本發(fā)明涉及光纖傳感、光纖通信、激光加工、醫(yī)療、軍事、科學(xué)研究領(lǐng)域，尤其是作為光纖激光器核心器件的一種低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代光纖傳感、光纖通信、激光加工、醫(yī)療、軍事、科學(xué)研究等領(lǐng)域，低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)是一種關(guān)鍵元器件。電光調(diào)Q是利用晶體的電光效應(yīng)，在加有一階躍遷電壓情況下入射光偏振態(tài)發(fā)生改變，調(diào)節(jié)激光器諧振腔的損耗，控制光能累積、釋放。將一般輸出的連續(xù)或脈沖激光能量壓縮到寬度極窄的脈沖中發(fā)射，大大提高光源的峰值功率。但是目前常規(guī)的電光調(diào)Q開關(guān)體積大、頻率低，且半波電壓比較高，需要幾千伏的高壓脈沖驅(qū)動(dòng)，對(duì)其他電子線路易造成干擾。另外單一電光開關(guān)容易關(guān)不死，電源開關(guān)時(shí)間不對(duì)稱，打開時(shí)間短則關(guān)閉時(shí)間長(zhǎng)，關(guān)閉時(shí)間短則打開時(shí)間長(zhǎng)，開關(guān)速度慢，使得消光比低，峰值功率上不去。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、頻率高、驅(qū)動(dòng)電壓低、開關(guān)速度都很快、并能獲得很高的消光比且脈寬可調(diào)的透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)由第一低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)光組件3和第二低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)光組件4串聯(lián)在一起。

第一低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)3與第二低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)4通過(guò)光闌5自由空間連通，此處光闌也可換用兩個(gè)光纖準(zhǔn)直器組進(jìn)行連接。

所述的第一低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)3包括第一光纖準(zhǔn)直器1、第一雙折射晶體10、帶電極的第一電光晶體11和第二雙折射晶體12；重復(fù)頻率1Hz-100KHz固定或可調(diào)；壓降時(shí)間小于10ns，典型值為5-8ns，第一電光晶體長(zhǎng)高比經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，其工作電壓小于1500V，典型值為500V-900V，可承受幾瓦連續(xù)或脈沖高功率激光。

所述的第二低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)4包括第三雙折射晶體13、帶電極的第二電光晶體14、第四雙折射晶體15和第二光纖準(zhǔn)直器2，重復(fù)頻率1Hz-100KHz固定或可調(diào)；上升時(shí)間小于10ns，典型值為5-8ns，第二電光晶體長(zhǎng)高比經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，其工作電壓小于1500V，典型值為500V-900V，可承受幾瓦連續(xù)或脈沖高功率激光。

第一低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)3的正電極和負(fù)電極分別與退壓控制電源7的正負(fù)電極相連；第二低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)4的正電極和負(fù)電極，分別與升壓控制電源8的正負(fù)極相連。

升壓控制電源與退壓控制電源，由延遲電路板9控制信號(hào)延遲時(shí)間，控制兩電源輸出電壓信號(hào)頻率相同并有延遲，延遲時(shí)間在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。

優(yōu)選的，兩電源電壓根據(jù)電光晶體的長(zhǎng)厚比可以相同，也可以不同，頻率相同。

優(yōu)選的，低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)兩側(cè)由第一單纖準(zhǔn)直器尾纖1輸入和第三單纖準(zhǔn)直器尾纖2輸出。

優(yōu)選的，所述的單纖準(zhǔn)直器的尾纖可以是普通單纖、多模光纖、雙包層光纖、保偏光纖。

優(yōu)選的，低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)能夠承受幾瓦連續(xù)或脈沖高功率激光，重復(fù)頻率1Hz-100KHz固定或可調(diào)；打開和關(guān)閉時(shí)間對(duì)稱且都很短，開關(guān)時(shí)間小于10ns，典型值為5-8ns，脈寬在5ns-100ms很寬的范圍內(nèi)任意連續(xù)可調(diào)或固定。

優(yōu)選的，退壓控制電源、升壓控制電源和延遲電路控制板可以用將三者集成到一起的電源替代。為方便論述，此處用一套升壓電源和一套退壓電源，用延時(shí)電路控制兩電源的信號(hào)延遲時(shí)間為例闡述具體實(shí)施方式。

由于采用了上述方案，本發(fā)明提供的高消光比的低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)間都比較短，典型時(shí)間5ns-8ns，消光比高>28dB，脈寬5ns-100ms可調(diào)，開關(guān)的頻率在1Hz-100kHz可調(diào)，半波電壓在小于1500V，典型值為500V-900V，大大降低了高電壓對(duì)產(chǎn)品的電磁影響和熱效應(yīng)，提高了產(chǎn)品的可靠性，降低了成本，同時(shí)小尺寸光纖在線式封裝結(jié)構(gòu)，大大提升了產(chǎn)品靈活性和應(yīng)用范圍。在結(jié)構(gòu)和性能上都有很大的優(yōu)越性，廣泛應(yīng)用于光纖傳感、光纖通信、激光加工、醫(yī)療、軍事、科學(xué)研究等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1是一種低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是第一低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是第二低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是電源信號(hào)與透射光功率關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)由第一低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)3和第二低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)4串聯(lián)在一起；第一低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)3的正電極和負(fù)電極分別與退壓控制電源7的正負(fù)電極相連；第二低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)4的正電極和負(fù)電極，分別與升壓控制電源8的正負(fù)極相連；升壓控制電源與退壓控制電源由延遲電路板9控制信號(hào)延遲時(shí)間。

