CN108873394A - 一种保偏光纤声光电光器件 - Google Patents

一种保偏光纤声光电光器件 Download PDF

Info

Publication number
CN108873394A
CN108873394A CN201810901082.5A CN201810901082A CN108873394A CN 108873394 A CN108873394 A CN 108873394A CN 201810901082 A CN201810901082 A CN 201810901082A CN 108873394 A CN108873394 A CN 108873394A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optic
acousto
polarization maintaining
optical fibre
electro
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810901082.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108873394B (zh
Inventor
张泽红
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 26 Research Institute
Original Assignee
CETC 26 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 26 Research Institute filed Critical CETC 26 Research Institute
Priority to CN201810901082.5A priority Critical patent/CN108873394B/zh
Publication of CN108873394A publication Critical patent/CN108873394A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108873394B publication Critical patent/CN108873394B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/0305—Constructional arrangements
    • G02F1/0316—Electrodes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/11—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明属于光电子技术领域，具体为一种保偏光纤声光电光器件，包括输入保偏光纤、壳体、输出保偏光纤，所述壳体内设有顺次连接的输入端准直器、起偏器、电光调制器、检偏器、声光调制器、和输出端准直器；输入保偏光纤和输出保偏光纤安装在壳体的外表面；在壳体外表面固定的信号插座通过引线与电光调制器、射频插座与声光调制器连接；本发明将电光调制器和声光调制器结合，利用电光调制器的调制功能实现高速调制，利用声光调制器实现较高的通断消光比。

