CN107065235A - 一种基于氧化碲晶体的低移频频率尾纤耦合声光移频器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于氧化碲晶体的低移频频率尾纤耦合声光移频器，氧化碲晶体的光入出射面、换能器安装面和第三侧面以及第一第二侧面相互平行。第二侧面位于氧化碲晶体[110]轴和[001]轴组成的平面内；光入射面与氧化碲晶体[110]轴的夹角使特定波长的光从输入尾纤准直器垂直入射到光入射面时，能在氧化碲晶体内发生布拉格衍射；换能器安装面垂直于第一和第二侧面，并与氧化碲晶体[001]轴成成特定夹角θ 2 ，该特定夹角θ 2 使压电换能器激发的声波，能够使声波振动方向在氧化碲晶体内沿[‑110]轴方向、声波矢量方向垂直于换能器安装面的方向传输。本发明可以在小的晶体长度尺寸下，利用单次声光衍射实现低的移频频率。
Description
技术领域
本发明涉及体声波声光移频器，尤其是一种基于氧化碲晶体的低移频频率尾纤耦合声光移频器，属于声光器件技术领域。
背景技术
尾纤耦合声光移频器是一种利用声光互作用效应改变输入光频率的光电子器件，常用声光介质包括氧化碲晶体、钼酸铅晶体、锗砷硒玻璃等，其中氧化碲声光晶体由于其优异的光学、声学特性，以及稳定的材料来源，在尾纤耦合声光移频器应用最广，制作的器件被广泛应用于外差探测等领域。
当前基于氧化碲晶体的尾纤耦合声光移频器采用的是布拉格声光衍射，以氧化碲晶体[001]轴作为声波矢量方向，如图1。氧化碲晶体的光入射面、光出射面相互平行，平行于氧化碲晶体[001]轴；氧化碲晶体3的换能器安装面垂直于晶体[001]轴；压电换能器2激发的声波耦合入氧化碲晶体3；声波进入氧化碲晶体后振动方向沿氧化碲晶体[001]轴，声速V=4200m/s；入射光由输入尾纤准直器1导入氧化碲晶体3，与声波相互作用发生衍射；声波频率由“多普勒效应”加载到衍射光场频率上，使衍射光频率在输入光频率的基础上被“移动”了一个声波频率，实现声光移频；衍射光由输出尾纤准直器4导出。为实现布拉格声光衍射，需要氧化碲晶体沿通光方向长度L≥2L0 ， L0∝（V/f）2为特征长度，f为声波频率，也是一次声光衍射过程产生的移频频率。当前基于氧化碲晶体的尾纤耦合声光移频器通过一次声光衍射实现低的移频频率，需要将氧化碲晶体做的很长，如利用单次声光衍射对1550nm波长输入光实现10MHz声光移频，则需要将氧化碲晶体长度做到500mm左右，在实际工程中无法实现。当前的氧化碲晶体尾纤耦合声光移频器单次声光衍射的移频频率一般在40MHz以上。更低的移频频率则需要两个声光器件或晶体在空间上级联，通过反向二次衍射的方式实现，但这会增加光路的复杂度、尺寸、调试难度及构造成本。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种基于氧化碲晶体的低移频频率尾纤耦合声光移频器，本尾纤耦合声光移频器可以在小的晶体长度尺寸下，利用单次声光衍射实现低的移频频率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于氧化碲晶体的低移频频率尾纤耦合声光移频器，包括输入尾纤准直器、压电换能器、氧化碲晶体和输出尾纤准直器；所述氧化碲晶体为六面体，包含光入射面、光出射面、换能器安装面、第一侧面、第二侧面及第三侧面，光入射面和光出射面相互平行，换能器安装面和第三侧面相互平行，第一侧面和第二侧面相互平行；其特征在于：所述第二侧面位于氧化碲晶体[110]轴和[001]轴组成的平面内；光入射面垂直于第一侧面和第二侧面，并与氧化碲晶体[110]轴成特定夹角θ 1 ，该特定夹角θ 1 使特定波长的光从输入尾纤准直器垂直入射到光入射面时，能在氧化碲晶体内发生布拉格衍射；换能器安装面垂直于第一侧面和第二侧面，并与氧化碲晶体[001]轴成成特定夹角θ 2 ，该特定夹角θ 2 使压电换能器激发的声波，能够使声波振动方向在氧化碲晶体内沿[-110]轴方向、声波矢量方向垂直于换能器安装面的方向传输。
进一步地，输入尾纤准直器、输出尾纤准直器的光传输主轴方向与氧化碲晶体的轴向相对位置关系为：输入尾纤准直器的主轴方向位于氧化碲晶体[110]轴和[001]轴组成的平面内，使入射光偏振方向沿晶体[110]轴和[001]轴组成的平面进入氧化碲晶体发生布拉格衍射；布拉格衍射导致衍射光偏振方向正交于入射光偏振方向；输出尾纤准直器的主轴方向与输入尾纤准直器主轴方向成正交关系，与氧化碲晶体[-110]轴方向在空间上平行，使衍射光偏振方向沿光传输主轴方向进入输出尾纤准直器，向后导出。
优选地，特定夹角θ 1 为1°-18°（更优选为3-10°），特定夹角θ 2 为1°-20°（更优选为4-16°）。
与现有技术相比，本发明采用的氧化碲晶体形状及方向设计，能够使振动方向与波矢量方向相互垂直的低声速声波在晶体内传输，同时获得高的衍射效率，进而在获得现有技术可比拟的衍射效率前提下，能够有效降低声波在晶体内的传输速度，因此在相同的声波频率下，能有效减小特征长度，进而减小该频率下实现布拉格衍射所需的晶体通光方向长度。因此更容易在短的晶体通光方向尺寸下，通过一次声光衍射实现低的移频频率，如利用本发明通过一次声光衍射对1550nm波长输入光进行10MHz声光移频，所需的氧化碲晶体长度不到20mm。
