一种电光调制器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种电光调制器，涉及激光稳频领域。该电光调制器由两块磷酸钛氧钾晶体（2、5）、四块电极板（1、3、4、6）和绝缘基板（7）组成。通过两块磷酸钛氧钾晶体的形状、结构以及相互之间的位置关系，实现了光在磷酸钛氧钾晶体所有通光端面的布儒斯特角入射，进而降低反射损耗，并且反射光与入射光在空间上被显著地分离开来，避免标准具效应的产生。而采用两块晶体配合使用，可实现光束通过调制器后的无偏移传播。本发明的有益效果是，可以用于激光器高频频率噪声的压制，当水平偏振的光线以布儒斯特角入射时其插入损耗小，且无标准具效应。
【专利说明】一种电光调制器【技术领域】
[0001]本发明涉及激光稳频领域，可应用于激光器高频频率噪声的压制。
【背景技术】
[0002]在激光稳频领域，压电陶瓷与声光调制器常被用来作为频率修正器件。但某些激光器(如染料激光器)具有至MHz量级的高频频率噪声，压电陶瓷与声光调制器的响应带宽不能满足高频噪声的压制需求。而电光晶体的响应带宽可至MHz以上，可用来控制频率噪声中的高频部分。因此，在激光谐振腔内插入电光晶体调制器作为宽带反馈环路的执行机构，是压制激光器的高频频率噪声的有效手段。
[0003]一般而言，电光晶体的介电特性并非是各向同性的，可用主介电轴系统X-Y-Z来刻画晶体内部介电特性的各向异性。电光调制器的设计需考虑晶体中电场的方向、光的传播方向等，这些又依赖于电光晶体材料的切割方式，即晶体尺寸与晶体各端面在主介电轴系统中的空间取向。
[0004]目前，腔内电光调制器用于激光器高频频率噪声压制时，其通光端面与入射光传播方向近似垂直。这种方案有两点不足:1.当晶体插入腔内时，近似零度的入射角会带来一定的反射损耗，提高了激光器的出光阈值；2.光通过晶体时，会在晶体内部多次反射，这些反射光在空间中重合度较好，相互干涉产生标准具效应，易造成激光器输出光模式的不稳定。尽管在晶体通光面镀增透膜可以大大减小损耗与标准具效应，但现今对用于精密测量领域的激光器而言，微弱的干涉便能对整个激光器性能产生巨大的影响。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种电光调制器，该电光调制器由两块磷酸钛氧钾晶体、四块电极板和绝缘基板组成。本发明通过两块磷酸钛氧钾晶体的形状、结构以及相互之间的位置关系，实现了光在磷酸钛氧钾晶体所有通光端面的布儒斯特角入射，进而降低反射损耗，并且反射光与入射光在空间上被显著地分离开来，避免标准具效应的产生。而采用两块晶体配合使用，可实现光束通过调制器后的无偏移传播。本发明的有益效果是，可以用于激光器高频频率噪声的压制，当水平偏振的光线以布儒斯特角入射时其插入损耗小，且无标准具效应。
[0006]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种电光调制器由两块磷酸钛氧钾晶体、四块电极板和绝缘基板组成；第一磷酸钛氧钾晶体为长方体，两个通光端面均与Z轴平行，通光端面位于Y-Z平面绕Z轴逆时针旋转29.33°处，第一磷酸钛氧钾晶体的上下表面均与Z轴垂直，第一磷酸钛氧钾晶体的上、下表面用导电胶分别粘接第一电极板和第二电极板，第一电极板和第二电极板的边缘比第一磷酸钛氧钾晶体长方体的边缘长3毫米；第二磷酸钛氧钾晶体的形状、大小和结构均与第一磷酸钛氧钾晶体相同，第二磷酸钛氧钾晶体的上、下表面用导电胶分别粘接第三电极板和第四电极板，第三 电极板和第四电极板的边缘比第二磷酸钛氧钾晶体长方体的边缘长1~3毫米；第一电极板和第四电极板用导线连接，第二电极板和第三电极板用导线连接；第一磷酸钛氧钾晶体的Z轴与第二磷酸钛氧钾晶体的Z轴方向相反，两个磷酸钛氧钾晶体的通光端面夹角呈121.34°，两个磷酸钛氧钾晶体的位置关于这两个晶体通光端面夹角的角平分线对称；第一电极板与第三电极板的最小距离以及第二电极板与第四电极板的最小距离均为f 10毫米；第一磷酸钛氧钾晶体的第二电极板与第二磷酸钛氧钾晶体的第四电极板均固定在绝缘基板上。
