一种低电压升压透射式光纤在线电光调q开关的制作方法
一种低电压升压透射式光纤在线电光调q开关的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光纤传感、光纤通信、激光加工、医疗、军事、科学研宄等领域，尤其是一种低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关。
【背景技术】
[0002]在现代光纤传感、光纤通信、激光加工、医疗、军事、科学研宄等领域，在脉冲光纤激光器中调Q方式除了被动调Q外，主动调Q技术主要是声光调Q，其脉宽较宽，峰值功率不高，且重复频率调节范围有限。而传统的电光调Q主要应用于固体或气体激光器中，体积大、重复频率低、对偏振敏感，且半波电压比较高，需要几千伏的高压脉冲驱动，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。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型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升压反射式光纤在线电光调Q开关。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:一种低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关，所述的低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关由第一单纤准直器、第一偏振元件组件、半波片、电光晶体组件、第二偏振元件组件、第二单纤准直器和控制电源组成。第一偏振元件组件置于第一单纤准直器的右侧，半波片置于第一偏振元件组件的右侦U，第二偏振元件置于第二单纤准直器的左侧，电光晶体置于半波片与第二偏振元件组件之间。升压控制电源与电光组件相连接。
[0005]所述的第一单纤准直器，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I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I的端面位于正透镜3的后焦面上。
[0006]所述的第二单纤准直器包括第二正透镜15、第二单纤毛细管16、第二光纤17、第二固定器18 ;第二光纤17置于第二单纤毛细管16的内部，第二正透镜15置于第二单纤毛细管16的左侧，第二固定器18套在第二单纤毛细管16及第二正透镜15的外部并固定，第二光纤18的端面位于第二正透镜15的后焦面上。
[0007]所述的第一偏振元件组件包括第一偏振元件5和第三固定器7。第一偏振元件5靠左置于第三固定器7内并固定。半波片(6)贴近偏振元件(5)右侧置入第二固定器(7)内固定。
[0008]所述的第二偏振元件组件包括第二偏振元件13和第四固定器14。第二偏振元件13置于第四固定器14内并固定。
[0009]所述的电光晶体组件包括电光晶体(12)、第一导电电极(8)、第二导电电极(9)、固定板和第一电极引脚(10)、第二电极引脚(11);第一导电电极(8)置于电光晶体(12)上侦U，与电光晶体(12)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(9)置于电光晶体(12)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
(8)与第一电极引脚(10)连接，第二导电电极(9)与第二电极引脚(11)连接；控制电源的正极引脚和负极引脚分别与第一电极引脚(10)、第二电极引脚(11)连接。
[0010]优选的，所述的单纤I可以是单模光纤、多模光纤、双包层光纤、保偏光纤。
[0011]优选的，所述的第一、第二偏振元件能起偏及检偏，可以是镀偏振膜元件、二向色性偏振元件、双折射晶体、纳米光栅。
[0012]优选的，所述的半波片，可以是石英晶体波片、云母波片或方解石波片。从结构上，所述的半波片，可以是多级波片、零级波片或组合波片。
[0013]优选的，所述的第一电极8、第二电极9，可以是薄金属片，也可以是导电镀层。
[0014]优选的，所述的第一偏振元件5、第二偏振元件12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。
[0015]优选的，所述的电光晶体7左右两侧端面研磨抛光，并镀有增透膜。
[0016]优选的，所述的电光晶体7，可以是KDP类，LiNb03，PPLN，LiTa03，GaAs，BGO电光晶体。晶体端面可承受平均几瓦高功率脉冲激光，晶体厚度长度比能使驱动电压低于1500V可调，典型值为500V-900V。
[0017]优选的，所述的升压控制电源18，其重复频率O-1OOKHz固定或可调；电压下降时间小于I μ S，典型值为30ns-40ns，上升时间小于100ns，典型值为5_8ns，脉宽Ins-1 μ s固定或可调，工作电压小于1500V可调，典型值为500V-900V可调。