附图说明
图1-现有基于氧化碲晶体的尾纤耦合声光移频器结构示意图。
图2-本发明基于氧化碲晶体的尾纤耦合声光移频器结构示意图。
图3-本发明氧化碲晶体形状及方向的一种具体实施方式图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。
本发明基于氧化碲晶体的低移频频率尾纤耦合声光移频器，其光路部分包括输入尾纤准直器1、压电换能器2、氧化碲晶体3和输出尾纤准直器4，如图2所示。
所述氧化碲晶体3为六面体，包含光入射面3-1、光出射面3-2、换能器安装面3-3、第一侧面3-4、第二侧面3-5及第三侧面3-6，各个面的相对位置及它们与氧化碲晶体3的轴向相对位置关系如下，如图3所示：第二侧面3-5位于氧化碲晶体3 [110]轴和[001]轴组成的平面内；第一侧面3-4平行于第二侧面3-5；光入射面3-1垂直于第一侧面3-4和第二侧面3-5，与氧化碲晶体3 [-110]轴成特定夹角θ 1 ，特定夹角θ 1 为1°-18°（优选为3-10°），使特定波长的光从输入尾纤准直器1垂直入射到光入射面3-1时，即能在氧化碲晶体3内发生布拉格衍射。光出射面3-2平行于光入射面3-1；换能器安装面3-3垂直于第一侧面3-4和第二侧面3-5，与氧化碲晶体3 [001]轴成成特定夹角θ 2 ，特定夹角θ 2 为1°-20°（优选为4-16°），以保证压电换能器2激发的声波，能够使声波振动方向在氧化碲晶体3内沿[-110]轴方向传输，声波矢量方向垂直于换能器安装面3-3的状态传输；第三侧面3-6与换能器安装面3-3平行。本发明声波振动方向和声波矢量方向相互垂直，而现有技术则为同一方向，见图1。
所述的输入尾纤准直器1、输出尾纤准直器4为光传输主轴方向特定的保偏尾纤准直器。
所述的输入尾纤准直器1、输出尾纤准直器4的光传输主轴方向与氧化碲晶体3的轴向相对位置关系如下，如图2：输入尾纤准直器1的主轴方向位于氧化碲晶体3 [110]轴和[001]轴组成的平面内，使入射光偏振方向沿晶体[110]轴和[001]轴组成的平面进入3氧化碲晶体发生布拉格衍射；由于本发明所采用的声波传输模式会导致衍射光偏振方向正交于入射光偏振方向，输出尾纤准直器4的主轴方向与输入尾纤准直器1主轴方向成正交关系，与氧化碲晶体3 [-110]轴方向在空间上重合，使衍射光偏振方向沿光传输主轴方向进入输出尾纤准直器4，向后导出。
本发明采用的氧化碲晶体形状及方向设计能够有效降低声波在晶体内的传输速度，因此在相同的声波频率下，能有效减小特征长度，进而减小该频率下实现布拉格衍射所需的晶体通光方向长度。因此更容易在短的晶体通光方向尺寸下，通过一次声光衍射实现低的移频频率，如利用本发明通过一次声光衍射对1550nm波长输入光进行10MHz声光移频，所需的氧化碲晶体长度不到20mm。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (3)
1.一种基于氧化碲晶体的低移频频率尾纤耦合声光移频器，包括输入尾纤准直器、压电换能器、氧化碲晶体和输出尾纤准直器；所述氧化碲晶体为六面体，包含光入射面、光出射面、换能器安装面、第一侧面、第二侧面及第三侧面，光入射面和光出射面相互平行，换能器安装面和第三侧面相互平行，第一侧面和第二侧面相互平行；其特征在于：所述第二侧面位于氧化碲晶体[110]轴和[001]轴组成的平面内；光入射面垂直于第一侧面和第二侧面，并与氧化碲晶体[110]轴成特定夹角θ 1 ，该特定夹角θ 1 使特定波长的光从输入尾纤准直器垂直入射到光入射面时，能在氧化碲晶体内发生布拉格衍射；换能器安装面垂直于第一侧面和第二侧面，并与氧化碲晶体[001]轴成成特定夹角θ 2 ，该特定夹角θ 2 使压电换能器激发的声波，能够使声波振动方向在氧化碲晶体内沿[-110]轴方向、声波矢量方向垂直于换能器安装面的方向传输。
2.根据权利要求1所述的基于氧化碲晶体的低移频频率尾纤耦合声光移频器，其特征在于：输入尾纤准直器、输出尾纤准直器的光传输主轴方向与氧化碲晶体的轴向相对位置关系为：输入尾纤准直器的主轴方向位于氧化碲晶体[110]轴和[001]轴组成的平面内，使入射光偏振方向沿晶体[110]轴和[001]轴组成的平面进入氧化碲晶体发生布拉格衍射；布拉格衍射导致衍射光偏振方向正交于入射光偏振方向；输出尾纤准直器的主轴方向与输入尾纤准直器主轴方向成正交关系，与氧化碲晶体[-110]轴方向在空间上平行，使衍射光偏振方向沿光传输主轴方向进入输出尾纤准直器，向后导出。
3.根据权利要求1所述的基于氧化碲晶体的低移频频率尾纤耦合声光移频器，其特征在于：所述特定夹角θ 1 的优选范围为1°到18°，特定夹角θ 2 的优选范围为1°到20°。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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