專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新型小型機(jī)械式可變激光衰減裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是ー種激光光強(qiáng)衰減裝置，特別是ー種小型機(jī)械式可變激光光強(qiáng)衰減裝置，屬于激光器件領(lǐng)域
背景技術(shù)：
由于激光本身的強(qiáng)度和功率較高，在ー些應(yīng)用場(chǎng)合常常會(huì)超過(guò)后繼器件對(duì)光強(qiáng)的承受能力，所以如果不對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃p，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)光強(qiáng)進(jìn)行人エ可控的衰減，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(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?130984，申請(qǐng)日期為2000.10. 10，發(fā)明名稱(chēng)為小型可調(diào)光強(qiáng)衰減器，該專(zhuān)利介紹的是一種機(jī)械調(diào)諧式光強(qiáng)衰減器，采用機(jī)械調(diào)諧的方法對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行可控衰減。機(jī)械調(diào)諧式激光光強(qiáng)衰減器一般具有可調(diào)性強(qiáng)、容易實(shí)現(xiàn)對(duì)光強(qiáng)的不同程度衰減的優(yōu)點(diǎn)，其實(shí)現(xiàn)的光學(xué)原理各不相同，比較常見(jiàn)的，如美國(guó)專(zhuān)利號(hào)為=6130984，首先制作ー衰減薄膜，其衰減系數(shù)在不同位置是不同而且連續(xù)變化的，利用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)或手工調(diào)節(jié)改變衰減薄膜的位移，使光束通過(guò)薄膜的不同位置，從而獲取對(duì)光強(qiáng)的不同程度的衰減。這種機(jī)械調(diào)諧式光強(qiáng)衰減器的核心部件是衰減薄膜，其要求是薄膜厚度連續(xù)漸變，一般為了減少光強(qiáng)的損失還需在襯底上鍍減反膜。通過(guò)調(diào)節(jié)衰減薄膜的位置實(shí)現(xiàn)激光光強(qiáng)衰減的方法存在如下的不足1.薄膜制作エ藝復(fù)雜，為了實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)衰減在不同位置是不同而且連續(xù)變化的，薄膜厚度也應(yīng)是連續(xù)變化的，這在制作過(guò)程中很難控制，不易做到大批量生產(chǎn)，相應(yīng)地造成成本較高；2.光強(qiáng)衰減可調(diào)范圍不是很大；3.同一工作狀態(tài)下(光束穿過(guò)薄膜的位置相同)，不同波長(zhǎng)的光衰減相差比較大，這樣在實(shí)現(xiàn)對(duì)衰減大小的顯示時(shí)，不易做到統(tǒng)ー化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供ー種小型機(jī)械式可變激光光強(qiáng)衰減裝置，使其具有低插入損耗、偏振特性好、制作エ藝簡(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)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明主要包括光輸入部、光強(qiáng)衰減裝置、光輸出部、控制部，其聯(lián)接方式通過(guò)光路聯(lián)接，光輸入部位于整個(gè)衰減裝置的最前端，光線先經(jīng)光輸入部后入射到光強(qiáng)衰減裝置上，光強(qiáng)衰減裝置設(shè)置在控制部的角度旋轉(zhuǎn)部件上，控制部調(diào)節(jié)光線在光強(qiáng)衰減裝置上的入射角度，光線在光強(qiáng)衰減裝置上經(jīng)衰減后，通過(guò)光輸出部輸出。光輸入部由平行部件和偏折部件構(gòu)成，待衰減的光線先經(jīng)過(guò)平行部件改善平行度，然后經(jīng)過(guò)偏折部件偏折后以一定角度入射到光強(qiáng)衰減裝置上，光線在光強(qiáng)衰減裝置的棱鏡薄膜界面經(jīng)過(guò)多次反射后，進(jìn)入到光輸出部。