[0018]本实用新型描述的一种低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关的开关时间极短，脉宽窄，消光比比较高，且脉宽可调，使用更灵活方便；开关的频率OHz-1OOkHz连续可调；半波电压典型值为500V-900V，大大降低了高电压对产品的电磁影响和热效应；小尺寸光纤在线式封装结构，大大提升了产品灵活性和应用范围；双折射晶体的引入，巧妙解决了偏振依赖的问题。
【附图说明】
[0019]图1是低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关结构示意图。
[0020]图2是低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关电源结构简图。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，第一单纤准直器由第一单模光纤1、用以固定第一单模光纤I且便于耦合对准的第一单纤毛细管2、具有准直作用的第一正透镜3、第一固定圆管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第一单模光纤I固定在第一单纤毛细管2的内部，然后将第一单模光纤I的端面按一定角度研磨抛光用以抑制反射光，并加以镀增透膜可以得到优化的性能；第一单模光纤I的端面与第一正透镜3的距离通过调试后应位于第一正透镜3的后焦面上以达到良好准直效果。
[0022]第二单纤准直器由第二单模光纤17、用以固定第二单模光纤17且便于耦合对准的第二单纤毛细管16、具有准直作用的第二正透镜15、起固定保护作用的第二固定圆管18及起固定作用的材料(如胶粘剂)组成；用起固定作用的材料(如胶粘剂)将第二单模光纤17固定在第二单纤毛细管16的内部，且第二单模光纤16的端面按一定角度研磨抛光以抑制反射光，并加以镀增透膜可以得到优化的性能；第二单模光纤17的端面与第二正透镜15的距离通过调试后应位于第二正透镜15的后焦面上以达到良好准直效果。
[0023]为使耦合效率更高，第一单纤准直器和第二单纤准直器的光斑束腰大小应相同或接近；第一单纤准直器、第二单纤准直器的光斑束腰大小=单模光纤远场发散角X正透镜焦距。
[0024]第一偏振元件组件由第一偏振元件5、半波片6、第三固定圆管7和用起固定作用的材料(如胶粘剂)组成。用起固定作用的材料(如胶粘剂)将偏振元件5靠左固定在第三固定圆管7的内部，然后用起固定作用的材料(如胶粘剂)将半波片6贴近偏振元件右侧固定在第二固定圆管7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。
[0025]第二偏振元件组件由第二偏振元件13、第四固定圆管14和用起固定作用的材料(如胶粘剂)组成。第二偏振元件13与第一偏振元件5为同一种晶体，其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，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。在放置时，第二偏振元件13与第一偏振元件5反向成轴对称放置。利用起固定作用的材料(如胶粘剂)将其固定。
[0026]电光晶体组件由电光晶体12、第一导电电极8、第二导电电极9、固定板、电源正极导线引脚10、负极导线引脚11和起固定作用的材料(如胶粘剂、焊锡)组成。具体实施时，先将电光晶体与第一、第二导电电极分别与电光晶体上下面紧密贴合，利用起固定作用的材料(如胶粘剂)将三者一起固定到起辅助支撑作用的板块上，然后将第一、第二导电电极外侧利用焊接材料分别与驱动电源的正电极引线和负电极引线焊接到一起。
[0027]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第一偏振元件后，入射光与晶轴成一定角度，则被分解成偏振态相互垂直的两束线偏振光:o光和e光；ο光为寻常光，符合折射定律；e光为非常光，不遵循折射定律。第二偏振元件与第一偏振元件刚好反置，若从第一偏振元件出射的ο光和e光相对于第二偏振元件的晶轴偏振态不变，依然是ο光、e光，则第二偏振元件可以将接收到的两束偏振态相互垂直正交的线偏振 光ο光和e光复合成一束光出射。但是如果入射光相对于第二偏振元件的晶轴偏振态旋转90°，ο光变e光，e光变ο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。
[0028]半波片是一种偏振元件制成的波片，能够将相应波长的线偏振光的偏振态旋转90。。
[0029]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。当一束自然光经第一双折射晶后形成两束偏振态相互垂直的线偏光ο光和e光，入射到半波片后，两束光的偏振态向同一方向旋转90°，使得ο光变e光，e光变ο光。入射到未加电压的电光晶体后出射光偏振态不变，相对于第二偏振元件晶轴为e光和ο光，入射到第二偏振元件后，e光和ο光向相反方向偏离，背离原光路，无法被第二光纤准直器接收，从而产生光抑制。特别的，当第一偏振元件晶轴与第二偏振元件晶轴和电光晶体等效晶轴成某一确定角度时，第二单纤准直器接收光能最小，此时消光比最高，腔内损耗最大。
[0030]当加有半波电压时，电光晶体能够使光的偏振态旋转90°，此时自然光经第一双折射晶后形成两束偏振态相互垂直的线偏光ο光和e光，入射到半波片后，两束光的偏振态向同一方向旋转90°，使得ο光变e光，e光变ο光。入射到加有相应波长的半波电压的电光晶体后，两束线偏光的偏振态继续向同一方向旋转90°，使得e光变ο光，ο光变e光，此时相对于第二偏振元件晶轴为ο光和e光，入射到第二偏振元件后，ο光和e光复合成一束光出射，经第二光纤准直器接收并输出，此时腔内损耗最小。
[0031]具体实施时，将第一偏振元件组件、电光晶体组件和第二偏振元件组件按照从左到右的顺序放置到内径底槽与第一偏振元件组件、电光晶体组件和第二偏振元件组件尺寸相适配的壳体内，使三者中心线在同一直线上，三者之间间隙控制在0.3-0.6mm。第一单纤准直器位于第一偏振元件的左侧，第二单纤准直器位于第二偏振元件的右侧，间距约lmm-2mm0
[0032]为将所需位置固定，可用多维调节系统分别夹持第一单纤准直器和第二单纤准直器并加以调节，采用转动第一偏振元件组件的第三固定管和第二偏振元件组件的第四固定管来实现三者之间的晶轴角度适配。按上述要求调好光路、角度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。
[0033]由于采用了上述方案，本实用新型提供的高消光比的低电压升压透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，使得其驱动电压能低于1500V，典型值500V-900V，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O-1OOkHz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；脉宽在很宽范围内固定或可调，输出光峰值功率更高，使用更方便；双折射晶体的引入，巧妙解决了偏振依赖的问题；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、科学研宄等领域。
[0034]以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关由第一单纤准直器、第一偏振元件组件、半波片、电光晶体组件、第二偏振元件组件、第二单纤准直器和升压控制电源组成；第一偏振元件组件置于第一单纤准直器的右侧，半波片置于第一偏振元件组件的右侧，第二偏振元件置于第二单纤准直器的左侧，电光晶体置于半波片与第二偏振元件组件之间，升压控制电源与电光组件相连接。2.如权利要求1所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:第一单纤准直器包括第一光纤(1)、第一单纤毛细管(2)、第一固定器(4)、第一正透镜(3)，第一光纤(I)置于第一单纤毛细管(2)的内部，第一正透镜(3)置于第一单纤毛细管(2)的右侧，第一固定器(4)套在第一单纤毛细管(2)及第一正透镜(3)的外部并固定，第一光纤(I)的端面位于第一正透镜(3)的后焦面上；第二单纤准直器包括第二正透镜(15)、第二单纤毛细管(16)、第二光纤(17)、第二固定器(18)，第二光纤(17)置于第二单纤毛细管(16)的内部，第二正透镜(15)置于第二单纤毛细管(16)的左侧，第二固定器(18)套在第二单纤毛细管(16)及第二正透镜(15)的外部并固定，第二光纤(17)的端面位于第二正透镜(15)的后焦面上。3.如权利要求1所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:第一偏振元件组件包括偏振元件(5)和第二固定器(7)，偏振元件(5)靠左置于第二固定器(7)内并固定；半波片(6)贴近偏振元件(5)右侧置入第二固定器(7)内固定；第二偏振元件组件包括第二偏振元件(13)和第四固定器(14)，第二偏振元件(13)置于第四固定器(14)内并固定。4.如权利要求3所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:所述的半波片(6)，从材料上，可以是石英晶体波片、云母波片或方解石波片，从结构上，所述的半波片，可以是多级波片、零级波片或组合波片。5.