专利名称：调制被控激光光束相位的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光通信技术领域，特别涉及一种调制被控激光光束相位的装置。
背景技术：
为了解决目前高速、大容量通信网络以及光网络中电子开关对网络容量的升级限 制，光开关逐渐成为人们关注的对象。较早的电光开关、热光开关、磁光开关等开关速度较 慢，不能满足全光网络的要求，故实现全光开关对未来光通信是必要的。而通过控制入射光 的相位来实现光开关功能是制造全光开关的有效途径之一。声光调制器对光束进行调制具有优良的温度稳定性和良好的光点质量以及低的 价格，并且与机械调制方式相比，它具有更小的体积、重量和更好的输出波形，但是其转换 效率很低，并且需要设计与驱动电路相匹配的声光相位调制器；体调制器虽然能够有效地 对光束相位进行调制，但是需要在晶体两端施加相当高的电压来改变晶体的光学性质，这 就使通过的光波受到了限制；光波导相位调制器虽然将光波导限制在微米量级的光波导 中，并使其沿一定的方向传播，但是其两端同样需要施加相当高的电压，而且晶体本身的色 散严重，故对系统本身的色散匹配提出了很高的要求。而利用KTP晶体在飞秒激光脉冲作 用下的灰迹特性调制被控激光光束相位，可以使光交换和光路完全在光域范围内实现，可 明显地缩短开关时间。KTP晶体的灰迹现象使灰迹区域的折射率出现空间分布，从而使通过此区域的被 控激光光束相位在空间发生变化。当照射在KTP晶体上的飞秒激光脉冲的峰值功率密度和 重复频率不同时，KTP晶体中飞秒激光辐照区激发的灰迹密度也不同，这就意味着KTP晶体 中飞秒激光辐照区的折射率的空间变化不同，经过此区域的光束的相位变化也不同。同时 KTP晶体灰迹具有可回复特性，这就使得利用KTP晶体的灰迹特性实现相位控制具有可重 复操作性。故可以利用KTP晶体的这种特性实现快速全光相位控制。当高强度激光与KTP晶体相互作用时，由于多光子电离、隧道电离、雪崩电离等非 线性过程产生大量电子-空穴对，当电子或空穴被晶体本身缺陷捕获时形成色心，色心大 量吸收入射光的能量，在光行进的路径上表现为一条灰色的暗迹，即灰迹，经长时间的放置 或高温退火此灰迹可消失。灰迹的出现使KTP晶体中飞秒激光辐照区的折射率发生变化， 从而使经过激光辐照区的被控激光光束相位发生变化。入射激光的峰值功率密度、重复频 率，以及聚焦半径直接影响灰迹密度，灰迹密度直接决定了被控激光光束的相位变化。入射 激光的峰值功率密度、重复频率越高，灰迹密度越高，被控激光光束相位变化越大，而入射 飞秒激光聚焦半径越小，灰迹密度越高，相位变化越大。因此，如能提供一种装置，通过高强 度激光与KTP晶体相互作用时产生的灰迹特性来实现调制被控激光光束的相位，这正是本 实用新型的任务所在。
发明内容本实用新型的目的正是在于克服现有技术中所存在的缺陷与不足，提供一种调制被控激光光束相位的装置。该装置就是高强度飞秒激光脉冲与KTP晶体相互作用时，产生 的非线性效应引起的灰迹现象使KTP晶体中飞秒激光辐照区域的折射率发生变化，通过控 制折射率的变化来调制被控激光光束的相位；并采用环路径向剪切干涉装置在线监测被控 激光光束相位的变化，并将干涉条纹数据传送给计算机控制系统，计算机控制系统对接收 数据进行处理并实时输出被控激光光束的相位，从而达到实现相位开关的目的。本实用新型的目的是通过以下措施构成的技术方案来实现的。 本实用新型所述调制被控激光光束相位的装置，利用该装置中飞秒激光与KTP晶 体相互作用产生的灰迹现象使KTP晶体中飞秒激光辐照区域的折射率发生变化，通过控制 折射率变化来调制被控激光光束的相位；该装置包括飞秒激光器，第一分光镜、第二分光镜 和第三分光镜，能量计，第一透镜，第二透镜和第三透镜，被控激光光束，KTP晶体，滤光片， 第一全反射镜和第二全反射镜，CCD,同步控制器，路由器和计算机控制系统；从飞秒激光器 出射的飞秒激光脉冲经第一分光镜分光后，一束入射到能量计，一束经第一透镜聚焦进入 KTP晶体，被控激光光束经第二分光镜后与飞秒激光共路进入KTP晶体，透过KTP晶体的光 经滤光片后飞秒激光脉冲几乎被全部滤掉，透过的被控激光光束经第三分光镜分光后，一 束经第二透镜和第一全反射镜被扩束，一束经第三透镜和第二全反射镜被缩束，扩束的光 和缩束的光在重叠区域相干，由CCD实时记录干涉条纹，将记录的数据送给计算机控制系 统实时处理，计算机控制系统根据处理的数据和用户的实际需求控制飞秒激光脉冲的峰值 功率密度、重复频率以及飞秒激光脉冲的开关；所述同步控制器分别与飞秒激光器、能量计、被控激光光束、CCD和计算机控制系 统连接，路由器分别与能量计、CCD和计算机控制系统连接，并将各自测得的数据传给计算 机控制系统进行处理并实时输出被控激光光束的相位。