一种尾纤耦合型声光可调滤光装置的制造方法

文档序号:10637823阅读:256来源:国知局
一种尾纤耦合型声光可调滤光装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种尾纤耦合型声光可调滤光装置,包括安装外壳、输入光纤准直器、第一偏振元件、匹配电路板、高频插座、声光晶体、第二偏振元件和输出光纤准直器;输入光纤准直器和输出光纤准直器分别固定于外壳安装腔内;第一偏振元件、第二偏振元件只能让偏振方向沿其主轴方向的光通过。声光晶体由声光介质、压电换能器、金属膜系、金属电极图形和吸声体组成,声光介质第一光学面为入射面并与换能器安装面呈特定夹角α,输入光纤准直器和第一偏振元件位于声光晶体同侧,输出光纤准直器和第二偏振元件位于声光晶体相同的另一侧。本发明可以在小的压电换能器尺寸下实现大的声光互作用长度,从而实现高的衍射效率和光谱分辨率性能。
【专利说明】
一种尾纤耦合型声光可调滤光装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及声光滤光装置,尤其是一种尾纤耦合型声光可调滤光装置,属于声光器件技术领域。
【背景技术】
[0002]声光滤光装置是一种利用声光互作用效应对复合光进行调谐分光的光电子装置,具有分光光谱范围大、光谱分辨率高、波长切换速度快、无移动机械部件、可编程控制等优点,被广泛应用于光谱成像、物质成分分析、工业在线监测等领域。
[0003]当前的尾纤耦合型声光可调滤光装置主要采用非共线声光互作用结构,如图1所示。该装置通过压电换能器激发切变波耦合入声光介质,入射光由输入光纤准直器导入声光介质,在声光介质中的声场范围内发生衍射,衍射光由输出光纤准直器导出。由于声光可调滤光装置的衍射效率和光谱分辨率性能较大程度上受声光互作用长度影响,即图中的L。为了获得高的衍射效率和光谱分辨率性能,采用该结构需要将L做得很大,相应需要将压电换能器长度做得很大,这会极大增加压电换能器与声光介质间的键合工艺难度。

【发明内容】

[0004]针对现有技术存在的上述不足,本发明的目的在于提供一种尾纤耦合型声光可调滤光装置。本发明可以在小的压电换能器尺寸下实现大的声光互作用长度,从而实现高的衍射效率和光谱分辨率性能。
[0005]为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种尾纤親合型声光可调滤光装置,包括安装外壳、输入光纤准直器、第一偏振元件、匹配电路板、高频插座、声光晶体、第二偏振元件和输出光纤准直器;所述安装外壳内部形成安装腔,输入光纤准直器和输出光纤准直器分别通过准直器夹具固定于安装腔内,并使光纤穿过安装腔两端侧壁伸出安装外壳外;所述输入光纤准直器、输出光纤准直器能够将光纤中的传输光准直输出到自由空间,并能够将自由空间光耦合到光纤中传输;第一偏振元件、匹配电路板、声光晶体、第二偏振元件固定安装在安装腔内;高频插座穿过安装腔侧壁焊接于匹配电路板上;第一偏振元件、第二偏振元件只能让偏振方向沿其主轴方向的光通过;
所述声光晶体由声光介质、压电换能器、金属膜系、金属电极图形和吸声体组成,所述声光介质为平行六面体,包括三个抛光面和三个粗糙面,三个抛光面为第一光学面、换能器安装面和第二光学面,三个粗糙面为第一侧面、吸声体安装面和第二侧面;第一光学面与第二光学面、换能器安装面与吸声体安装面、第一侧面与第二侧面分别为三对相互平行的相对面;压电换能器下表面通过金属膜系与换能器安装面键合在一起,压电换能器上表面刻蚀形成所述金属电极图形,金属膜系、金属电极图形通过导线与匹配电路板连接;吸声体安装在吸声体安装面上;第一光学面为入射面并与换能器安装面呈特定夹角α,该特定夹角α使换能器安装面同时具备光输入和声场模式转换功能,以保证压电换能器激发的纵波声场经入射面反射后能被转换为切变波声场,同时保证转换后的切变波声场能够沿声光介质长度方向传播;第二光学面为出射面并具备声场反射功能,以保证切变波声场经第二光学面反射后能够垂直射向吸声体安装面;
输入光纤准直器和第一偏振元件位于声光晶体同侧,输出光纤准直器和第二偏振元件位于声光晶体相同的另一侧;输入光纤准直器、第一偏振元件与声光晶体间的空间位置满足如下关系:输入光纤准直器输出的自由空间光能够垂直穿过第一偏振元件,并在声光晶体入射面发生折射后,折射光能在声光介质中的声场范围内沿声波行进方向传输;输出光纤准直器、第二偏振元件与声光晶体间的空间位置满足如下关系:声光晶体的衍射光经第二光学面折射后能够垂直穿过第二偏振元件,并被输出光纤准直器最大接收;第一偏振元件主轴方向与第二偏振元件主轴方向在空间上相互垂直,分别对应于声光晶体入射本征光偏振方向和衍射本征光偏振方向。