Description

一种保偏光纤声光电光器件
技术领域
本发明属于光电子技术领域，涉及光学器件，尤其是用于光纤领域的光调制器，具体为一种保偏光纤声光电光器件。
背景技术
激光加工技术作为重要的先进制造技术之一已广泛应用于众多的工业制造领域。利用激光直写技术进行材料加工时,其所能达到的加工分辨率一直受到经典光学理论衍射极限的限制，难于进行纳米尺度的加工。
飞秒脉冲激光的出现不仅为研究光与物质相互作用的超快过程提供了手段,也为发展先进的微纳米加工技术提供了不可多得的光源。近年来，作为最新的激光加工技术之一的飞秒脉冲激光多光子微纳加工技术已成为国际上研究的热点。该技术利用多光子效应和激光与物质作用的阈值效应，成功地实现了纳米尺度的激光直写加工分辨率，可望在功能性微纳器件制备等纳米技术领域发挥重要作用，具有广阔的应用前景。
飞秒脉冲激光的脉宽窄、功率高，使得激光烧蚀的孔洞边缘整齐、光滑没有毛刺裂纹，因此近年来飞秒脉冲激光得到了飞速发展，在精细加工领域的应用越来越多。
飞秒脉冲激光产生于激光振荡器，其脉冲频率很高(几十兆赫兹)、单脉冲能量很低(一般只有数n J)，必须经过降频(降低脉冲数)放大才能获得可用的高功率飞秒脉冲序列激光。
飞秒脉冲激光器中常用的一种降频技术是：利用保偏光纤声光调制器选取脉冲，进而达到降频的目的。这种降频手段通断消光比高、承受的光功率较高、光损耗低、偏振消光比高、控制方便，但对声光调制器的调制速度提出了较高要求。
目前，为了适应飞秒脉冲激光器的降频需求，通过压缩光束直径、提高工作频率大幅提高了保偏光纤声光调制器的调制速度，使得声光调制器的光脉冲上升/下降时间越来越小，已经从最初的50ns减小到了6ns。6ns几乎是是保偏光纤声光调制器的极限时间，很难再有大的突破。这是因为：(1)继续压缩光束直径，会使光路调节难度加大，光损耗增加；(2)继续提高工作频率，会增加工艺难度，降低成品率，降低器件的衍射效率，增大光损耗。
波导型电光调制器工作电压低(通常小于5V)、调制速度快(光脉冲上升/下降时间约0.01ns)、调制频率高(约40GHz)，是光通信领域常用的高速调制器，但其承受光功率很低(通常小于50mw)，不能满足飞秒脉冲激光器的降频要求。
空间型电光调制器调制速度很快(光脉冲上升/下降时间可以小于1ns)、承受的光功率较高，但其通断消光比低，也难以满足飞秒脉冲激光器的降频要求。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提出了一种保偏光纤高速电光调制器，本发明将电光调制器和声光调制器结合，利用电光调制器的调制功能实现高速调制，利用声光调制器实现较高的通断消光比，这样就能兼具电光调制器和声光调制器两者的优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
包括输入保偏光纤、壳体、输出保偏光纤，所述壳体内设有顺次连接的输入端准直器、起偏器、电光调制器、检偏器、声光调制器、和输出端准直器；输入保偏光纤和输出保偏光纤安装在壳体的外表面；在壳体外表面固定有信号插座和射频插座；信号插座通过引线与电光调制器连接，射频插座通过引线与声光调制器连接；
线偏振光从输入保偏光纤穿过输入端准直器得到入射光，入射光经起偏器得到竖直方向的线偏振光，该竖直偏振光经过电光调制器被改变成水平偏振光，水平偏振光透过所述检偏器得到输出光；该输出光以一定角度入射至声光调制器进行布拉格衍射产生衍射光；衍射光经过输出端准直器从输出保偏光纤输出。
进一步的，所述电光调制器的个数至少为一个，若为多个时，则将多个电光调制器通过串联进行连接。
进一步的，所述电光调制器包括介质块、电光晶体、电极；所述电光晶体的上下两面通过导电胶分别粘接在两块介质块上，两电极各自加载在两块介质块的外侧；电光调制器的两电极通过引线连接到所述信号插座上。
进一步的，所述电光晶体的厚度d比入射光的束腰直径大0.05mm～0.15mm。
进一步的，所述介质块、电极、电光晶体的长度一致。
进一步的，所述声光调制器包括声光介质、换能器以及匹配网络；所述声光介质通过换能器与匹配网络连接，匹配网络通过引线连接到所述射频插座上。
本发明的有益效果：
1、本发明的电光调制器通过增加电极长度、减薄电极厚度的设计措施，也即是增大电光晶体纵横比使该电光调制器具有较低的半波电压，从而实现较高的调制频率、较快的调制速度，这种方式解决了光信号的高速调制问题。
2、本发明在电光调制器后面设计了一个声光调制器，这种声光调制器工作模式为布拉格衍射，具有衍射效率高和通断消光比高等特点。
3、本发明采用的电光调制器和声光调制器都是空间型器件，具有承受瓦级激光功率的能力。
附图说明
图1为本发明的主结构示意图；
图2为本发明的电光晶体的立体图；
图3为本发明使用了两个电光晶体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，本发明的一种保偏光纤声光电光器件；包括输入保偏光纤、壳体、输出保偏光纤，所述壳体内设有顺次连接的输入端准直器、起偏器、电光调制器、检偏器、声光调制器、和输出端准直器；输入保偏光纤和输出保偏光纤安装在壳体的外表面；在壳体外表面固定有信号插座和射频插座；信号插座通过引线与电光调制器连接，射频插座通过引线与声光调制器连接；
线偏振光从所述输入保偏光纤穿过所述输入端准直器得到入射光，入射光经所述起偏器得到竖直方向的线偏振光，该竖直线偏振光被所述电光调制器改变成水平偏振光，水平偏振光透过所述检偏器得到输出光；输出光经过所述声光调制器作用得到衍射光，衍射光经过输出端准直器从输出保偏光纤输出。
本发明保偏光纤电光调制器，包括输入保偏光纤1、壳体2、输出保偏光纤13；在壳体2内设有输入端准直器3、起偏器5、电光调制器20、检偏器9、声光调制器18以及输出端准直器12。
电光调制器20主要由介质块6、电光晶体7、电极8、导电胶22和硅橡胶23组成。如图1和图2所示，电光晶体7的一面通过导电胶22粘接在介质块6上，介质块6通过硅橡胶23固定在外壳2上，在电光晶体7的另一面镀有电极8；电光调制器的电极8通过引线连接到所述信号插座21上，电极8与导电胶22在电光晶体7上形成电场，电光调制器20根据该电场进行工作。
输入保偏光纤1与输入端准直器3连接，输出端准直器12与输出保偏光纤13连接。
输入保偏光纤1和输出保偏光纤13均采用保偏光纤，起偏器5和检偏器9的偏振态相互垂直。
线偏振光从所述输入保偏光纤1穿过输入端准直器得3到入射光4，入射光4经所述起偏器5得到竖直方向的线偏振光，该竖直线偏振光被所述电光调制器20改变成水平偏振光，水平偏振光透过所述检偏器9得到输出光19；输出光19经过所述声光调制器18作用得到衍射光11，衍射光11经过输出端准直器12从输出保偏光纤13输出。
当信号插座21输入的电压为幅度调制信号时，输出光19的强度就随调制信号的幅度变化而变化，从而实现调制功能。
其中，用导电胶22把较厚的电光晶体7粘接固定在介质块6上，再研磨减薄电光晶体7的厚度d。电光晶体7的厚度d要与输入端准直器3的光束束腰直径相匹配。厚度d过大，不利于降低电光调制器的半波电压；厚度d过小，又会要挡住光束，浪费激光能量。
根据实验情况，厚度d比入射光4的束腰直径大0.1mm比较合适。例如，当入射光4的束腰直径为0.4mm时，电光晶体7的厚度d取0.5mm。
电光调制器的半波电压Vπ为：
(1)式中，λ是光波长，n是电光晶体折射率，γ13是电光晶体的电光系数，d是电光晶体的厚度，L是电光晶体的长度。从(1)式可知，制作低电压电光调制器主要从两方面着手：选择电光系数大的电光晶体材料、增大晶体纵横比即减小电光晶体的厚度d、增加电光晶体的长度L。
铌酸锂是常用的电光晶体材料，晶体生长工艺成熟、晶体尺寸大、价格低廉、折射率及电光系数较大，把它制作成长度L为50mm、厚度d为0.5mm的铌酸锂电光晶体，其横纵比达到了100，其电光调制器的半波电压Vπ只有78V。
其中，所述声光调制器18包括声光介质10、换能器15以及匹配网络16；所述声光介质10通过换能器15与匹配网络16连接，匹配网络16通过引线连接到所述射频插座17上。
空间型电光调制器的通断消光比通常约为20dB。为了提高通断消光比，让输出光19进入声光调制器18，在声光介质10内与换能器15产生的声波发生声光互作用得到衍射光11。衍射光11受从射频插座17输入的射频信号控制，无射频信号时无衍射光11，有射频信号时有衍射光11，因此理论上可以获得极高的通断消光比，但受杂散光等因素的影响，声光调制器18实际达到的通断消光比约为50dB。
保偏光纤声光电光调制器总的通断消光比为电光调制器20的通断消光与声光调制器18的通断消光比之和，约为70dB。
为了降低光损耗，声光调制器18采用布拉格设计，以获得较高的衍射效率。
保偏光纤声光电光器件中整个光路中的元器件都是能承受瓦级的光学器件，因此本发明能承受瓦级的激光。
实施例2
为了进一步降低电光调制器的工作电压，在介质块上串联设置了两个或多个电光晶体，图3是两个电光晶体串联情况示意图。这些电光晶体成倍增加了光与电场的相互作用的长度，因此可以成倍降低电光调制器的半波电压。例如，把两个长度L为50mm、厚度d为0.5mm的铌酸锂电光晶体串联工作时，其半波电压只有39V，当信号插座提供的电压脉冲的上升/下降时间不到0.5ns时，调制频率可以达到2GHz。
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 (7)