光強(qiáng)衰減裝置是ー個(gè)截面為等腰梯形的棱鏡，其上下底面分別涂有介質(zhì)薄膜，在上下表面介質(zhì)薄膜的折射率一定的情況下，嚴(yán)格控制薄膜的厚度，在同一折射率的情況下，其合適的厚度有多個(gè)。光輸出部由偏折部件和平行部件構(gòu)成，先由偏折部件將出射光線的方向調(diào)整到與光輸入部上入射線方向一致，最后由平行部件處理成平行光輸出。控制部由角度旋轉(zhuǎn)件和角度調(diào)節(jié)件構(gòu)成，角度調(diào)節(jié)部件通過(guò)傳動(dòng)件可以對(duì)角度旋轉(zhuǎn)部件和光強(qiáng)衰減裝置的工作角進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且通過(guò)調(diào)節(jié)光線在光強(qiáng)衰減裝置上的入射角度，達(dá)到控制光強(qiáng)衰減的目的。為了保持在光強(qiáng)衰減裝置旋轉(zhuǎn)過(guò)程中光學(xué)棱鏡側(cè)面出射光點(diǎn)靜止.角度旋轉(zhuǎn)件的旋轉(zhuǎn)軸位置應(yīng)確定如下首先，將光線由棱鏡側(cè)面正入射進(jìn)入棱鏡，在棱鏡內(nèi)經(jīng)過(guò)一系列反射，經(jīng)過(guò)路徑Ip，最后由等腰棱鏡另一臂出射，在出射光點(diǎn)附近做一半徑r=lp / np的圓(np是棱鏡折射率)與棱鏡入射臂及入射光線同時(shí)相切，以圓心作為旋轉(zhuǎn)軸即可。選擇合適的棱鏡底角，使光束垂直棱鏡側(cè)面入射時(shí)其工作點(diǎn)大致在反射率曲線上升沿的頂點(diǎn)(全反射，衰減為OdB)，這樣能減小入射光束在棱鏡側(cè)面由于反射而損失的光強(qiáng)；選擇合適的棱鏡的高度和長(zhǎng)度，可使光束在棱鏡上、下底面的反射次數(shù)增多(比如五次、七次等)。整個(gè)裝置工作時(shí)，入射光先經(jīng)過(guò)平行部件改善平行度，然后由偏折部件偏折后輸入到光強(qiáng)衰減裝置，以ー角度O入射到其光學(xué)棱鏡的底面上，這時(shí)，光在棱鏡ー薄膜界面發(fā)生多次反射，反射效率完全由控制部控制的光線的入射角度Θ決定，隨著角度旋轉(zhuǎn)件的旋轉(zhuǎn)，入射角Θ變化，棱鏡ー薄膜界面的反射效率變化，相應(yīng)的衰減量也發(fā)生變化。這樣，出射光的強(qiáng)度就完全能通過(guò)控制入射角的大小來(lái)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)所需要的衰減效果。最后的出射光線經(jīng)過(guò)光輸出部的偏折成為與入射光在同一方向上的光線，再經(jīng)處理成為平行光。本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明可用于光通訊和光信息處理等需要光強(qiáng)衰減的場(chǎng)合，也可用于精密測(cè)距、全息信息處理等需要對(duì)光束參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制的情況。與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用SOL-GEL法(溶膠ー凝膠法)制得SiO :薄膜作為衰減器工作物質(zhì)，突出優(yōu)點(diǎn)是材料配置簡(jiǎn)單、成本很低。因?yàn)镾OL-GEL法制備的溶膠通過(guò)提拉法涂膜，其厚度和折射率及其均一性都可以比較方便地得到控制；因?yàn)椴捎玫氖欠瓷湫退p結(jié)構(gòu)，所以，器件無(wú)傳輸損耗，插入損耗也較低；光強(qiáng)衰減裝置的消光比完全由隨角度改變而變化的反射率的最小值來(lái)決定，通過(guò)精確選擇、控制薄膜的厚度與折射率，采用三次反射，可以使反射光接近完全消光，而且調(diào)節(jié)的角度范圍也不大。故本光強(qiáng)衰減裝置的消光比可以很高(超過(guò)50dB),同時(shí)可保持較好的TOL (偏振相關(guān)損耗)(小于O. 5dB)。在不改變衰減裝置的基本結(jié)構(gòu)和參數(shù)的情況下，通過(guò)增加光束在棱鏡底面的反射次數(shù)能得到更大程度的光強(qiáng)衰減和更小的偏振相關(guān)性，所以本發(fā)明同現(xiàn)有的常規(guī)技術(shù)相比較具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)、エ藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉；(2)、消光比大；(3)、工作波長(zhǎng)范圍大；(4)、偏振靈敏度?。?5)、插入損耗小(6)、無(wú)傳輸損耗。


圖I本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖
圖2本發(fā)明各組成部分結(jié)構(gòu)示意3本發(fā)明帶光纖接頭的光強(qiáng)衰減器工作原理4本發(fā)明大孔徑激光光強(qiáng)衰減器工作原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖I、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明主要包括光輸入部I、光強(qiáng)衰減裝置2、光輸出部3、控制部4，其聯(lián)接方式通過(guò)光路聯(lián)接，光輸入部I位于整個(gè)衰減裝置的最前端，光線先經(jīng)光輸入部后入射到光強(qiáng)衰減裝置2上，光強(qiáng)衰減裝置2設(shè)置在控制部4的角度旋轉(zhuǎn)部件13上，控制部4調(diào)節(jié)光線在光強(qiáng)衰減裝置2上的入射角度，光線在光強(qiáng)衰減裝置2上經(jīng)衰減后，通過(guò)光輸出部3輸出。光輸入部I由平行部件5和偏折部件6構(gòu)成，待衰減的光線先經(jīng)過(guò)平行部件5改善平行度，然后經(jīng)過(guò)偏折部件6偏折后以一定角度入射到光強(qiáng)衰減裝置2上。光強(qiáng)衰減裝置2是ー個(gè)截面為等腰梯形的棱鏡8，其上下底面分別涂有上表面介質(zhì)薄膜7和下表面介質(zhì)薄膜9，上下表面介質(zhì)薄膜7、9的厚度有多個(gè)。光輸出部3由偏折部件10和平行部件11構(gòu)成，先由偏折部件10將出射光線的方 向調(diào)整到與光輸入部I上入射線方向一致，然后由平行部件11處理成平行光輸出?？刂撇?由角度旋轉(zhuǎn)件13和角度調(diào)節(jié)件12構(gòu)成，角度調(diào)節(jié)部件12通過(guò)傳動(dòng)件對(duì)角度旋轉(zhuǎn)部件I 3和光強(qiáng)衰減裝置2的工作角進(jìn)行調(diào)節(jié)。角度旋轉(zhuǎn)件13的旋轉(zhuǎn)軸位置確定如下首先，將光線由棱鏡8側(cè)面正入射進(jìn)入棱鏡，在棱鏡8內(nèi)經(jīng)過(guò)一系列反射，經(jīng)過(guò)路徑Ip，最后由等腰棱鏡8另一臂出射，在出射光點(diǎn)附近做一半徑r=lp / np的圓與棱鏡8入射臂及入射光線同時(shí)相切，以圓心作為旋轉(zhuǎn)軸即可。以下結(jié)合本發(fā)明的具體內(nèi)容，提供兩個(gè)實(shí)施例
實(shí)施例一以帶光纖接頭的光強(qiáng)衰減器為例，光輸入部由光纖接頭14，光纖15和光纖自聚焦透鏡16組成，標(biāo)準(zhǔn)光纖接頭14可以很方便地與輸入光，如帶尾纖輸出的激光器，以光纖形式對(duì)接，自聚焦透鏡16使光線保持平行，光線從光輸入部I以固定方向入射到光強(qiáng)衰減裝置2上。光強(qiáng)衰減裝置2由等腰梯形棱鏡8、上介質(zhì)薄膜7、下介質(zhì)薄膜9組成，光強(qiáng)衰減裝置2的參數(shù)設(shè)計(jì)以I. 3 um為中心波長(zhǎng)，若選擇其它波長(zhǎng)作為工作波長(zhǎng)，參數(shù)設(shè)計(jì)需重新優(yōu)化。光強(qiáng)衰減裝置2中，棱鏡8選用高折射率等腰梯形棱鏡(ZF7，n=l. 750，底角38. 45°)，上下底面介質(zhì)薄膜7和9采用相同的SiO2薄膜，其折射率n=l. 32，厚度d=0. 340 μ m，可由溶膠ー凝膠Sol-Gel法制得溶膠后通過(guò)提拉法制備，角度調(diào)節(jié)部件可由手動(dòng)或步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)螺旋微調(diào)儀21實(shí)現(xiàn)。角度旋轉(zhuǎn)部件由精密轉(zhuǎn)角儀20實(shí)現(xiàn)。光輸出部由光纖自聚焦透鏡17,光纖18和光纖接頭19組成,其中自聚焦透鏡17改善輸出光的平行度，光纖接頭19用以和外部光纖器件對(duì)接，自聚焦透鏡17緊貼在光強(qiáng)衰減裝置2的光學(xué)棱鏡8的光束出射點(diǎn)上。對(duì)于工作于不同的工作波長(zhǎng)的衰減器，主要是靠改變光衰減部的各膜層的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)施例ニ 以大孔徑激光光強(qiáng)衰減器為例，光輸入部2由入射窗ロ 23，集光透鏡24和平面鏡25組成。集光透鏡24使光線保持平行。平面鏡25改變光傳播方向，使經(jīng)反射后的輸出光和輸入光保持在一條直線上。光強(qiáng)衰減裝置2由等腰梯形棱鏡8，上介質(zhì)薄膜7，下介質(zhì)薄膜9組成，光強(qiáng)衰減裝置2的參數(shù)設(shè)計(jì)以1.3μπι為中心波長(zhǎng)，若選擇其它波長(zhǎng)作為工作波長(zhǎng)，參數(shù)設(shè)計(jì)需重新優(yōu)化。