CN208506412U

CN208506412U - 一种保偏光纤高速电光器件

Info

Publication number: CN208506412U
Application number: CN201821278118.0U
Authority: CN
Inventors: 张泽红; 何晓亮; 吴中超
Original assignee: CETC 26 Research Institute
Current assignee: CETC 26 Research Institute
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2019-02-15
Anticipated expiration: 2028-08-09

Abstract

本专利涉及光学器件技术领域，为一种保偏光纤高速电光器件。包括输入保偏光纤、输入端准直器、起偏器、电光调制器、检偏器、输出端准直器、输出保偏光纤以及壳体；输入端准直器、起偏器、电光调制器、检偏器以及输出端准直器安装在壳体内；输入保偏光纤、输出保偏光纤安装在壳体外表面；壳体外表面固定的信号插座通过引线与电光调制器连接；线偏振光从输入保偏光纤穿过输入端准直器得到入射光，经起偏器得到竖直的线偏振光，经过电光调制器变成水平偏振光，再透过检偏器得到输出光；输出光由输出端准直器从输出保偏光纤输出；本专利承受光功率较高，工作电压较低、调制频率较高，其输入输出采用了保偏光纤，能很方便地与光纤激光系统连接工作。

Description

一种保偏光纤高速电光器件

技术领域

本专利涉及光学器件技术领域，具体为一种保偏光纤高速电光器件。

背景技术

电光调制器是人们研究最多也运用最多的光调制器，它利用晶体的电光效应实现对光信号的调制。电光调制有波导型电光调制器和空间型电光调制器两大类。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，但其承受光功率较低(通常小于50mw)、存在工作点发生漂移等问题。这种波导型电光调制器输入输出是保偏光纤，能很方便地与光通信系统连接工作。

常用的空间型电光调制器承受光功率很高(1000w以上)，但工作电压高(通常为数千伏电压)、调制频率低(通常小于100KHz)。这是因为电压越高，高压发生器产生的电压脉冲的上升/下降时间越长，调制频率越低。当电压高达数千伏电压时，电压脉冲的上升/下降时间通常为10ns量级，调制频率不到100KHz。这种电光调制器通常用于调制频率要求不高的高功率激光腔内，起调Q作用。这种空间型电光调制器输入输出没有光纤，通过调节光路安装在激光系统中工作。

为了适应激光通信的要求，人们开发了低电压的空间型电光调制器，其承受光功率较高(瓦级)，工作电压约200v、调制频率约100MHz。这种电光调制器输入输出没有光纤，不能与近年来飞速发展的光纤激光器熔接在一起工作，而且工作电压较高、调制频率较低，不能满足激光通信的大容量要求。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本专利的目的在于提供一种保偏光纤高速电光器件，它具有承受光功率较高(瓦级)，工作电压较低(小于100v)、调制频率较高(大于1GHz)等特点，并且其输入输出采用了保偏光纤，能很方便地与光纤激光系统连接工作。

为了实现上述目的，本专利采用的技术方案如下：

一种保偏光纤高速电光器件，包括输入保偏光纤、输入端准直器、起偏器、电光调制器、检偏器、输出端准直器、输出保偏光纤以及壳体；输入端准直器、起偏器、电光调制器、检偏器以及输出端准直器安装安装在壳体内；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；信号插座通过引线与电光调制器连接；

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；该输出光经过输出端准直器从输出保偏光纤输出。

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。

所述电光调制器包括介质块、电光晶体、电极；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。

所述电光晶体的厚度d比入射光的束腰直径大0.05mm～0.15mm。

所述介质块、电极、电光晶体的长度一致。

所述电光晶体的长度与其厚度之比大于或等于80。

相比现有技术，本专利具有如下有益效果：

1、采用了降低电光调制器的工作电压(半波电压)的设计模式。把电光晶体安装在介质块(用不导电但导热率高的材料如石英晶体等材料制作)上，介质块对电光晶体起着支撑固定的作用，这样就能对电光晶体进行研磨减薄，使电光晶体的厚度从常规的几毫米减薄到约0.5mm。电光晶体厚度越薄，其半波电压越低，电压脉冲的上升/下降时间越小，调制频率越高，这样就能获得较高的调制速度和调制频率。