1.一种保偏光纤声光电光器件，包括输入保偏光纤、壳体、输出保偏光纤，其特征在于，所述壳体内设有顺次连接的输入端准直器、起偏器、电光调制器、检偏器、声光调制器、和输出端准直器；输入保偏光纤和输出保偏光纤安装在壳体的外表面；在壳体外表面固定有信号插座和射频插座；信号插座通过引线与电光调制器连接，射频插座通过引线与声光调制器连接；
线偏振光从输入保偏光纤穿过输入端准直器得到入射光，入射光经起偏器得到竖直方向的线偏振光，该竖直偏振光经过电光调制器被改变成水平偏振光，水平偏振光透过所述检偏器得到输出光；该输出光以一定角度入射至声光调制器进行布拉格衍射产生衍射光；衍射光经过输出端准直器从输出保偏光纤输出。
2.根据权利要求1所述的保偏光纤声光电光器件，其特征在于，所述电光调制器的个数至少为一个，若为多个时，则将多个电光调制器通过串联进行连接。
3.根据权利要求1或2所述的保偏光纤声光电光器件，其特征在于，所述电光调制器包括介质块、电光晶体、电极；所述电光晶体一面通过导电胶粘接在介质块上，在电光晶体的另一面镀有电极；电光调制器的电极通过引线连接到所述信号插座上，电极与导电胶在电光晶体上形成电场。
4.根据权利要求3所述的保偏光纤声光电光器件，其特征在于，所述介质块、电极、电光晶体的长度一致。
5.根据权利要求3所述的保偏光纤声光电光器件，其特征在于，所述电光晶体的厚度d比入射光的束腰直径大0.05mm～0.15mm。
6.根据权利要求5所述的保偏光纤声光电光器件，其特征在于，所述电光晶体的长度与其厚度之比大于或等于80。
7.根据权利要求1所述的保偏光纤声光电光器件，其特征在于，所述声光调制器包括声光介质、换能器以及匹配网络；所述声光介质通过换能器与匹配网络连接，匹配网络通过引线连接到所述射频插座上。
CN201810901082.5A 2018-08-09 2018-08-09 一种保偏光纤声光电光器件 Active CN108873394B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810901082.5A CN108873394B (zh) 2018-08-09 2018-08-09 一种保偏光纤声光电光器件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810901082.5A CN108873394B (zh) 2018-08-09 2018-08-09 一种保偏光纤声光电光器件

