專利名稱：激光光強(qiáng)衰減裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種光強(qiáng)衰減裝置，特別是一種激光光強(qiáng)衰減裝置。屬于光電子物理專業(yè)激光類領(lǐng)域。
由于激光的強(qiáng)度和功率較高，在一些應(yīng)用場(chǎng)合甚至?xí)^后繼器件的光強(qiáng)承受能力，如果不對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行衰減，勢(shì)必對(duì)后繼器件造成損傷。光強(qiáng)衰減器就是一種插入到光學(xué)回路中的器件，其目的是對(duì)光進(jìn)行人工可控的衰減，使輸出光在強(qiáng)度或功率上滿足使用要求。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?956437，申請(qǐng)日為1999.9.21，發(fā)明名稱為電調(diào)諧的光強(qiáng)衰減器，電調(diào)諧的衰減器具有較好的衰減效果，它具有Mach-Zehnder干涉型結(jié)構(gòu)，在這種干涉型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)位相相干的光波傳輸了不同的長(zhǎng)度后發(fā)生了相干。工作時(shí)，光線經(jīng)由單模波導(dǎo)通道輸入到衰減器，分束器將光分配成兩能量相等的光束，各自沿波導(dǎo)a和b傳播。電極加上衰減控制電壓后，由于電光效應(yīng)使光傳播的有效路程發(fā)生變化。在這類衰減器中，路程長(zhǎng)度及波導(dǎo)特性都是一模一樣的，所以在沒有電場(chǎng)作用時(shí)，分路光束在輸出波導(dǎo)內(nèi)重新合成相干加強(qiáng)，以高能量輸出。如果加上合適的電場(chǎng)，以致兩臂間產(chǎn)生π弧度的相移變化，這樣光束重新合成就使輸出波導(dǎo)中心的光場(chǎng)相干減弱，這時(shí)無能量輸出。因而，通過加上合適的衰減控制電壓，就能使輸出光強(qiáng)實(shí)現(xiàn)從有到無的可控衰減。但由于光在波導(dǎo)中的傳播產(chǎn)生較大的損耗，因而這類波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的衰減器普遍存在著插入損耗大的缺點(diǎn)。其插入損耗一般在3dB左右，這意味著衰減過程中接近50％的輸入能量損失掉了，同時(shí)該類衰減器制作工藝復(fù)雜，其制作過程中廣泛采用的微加工工藝增加了制作的困難度，包括電極設(shè)計(jì)、制版、掩模、光刻、刻蝕、剝離等一系列復(fù)雜精細(xì)的微加工工藝。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種激光光強(qiáng)衰減裝置，具有高速、低插入損耗、小驅(qū)動(dòng)電壓的特點(diǎn)，同時(shí)保證器件具有工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、小型化等高技術(shù)性能。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下主要包括光輸入裝置、光輸出裝置、光強(qiáng)衰減裝置、工作角控制裝置、電控制裝置和電校正裝置，工作角控制裝置由角度調(diào)整件和角度旋轉(zhuǎn)件構(gòu)成，光強(qiáng)衰減裝置設(shè)置在角度旋轉(zhuǎn)件上，角度調(diào)整件經(jīng)過傳動(dòng)件可以對(duì)角度旋轉(zhuǎn)件和光強(qiáng)衰減裝置的工作角進(jìn)行調(diào)整控制，電校正裝置由校正電壓件和校正接口件構(gòu)成，校正接口件與上電極連接，另一端與校正電壓件連接，電校正裝置另一端經(jīng)電控制裝置與下電極連接。光強(qiáng)衰減裝置接受來自光輸入部的輸入光線，保持光線以電場(chǎng)敏感角θs入射，在各膜層參數(shù)(折射率、厚度)設(shè)計(jì)合適的條件下，以衰減全反射曲線的上升沿區(qū)域或下降沿區(qū)域作為衰減器的工作區(qū)域，根據(jù)來自電控制部的電壓信號(hào)大小改變衰減器的電光介質(zhì)折射率，控制衰減全反射發(fā)生的角度和效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)入射激光的衰減。