如权利要求1所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:电光晶体组件包括电光晶体(12)、第一导电电极(8)、第二导电电极(9)、固定板和第一电极引脚(10)、第二电极引脚(11);第一导电电极(8)置于电光晶体(12)上侧，与电光晶体(12)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(9)置于电光晶体(12)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(8)与第一电极引脚(10)连接，第二导电电极(9)与第二电极引脚(11)连接；控制电源的正极引脚和负极引脚分别与第一电极引脚(10)、第二电极引脚(11)连接。6.如权利要求2所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:所述的光纤是单模光纤或多模光纤、双包层光纤、保偏光纤。7.如权利要求3所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:所述的偏振元件包含双折射晶体或镀偏振膜元件、偏振膜分束/合束元件、二向色性偏振片、纳米光栅。8.如权利要求5所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:所述的电光晶体(7)是KDP晶体或LiNb03，PPLN，LiTa03，AsGa，BG0晶体，晶体厚度0.5mm-5mm,可承受平均几瓦高功率脉冲激光，改变其厚度长度比能使工作电压小于1500V，典型值500-900Vo9.如权利要求1所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:所述的升压控制电源，其重复频率O-1OOKHz固定或可调；电压下降时间小于I μ S，典型值为30ns_40ns，上升时间小于100ns，典型值为5ns_8ns，脉宽Ins-1 μ s固定或可调，工作电压电压小于1500V，典型值为500-900V可调。10.如权利要求5所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:第一电极(8)、第二电极(9)是薄金属片或是导电镀层。
【专利摘要】一种低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，由第一单纤准直器、第一偏振元件组件、电光晶体组件、第二偏振元件组件、第二单纤准直器和升压控制电源组成。是一种带光纤输入输出的升压透射式电光调Q，结构紧凑、体积小、高集成、使用方便；在设计上大大降低工作电压，电压典型值500V-900V，提高了产品可靠性、降低了成本，在0-100KHz调制频率内可调；近方波输出，脉宽可调；具有较高的消光比，大大提高了激光峰值功率；在结构和性能上都有很大的优越性，作为高功率激光器的核心器件，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。
【IPC分类】H01S3/115
【公开号】CN204696444
【申请号】CN201520253292
【发明人】曹际龙, 龙跃金
【申请人】光越科技(深圳)有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年4月24日
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光纤传感、光纤通信、激光加工、医疗、军事、科学研宄等领域，尤其是一种低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关。
【背景技术】
[0002]在现代光纤传感、光纤通信、激光加工、医疗、军事、科学研宄等领域，在脉冲光纤激光器中调Q方式除了被动调Q外，主动调Q技术主要是声光调Q，其脉宽较宽，峰值功率不高，且重复频率调节范围有限。而传统的电光调Q主要应用于固体或气体激光器中，体积大、重复频率低、对偏振敏感，且半波电压比较高，需要几千伏的高压脉冲驱动，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。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型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升压反射式光纤在线电光调Q开关。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:一种低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关，所述的低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关由第一单纤准直器、第一偏振元件组件、半波片、电光晶体组件、第二偏振元件组件、第二单纤准直器和控制电源组成。第一偏振元件组件置于第一单纤准直器的右侧，半波片置于第一偏振元件组件的右侦U，第二偏振元件置于第二单纤准直器的左侧，电光晶体置于半波片与第二偏振元件组件之间。升压控制电源与电光组件相连接。