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108873394A true CN108873394A (zh) 2018-11-23
CN108873394B CN108873394B (zh) 2021-09-28

Family

ID=64318525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810901082.5A Active CN108873394B (zh) 2018-08-09 2018-08-09 一种保偏光纤声光电光器件

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108873394B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115436971A (zh) * 2022-08-15 2022-12-06 南京牧镭激光科技有限公司 基于单声光实现高消光比的测风激光雷达系统及使用方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59139017A (ja) * 1983-01-28 1984-08-09 Yokogawa Hokushin Electric Corp 光ゲ−ト素子
JPH07281140A (ja) * 1993-10-14 1995-10-27 Sony Corp 電気光学変調器
US5900966A (en) * 1996-10-28 1999-05-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Acoustic-optic modulator having two transducers
CN104280824A (zh) * 2014-10-27 2015-01-14 中国电子科技集团公司第二十六研究所 具有高偏振消光比的保偏光纤耦合声光装置
CN107328355A (zh) * 2017-09-01 2017-11-07 中国科学院武汉物理与数学研究所 用于冷原子干涉仪的集成化光学系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59139017A (ja) * 1983-01-28 1984-08-09 Yokogawa Hokushin Electric Corp 光ゲ−ト素子
JPH07281140A (ja) * 1993-10-14 1995-10-27 Sony Corp 電気光学変調器
US5900966A (en) * 1996-10-28 1999-05-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Acoustic-optic modulator having two transducers
CN104280824A (zh) * 2014-10-27 2015-01-14 中国电子科技集团公司第二十六研究所 具有高偏振消光比的保偏光纤耦合声光装置
CN107328355A (zh) * 2017-09-01 2017-11-07 中国科学院武汉物理与数学研究所 用于冷原子干涉仪的集成化光学系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHANG ZEHONG ETC.: "Wide spectral range imaging acousto-optic turnable filter used in outer space probe", 《CONFERENCES OF THE PHOTOELECTRONIC TECHNOLOGY COMMITTEE OF THE CHINESE SOCIETY》 *
令狐梅傲等: "光纤声光调制器在超快光纤激光的试验及应用", 《压电与声光》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115436971A (zh) * 2022-08-15 2022-12-06 南京牧镭激光科技有限公司 基于单声光实现高消光比的测风激光雷达系统及使用方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108873394B (zh) 2021-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010048195A1 (en) Organic electro-optic modulators with transparent conducting electrodes and related device structures
CN111487793B (zh) 实现调制效率提高的z切lnoi电光调制器及其应用
CN101794053B (zh) 基于微环谐振器结构的全光逻辑异或非门结构
CN103439807A (zh) 石墨烯的低折射率差波导调制器及制备方法
CN105372851A (zh) 基于石墨烯二硫化钼异质结光纤吸收增强型电光调制器
CN105044932A (zh) 基于光子晶体纳米梁谐振腔的石墨烯电光调制装置
CN105074547A (zh) 光调制器
CN114019703A (zh) 一种薄膜铌酸锂双平行电光调制器集成芯片
CN111061069A (zh) 基于硅和相变材料的槽型复合波导的电光调制器
CN108873394A (zh) 一种保偏光纤声光电光器件
CN110061408A (zh) 掺铬硒化锌纳米颗粒可饱和吸收体的制备及其构成全光纤调q激光器
CN112859477B (zh) 一种基于纳米天线的马赫-曾德尔干涉仪
CN107102454A (zh) 基于氧化铟锡光纤型偏振无关的吸收型电光调制器
CN108761851A (zh) 一种保偏光纤高速电光器件
CN104991399A (zh) 一种利用光敏电阻反馈降低微腔热光双稳态光功率阈值的结构
CN112363331A (zh) 一种硅基铌酸锂混合电光调制器
CN108681111A (zh) 一种铌酸锂电光调制器
CN105404028A (zh) 一种微腔耦合多模干涉仪的硅基电光调制器
CN103401615B (zh) 全光超宽带脉冲信号产生装置和方法
CN106970475A (zh) 硅基石墨烯栅层电光空间超快调制器
CN204809636U (zh) 应用于激光器装置的开关器件及激光器装置
WO2019184203A1 (zh) 一种基于黑磷材料的全光相位调制器及其应用
CN206696556U (zh) 一种电光开关器件
CN113009718A (zh) 基于二维材料涂覆的工字型微结构光纤电光调制器
CN205159786U (zh) 一种基于棱镜折射的脉冲激光合束装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant