一种低电压反射式光纤在线电光调Q开关的制作方法

本发明涉及光纤传感、光纤通信、激光加工、医疗、军事、科学研究等领域，尤其是一种低电压反射式光纤在线电光调Q开关。

技术背景

在现代光纤传感、光纤通信、激光加工、医疗、军事、科学研究等领域，电光调Q开关是一种关键元器件。电光调Q是利用晶体的电光效应，在加有一阶跃迁电压情况下入射光偏振态发生改变，调节激光器谐振腔的损耗，控制光能累积、释放。将一般输出的连续或脉冲激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，大大提高光源的峰值功率。但是目前常规的电光调Q开关体积大、频率低，且半波电压比较高，需要3000V-4000V的高压脉冲驱动，对其他电子线路易造成干扰。没有光纤化，造成在需要光纤的场合使用不便且可靠性低；同时，由于传统的电光调Q器件的偏振敏感特性，很难应用于光纤场合。本发明揭示的结构，将解决上述问题，使电光调Q光纤化、集成化，比声光调Q器件成本更低、功率更高、大重复频率可调、脉宽更窄从而峰值功率更高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供结构简单、体积小、频率高、驱动电压低并能获得很高的消光比的低电压反射式光纤在线电光调Q开关。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种低电压反射式光纤在线电光调Q开关，所述的低电压反射式光纤在线电光调Q开关由单纤准直器、偏振元件、电光晶体组件、反射镜组件和控制电源组成。

所述的单纤准直器包括单光纤1、单纤毛细管2、第一固定器4和正透镜3；单光纤1置于单纤毛细管2的内部，正透镜3置于单纤毛细管2的右侧，第一固定器4套在单纤毛细管2及正透镜3的外部并固定，光纤1的端面位于正透镜3的后焦面上。

所述的偏振元件组件，其特征在于：偏振元件组件包括偏振元件5和第二固定器6，偏振元件5置于第二固定器6内并固定。

所述的电光晶体组件，其特征在于：包括电光晶体11、第一导电电极7、第二导电电极8、固定板和第一电极引脚9、第二电极引脚10；第一导电电极7置于电光晶体11上侧，与电光晶体11上表面紧密贴合并一起绝缘固定到固定板上；第二导电电极8置于电光晶体11下侧，与电光晶体下表面紧密贴合并绝缘固定到固定板上；第一导电电极7与第一电极引脚9连接，第二导电电极8与第二电极引脚10连接；控制电源14的正极引脚15和负极引脚16分别与第一电极引脚9、第二电极引脚10连接。

所述的反射镜组件，其特征在于：反射镜组件包括反射镜12和第三固定器13，反射镜12靠左置于第三固定器13内并固定。

优选的，所述的单纤1可以是单纤、多模光纤、双包层光纤、保偏光纤以及其他光纤等。

优选的，所述的偏振元件从结构上可以是单一偏振元件，结合退压电源，可做退压式电光调Q开关，也可以是偏振元件组合，结合升压电源，可做升压式电光调Q开关；从材料上分，偏振元件可以是双折射晶体或偏振膜分束/合束元件、二向色性偏振片、纳米光栅或其组合。

优选的，所述的偏振元件5的内径与第二固定器6的外径相匹配，且偏振元件5左右两侧端面研磨抛光成一定角度，且两端面平行，并镀有增透膜。

优选的，所述的电光晶体11种类是KDP类晶体或LiNbO3，PPLN, LiTaO3，AsGa, BGO等电光晶体，晶体左右两侧端面研磨抛光，并镀有增透膜，晶体厚度0.5mm-5mm，端面宽度不限，可承受平均几瓦高功率脉冲激光，其厚度长度比能使工作电压低于1000V，典型值为200V-500V。

优选的，所述的反射镜12，可以是多层介质膜高反镜、金属膜高反镜，它们的反射面都是平面度高的平面，且表面光洁度优良。特别的，高反镜还可以是截止膜或带通膜，以达到特殊的滤模选模目的。

优选的，所述的第一电极7、第二电极8，可以是薄金属片，包括铜片、银片、金片等以及其合金，也可以是镀层，材质可以是铜、银、金等以及其合金。

优选的，所述的控制电源根据光学结构不同，可以是升压电源或退压电源，其自带信号与外部信号可切换，输出波形近方波，其重复频率0-100KHz固定或可调；电压上升下降时间短，对于退压式，退压时间小于100ns，典型值为5-8ns，上升时间小于1μs，典型值为30ns-40ns，升压式则相反；脉宽1ns-1μs 固定或可调；工作电压小于1000V，典型值为200V-500V连续可调。

由于采用了上述方案，本发明提供的高消光比的低电压反射式光纤在线电光调Q开关能将一般输出的连续或脉冲激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率可以提高几个数量级。特别是，光纤准直器的引入以及电光晶体小厚度长度比的设计，小型化了封装尺寸、大大降低了驱动电压、得到较宽的调制频率、较宽的脉宽调节范围，以及高的消光比，使得其驱动电压低于1000V, 远低于常规电光调Q的3000V-4000V的驱动电压；其调制频率高且在0-100kHz内可调，是常规电光调Q几十Hz到几千Hz调制频率的几十倍到几百倍；同时光纤化了电光调Q开关，具有很大的易用性和很高集成度。在应用时不用对光路进行麻烦的调节和做复杂的防振防尘保护，是免维护的，大大降低了成本，在结构、可靠性和性能上都有很大的优越性，作为光纤激光器的核心部件广泛应用于光纤传感、光纤通信、激光加工、医疗、军事、科学研究等领域。

