專利名稱：激光光纖移頻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種激光光纖移頻裝置，主要應(yīng)用于激光移頻，調(diào)制，激光開關(guān)等，光纖接入接出， 屬于光學(xué)調(diào)制類裝置。
背景技術(shù)：
聲光調(diào)制是一種外調(diào)制技術(shù)，通常把控制激光束強(qiáng)度變化的聲光器件稱作聲光調(diào)制器。聲光調(diào)制技術(shù)比光源的直接調(diào)制技術(shù)有高得多的調(diào)制頻率；與電光調(diào)制技術(shù)相比，它有更高的消光比(一般大于1000 1)，更低的驅(qū)動(dòng)功率，更優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性和更好的光點(diǎn)質(zhì)量以及低的價(jià)格；與機(jī)械調(diào)制方式相比，它有更小的體積、重量和更好的輸出波形，因此在激光相關(guān)實(shí)驗(yàn)和相關(guān)生產(chǎn)過程中經(jīng)常用到。然而，聲光調(diào)制器在移頻過程中，隨著移動(dòng)頻率的變化，調(diào)制后的激光方向會(huì)發(fā)生變化，在使用過程中，一旦調(diào)制頻率發(fā)現(xiàn)改變，調(diào)制后的激光方向就會(huì)隨之發(fā)生改變。傳統(tǒng)的雙通(Double Pass)光路可以解決這一矛盾，但其使用的平面反射鏡必須與入射光線嚴(yán)格垂直并與相鄰的雙面凸透鏡焦點(diǎn)嚴(yán)格重合，這些約束條件的限制使其在使用過程中很難達(dá)到理想效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種激光光纖移頻裝置，以解決上述激光方向隨調(diào)制頻率變化而變化的問題；解決了雙通光路在實(shí)際應(yīng)用中調(diào)節(jié)困難大，精度低的問題；該裝置應(yīng)具有使用方便、可靠性高和工作效率高的特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種激光光纖移頻裝置，其特點(diǎn)在于由第一光纖連接頭、第二光纖連接頭、第一非球面準(zhǔn)直透鏡、第二非球面準(zhǔn)直透鏡、偏振分光棱鏡、λ/4波片、聲光調(diào)制器、第一雙凸透鏡、光闌、第二雙凸透鏡、立方角反射鏡和外殼構(gòu)成，其位置關(guān)系如下在所述的外殼一端設(shè)置第二光纖連接頭，該第二光纖連接頭中軸線與裝置主光軸重合，在該外殼內(nèi)沿主光軸方向共光軸地依次設(shè)置第二非球面準(zhǔn)直透鏡、偏振分光棱鏡、 入/4波片、聲光調(diào)制器、第一雙凸透鏡、光闌、第二雙凸透鏡、立方角反射鏡，所述的光闌置于一維調(diào)整架上，所述的光闌的狹縫的中心位于所述的第一雙凸透鏡和第二雙凸透鏡的公共焦平面上，該調(diào)整架可調(diào)節(jié)的方向與所述的主光軸正交；所述的立方角反射鏡的角錐位于所述的第二雙凸透鏡的左焦點(diǎn)，所述的偏振分光棱鏡的分光界面與所述的主光軸成 45°，在所述的偏振分光棱鏡反射光方向并在所述的外殼的側(cè)面上設(shè)置第一光纖連接頭， 在該第一光纖連接頭和偏振分光棱鏡之間設(shè)置第一非球面準(zhǔn)直透鏡，所述的第一非球面準(zhǔn)直透鏡和所述的第二非球面準(zhǔn)直透鏡經(jīng)所述的偏振分光棱鏡、λ /4波片后在所述的聲光調(diào)制器上共焦點(diǎn)，所述的聲光調(diào)制器的調(diào)制晶體與主光軸的夾角為調(diào)制晶體的布喇格角，當(dāng)光纖插入并固定于所述的第二光纖連接頭中時(shí)，該光纖端面與所述的第二非球面準(zhǔn)直透鏡的焦平面重合，當(dāng)光纖插入并固定于所述的第一光纖連接頭時(shí)，該光纖端面與所述的第一
3非球面準(zhǔn)直透鏡的焦平面重合。所述的立方角反射鏡置于一維調(diào)整架上，該調(diào)整架可調(diào)節(jié)的方向與所述的主光軸正交。所述的聲光調(diào)制器的調(diào)制晶體為布喇格晶體。本發(fā)明的技術(shù)效果1、實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明可以通過對(duì)聲光調(diào)制器施加相應(yīng)的聲光調(diào)制頻率vm，獲得所需要的激光移頻。由第一光纖連接頭輸出的激光頻率為v = v0+2vffl,其中V(I為由第二光纖連接頭光纖輸入的激光頻率，Vm為聲光調(diào)制器的調(diào)制頻率， 其大小為vm = 2ve, ve為加在電聲換能器上的信號(hào)電壓的頻率。2、解決現(xiàn)有技術(shù)輸出激光方向隨調(diào)制頻率變化而變化的問題；解決了雙通光路在實(shí)際應(yīng)用中調(diào)節(jié)困難大和精度低的問題；3、本發(fā)明加上光纖接入接出的模塊化設(shè)計(jì)，使用方便，可靠性高，可大大提高工作效率。


圖1是本發(fā)明激光光纖移頻裝置一個(gè)實(shí)施例的光路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明激光光纖移頻裝置利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX計(jì)算得到的光路示意圖。
圖3是本發(fā)明激光光纖移頻裝置的光闌的剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。先請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明激光光纖移頻裝置一個(gè)實(shí)施例的光路結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見，本實(shí)施例激光光纖移頻裝置，由第一光纖連接頭1、第二光纖連接頭2、第一非球面準(zhǔn)直透鏡3、第二非球面準(zhǔn)直透鏡4、偏振分光棱鏡5、λ /4波片6、聲光調(diào)制器7、第一雙凸透鏡 8、光闌9、第二雙凸透鏡10、第一調(diào)整架11、立方角反射鏡12、第二調(diào)整架13和外殼14構(gòu)成，其位置關(guān)系如下在所述的外殼14 一端設(shè)置第二光纖連接頭2，該第二光纖連接頭2中軸線與裝置主光軸重合，在該外殼14內(nèi)沿主光軸方向共光軸地依次設(shè)置第二非球面準(zhǔn)直透鏡4、偏振分光棱鏡5、λ/4波片6、聲光調(diào)制器7、第一雙凸透鏡8、光闌9、第二雙凸透鏡10、立方角反射鏡12，所述的光闌9置于第一調(diào)整架11上，所述的光闌9的狹縫的中心位于所述的第一雙凸透鏡8和第二雙凸透鏡10的公共焦平面上，該調(diào)整架可調(diào)節(jié)的方向與所述的主光軸正交；所述的立方角反射鏡12的角錐位于所述的第二雙凸透鏡10的左焦點(diǎn)，所述的偏振分光棱鏡5的分光界面與所述的主光軸成45°，在所述的偏振分光棱鏡5反射光方向并在所述的外殼14的側(cè)面上設(shè)置第一光纖連接頭1，在該第一光纖連接頭1和偏振分光棱鏡5之間設(shè)置第一非球面準(zhǔn)直透鏡3，所述的第一非球面準(zhǔn)直透鏡3和所述的第二非球面準(zhǔn)直透鏡4 經(jīng)所述的偏振分光棱鏡5、λ /4波片6后在所述的聲光調(diào)制器7上共焦點(diǎn)，所述的聲光調(diào)制器7的調(diào)制晶體與主光軸的夾角為調(diào)制晶體的布喇格角，當(dāng)光纖插入并固定于所述的第二光纖連接頭2中時(shí)，該光纖端面與所述的第二非球面準(zhǔn)直透鏡4的焦平面重合，當(dāng)光纖插入并固定于所述的第一光纖連接頭1時(shí)，該光纖端面與所述的第一非球面準(zhǔn)直透鏡3的焦平
面重合。所述的立方角反射鏡12置于第二調(diào)整架13上，該調(diào)整架可調(diào)節(jié)的方向與所述的主光軸正交。所述的聲光調(diào)制器7的調(diào)制晶體為布喇格晶體。我們知道，聲光調(diào)制器是由聲光介質(zhì)、換能器、吸聲(或反射)裝置及驅(qū)動(dòng)電源等組成。當(dāng)在換能器上外加超高頻電壓時(shí)，從換能器發(fā)出的超聲波進(jìn)入聲光介質(zhì)，在聲光介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生周期性的應(yīng)變場，通過光彈效應(yīng)使介質(zhì)的折射率發(fā)生相應(yīng)的周期變化，其對(duì)光的作用猶如一組平面光柵，使之發(fā)生衍射。按照超聲波頻率和聲光介質(zhì)厚度的不同，將聲光作用可以分為兩種類型，即喇曼-奈斯衍射和布喇格衍射。喇曼-奈斯衍射適用于超聲波頻率較低且聲光介質(zhì)的厚度又比較小的情況；布喇格衍射適用于超聲波頻率較高且聲光介質(zhì)較厚時(shí)，入射光線以一定角度入射的情況。由于布喇格衍射更具有普遍性，本發(fā)明可根據(jù)用戶需要進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，當(dāng)需要喇曼-奈斯衍射時(shí)，選用適用于喇曼-奈斯衍射的聲光介質(zhì)，且入射角度為零；當(dāng)需要布喇格衍射時(shí)，采用適用于布喇格衍射的聲光介質(zhì)，入射角度可根據(jù)需要和現(xiàn)有技術(shù)知識(shí)計(jì)算得出。這里以布喇格型衍射為例進(jìn)行說明。在布喇格型衍射的情況下，聲光調(diào)制器與入射激光成一定特征角(布喇格角)時(shí)，相應(yīng)級(jí)數(shù)和衍射效率最大。聲光調(diào)制器理論及產(chǎn)品都非常成熟，這里不作詳細(xì)介紹。本實(shí)施例，利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX計(jì)算得到光路圖入圖2所示激光經(jīng)由固定于第二光纖連接頭2的光纖入射到裝置中，經(jīng)過第二非球面準(zhǔn)直透鏡4后平行射出。經(jīng)偏振分光棱鏡5透射后，經(jīng)過λ /4波片6，經(jīng)聲光調(diào)制器7衍射后，有一系列的衍射光，假定正一級(jí)衍射光是我們需要的，激光采用布拉格角入射，正一級(jí)光衍射效率達(dá)到最大，但零級(jí)光依然是存在的。正一級(jí)衍射光經(jīng)第一雙凸透鏡8后，會(huì)聚于第一雙凸透鏡8左焦平面上，零級(jí)光會(huì)聚于第一雙凸透鏡8左焦點(diǎn)上。通過第一調(diào)整架11調(diào)節(jié)光闌9的位置，使正一級(jí)衍射光通過光闌9的狹縫，見圖3。正一級(jí)光經(jīng)第二雙凸透鏡10后， 平行射向立方角反射鏡12，經(jīng)計(jì)算可知，正一級(jí)光中心與第二雙凸透鏡10光軸相交于焦點(diǎn)處，立方角反射鏡12角錐置于第二雙凸透鏡10左焦點(diǎn)上，正一級(jí)光經(jīng)立方角反射鏡12反射后，沿原路返回，經(jīng)第二雙凸透鏡10、第一雙凸透鏡8折射后，由聲光調(diào)制器7再次衍射， 原正一級(jí)的正一級(jí)衍射光與原入射激光方向一致，中心重合。此時(shí)的正一級(jí)衍射激光兩次經(jīng)過聲光調(diào)制器7調(diào)制，頻率變?yōu)棣?= v0+2vm,其中Vtl為由光纖入射激光頻率，Vffl為聲光調(diào)制器的調(diào)制頻率，其大小為Vm = 2ve, ve為加在電聲換能器上的信號(hào)電壓的頻率。由此可知，本發(fā)明可以通過對(duì)聲光調(diào)制器施加相應(yīng)的聲光調(diào)制頻率Vm，獲得所需要的激光移頻。這是本發(fā)明激光光纖移頻裝置的工作原理。激光第二次經(jīng)過λ /4波片6后，其偏振方向與原入射激光的偏振方向正交，經(jīng)偏振分光棱鏡5時(shí)被反射，該反射光經(jīng)第一非球面準(zhǔn)直透鏡3后，會(huì)聚在固定于第一光纖連接頭1的光纖端面的芯層中，耦合進(jìn)光纖輸出。這里的第二光纖連接頭2和第二非球面準(zhǔn)直透鏡4、第一光纖連接頭1和第一非球