上述技术方案中，由所述第三分光镜，第一全反射镜和第二全反射镜，第二透镜和 第三透镜及CXD构成环路径向剪切干涉装置用以在线监测被控激光光束相位的变化，并将 测得数据送给计算机控制系统实时处理；上述技术方案中，所述飞秒激光器的脉宽不得大于lOOfs。上述技术方案中，所述CXD为光电探测器。本实用新型所述环路径向剪切干涉装置担负在线监测被控激光光束相位的变化。 在该装置中，不同焦距的第二透镜和第三透镜和两个对被控激光光束高反的第一全反射镜 和第二全反射镜组成环路开普勒望远镜系统，第三分光镜将被控激光光束分成两束，一束 沿顺时针方向通过开普勒望远镜系统形成扩大光束，另一束沿逆时针方向反向通过开普勒 望远镜系统形成缩小光束，扩大光束和缩小光束同时通过第三分光镜并在重叠的区域形成 干涉条纹；由CCD记录此干涉条纹，并将记录的条纹信息传送给计算机控制系统；计算机控 制系统对接收到的信息进行相应的处理并输出被调制的相位结果。由于所述环路径向剪切 干涉装置是共路系统，排除了机械不稳定性和外部微扰带来的影响，测量结果准确，其测量 结果反馈给飞秒激光器，为精确调制被控激光光束的相位提供了可靠保障。并根据处理结 果和用户的实际需要控制飞秒激光脉冲的峰值功率密度、重复频率以及飞秒激光脉冲的开 关，从而实现相位开关的目的。本实用新型的调制被控激光光束相位的装置具有以下有益技术效果1、本实用新型所述调制被控激光光束相位装置，是利用装置中飞秒激光与KTP晶体的灰迹现象，能够快速改变被控激光光束的相位，同时也能快速的切断被控激光光束的 相位改变，从而提高了被控激光光束相位调制速度，为全光网络相位调制提供了一种行之 有效的装置。2、本实用新型所述调制被控激光光束相位的装置中还利用环路径向剪切干涉装 置在线监测被控激光光束的相位变化，并把测量结果反馈给计算机控制系统实时处理，根 据处理的结果及用户的实际需要控制飞秒激光脉冲的峰值功率密度和重复频率，因而大大 提高了控制精度，而且操作方便、简单。3、本实用新型所述的环路径向剪切干涉装置由于为共路系统，排除了机械不稳定 性和外部微扰带来的影响，其测量结果准确，将其测量结果反馈给飞秒激光器，为精确控制 被控激光光束的相位提供了可靠保障，为实现全光网络奠定了基础。4、本实用新型所述调制被控激光光束相位的装置，它不仅能实时调制脉冲激光的 相位，而且还能实时调制连续光的相位。
图1为本实用新型调制被控激光光束相位装置的结构示意图；图2是图1中在线监测被控激光光束相位变化的环路径向剪切干涉装置的结构示 意图；图3是本实用新型所用飞秒激光脉冲不同功率时，被控激光光束在飞秒激光脉冲 打开、照射和断开过程中相位变化随时间的变化曲线；图4是本实用新型所用飞秒激光脉冲不同重复频率时，被控激光光束在飞秒激光 脉冲打开、照射和断开过程中相位变化随时间的变化曲线；图5是本实用新型所用飞秒激光照射过程中被控激光光束相位变化的空间分布 示意图。图中，1-飞秒激光器，2-第一分光镜，3-能量计，4-第一透镜，5-第二分光镜， 6-被控激光光束，7-KTP晶体，8-滤光片，9-第三分光镜，10-第二透镜，11_第一全反射镜， 12-第二全反射镜，13-第三透镜，14-CXD，15-同步控制器，16-路由器，17-计算机控制系 统。
具体实施方式