2、为了进一步降低电光调制器的工作电压，在介质块上设置了两个或多个电光晶体。

3、本专利的电光调制器的内部安装了起偏器和检偏器，以获得较高的偏振消光比。

4、本专利的电光调制器内部安装了输入端准直器与输出端准直器，这两个准直器分别与保偏光纤连接，这样通过光纤融合就能很方便地与光纤激光系统连接工作。

5、本专利的电光调制器没有采用波导型电光调制器中的马赫曾德(Mach-Zehnder)双臂干涉结构，因此避免了马赫曾德结构特有的工作点发生漂移问题。

6、输入端准直器3和输出端准直器10是用激光焊接在壳体上的，机械稳定性高，环境适应性强。

附图说明

图1为本专利的主结构示意图；

图2为本专利的电光调制器的立体图；

图3为本专利使用了两个电光晶体的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本专利作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本专利的保偏光纤电光调制器，包括输入保偏光纤1、输入端准直器3、起偏器5、电光调制器13、检偏器9、输出端准直器10、输出保偏光纤11以及壳体2；输入端准直器3、起偏器5、电光调制器13、检偏器9以及输出端准直器10安装在壳体2内；输入保偏光纤1和输出保偏光纤11安装在壳体2的外表面；在壳体2外表面固定有信号插座14；信号插座14通过引线与电光调制器13连接；

输入保偏光纤1和输出保偏光纤11采用的是保偏光纤，起偏器5和检偏器9的偏振态相互垂直。

输入端准直器3和输出端准直器10是用激光焊接在壳体上的。

线偏振光穿过输入保偏光纤1和输入端准直器3得到入射光4，入射光4经起偏器5进一步提高偏振度，得到竖直方向的线偏振光，被电光调制器13改变成水平偏振光，水平偏振光透过检偏器9得到输出光12。输出光12经过输出端准直器10进入输出保偏光纤11。

当信号插座14(射频插座)输入的电压为幅度调制信号时，输出光12的强度就随调制信号的幅度变化而变化，实现调制功能。

如图1和图2所示，电光调制器13的结构包括用导电胶15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，在电光晶体7上镀有电极8，电光调制器的电极8通过引线连接到所述信号插座14上，电极8与导电胶15在电光晶体7上形成电场，电光调制器根据该电场进行工作；其中，介质块6通过硅橡胶16粘接在外壳2上，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V_π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，其纵横比L/d达到了100，其半波电压只有78V。

实施例2

为了进一步降低电光调制器的工作电压，如图3所示，在介质块上串联设置了两个或多个电光晶体。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，电压脉冲的上升/下降时间不到0.5ns，调制频率可以达到2GHz。

本专利的上述实施例仅仅是为说明本专利所作的举例，而并非是对本专利的实施方式的限定。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。凡是属于本专利的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本专利的保护范围之列。

Claims

1.一种保偏光纤高速电光器件，其特征在于，包括输入保偏光纤、输入端准直器、起偏器、电光调制器、检偏器、输出端准直器、输出保偏光纤以及壳体；输入端准直器、起偏器、电光调制器、检偏器以及输出端准直器安装在壳体内；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；信号插座通过引线与电光调制器连接；

2.根据权利要求1所述的保偏光纤高速电光器件，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所述的保偏光纤高速电光器件，其特征在于，所述输入端准直器和输出端准直器是用激光焊接在壳体内部的。

4.根据权利要求1所述的保偏光纤高速电光器件，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。

5.根据权利要求4所述的保偏光纤高速电光器件，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4所述的保偏光纤高速电光器件，其特征在于，所述介质块、电极、电光晶体的长度一致。

7.根据权利要求5或6所述的保偏光纤高速电光器件，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。