CN204855984U - 一种低电压退压反射式保偏光纤在线电光调q开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种低电压退压反射式保偏光纤在线电光调Q开关，由单纤准直器-偏振器组件、电光晶体组件、反射镜组件和退压控制电源组成，是一种专门针对保偏光的低电压电光调Q开关，与常规电光调Q相比，结构更简单紧凑，耦合更方便，成本更低。在设计上大大降低了工作电压，电压典型值为200V-500V，极大提高了产品的可靠性、大幅降低了成本；电源自带信号与外部信号可切换，频率在0-100KHz很宽范围内调节；脉宽可调；开关速度快，近方波脉冲输出，大大提高了激光峰值功率；同时光纤化了电光调Q开关，集成度更高，使用更方便；本实用新型的低电压退压反射式光纤在线电光调Q开关在结构和性能上都有很大的优越性。

Description

一种低电压退压反射式保偏光纤在线电光调Q开关

技术领域

本实用新型涉及光纤传感、光纤通信、激光加工、医疗、军事、科学研究等领域，尤其是一种低电压退压反射式保偏光纤在线电光调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，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。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供结构简单、体积小、频率高、驱动电压低并能获得很高的消光比的低电压退压反射式保偏光纤在线电光调Q开关。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种低电压退压反射式保偏光纤在线电光调Q开关，所述的低电压退压反射式保偏光纤在线电光调Q开关由保偏单纤准直器-偏振器组件、电光晶体组件、反射镜组件、环形器和控制电源组成。

所述的保偏单纤准直器-偏振器组件包括保偏光纤、单纤毛细管、第一固定器、正透镜、第二固定器和偏振元件；保偏光纤置于单纤毛细管的左侧并穿入单纤毛细管的内部，正透镜置于单纤毛细管的右侧，第一固定器套在单纤毛细管及正透镜的外部并固定，保偏光纤的端面位于正透镜的后焦面上；偏振元件置于第二固定器内靠右端固定，然后将第二固定器左侧套在单纤准直器的正透镜外部并固定。

所述的电光晶体组件包括电光晶体、第一导电电极、第二导电电极、固定板和电源正、负极引脚；第一导电电极置于电光晶体上侧，与电光晶体上表面紧密贴合并一起固定到固定板上，第二导电电极置于电光晶体下侧，与电光晶体下表面紧密贴合并固定到固定板上，驱动电源正负极引脚分别与第一、第二导电电极焊接。

所述的反射镜组件包括反射镜和第三固定器，反射镜靠左与第三固定器固定。

优选的，所述的保偏光纤可以是普通保偏光纤或光子晶体光纤、稀土掺杂保偏光纤、氟化物保偏光纤。

优选的，所述的保偏光纤右侧端面研磨抛光一定角度，并镀有增透膜。

优选的，所述的偏振元件能起偏及检偏，可以是镀偏振膜元件、二向色性偏振元件、双折射晶体、纳米光栅。

优选的，晶体种类是KDP类晶体或LiNbO3，PPLN,LiTaO3，AsGa,BGO电光晶体，晶体厚度0.5mm-5mm，端面宽度不限，可承受平均几瓦高功率脉冲激光，其厚度长度比能使工作电压低于1000V，典型值为200V-500V。

优选的，所述的电光晶体左右两侧端面研磨抛光，并镀有增透膜。

优选的，电极材料是薄金属片，包括铜片、银片、金片等以及其合金，或是镀层，材质可以是铜、银、金等以及其合金

优选的，反射镜可以是多层介质膜高反镜、金属膜高反镜，它们的反射面都是平面度高的平面，且表面光洁度优良。高反镜还可以是截止膜或带通膜，以达到特殊的滤模选模目的。

优选的，所述的控制电源是退压式电源，自带信号与外部信号可切换，电压下降时间小于10ns，典型值为5-8ns，上升时间小于40ns，典型值为30ns-40ns；其重复频率0-100KHz固定或可调；脉宽1ns-1μs固定或可调；工作电压小于1000V，典型值为200V-500V连续可调。

由于采用了上述方案，本实用新型提供的低电压高消光比的低电压退压反射式保偏光纤在线电光调Q开关能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，从而使光源的峰值功率可以提高几个数量级。小型化封装尺寸、低的驱动电压、较高的调制频率，以及高的消光比，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是低电压退压反射式保偏光纤在线电光调Q开关的结构示意图。