光強(qiáng)衰減裝置由光學(xué)棱鏡、上電極部、電光介質(zhì)、隔離介質(zhì)和下電極組成，其相互關(guān)系為光學(xué)棱鏡設(shè)置在上電極的上面，上電極下面為電光介質(zhì)，上電極通過連線與電校正裝置相接，電光介質(zhì)下面為隔離介質(zhì)，隔離介質(zhì)下面為下電極，下電極連線與電控制裝置相接。其中光學(xué)棱鏡的棱鏡折射率大于1.5，上、下電極一般可選用銀、金、鋁、鉑、銅等在光頻范圍內(nèi)介電常數(shù)虛部較小的金屬。一般要求其介電常數(shù)實(shí)部εr≤-10，介電常數(shù)虛部ε1≤1.0，電極厚度在40nm～200nm之間。電光介質(zhì)可采用具有電光特性的無機(jī)或有機(jī)材料，如鈮酸鋰或極化有機(jī)聚合物，其電光系數(shù)＞10pm/V，折射率小于棱鏡的折射率，厚度在1μm～3μm之間。隔離介質(zhì)的隔離材料可采用各種不導(dǎo)電的有機(jī)或無機(jī)材料，其折射率小于電光介質(zhì)的折射率，厚度在的1μm～5μm之間。整個(gè)裝置工作時(shí)，光從光輸入裝置經(jīng)過偏折后，以預(yù)先設(shè)定的工作角度(電場(chǎng)敏感角θs)入射到光強(qiáng)衰減裝置的棱鏡底面上。這時(shí)光在經(jīng)過上電極、電光介質(zhì)和隔離介質(zhì)的多層反射的過程中發(fā)生衰減全反射，衰減全反射的效率由電控制裝置產(chǎn)生的控制電壓來控制，這樣反射光的強(qiáng)度就完全能通過控制電壓的大小來調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)所需要的衰減效果。反射光線經(jīng)過光輸出裝置的偏折成為與入射光在一條直線上的光線，再經(jīng)處理后成為平行光。在衰減器的工作過程中，電校正裝置根據(jù)器件工作點(diǎn)的漂移情況產(chǎn)生一個(gè)校正電壓來進(jìn)行校正，如果漂移較大，則通過工作角調(diào)整裝置來調(diào)節(jié)。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明可應(yīng)用于光通訊、光信息處理等各種有光衰減需要的場(chǎng)合，另外還可用于其它需要對(duì)激光或光束參數(shù)進(jìn)行控制的情況，如精密測(cè)量、測(cè)距、全息檢測(cè)、分析儀器等領(lǐng)域。本發(fā)明同現(xiàn)有的常規(guī)光強(qiáng)衰減技術(shù)相比，具備以下優(yōu)點(diǎn)。1.制備簡(jiǎn)單、成本低廉。2.插入損耗很低。3.驅(qū)動(dòng)電壓很低。4.消光比很高。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述

圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，本發(fā)明主要包括光輸入裝置(1)、光輸出裝置(2)、光強(qiáng)衰減裝置(3)、工作角調(diào)整裝置(4)電控制裝置(5)、電校正裝置(6)，工作角控制裝置(4)由角度調(diào)整件(12)和角度旋轉(zhuǎn)件(13)構(gòu)成，光強(qiáng)衰減裝置(3)設(shè)置在角度旋轉(zhuǎn)件(13)上，角度調(diào)整件(12)經(jīng)過傳動(dòng)件可以對(duì)角度旋轉(zhuǎn)件(13)和光強(qiáng)衰減裝置(3)的工作角進(jìn)行調(diào)整控制，電校正裝置(6)由校正電壓件(15)和校正接口件(14)構(gòu)成，校正接口件(14)與上電極(8)連接，另一端與校正電壓件(15)連接，電校正裝置(6)另一端經(jīng)電控制裝置(5)與下電極(11)連接。