具體實(shí)施時(shí)，將第一低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)3和一個(gè)第二低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)4固定在固定殼體6內(nèi)，兩個(gè)調(diào)Q開關(guān)的正負(fù)極引線從殼體內(nèi)引出，分別與兩控制電源的正負(fù)極連接。

如圖2所示，一束光從入射光纖1進(jìn)入低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)，在t1時(shí)間內(nèi)，第一低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)上加有半波電壓，處于第一Q開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)第二低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)一直處于零電壓狀態(tài)，處于導(dǎo)通狀態(tài)，但兩者串聯(lián)，一關(guān)全關(guān)，整個(gè)低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，消光比最高，參與形成的諧振腔內(nèi)損耗最大。

在t2時(shí)間的開始瞬間，第一低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)的半波電壓瞬間退去，光路打開，光可以從第一低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)入射到第二低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)內(nèi)，此時(shí)第二低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)仍處于零電壓狀態(tài)，光路仍處于打開狀態(tài)，使得整個(gè)低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)完全導(dǎo)通，在光纖激光器系統(tǒng)中參與形成的諧振腔損耗最小，從而能夠形成諧振蕩，產(chǎn)生激光輸出。

在t3時(shí)間內(nèi)，第一低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)仍處于零電壓狀態(tài)或者開始慢慢升高，此時(shí)光仍然可以從第一低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)通過(guò)；但在t3時(shí)間開始時(shí)的瞬間，第二低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)電壓瞬間增大至半波電壓，使得第二低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)瞬間截止，光無(wú)法從中通過(guò)。使得整個(gè)低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)光路處于關(guān)閉狀態(tài)，消光比最高，參與形成的諧振腔內(nèi)損耗最大。

在t4時(shí)間內(nèi)，第一低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)被加上半波電壓，使其處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)第二低電壓退壓透射式光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)的半波電壓開始退去，使其慢慢開始導(dǎo)通，但兩個(gè)開關(guān)效果疊加，使得整個(gè)低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，消光比達(dá)到最高，參與形成的諧振腔內(nèi)損耗最大。

在t3時(shí)間后，低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)完成了一個(gè)開關(guān)周期，再次進(jìn)入下一周期的t1時(shí)間。

其中t2時(shí)間可以通過(guò)延時(shí)控制電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且在退壓電源的脈寬范圍內(nèi)任意連續(xù)可調(diào)。同時(shí)退壓電源和升壓電源自身的頻率可以從1Hz-100kHz任意加載，所以退壓電源和升壓電源的脈寬也可以在1s-10μs范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)定。所以，理論上根據(jù)退壓電源脈寬和延時(shí)電路的最小延時(shí)精度，t2時(shí)間可以在1ns-1s甚至更寬的范圍內(nèi)任意連續(xù)可調(diào)或固定?？紤]延時(shí)電路的實(shí)際延時(shí)精度和范圍，以及實(shí)際應(yīng)用角度，我們實(shí)際控制t2時(shí)間的典型值為1ns-1ms。即低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)的脈寬可以在1ns-1ms范圍內(nèi)任意連續(xù)可調(diào)或固定。

為將所需位置固定，將連接好光路的低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)封裝在模塊盒內(nèi)，露出的電極導(dǎo)線分別與相應(yīng)的電源電極相連，為對(duì)初步封裝件起更好保護(hù)作用，可根據(jù)需要將低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)、升壓電源、退壓電源和延時(shí)控制電路再次做外部封裝。

本發(fā)明提供的高消光比的低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)克服了單一電光開關(guān)關(guān)不死、電源開關(guān)時(shí)間不對(duì)稱和開關(guān)速度慢問題，其開關(guān)時(shí)間都可以極短，典型時(shí)間5ns-8ns，大大提高了電光調(diào)Q開關(guān)的消光比，消光比高>28dB，提高了激光峰值功率。同時(shí)低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)的脈寬可以在任意范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，本發(fā)明的脈寬典型值為5ns-100ms。

本發(fā)明提供的高消光比的低電壓透射式脈寬可調(diào)光纖在線電光調(diào)Q開關(guān)，調(diào)制頻率高且在1Hz-100KHz內(nèi)可調(diào)，是常規(guī)電光調(diào)Q幾十Hz到幾千Hz調(diào)制頻率的幾十倍到幾百倍；半波電壓在小于1500V，典型值為500V-900V，遠(yuǎn)低于常規(guī)電光調(diào)Q的3000V-4000V的驅(qū)動(dòng)電壓；大大降低了高電壓對(duì)產(chǎn)品的電磁影響和熱效應(yīng)，提高了產(chǎn)品的可靠性，降低了成本；同時(shí)脈寬在5ns-100ms很寬的范圍內(nèi)可調(diào)；且小尺寸光纖在線式封裝結(jié)構(gòu)，都大大提升了產(chǎn)品靈活性和應(yīng)用范圍。在結(jié)構(gòu)和性能上都有很大的優(yōu)越性，作為脈沖激光器的核心器件廣泛應(yīng)用于光纖傳感、光纖通信、激光加工、醫(yī)療、軍事、科學(xué)研究等領(lǐng)域。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。