图2是低电压退压反射式保偏光纤在线电光调Q开关电源的结构简图。

具体实施方式

如图1所示，准直器-偏振元件组件由单纤准直器、偏振元件5、用以固定连接偏振元件和准直器的第二固定器6及起固定作用的材料（如胶粘剂）组成。

单纤准直器由保偏光纤1、用以固定保偏光纤1且便于耦合对准的单纤毛细管2、具有准直作用的正透镜3、第一固定器4及起固定作用的材料（如胶粘剂）组成。

具体实施时，用起固定作用的材料将保偏光纤1固定在单纤毛细管2的内部，然后将保偏光纤1的端面按一定角度研磨抛光用以抑制反射光，并加以镀增透膜可以得到优化的性能；保偏光纤1的端面与正透镜3的距离通过调试后应位于正透镜3的后焦面上以达到良好准直效果。

具体实施时，用起固定作用的材料（如胶粘剂）将偏振元件5靠右固定在第二固定器的内部，然后将第二固定器6左侧套在单纤准直器的正透镜外部，用起固定作用的材料（如胶粘剂）固定。一束自然光经单纤准直器准直入射到偏振片后，偏振方向平行于偏振片方向的光能透过，其他偏振态方向的光被截止，输出一束与偏振元件平行的线偏振光。

电光晶体组件由电光晶体13、第一导电电极7、第二导电电极8、固定板、电源正极导线引脚9、负极导线引脚10和起固定作用的材料（如胶粘剂、焊锡）组成。

具体实施时，先将电光晶体与第一、第二导电电极分别与电光晶体上下面紧密贴合，利用三者一起固定到起辅助支撑作用的板块上，然后将第一、第二导电电极外侧利用焊接材料分别与驱动电源的正电极引线和负电极引线焊接到一起。

具体实施时，将反射镜14靠左置入固定器15，并用起固定作用的材料（如胶粘剂）将反射镜固定。

电光晶体是一种具有电光效应的晶体，没加电压时，入射到电光晶体的线偏光的偏振态不发生改变；当电光晶体上下两侧加有一阶跃迁电压时，光通过晶体入射光偏振态发生改变。

当加的电压为四分之电压时，入射的线偏振光偏振态旋转45°后出射。出射的线偏光经后面的反射镜反射沿原路返回后，经过加有四分之电压的电光晶体后，线偏光偏振态继续向同一方向旋转45°。从电光晶体出射后的线偏振光偏振方向与入射电光晶体的线偏光的偏振方向成90°，即与偏振元件方向成90°，此时光不能通过偏振元件，腔内光能损耗最大，电光调Q开关处于关闭状态。

当退去电压时，入射到电光晶体的线偏光偏振态不发生改变，经反射镜反射回电光晶体后，偏振态依旧不变，从电光晶体左侧出射的线偏光偏振方向与偏振片方向平行，能够透过偏振片被准直器完全接收。此时腔内光能损耗最小，电光调Q开关处于导通状态。

为将所需位置固定，具体实施时，将电光晶体组件放置到内径尺寸与电光晶体相适配的壳体内，壳体两端开有内径比第一固定器和固定器外径稍大的圆窗，圆窗中心与电光晶体中心轴线在同一直线上，将准直器-偏振元件组件用带旋转的六维调节价夹持固定，并置于电光晶体组件的左侧；将反射镜组件用五维调节价夹持固定，并置于电光晶体组件的右侧；准直器-偏振元件组件、电光晶体组件和反射镜组件三者之间间隙控制在1mm-2mm左右。

具体实施时，可在单纤准直器前接环形器，用于监控出光；在未加电压时，调节单纤准直器组件、电光晶体组件和反射镜组件三者之间的角度位置关系，使入射光插损最小；加上四分之电压后通过旋转准直器-偏振元件组件，使入射光插损最大。调好后根据需要和工艺特点可用桥接件固定封装，封装工艺可用胶固定，可用锡钎焊，封装后封装体应是密封的；为对初步封装件起更好保护作用，可根据需要再次做外部封装。