光強(qiáng)衰減裝置(3)接受來自光輸入裝置(1)的輸入光線，保持光線以電場(chǎng)敏感角θs入射，在各膜層參數(shù)(折射率、厚度)設(shè)計(jì)合適的條件下，以衰減全反射曲線的上升沿區(qū)域或下降沿區(qū)域作為衰減器的工作區(qū)域，根據(jù)來自電控制裝置(5)的電壓信號(hào)大小改變衰減器的電光介質(zhì)折射率，控制衰減全反射發(fā)生的角度和效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)入射激光的衰減。光強(qiáng)衰減裝置由光學(xué)棱鏡(7)、上電極(8)、電光介質(zhì)(9)、隔離介質(zhì)(10)和下電極(11)組成，其相互關(guān)系為光學(xué)棱鏡(7)設(shè)置在上電極(8)的上面，下面為電光介質(zhì)(9)，上電極(8)通過連線與電校正裝置(6)相接，電光介質(zhì)(9)下面為隔離介質(zhì)(10)，隔離介質(zhì)(10)下面為下電極(11)，下電極(11)連線與電控制裝置(5)相接。其中光學(xué)棱鏡(7)的棱鏡折射率大于1.5，上、下電極(11)一般可選用銀、金、鋁、鉑、銅等，在光頻范圍內(nèi)介電常數(shù)虛部較小的金屬，一般要求其介電常數(shù)實(shí)部εr≤-10，介電常數(shù)虛部εi≤1.0，電極厚度在40nm～200nm之間。電光介質(zhì)(9)可采用具有電光特性的無機(jī)或有機(jī)材料，如鈮酸鋰或極化有機(jī)聚合物，其電光系數(shù)＞10pm/V，折射率小于棱鏡的折射率，厚度在1μm～3μm之間。隔離介質(zhì)(10)的隔離材料可采用各種不導(dǎo)電的有機(jī)或無機(jī)材料，其折射率小于電光介質(zhì)(9)的折射率，厚度在的1μm～5μm之間。整個(gè)裝置工作時(shí)，光從光輸入裝置(1)經(jīng)過偏折后，以預(yù)先設(shè)定的工作角度(電場(chǎng)敏感角θs)入射到光強(qiáng)衰減裝置(3)的棱鏡(7)底面上。這時(shí)光在經(jīng)過上電極(8)、電光介質(zhì)(9)和隔離介質(zhì)(10)的多層反射的過程中發(fā)生衰減全反射，衰減全反射的效率由電控制裝置(5)產(chǎn)生的控制電壓來控制，這樣反射光的強(qiáng)度就完全能通過控制電壓的大小來調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)所需要的衰減效果。反射光線經(jīng)過光輸出裝置(2)的偏折成為與入射光在一條直線上的光線，再經(jīng)處理后成為平行光。在衰減器的工作過程中，電校正裝置(6)根據(jù)器件工作點(diǎn)的漂移情況產(chǎn)生一個(gè)校正電壓來進(jìn)行校正，如果漂移較大，則通過工作角調(diào)整裝置(4)來調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的實(shí)施例如下光強(qiáng)衰減裝置(1)由等腰棱鏡(7)，上電極(8)，電光介質(zhì)(9)，隔離介質(zhì)(10)和下電極(11)組成，光強(qiáng)衰減裝置(3)的參數(shù)設(shè)計(jì)以1.3μm為中心波長(zhǎng)，若選擇其它波長(zhǎng)作為工作波長(zhǎng)，可通過工作角調(diào)節(jié)裝置(4)改變工作角至相應(yīng)波長(zhǎng)的電場(chǎng)敏感角θs。電校正裝置(6)就能根據(jù)需要產(chǎn)生合適的校正電壓施加到上、下電極(8)、(11)之上，使由于環(huán)境變化引起漂移的工作點(diǎn)在校正偏置電壓的作用下回到正常位置。工作角控制裝置(4)包括精密轉(zhuǎn)角儀(13)和螺旋微調(diào)器(12)組成。精密轉(zhuǎn)角儀(13)使整個(gè)光強(qiáng)衰減裝置(3)相對(duì)于入射光線旋轉(zhuǎn)，用以改變光線的入射角。使用者通過螺旋微調(diào)器(12)操作精密轉(zhuǎn)角儀(13)，調(diào)節(jié)其旋轉(zhuǎn)的角度。光強(qiáng)衰減裝置(3)中，棱鏡(7)選用高折射率等腰三角棱鏡(ZF6，n＝1.750，底角72.54°)。上電極(8)采用銀(810nm波長(zhǎng)下ε＝-30+i1.0，厚度64.1nm，在該工作波長(zhǎng)下，該厚度可使反射光強(qiáng)為零。這時(shí)衰減器的消光比最大)。電光介質(zhì)(9)采用經(jīng)極化的DANS/MMA有機(jī)聚合物(γ＝27.8pm/V，n＝1.680，膜厚為6μm左右，這時(shí)波導(dǎo)能承載7個(gè)模式)。隔離介質(zhì)(10)采用紫外固化劑(n＝1.574，膜厚為2μm左右)。下電極(11)采用銀。