[0007]本发明通过两块磷酸钛氧钾晶体的形状、结构以及相互之间的位置关系，实现了光在磷酸钛氧钾晶体所有通光端面的布儒斯特角入射，进而降低反射损耗，并且反射光与入射光在空间上被显著地分离开来，避免标准具效应的产生。而采用两块晶体配合使用，可实现光束通过调制器后的无偏移传播。根据磷酸钛氧钾(KTP)晶体的折射率可知光从空气介质入射到磷酸钛氧钾(KTP)晶体的布儒斯特角为60.67°，若光束以此角度入射，则在本发明的四个折射率分界面处，入射角都为该处的布儒斯特角。对于水平偏振的激光，理想情况下反射率等于零，故此设计实现了反射损耗小的目的。且在晶体内部，多次反射的光线在空间上被显著地分离开，破坏了干涉的产生条件，因此也不会存在标准具效应。
[0008]本发明的有益效果是，可以用于激光器高频频率噪声的压制，当水平偏振的光线以布儒斯特角入射时其插入损耗小，且无标准具效应。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1本发明的结构示意图。
[0010]其中:1为第一电极板、3为第二电极板、4为第三电极板、6为第四电极板、2为第一磷酸钛氧钾(KTP)晶体、5为第二磷酸钛氧钾(KTP)晶体；7为绝缘基板。
[0011]图2将本发明的一种电光调制器 用于染料激光器环形谐振腔的结构示意图。
[0012]其中:8为泵浦镜，9为 染料喷流，10和11为凹面镜，12、16、18和20为平面镜，13、17、19和21为压电陶瓷，14为双折射滤光片，15为厚标准具，22为布儒斯特窗，23为法拉第旋光器，24为薄标准具,25为本发明的一种电光调制器。
[0013]图3本发明的一种电光调制器位于染料激光器环形谐振腔中时光线经过第一磷酸钛氧钾(KTP)晶体2和第二磷酸钛氧钾(KTP)晶体5时的轨迹示意图。
[0014]图4激光频率噪声谱。
[0015]其中:曲线I为自由运转情况下激光的频率噪声；曲线2为压电陶瓷作为执行机构时锁频后的环内频率噪声；曲线3为压电陶瓷与本发明共同作为执行机构时锁频后的环内频率噪声。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图，对本发明作进一步的说明。
[0017]实施例一
由图1可知，一种电光调制器由两块磷酸钛氧钾晶体2和5，四块电极板1、3、4和6及绝缘基板7组成；第一磷酸钛氧钾晶体2为长方体，两个通光端面均与Z轴平行，通光端面位于Y-Z平面绕Z轴逆时针旋转29.33°处，第一磷酸钛氧钾晶体2的上下表面均与Z轴垂直，第一磷酸钛氧钾晶体2的上、下表面用导电胶分别粘接第一电极板I和第二电极板3，第一电极板I和第二电极板3的边缘比第一磷酸钛氧钾晶体2长方体的边缘长f 3毫米；第二磷酸钛氧钾晶体5的形状、大小和结构均与第一磷酸钛氧钾晶体2相同，第二磷酸钛氧钾晶体5的上、下表面用导电胶分别粘接第三电极板4和第四电极板6，第三电极板4和第四电极板6的边缘比第二磷酸钛氧钾晶体5长方体的边缘长f 3毫米；第一电极板I和第四电极板6用导线连接，第二电极板3和第三电极板4用导线连接；第一磷酸钛氧钾晶体2的Z轴与第二磷酸钛氧钾晶体5的Z轴方向相反，两个磷酸钛氧钾晶体的通光端面夹角呈121.34°，两个磷酸钛氧钾晶体的位置关于这两个晶体通光端面夹角的角平分线对称;第一电极板I与第三电极板4的最小距离以及第二电极板3与第四电极板6的最小距离均为1~10毫米；第一磷酸钛氧钾晶体2的第二电极板3与第二磷酸钛氧钾晶体5的第四电极板6均固定在绝缘基板7上。
[0018]从第一电极板(I)与第三电极板(4)各引出一根导线，这两根导线作为腔内电光调制器的电压输入端。当输入电压周期性变化时，磷酸钛氧钾晶体的折射率也会周期性的改变。
[0019]在图2中，在染料激光器正常工作情况下，将本发明插入激光器环形谐振腔中，调整其位置与角度使激光振荡重新出现，再微调电光调制器的角度，使其通光端面的反射光达到最弱，然后将其位置固定。由于该染料激光器的光近似水平偏振，此时光在晶体通光端面的入射角即为布儒斯特角。则根据本发明的几何设计，如图3所示，在本发明的四个折射率分界面处，入射角都为该处的布儒斯特角。对于水平偏振的激光，理想情况下反射率等于零，故此设计实现了反射损耗小的目的。且在晶体内部，多次反射的光线在空间上被显著地分离开，破坏了干涉的产生条件，因此也不会存在标准具效应。