5面準(zhǔn)直透鏡3可以用市面上成熟的光纖耦合頭產(chǎn)品代替。在使用過程中，可以根據(jù)用戶需要調(diào)制的頻率大小及聲光調(diào)制器型號(hào)計(jì)算得到光闌9狹縫的大小及空間位置，將光闌9直接固定于計(jì)算所得的位置，去掉第一調(diào)整架11。若是用戶在使用過程中需要的調(diào)制頻率變化比較大且對(duì)光纖輸出耦合效率要求較高時(shí)，則應(yīng)將所述的立方角反射鏡12置于設(shè)定第二調(diào)整架13，根據(jù)自身的實(shí)際使用條件微調(diào)立方角反射鏡的位置，以獲得最佳的光纖輸出耦合效率。
權(quán)利要求
1.一種激光光纖移頻裝置，其特征在于由第一光纖連接頭(1)、第二光纖連接頭O)、 第一非球面準(zhǔn)直透鏡(3)、第二非球面準(zhǔn)直透鏡G)、偏振分光棱鏡(5)、λ/4波片(6)、聲光調(diào)制器⑵、第一雙凸透鏡⑶、光闌(9)、第二雙凸透鏡(10)、第一調(diào)整架(11)、立方角反射鏡(12)第一調(diào)整架(和外殼(14)構(gòu)成，其位置關(guān)系如下在所述的外殼(14) 一端設(shè)置第二光纖連接頭O)，該第二光纖連接頭O)中軸線與裝置主光軸重合，在該外殼(14)內(nèi)沿主光軸方向共光軸地依次設(shè)置第二非球面準(zhǔn)直透鏡 (4)、偏振分光棱鏡(5)、λ/4波片(6)、聲光調(diào)制器(7)、第一雙凸透鏡(8)、光闌(9)、第二雙凸透鏡(10)、立方角反射鏡(12)，所述的光闌(9)置于第一調(diào)整架(11)上，所述的光闌 (9)的狹縫的中心位于所述的第一雙凸透鏡(8)和第二雙凸透鏡(10)的公共焦平面上， 該調(diào)整架可調(diào)節(jié)的方向與所述的主光軸正交；所述的立方角反射鏡(12)的角錐位于所述的第二雙凸透鏡(10)的左焦點(diǎn)，所述的偏振分光棱鏡(5)的分光界面與所述的主光軸成 45°，在所述的偏振分光棱鏡( 反射光方向并在所述的外殼(14)的側(cè)面上設(shè)置第一光纖連接頭(1)，在該第一光纖連接頭(1)和偏振分光棱鏡( 之間設(shè)置第一非球面準(zhǔn)直透鏡 (3)，所述的第一非球面準(zhǔn)直透鏡C3)和所述的第二非球面準(zhǔn)直透鏡(4)經(jīng)所述的偏振分光棱鏡(5)、λ/4波片(6)后在所述的聲光調(diào)制器(7)上共焦點(diǎn)，所述的聲光調(diào)制器(7)的調(diào)制晶體與主光軸的夾角為調(diào)制晶體的布喇格角，當(dāng)光纖插入并固定于所述的第二光纖連接頭(2)中時(shí)，該光纖端面與所述的第二非球面準(zhǔn)直透鏡(4)的焦平面重合，當(dāng)光纖插入并固定于所述的第一光纖連接頭(1)時(shí)，該光纖端面與所述的第一非球面準(zhǔn)直透鏡(3)的焦平面重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光光纖移頻裝置，其特征在于所述的立方角反射鏡(12) 置于一維調(diào)整架(1 上，該調(diào)整架可調(diào)節(jié)的方向與所述的主光軸正交。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光光纖移頻裝置，其特征在于所述的聲光調(diào)制器(7)的調(diào)制晶體為布喇格晶體。
全文摘要
一種激光光纖移頻裝置，由第一光纖連接頭、第二光纖連接頭、第一非球面準(zhǔn)直透鏡、第二非球面準(zhǔn)直透鏡、偏振分光棱鏡、λ/4波片、聲光調(diào)制器、第一雙凸透鏡、光闌、第二雙凸透鏡、第一調(diào)整架、立方角反射鏡和外殼構(gòu)成，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)的激光方向隨調(diào)制頻率變化而變化的問題，解決了雙通光路在實(shí)際應(yīng)用中調(diào)節(jié)困難大和精度低的問題。本發(fā)明具有使用方便，可靠性高和工作效率高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02F1/11GK102200652SQ20111009829
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者劉亮, 呂德勝, 屈求智, 汪斌, 趙劍波 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所