與現(xiàn)有技術(shù)相比可采用極化聚合物作為工作物質(zhì)，其突出優(yōu)點(diǎn)是材料配置方便、成本很低，同時(shí)由于有機(jī)聚合物具有與半導(dǎo)體相容的制備工藝而使得樣品的制備非常簡(jiǎn)單，例如采用甩膠法可以很方便的控制膜厚，熱蒸鍍和極化等工藝也已非常成熟，聚合物通過外場(chǎng)極化的方法可以獲得高于鈮酸鋰等無機(jī)晶體的電光系數(shù)，插入損耗很小，因?yàn)楣鈴?qiáng)不需要經(jīng)過傳輸。而且衰減發(fā)生在全反射角之外，入射能量幾乎能全部被反射。相對(duì)于干涉型衰減器幾個(gè)dB的插入損耗有了很大的改善。通過采用各種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，可以使光強(qiáng)衰減裝置(3)的驅(qū)動(dòng)電壓降低至6V以下。光強(qiáng)衰減裝置(3)的消光比完全由衰減全反射吸收的最大深度來決定。通過精確控制上電極(8)的金屬膜的厚度，可以使衰減全反射吸收的深度接近于零，即可以接近完全消光，故本光強(qiáng)衰減裝置(3)的消光比可以很高(超過50dB)。
權(quán)利要求
1.一種激光光強(qiáng)衰減裝置，主要包括光輸入裝置(1)、光輸出裝置(2)、光強(qiáng)衰減裝置(3)、電控制裝置(5)，其特征在于還包括工作角控制裝置(4)、電校正裝置(6)，工作角控制裝置(4)由角度調(diào)整件(12)和角度旋轉(zhuǎn)件(13)構(gòu)成，光強(qiáng)衰減裝置(3)設(shè)置在角度旋轉(zhuǎn)件(13)上，角度調(diào)整件(12)經(jīng)過傳動(dòng)件可以對(duì)角度旋轉(zhuǎn)件(13)和光強(qiáng)衰減裝置(3)的工作角進(jìn)行調(diào)整控制，電校正裝置(6)由校正電壓件(15)和校正接口件(14)構(gòu)成，校正接口件(14)與上電極(8)連接，另一端與校正電壓件(15)連接，電校正裝置(6)另一端經(jīng)電控制裝置(5)與下電極(11)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種激光光強(qiáng)衰減裝置，其特征還在于所述的光強(qiáng)衰減裝置(3)光強(qiáng)衰減裝置由光學(xué)棱鏡(7)、上電極(8)、電光介質(zhì)(9)、隔離介質(zhì)(10)和下電極(11)組成，其相互關(guān)系為光學(xué)棱鏡(7)設(shè)置在上電極(8)的上面，上電極(8)下面為電光介質(zhì)(9)，上電極(8)通過連線與電校正裝置(6)相接，電光介質(zhì)(9)下面為隔離介質(zhì)(10)，隔離介質(zhì)(10)下面為下電極(11)，下電極(11)連線與電控制裝置(5)相接。
全文摘要
激光光強(qiáng)衰減裝置主要包括:包括光輸入裝置、光強(qiáng)衰減裝置、光輸出裝置、電控制裝置、電校正裝置和工作角調(diào)整裝置,工作角控制裝置由角度調(diào)整件和角度旋轉(zhuǎn)件構(gòu)成,光強(qiáng)衰減裝置設(shè)置在角度旋轉(zhuǎn)件上,角度調(diào)整件經(jīng)過傳動(dòng)件可以對(duì)角度旋轉(zhuǎn)件和光強(qiáng)衰減裝置的工作角進(jìn)行調(diào)整控制,電校正裝置由校正電壓件和校正接口件構(gòu)成,校正接口件與上電極連接,另一端與校正電壓件連接,電校正裝置另一端經(jīng)電控制裝置與下電極連接。
文檔編號(hào)G02B26/02GK1276521SQ00116868
公開日2000年12月13日 申請(qǐng)日期2000年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月29日
發(fā)明者曹莊琪, 沈啟舜, 蔣毅, 竇曉鳴, 陳英禮 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)