[0020]图2是将本发明的一种电光调制器用于染料激光器环形谐振腔的结构示意图。泵浦镜8将外部注入的泵浦光反射到作为增益介质的染料喷流9上。凹面镜10和11与平面镜12、16、18和20 —同组成环形谐振腔。激光器的单模运转是靠双折射滤光片14、薄标准具24和厚标准具15三级选模器件来实现的。法拉第旋光器23保证了腔内光场的单向运转。布儒斯特窗22可使激光器实现约30GHz范围的连续频率调谐。平面腔镜12、16、18和20分别粘在压电陶瓷13、17、19和21上，这些压电陶瓷可以作为稳频系统的频率校正器件。电光调制器25采用本发明的一种电光调制器。其中压电陶瓷13、17和21尺寸较大，响应带宽约为100Hz，频率调整的动态范围可达2GHz，主要负责修正激光频率的大范围缓慢漂移；压电陶瓷19尺寸较小，响应带宽约为10kHz，负责中等频率的激光频率噪声。而IOkHz以上的频率噪声则依靠腔内本发明的一种电光调制器25来压制。
[0021]压制频率噪声的方法为:利用光学与电子学的手段获得频率误差信号，将误差信号进行放大后作为控制电压送至频率校正器件进行稳频。稳频时可以采用两种方式，一种方式是只用压电陶瓷作为反馈环路的执行机构，控制电压加到压电陶瓷上，会改变压电陶瓷的伸长量，直接改变谐振腔的腔长，进而激光器的输出光频率得到校正；另一种方式是用压电陶瓷与本发明共同作为执行机构，除了压电陶瓷控制环路外，另有一路控制电压反馈至本发明电压输入端，改变晶体的折射率，谐振腔的光学长度(光程)随之改变，进而激光器的输出光频率得到校正。由于电光晶体的响应带宽较高，可以弥补压电陶瓷对高频噪声抑制能力的不足。
[0022]图4给出了三种情况下的激光频率噪声谱。曲线I为自由运转情况下激光的频率噪声，反映了激光器固有的频率噪声特性；曲线2为压电陶瓷作为执行机构时锁频后的环内频率噪声，测量结果表明压电陶瓷作为执行机构时对IOkHz以下的频率噪声具有压制作用；曲线3为压电陶瓷与本发明共同作为执行机构时锁频后的环内频率噪声，与曲线2所示的情况相比，本发明可提供更高的反馈控制带宽，其中100Hz-50kHz范围内的噪声进一步减小了约4/5。
【权利要求】
1.一种电光调制器，其特征在于，该电光调制器由两块磷酸钛氧钾晶体(2、5)、四块电极板(1、3、4、6)和绝缘基板(7)组成；第一磷酸钛氧钾晶体(2)为长方体，两个通光端面均与Z轴平行，通光端面位于Y-Z平面绕Z轴逆时针旋转29.33°处，第一磷酸钛氧钾晶体(2)的上下表面均与Z轴垂直,第一磷酸钛氧钾晶体(2 )的上、下表面用导电胶分别粘接第一电极板(I)和第二电极板(3)，第一电极板(I)和第二电极板(3)的边缘比第一磷酸钛氧钾晶体(2)长方体的边缘长1~3毫米；第二磷酸钛氧钾晶体(5)的形状、大小和结构均与第一磷酸钛氧钾晶体(2)相同，第二磷酸钛氧钾晶体(5)的上、下表面用导电胶分别粘接第三电极板(4)和第四电极板(6)，第三电极板(4)和第四电极板(6)的边缘比第二磷酸钛氧钾晶体(5)长方体的边缘长广3毫米；第一电极板(I)和第四电极板(6)用导线连接，第二电极板(3)和第三电极板(4)用导线连接；第一磷酸钛氧钾晶体(2)的Z轴与第二磷酸钛氧钾晶体(5)的Z轴方向相反，两个磷酸钛氧钾晶体的通光端面夹角呈121.34°，两个磷酸钛氧钾晶体的位置关于这两个晶体通光端面夹角的角平分线对称；第一电极板(I)与第三电极板(4)的最小距离以及第二电极板(3)与第四电极板(6)的最小距离均为f10毫米；第一磷酸钛氧钾晶体(2)的第二电极板(3)与第二磷酸钛氧钾晶体(5)的第四电极板(6)均固定在绝缘基板(7)上。
【文档编号】G02F1/03GK103676218SQ201310669169
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】王春, 刘芳, 李刘锋, 陈李生 申请人:中国科学院武汉物理与数学研究所