光強(qiáng)衰減裝置2中，棱鏡8選用高折射率等腰梯形棱鏡(ZF7，η=1. 750，底角38.45°)，上下底面介質(zhì)薄膜7和9采用相同SiO2薄膜，其折射率η=1. 32，厚度d=0. 340 μ m，可由SOL-GEL法制得。角度調(diào)節(jié)部件可由手動(dòng)或步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)螺旋微調(diào)儀21實(shí)現(xiàn)。角度旋轉(zhuǎn)部件由精密轉(zhuǎn)角儀20實(shí)現(xiàn)，光輸出部由平面鏡26，集光透鏡27和出射窗ロ 28組成，其中集光透鏡27改善輸出光的平行度，平面鏡26改變光傳播方向，使經(jīng)反射后的輸出光和輸入光保持在一條直線上
權(quán)利要求
1.ー種小型機(jī)械式可變激光光強(qiáng)衰減裝置，主要包括光輸入部(I)、光強(qiáng)衰減裝置(2)、光輸出部(3)、控制部(4)，其特征在于其聯(lián)接方式通過(guò)光路聯(lián)接，光輸入部(I)位于整個(gè)衰減裝置的最前端，光線先經(jīng)光輸入部(I)后入射到光強(qiáng)衰減裝置(2)上，光強(qiáng)衰減裝置(2)設(shè)置在控制部(4)的角度旋轉(zhuǎn)部件(13)上，控制部(4)調(diào)節(jié)光線在光強(qiáng)衰減裝置(2)上的入射角度，光線在光強(qiáng)衰減裝置(2)上經(jīng)衰減后，通過(guò)光輸出部(3)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的這種小型機(jī)械式可變激光光強(qiáng)衰減裝置，其特征是光輸入部(I)由平行部件(5)和偏折部件(6)構(gòu)成，待衰減的光線先經(jīng)過(guò)平行部件(5)，然后經(jīng)過(guò)偏折部件(6)偏折后以一定角度入射到光強(qiáng)衰減裝置(2)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的這種小型機(jī)械式可變激光光強(qiáng)衰減裝置，其特征是光強(qiáng)衰減 裝置(2)是ー個(gè)截面為等腰梯形的棱鏡(8)，其上下底面分別涂有上表面介質(zhì)薄膜(7)和下表面介質(zhì)薄膜(9)，上下表面介質(zhì)薄膜(7)、(9).的厚度有多個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的這種小型機(jī)械式可變激光光強(qiáng)衰減裝置，其特征是光輸出部(3)由偏折部件(10)和平行部件(11)構(gòu)成，先由偏折部件(10)將出射光線的方向調(diào)整到與光輸入部(I)上入射線方向一致，然后由平行部件(11)處理成平行光輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的這種小型機(jī)械式可變激光光強(qiáng)衰減裝置，其特征是控制部(4)由角度旋轉(zhuǎn)件(13)和角度調(diào)節(jié)件(12)構(gòu)成，角度調(diào)節(jié)部件(12)通過(guò)傳動(dòng)件對(duì)角度旋轉(zhuǎn)部件(13)和光強(qiáng)衰減裝置(2)的工作角進(jìn)行調(diào)節(jié)。
全文摘要
一種新型小型機(jī)械式可變激光衰減裝置屬于激光器件領(lǐng)域。 主要包括光輸入部、光強(qiáng)衰減裝置、光輸出部、控制部，其聯(lián)接方式通過(guò)光路聯(lián)接，光輸入部位于整個(gè)裝置最前端，光線先經(jīng)光輸入部后入射到光強(qiáng)衰減裝置上，光強(qiáng)衰減裝置設(shè)置在控制部的角度旋轉(zhuǎn)部件上，控制部調(diào)節(jié)光線在光強(qiáng)衰減裝置上入射角度，光線在光強(qiáng)衰減裝置上經(jīng)衰減后，通過(guò)光輸出部輸出。 本發(fā)明用于光通訊和光信息處理等需要光強(qiáng)衰減的場(chǎng)合，也可用于精密測(cè)距、全息信息處理等需要對(duì)光束參數(shù)進(jìn)行控制的情況，同現(xiàn)有的常規(guī)技術(shù)相比較，其工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，消光比大，工作波長(zhǎng)范圍大，偏振靈敏度小，插入損耗小，無(wú)傳輸損耗。
文檔編號(hào)G02B6/26GK102645702SQ20101055310
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月22日
發(fā)明者欒曉健 申請(qǐng)人:大連兆陽(yáng)軟件科技有限公司