以下结合附图，并通过具体实施例对本实用新型所述装置作进一步详细说明，但 它仅用于说明本实用新型的一些具体的实施方式，而不应理解为对本实用新型保护范围的 任何限定。本实用新型调制被控激光光束相位的装置如图1所示，图1中，从飞秒激光器1出 射的飞秒激光脉冲经第一分光镜2分光后，一束入射到能量计3，一束经第一透镜4聚焦进 入KTP晶体7，被控激光光束6经第二分光镜5后与飞秒激光共路进入KTP晶体7，透过KTP 晶体7的光经滤光片8后飞秒激光脉冲几乎被全部滤掉，透过的被控激光光束6经第三分 光镜9分光后，一束经第二透镜10和第一全反射镜11被扩束，一束经第三透镜13和第二 全反射镜12被缩束，扩束的光和缩束的光在重叠区域干涉，由CCD14实时记录干涉条纹，将 记录的干涉条纹数据送给计算机控制系统17实时处理，计算机控制系统17再根据处理的数据和用户的实际需求控制飞秒激光脉冲的峰值功率密度、重复频率以及飞秒激光脉冲的 开关。图1中同步控制器15分别与飞秒激光器1、能量计3、被控激光光束6、CXD 14和 计算机控制系统17连接，当给飞秒激光器1触发信号使其工作时，KTP晶体7中飞秒激光 脉冲辐照区域的折射率在空间上发生变化，打开飞秒激光器1的同时触发打开被控激光光 束6和CXD 14。路由器16分别与能量计3、CXD 14和计算机控制系统17连接，并将测得 的数据传送给计算机控制系统17，计算机控制系统17对接收到的数据进行处理并实时输 出被控激光光束6的相位。图2中，由第三分光镜9，第一全反射镜11和第二全反射镜12，第二透镜10和第 三透镜13及CXD 14构成环路径向剪切干涉装置，采用该环路径向剪切干涉装置在线监测 被控激光光束相位的变化，并将测得数据信息送给计算机控制系统实时处理。该环路径向 剪切干涉装置具有高机械稳定性、抗干扰能力、高精度测量以及在线实时监测能力。本实用新型调制被控激光光束相位的装置，其特点是利用装置中飞秒激光与KTP 晶体相互作用时，非线性现象引起的灰迹现象改变飞秒激光辐照区的折射率，通过控制折 射率变化调制被控激光光束的相位。而灰迹引起的KTP晶体的折射率变化为
权利要求一种调制被控激光光束相位的装置，其特征在于该装置包括飞秒激光器(1)，第一分光镜(2)，第二分光镜(5)和第三分光镜(9)，能量计(3)，第一透镜(4)，第二透镜(10)和第三透镜(13)，被控激光光束(6)，KTP晶体(7)，滤光片(8)，第一全反射镜(11)和第二全反射镜(12)，CCD(14)，同步控制器(15)，路由器(16)和计算机控制系统(17)；所述同步控制器(15)分别与飞秒激光器(1)、能量计(3)、被控激光光束(6)、CCD(14)和计算机控制系统(17)连接，路由器(16)分别与能量计(3)、CCD(14)和计算机控制系统(17)连接，并将测得的数据传给计算机控制系统，计算机控制系统对接收到的数据进行处理并实时输出被控激光光束的相位。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于由所述第三分光镜(9)，第一全反射镜(11) 和第二全反射镜(12)，第二透镜(10)和第三透镜(13)及CCD(14)构成环路径向剪切干 涉装置用以在线监测被控激光光束相位的变化，并将测得数据送给计算机控制系统实时处 理。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述飞秒激光器(1)的脉宽为 5-100fs。
4.根据权利要求1或2或3所述的装置，其特征在于所述CCD(14)为光电探测器。
专利摘要本实用新型涉及一种调制被控激光光束相位的装置，属于光通信技术领域。该装置包括飞秒激光器，第一分光镜、第二分光镜和第三分光镜，能量计，第一透镜，第二透镜和第三透镜，被控激光光束，KTP晶体，滤光片，第一全反射镜和第二全反射镜，CCD，同步控制器，路由器和计算机控制系统；所述同步控制器分别与飞秒激光器、能量计、被控激光光束、CCD和计算机控制系统连接，路由器分别与能量计、CCD和计算机控制系统连接，并将测得的数据传给计算机控制系统，计算机控制系统对接收到的数据进行处理并实时输出被控激光光束的相位。
文档编号G02F1/35GK201766282SQ201020238559
公开日2011年3月16日 申请日期2010年6月28日 优先权日2010年6月28日
发明者冯国英, 张秋慧, 杜永兆 申请人:四川大学