CN106405884A - 一种低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调q开关 - Google Patents

Abstract

本发明的一种低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关由两个低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关光组件串联起来，分别用一个退压电源和一个升压电源驱动，两电源由一延时控制电路控制，两者输出的电压和信号的频率脉宽相同，但信号时间有延迟，延迟时间在脉宽范围内连续可调。开关时间都极短，典型值5-10ns，克服了普通电源关不死的缺点，提高了开关的消光比，且整体脉宽在很宽范围内连续可调，增加了产品的应用范围；同时在设计上极大降低了电光晶体工作电压，提高了产品可靠性、降低了成本；光纤化的电光调Q开关，集成度更高，使用更方便；在结构和性能上都有巨大的优越性。

Description

一种低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调 Q 开关

技术领域

本发明涉及光纤传感、光纤通信、激光加工、医疗、军事、科学研究领域，尤其是作为光纤激光器核心器件的一种低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关。

背景技术

在现代光纤传感、光纤通信、激光加工、医疗、军事、科学研究等领域，低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关是一种关键元器件。电光调Q是利用晶体的电光效应，在加有一阶跃迁电压情况下入射光偏振态发生改变，调节激光器谐振腔的损耗，控制光能累积、释放。将一般输出的连续或脉冲激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，大大提高光源的峰值功率。但是目前常规的电光调Q开关体积大、频率低，且半波电压比较高，需要几千伏的高压脉冲驱动，对其他电子线路易造成干扰。另外单一电光开关容易关不死，电源开关时间不对称，打开时间短则关闭时间长，关闭时间短则打开时间长，开关速度慢，使得消光比低，峰值功率上不去。

发明内容

本发明的目的是提供结构简单、体积小、频率高、驱动电压低、开关速度都很快、并能获得很高的消光比且脉宽可调的透射式光纤在线电光调Q开关。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关由第一低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关光组件3和第二低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关光组件4串联在一起。

第一低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关3与第二低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关4通过光阑5自由空间连通，此处光阑也可换用两个光纤准直器组进行连接。

所述的第一低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关3包括第一光纤准直器1、第一双折射晶体10、带电极的第一电光晶体11和第二双折射晶体12；重复频率1Hz-100KHz固定或可调；压降时间小于10ns，典型值为5-8ns，第一电光晶体长高比经过设计，其工作电压小于1500V，典型值为500V-900V，可承受几瓦连续或脉冲高功率激光。

所述的第二低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关4包括第三双折射晶体13、带电极的第二电光晶体14、第四双折射晶体15和第二光纤准直器2，重复频率1Hz-100KHz固定或可调；上升时间小于10ns，典型值为5-8ns，第二电光晶体长高比经过设计，其工作电压小于1500V，典型值为500V-900V，可承受几瓦连续或脉冲高功率激光。

第一低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关3的正电极和负电极分别与退压控制电源7的正负电极相连；第二低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关4的正电极和负电极，分别与升压控制电源8的正负极相连。

升压控制电源与退压控制电源，由延迟电路板9控制信号延迟时间，控制两电源输出电压信号频率相同并有延迟，延迟时间在一定范围内连续可调。

优选的，两电源电压根据电光晶体的长厚比可以相同，也可以不同，频率相同。

优选的，低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关两侧由第一单纤准直器尾纤1输入和第三单纤准直器尾纤2输出。

优选的，所述的单纤准直器的尾纤可以是普通单纤、多模光纤、双包层光纤、保偏光纤。

优选的，低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关能够承受几瓦连续或脉冲高功率激光，重复频率1Hz-100KHz固定或可调；打开和关闭时间对称且都很短，开关时间小于10ns，典型值为5-8ns，脉宽在5ns-100ms很宽的范围内任意连续可调或固定。

优选的，退压控制电源、升压控制电源和延迟电路控制板可以用将三者集成到一起的电源替代。为方便论述，此处用一套升压电源和一套退压电源，用延时电路控制两电源的信号延迟时间为例阐述具体实施方式。

由于采用了上述方案，本发明提供的高消光比的低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关间都比较短，典型时间5ns-8ns，消光比高>28dB，脉宽5ns-100ms可调，开关的频率在1Hz-100kHz可调，半波电压在小于1500V，典型值为500V-900V，大大降低了高电压对产品的电磁影响和热效应，提高了产品的可靠性，降低了成本，同时小尺寸光纤在线式封装结构，大大提升了产品灵活性和应用范围。在结构和性能上都有很大的优越性，广泛应用于光纤传感、光纤通信、激光加工、医疗、军事、科学研究等领域。

附图说明

图1是一种低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关的结构示意图。

图2是第一低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关的结构示意图。

图3是第二低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关的结构示意图。

图4是电源信号与透射光功率关系示意图。

具体实施方式

如图1所示，低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关由第一低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关3和第二低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关4串联在一起；第一低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关3的正电极和负电极分别与退压控制电源7的正负电极相连；第二低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关4的正电极和负电极，分别与升压控制电源8的正负极相连；升压控制电源与退压控制电源由延迟电路板9控制信号延迟时间。

具体实施时，将第一低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关3和一个第二低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关4固定在固定壳体6内，两个调Q开关的正负极引线从壳体内引出，分别与两控制电源的正负极连接。