本发明提供的一种低电压反射式光纤在线电光调Q开关可以是退压式的，也可以是升压式的，升压反射式电光调Q开关原理和实施方式与退压反射式电光调Q开关类似，偏振元组件采用双折射晶体或偏振膜分束/合束元件、二向色性偏振片、纳米光栅等元件的组合，控制电源换用用升压式电源即可。现以低电压退压反射式电光调Q开关为例，阐述其具体实施方式。

如图所示，单纤准直器由单纤1、用以固定单纤1且便于耦合对准的单纤毛细管2、具有准直作用的正透镜3、第一固定器4及起固定作用的材料（如胶粘剂）组成；通过起固定作用的材料将单纤1固定在单纤毛细管2的内部，然后将单纤1的端面按一定角度研磨抛光用以抑制反射光，并镀增透膜可以得到优化的性能；单纤1的端面与正透镜3的距离通过调试后应位于正透镜3的后焦面上以达到良好准直效果。

用起固定作用的材料（如胶粘剂）将偏振元件5固定在第二固定器6的内部。偏振元件左右两侧端面研磨抛光成一定角度，且两端面平行，并镀有增透膜，用以减少透射损耗并避免反射光沿原路返回，从而得到更优化的性能。

偏振元件具有双折射效应，一束自然光经单纤准直器准直入射到偏振元件后，分解成偏振态相互垂直的两束线偏振光：o光和e光；o光为寻常光，符合折射定律，e光为非常光，不遵循折射定律。当两束线偏光：o光和e光沿原路反向入射偏振元件后，能够复合成一束自然光出射。但是如果反向入射的o光变e光，e光变o光，则两束光不能复合成一束光，而是彼此分离并偏离原光路。

具体实施时，将反射镜12靠左置入固定器13，并用起固定作用的材料（如胶粘剂）将反射镜固定在固定器内。

电光晶体组件由电光晶体11、第一导电电极7、第二导电电极8、固定板、电源正极导线引脚9、负极导线引脚10和起固定作用的材料（如胶粘剂、焊锡）组成。

电光晶体是一种具有电光效应的晶体，电光晶体在没有外加电压时，光的偏振态不会发生改变，经偏振元件后出射的o光e光经电光晶体后出射光仍然是o光和e光，经反射镜反射后，o光和e光沿原路返回，再次经过电光晶体后，两偏振光的偏振方向依旧没变，使得o光和e光沿各自光路原路返回，经偏振元件后，o光和e光复合成一束光出射，经单纤准直器接收并输出，此时腔内损耗最小。

当加有相应波长的四分之电压后，电光晶体能够使光的偏振态旋转45°，当自然光经偏振元件后形成偏振态相互垂直的两束线偏振光：o光和e光入射到电光晶体内，光的偏振态旋转45°出射，经反射镜反射后，两束偏振光沿原路返回，再次经电光晶体后，两束偏振光的偏振方向继续向同一方向旋转45°，相比于从偏振元件出射的两束偏振光，偏振方向各自旋转了90°。使得o光变e光，e光变o光入射到折射晶体，此时e光和o光向彼此背离，且偏离原光路，无法被光纤准直器接收，从而产生光抑制。特别的，当偏振元件光轴与电光晶体等效光轴成某一确定角度时，单纤准直器接收光能最少，此时消光比最高，腔内损耗最大。

具体实施时，为将所需位置固定，将偏振元件和电光晶体组件放置到内径尺寸与电光晶体相适配的壳体内，壳体两端开有内径比第一固定器和固定器外径稍大的圆窗，圆窗中心与偏振元件和电光晶体中心轴线在同一直线上，将单纤准直器用五维调节价夹持固定，并置于电光晶体组件的左侧；将反射镜组件用五维调节价夹持固定，并置于电光晶体组件的右侧；准直器中心和反射镜中心对准壳体左右两侧圆孔中心，且准直器、偏振元件、电光晶体和反射镜三者之间间隙控制在2mm左右。

具体实施时，电光晶体上先不加电压，调节单纤准直器、偏振元件-电光晶体组件和反射镜三者之间的角度位置关系，使入射光插损最小；加上四分之电压后通过旋转偏振元件外侧的固定器来旋转偏振元件，调整偏振元件晶轴与电光晶体的等效光轴成特定角度，使入射光插损最大。调好后根据需要和工艺特点可用桥接件固定封装，封装工艺可用胶固定，可用锡钎焊，封装后封装体应是密封的；为对初步封装件起更好保护作用，可根据需要再次做外部封装。

本发明提供的低电压反射式光纤在线电光调Q开关，光纤准直器的引入以及电光晶体小厚度长度比的设计，小型化了封装尺寸、大大降低了驱动电压、得到较宽的调制频率、较宽的脉宽调节范围，以及高的消光比，使得其驱动电压典型值200-500V, 远低于常规电光调Q的2000V的驱动电压；其调制频率高且在0-100kHz内可调，是常规电光调Q几十Hz到几千Hz调制频率的几十倍到几百倍；开关时间短，速度快，调制脉冲近方波，脉宽窄，1ns-1μs固定或可调，输出光峰值功率更高，使用更方便；同时光纤化了电光调Q开关，具有很大的易用性和很高集成度。在应用时不用对光路进行麻烦的调节和做复杂的防振防尘保护，是免维护的，大大降低了成本，在结构、可靠性和性能上都有很大的优越性，作为光纤激光器的核心部件广泛应用于光纤传感、光纤通信、激光加工、医疗、军事、科学研究等领域。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

附图说明

图1、图2是本发明的结构示意图。