[0006]所述第一光纤准直器、第二光纤准直器、第一偏振元件、第二偏振元件、第一光学面、第二光学面上均镀有光学增透膜。
[0007]所述第一偏振元件和第二偏振元件为偏振片、格兰棱镜或者PBS棱镜。
[0008]所述声光介质材料为TeO2、PbMn04、S12、LiNbO3、GaAs、GaP声光互作用材料。
[0009 ] 所述压电换能器为LiNbO3、LiTaO3、ZnO压电材料。
[00?0]所述金属膜系和金属电极图形为411、48、41、0、1]1、511金属材料制作的单层或多层金属膜。
[0011 ]与现有技术相比,本发明米用的声光互作用结构,光束和声场传输方向为同一方向,声光互作用长度只取决于光束和声场的重叠区域长度,即声光介质平行六面体的长度方向L,不取决于压电换能器长度尺寸。本发明为获得高的衍射效率和光谱分辨率性能,只需在不改变压电换能器长度的情况下适当增加声光介质长度L即可实现,因此不会增加压电换能器与声光介质间的键合工艺难度。
【附图说明】
[0012]图1-现有非共线声光互作用结构的尾纤耦合型声光可调滤光装置结构示意图。
[0013]图2-本发明尾纤耦合型声光可调滤光装置结构示意图。
[0014]图3-本发明声光晶体一种【具体实施方式】结构图。
[0015]图4-本发明声光介质一种【具体实施方式】结构图,其中上方图为中部图的仰视图;下方图为中部图的俯视图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细描述。
[0017]参见图2,从图上可以看出,本发明尾纤耦合型声光可调滤光装置,包括输入光纤准直器1-1、准直器夹具1-2、第一偏振元件1-3、匹配电路板1-4、高频插座1-5、声光晶体2、安装外壳1-6、第二偏振元件1-7、输出光纤准直器1-8。所述的安装外壳1-6内部形成安装腔,输入光纤准直器1-1、输出光纤准直器1-8通过准直器夹具1-2固定于安装腔内,并使光纤穿过安装腔两端侧壁伸出腔外;安装腔内还固定有第一偏振元件1-3、匹配电路1-4板、声光晶体2、第二偏振元件1-7;高频插座1-5穿过安装腔侧壁焊接于匹配电路板1-4上。
[0018]所述的输入光纤准直器1-1、输出光纤准直器1-8能够将光纤中的传输光准直输出到自由空间,并能够将自由空间光耦合到光纤中传输。
[0019 ]所述的第一偏振元件1-3、第二偏振元件1-7只能让偏振方向沿其主轴方向的光通过,可以为偏振片、格兰棱镜、PBS棱镜等。
[0020]所述的声光晶体2由声光介质3、压电换能器2-2、金属膜系2-3、金属电极图形2-1、和吸声体2-4组成,其结构如图3所示。所述的声光介质3为平行六面体,其结构如图4所示,包括三个抛光面即第一光学面3-1、换能器安装面3-4、第二光学面3-3,和三个粗糙面即第一侧面3-5、吸声体安装面3-2、第二侧面3-6。第一光学面与第二光学面、换能器安装面与吸声体安装面、第一侧面与第二侧面分别为三对相互平行的对立面;第一光学面与换能器安装面呈特定夹角α,同时具备光输入和声场模式转换功能,以保证换能器激发的纵波声场经入射面反射后能被转换为切变波声场,同时保证转换后的切变波声场能够沿平行六面体声光介质的长度方向传播。第二光学面同时具备光输出和声场反射功能,与以保证切变波声场经第二光学面反射后能够垂直射向吸声体安装面。所述的压电换能器2-2下表面通过金属膜系2-3与声光介质换能器安装面3-4键合在一起,压电换能器2-2上表面刻蚀有金属电极图形2-1。金属膜系2-3、金属电极图形2-1通过导线与匹配电路板1-4连接。
[0021 ] 所述的输入光纤准直器1-1、第一偏振兀件1-3、与输出光纤准直器1-8、第二偏振元件1-7分列于声光晶体2两侧;输入光纤准直器1-1、第一偏振元件1-3与声光晶体2间呈特定的空间位置分布,使输入光纤准直器输出的自由空间光能够垂直穿过第一偏振元件,并在入射面发生折射后,折射光能在声光介质中的声场范围内沿声波行进方向传输。输出光纤准直器1-8、第二偏振元件1-7与声光晶体2间亦呈特定的空间位置分布,使声光晶体的衍射光经出射面折射后能够垂直穿过第二偏振元件,并被输出光纤准直器最大接收。第一偏振元件主轴方向与第二偏振元件主轴方向在空间上相互垂直,分别对应于声光晶体入射本征光偏振方向和衍射本征光偏振方向。