本实用新型提供的高消光比的低电压退压透射式光纤在线电光调Q开关，引入了光纤准直器-偏振元件组件一体的光纤化结构，封装尺寸小，集成度更高，使用更方便；电光晶体小厚度长度比的设计，大大降低了驱动电压，使得其驱动电压低于1000V,典型值为200V-500V，远低于常规电光调Q的2000V的驱动电压，提高了产品可靠性，使用范围更广，更方便，并大大降低了产品成本；其调制频率高且在0-100kHz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；开关速度快，降压时间典型值5ns-8ns，升压时间典型值30ns-40ns，脉宽在很宽范围内固定或可调，使得输出光峰值功率更高；在应用时不用对光路进行麻烦的调节和做复杂的防振防尘保护，是免维护的，更加降低了维护成本；在结构、可靠性和性能上都有很大的优越性，作为光纤激光器的核心部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。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种低电压退压反射式保偏光纤在线电光调Q开关，其特征是由保偏单纤准直器-偏振器组件、电光晶体组件、反射镜组件和控制电源组成，电光晶体组件位于准直器-偏振器组件与反射镜之间，控制电源与电光组件相连接。

2.根据权利要求1所述的低电压退压反射式保偏光纤在线电光调Q开关，其特征是在于保偏单纤准直器-偏振器组件包括保偏光纤（1）、单纤毛细管（2）、第一固定器（4）、正透镜（3）、第二固定器（6）和偏振元件（5）；保偏光纤（1）置于单纤毛细管（2）的内部，正透镜（3）置于单纤毛细管（2）的右侧，第一固定器套（4）在单纤毛细管（2）及正透镜（3）的外部并固定，保偏光纤（1）的端面位于正透镜（3）的后焦面上；偏振元件（5）置于第二固定器（6）内靠右端固定，然后将第二固定器（6）左侧套在单纤准直器的正透镜外部并固定，偏振元件（5）偏振方向与保偏光纤出光偏振方向平行。

3.根据权利要求1所述的低电压退压反射式保偏光纤在线电光调Q开关，其特征是电光晶体组件包括电光晶体（11）、第一导电电极（7）、第二导电电极（8）、固定板和第一电极引脚（9）、第二电极引脚（10）；第一导电电极（7）置于电光晶体（11）上侧，与电光晶体（11）上表面紧密贴合并一起绝缘固定到固定板上；第二导电电极（8）置于电光晶体（11）下侧，与电光晶体下表面紧密贴合并绝缘固定到固定板上；第一导电电极（7）与第一电极引脚（9）连接，第二导电电极（8）与第二电极引脚（10）连接；控制电源的正极引脚和负极引脚分别与第一电极引脚（9）、第二电极引脚（10）连接。

4.根据权利要求1所述的低电压退压反射式保偏光纤在线电光调Q开关，其特征在于反射镜组件包括反射镜（12）和第三固定器（13），反射镜（12）靠左置于第三固定器（13）内并固定。

5.根据权利要求2所述的低电压退压反射式保偏光纤在线电光调Q开关，其特征在于保偏光纤可以是普通保偏光纤或光子晶体光纤、稀土掺杂保偏光纤、氟化物保偏光纤。

6.根据权利要求2所述的低电压退压反射式保偏光纤在线电光调Q开关，其特征在于偏振元件（5）既能起偏又能起检偏作用，可以是镀偏振膜元件或二向色性偏振元件、双折射晶体、纳米光栅。

7.根据权利要求3所述的低电压退压反射式保偏光纤在线电光调Q开关，其特征在于晶体种类可以是KDP类晶体或LiNbO3，PPLN,LiTaO3，AsGa，BGO电光晶体，晶体厚度0.5mm-5mm，端面宽度不限，可承受平均几瓦高功率脉冲激光，设计其厚度与长度比，使其工作电压200V-1000V范围内任意设置。

8.根据权利要求3所述的低电压退压反射式保偏光纤在线电光调Q开关，其特征在于所述的第一电极（7）和第二电极（8）为导电的薄金属片，或是镀的导电膜层。

9.根据权利要求4所述的低电压退压反射式保偏光纤在线电光调Q开关，其特征是反射镜（12）可以是多层介质膜高反镜、金属膜高反镜，或是截止膜或带通膜，以达到特殊的滤模选模目的。

10.根据权利要求1所述的低电压退压反射式保偏光纤在线电光调Q开关，其特征在于控制电源是退压式电源，自带信号与外部信号可切换；电压下降时间小于10ns，上升时间小于40ns；其重复频率0-100KHz固定或可调；脉宽1ns-1μs固定或可调；工作电压200V-1000V连续可调。