如图2所示，一束光从入射光纤1进入低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关，在t1时间内，第一低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关上加有半波电压，处于第一Q开关处于关闭状态，此时第二低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关一直处于零电压状态，处于导通状态，但两者串联，一关全关，整个低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关处于关闭状态，消光比最高，参与形成的谐振腔内损耗最大。

在t2时间的开始瞬间，第一低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关的半波电压瞬间退去，光路打开，光可以从第一低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关入射到第二低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关内，此时第二低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关仍处于零电压状态，光路仍处于打开状态，使得整个低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关完全导通，在光纤激光器系统中参与形成的谐振腔损耗最小，从而能够形成谐振荡，产生激光输出。

在t3时间内，第一低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关仍处于零电压状态或者开始慢慢升高，此时光仍然可以从第一低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关通过；但在t3时间开始时的瞬间，第二低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关电压瞬间增大至半波电压，使得第二低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关瞬间截止，光无法从中通过。使得整个低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关光路处于关闭状态，消光比最高，参与形成的谐振腔内损耗最大。

在t4时间内，第一低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关被加上半波电压，使其处于关闭状态，此时第二低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关的半波电压开始退去，使其慢慢开始导通，但两个开关效果叠加，使得整个低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关处于关闭状态，消光比达到最高，参与形成的谐振腔内损耗最大。

在t3时间后，低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关完成了一个开关周期，再次进入下一周期的t1时间。

其中t2时间可以通过延时控制电路进行调节，并且在退压电源的脉宽范围内任意连续可调。同时退压电源和升压电源自身的频率可以从1Hz-100kHz任意加载，所以退压电源和升压电源的脉宽也可以在1s-10μs范围内进行设定。所以，理论上根据退压电源脉宽和延时电路的最小延时精度，t2时间可以在1ns-1s甚至更宽的范围内任意连续可调或固定。考虑延时电路的实际延时精度和范围，以及实际应用角度，我们实际控制t2时间的典型值为1ns-1ms。即低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关的脉宽可以在1ns-1ms范围内任意连续可调或固定。

为将所需位置固定，将连接好光路的低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关封装在模块盒内，露出的电极导线分别与相应的电源电极相连，为对初步封装件起更好保护作用，可根据需要将低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关、升压电源、退压电源和延时控制电路再次做外部封装。

本发明提供的高消光比的低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关克服了单一电光开关关不死、电源开关时间不对称和开关速度慢问题，其开关时间都可以极短，典型时间5ns-8ns，大大提高了电光调Q开关的消光比，消光比高>28dB，提高了激光峰值功率。同时低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关的脉宽可以在任意范围内连续可调，本发明的脉宽典型值为5ns-100ms。

本发明提供的高消光比的低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关，调制频率高且在1Hz-100KHz内可调，是常规电光调Q几十Hz到几千Hz调制频率的几十倍到几百倍；半波电压在小于1500V，典型值为500V-900V，远低于常规电光调Q的3000V-4000V的驱动电压；大大降低了高电压对产品的电磁影响和热效应，提高了产品的可靠性，降低了成本；同时脉宽在5ns-100ms很宽的范围内可调；且小尺寸光纤在线式封装结构，都大大提升了产品灵活性和应用范围。在结构和性能上都有很大的优越性，作为脉冲激光器的核心器件广泛应用于光纤传感、光纤通信、激光加工、医疗、军事、科学研究等领域。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关其特征在是第一、第二低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关光组件串联在一起，分别用一个退压电源和一个升压电源驱动，两电源由一延时控制电路控制，两者输出的电压和信号的频率脉宽相同，但信号时间有延迟，延迟时间在脉宽范围内连续可调。

2.根据权利要求1所述的低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关，其特征在是两第一低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关中间加一光阑直接自由空间连接，也可以通过两个光纤准直器相连接。

3.如权利要求1所述的低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关，其特征在是第一低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关的正电极和负电极分别与退压电源的正负电极相连；第二低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关的正电极和负电极，分别与升压控制电源的正负极相连。

4.如权利要求1所述的低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关，其特征在是升压控制电源与退压控制电源由延迟电路控制信号延迟时间，退压控制电源、升压控制电源和延迟电路控制板可以用将三者集成到一起的（控制电路或模块）替代。

5.如权利要求1所述的第一低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在是它包括第一光纤准直器、第一双折射晶体、退压电源、带电极的第一电光晶体和第二双折射晶体，退压电源压降时间小于10ns，重复频率1Hz-100KHz固定或可调；电光晶体长高比经过设计，其工作电压可在400V-1500V范围内任意设置，且能承受几瓦连续或脉冲高功率激光。

6.如权利要求1所述的第二低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关光组件，其特征在是它包括第三双折射晶体、带电极的第二电光晶体、第四双折射晶体和第二光纤准直器，重复频率1Hz-100KHz固定或可调；升压电源电压上升时间小于10ns，电光晶体长高比经过设计，其工作电压可在400V-1500V范围内任意设置，且能承受几瓦连续或脉冲高功率激光。

7.如权利要求5所述的光纤准直器，其特征在是所述的光纤准直器的尾纤可以是单模光纤、多模光纤、双包层光纤、保偏光纤。

8.如权利要求1所述的低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关，其特征在是低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调Q开关能够承受几瓦连续或脉冲高功率激光；重复频率1Hz-100KHz固定或可调；打开和关闭时间对称且都很短，开关时间都小于10ns；脉宽在5ns-100ms很宽的范围内连续可调或固定。