[0022]所述的声光介质材料可以为Te02、PbMn04、Si02、LiNb03、GaAs、GaP等声光互作用材料。所述的压电换能器可以为LiNb03、LiTa03、Zn0等压电材料。所述的金属膜系和金属电极图形可以为Au、Ag、Al、Cr、In、Sn等金属材料制作的单层或多层金属膜。所述的第一光纤准直器、第二光纤准直器、第一偏振元件、第二偏振元件、第一光学面、第二光学面上镀有光学增透膜。
[0023]本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
【主权项】
1.一种尾纤耦合型声光可调滤光装置,其特征在于:包括安装外壳、输入光纤准直器、第一偏振元件、匹配电路板、高频插座、声光晶体、第二偏振元件和输出光纤准直器;所述安装外壳内部形成安装腔,输入光纤准直器和输出光纤准直器分别通过准直器夹具固定于安装腔内,并使光纤穿过安装腔两端侧壁伸出安装外壳外;所述输入光纤准直器、输出光纤准直器能够将光纤中的传输光准直输出到自由空间,并能够将自由空间光耦合到光纤中传输;第一偏振元件、匹配电路板、声光晶体、第二偏振元件固定安装在安装腔内;高频插座穿过安装腔侧壁焊接于匹配电路板上;第一偏振元件、第二偏振元件只能让偏振方向沿其主轴方向的光通过; 所述声光晶体由声光介质、压电换能器、金属膜系、金属电极图形和吸声体组成,所述声光介质为平行六面体,包括三个抛光面和三个粗糙面,三个抛光面为第一光学面、换能器安装面和第二光学面,三个粗糙面为第一侧面、吸声体安装面和第二侧面;第一光学面与第二光学面、换能器安装面与吸声体安装面、第一侧面与第二侧面分别为三对相互平行的相对面;压电换能器下表面通过金属膜系与换能器安装面键合在一起,压电换能器上表面刻蚀形成所述金属电极图形,金属膜系、金属电极图形通过导线与匹配电路板连接;吸声体安装在吸声体安装面上;第一光学面为入射面并与换能器安装面呈特定夹角α,该特定夹角α使换能器安装面同时具备光输入和声场模式转换功能,以保证压电换能器激发的纵波声场经入射面反射后能被转换为切变波声场,同时保证转换后的切变波声场能够沿声光介质长度方向传播;第二光学面为出射面并具备声场反射功能,以保证切变波声场经第二光学面反射后能够垂直射向吸声体安装面; 输入光纤准直器和第一偏振元件位于声光晶体同侧,输出光纤准直器和第二偏振元件位于声光晶体相同的另一侧;输入光纤准直器、第一偏振元件与声光晶体间的空间位置满足如下关系:输入光纤准直器输出的自由空间光能够垂直穿过第一偏振元件,并在声光晶体入射面发生折射后,折射光能在声光介质中的声场范围内沿声波行进方向传输;输出光纤准直器、第二偏振元件与声光晶体间的空间位置满足如下关系:声光晶体的衍射光经第二光学面折射后能够垂直穿过第二偏振元件,并被输出光纤准直器最大接收;第一偏振元件主轴方向与第二偏振元件主轴方向在空间上相互垂直,分别对应于声光晶体入射本征光偏振方向和衍射本征光偏振方向。2.根据权利要求1所述的尾纤耦合型声光可调滤光装置,其特征在于:所述第一光纤准直器、第二光纤准直器、第一偏振兀件、第二偏振兀件、第一光学面、第二光学面上均镀有光学增透膜。3.根据权利要求1所述的尾纤耦合型声光可调滤光装置,其特征在于:所述第一偏振元件和第二偏振兀件为偏振片、格兰棱镜或者PBS棱镜。4.根据权利要求1所述的尾纤耦合型声光可调滤光装置,其特征在于:所述声光介质材料为 TeO2、PbMn04、S12、LiNbO3、GaAs、GaP 声光互作用材料。5.根据权利要求1所述的尾纤耦合型声光可调滤光装置,其特征在于:所述压电换能器为 LiNbO3、Li TaO3、ZnO 压电材料。6.根据权利要求1所述的尾纤耦合型声光可调滤光装置,其特征在于:所述金属膜系和金属电极图形为411、48、41、0、1]1、511金属材料制作的单层或多层金属膜。
【文档编号】G02F1/11GK106019645SQ201610650361
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月10日
【发明人】陈华志, 刘伟, 吴中超, 王晓新, 吴畏, 周建国, 王智林
【申请人】中国电子科技集团公司第二十六研究所
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