内沿主光轴方向共光轴地依次设置第二非球面准直透镜(4)、偏振分光棱镜(5)、λ/4波片(6)、声光调制器(7)、第一双凸透镜(8)、光阑(9)、第二双凸透镜(10)、立方角反射镜(12)，所述的光阑(9)置于第一调整架(11)上，所述的光阑(9)的狭缝的中心位于所述的第一双凸透镜(8)和第二双凸透镜(10)的公共焦平面上，该第一调整架可调节的方向与所述的主光轴正交；所述的立方角反射镜(12)的角锥位于所述的第二双凸透镜(10)的左焦点，所述的偏振分光棱镜(5)的分光界面与所述的主光轴成45°，在所述的偏振分光棱镜(5)反射光方向并在所述的外壳(14)的侧面上设置第一光纤连接头(1)，在该第一光纤连接头(1)和偏振分光棱镜(5)之间设置第一非球面准直透镜(3)，所述的第一非球面准直透镜(3)和所述的第二非球面准直透镜(4)经所述的偏振分光棱镜(5)、λ/4波片(6)后在所述的声光调制器(7)上共焦点，所述的声光调制器(7)的调制晶体与主光轴的夹角为调制晶体的布喇格角，当光纤插入并固定于所述的第二光纤连接头(2)中时，该光纤端面与所述的第二非球面准直透镜(4)的焦平面重合，当光纤插入并固定于所述的第一光纤连接头(1)时，该光纤端面与所述的第一非球面准直透镜(3)的焦平面重合，所述的立方角反射镜(12)置于所述的第二调整架(13)上， 该第二调整架可调节的方向与所述的主光轴正交。
2.根据权利要求1所述的激光光纤移频装置，其特征在于：所述的声光调制器(7)的调制晶体为布喇格晶体。
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