[0005]所述的第一单纤准直器，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I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I的端面位于正透镜3的后焦面上。
[0006]所述的第二单纤准直器包括第二正透镜15、第二单纤毛细管16、第二光纤17、第二固定器18 ;第二光纤17置于第二单纤毛细管16的内部，第二正透镜15置于第二单纤毛细管16的左侧，第二固定器18套在第二单纤毛细管16及第二正透镜15的外部并固定，第二光纤18的端面位于第二正透镜15的后焦面上。
[0007]所述的第一偏振元件组件包括第一偏振元件5和第三固定器7。第一偏振元件5靠左置于第三固定器7内并固定。半波片(6)贴近偏振元件(5)右侧置入第二固定器(7)内固定。
[0008]所述的第二偏振元件组件包括第二偏振元件13和第四固定器14。第二偏振元件13置于第四固定器14内并固定。
[0009]所述的电光晶体组件包括电光晶体(12)、第一导电电极(8)、第二导电电极(9)、固定板和第一电极引脚(10)、第二电极引脚(11);第一导电电极(8)置于电光晶体(12)上侦U，与电光晶体(12)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(9)置于电光晶体(12)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
(8)与第一电极引脚(10)连接，第二导电电极(9)与第二电极引脚(11)连接；控制电源的正极引脚和负极引脚分别与第一电极引脚(10)、第二电极引脚(11)连接。
[0010]优选的，所述的单纤I可以是单模光纤、多模光纤、双包层光纤、保偏光纤。
[0011]优选的，所述的第一、第二偏振元件能起偏及检偏，可以是镀偏振膜元件、二向色性偏振元件、双折射晶体、纳米光栅。
[0012]优选的，所述的半波片，可以是石英晶体波片、云母波片或方解石波片。从结构上，所述的半波片，可以是多级波片、零级波片或组合波片。
[0013]优选的，所述的第一电极8、第二电极9，可以是薄金属片，也可以是导电镀层。
[0014]优选的，所述的第一偏振元件5、第二偏振元件12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。
[0015]优选的，所述的电光晶体7左右两侧端面研磨抛光，并镀有增透膜。
[0016]优选的，所述的电光晶体7，可以是KDP类，LiNb03，PPLN，LiTa03，GaAs，BGO电光晶体。晶体端面可承受平均几瓦高功率脉冲激光，晶体厚度长度比能使驱动电压低于1500V可调，典型值为500V-900V。
[0017]优选的，所述的升压控制电源18，其重复频率O-1OOKHz固定或可调；电压下降时间小于I μ S，典型值为30ns-40ns，上升时间小于100ns，典型值为5_8ns，脉宽Ins-1 μ s固定或可调，工作电压小于1500V可调，典型值为500V-900V可调。
[0018]本实用新型描述的一种低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关的开关时间极短，脉宽窄，消光比比较高，且脉宽可调，使用更灵活方便；开关的频率OHz-1OOkHz连续可调；半波电压典型值为500V-900V，大大降低了高电压对产品的电磁影响和热效应；小尺寸光纤在线式封装结构，大大提升了产品灵活性和应用范围；双折射晶体的引入，巧妙解决了偏振依赖的问题。
【附图说明】
[0019]图1是低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关结构示意图。
[0020]图2是低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关电源结构简图。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，第一单纤准直器由第一单模光纤1、用以固定第一单模光纤I且便于耦合对准的第一单纤毛细管2、具有准直作用的第一正透镜3、第一固定圆管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第一单模光纤I固定在第一单纤毛细管2的内部，然后将第一单模光纤I的端面按一定角度研磨抛光用以抑制反射光，并加以镀增透膜可以得到优化的性能；第一单模光纤I的端面与第一正透镜3的距离通过调试后应位于第一正透镜3的后焦面上以达到良好准直效果。
[0022]第二单纤准直器由第二单模光纤17、用以固定第二单模光纤17且便于耦合对准的第二单纤毛细管16、具有准直作用的第二正透镜15、起固定保护作用的第二固定圆管18及起固定作用的材料(如胶粘剂)组成；用起固定作用的材料(如胶粘剂)将第二单模光纤17固定在第二单纤毛细管16的内部，且第二单模光纤16的端面按一定角度研磨抛光以抑制反射光，并加以镀增透膜可以得到优化的性能；第二单模光纤17的端面与第二正透镜15的距离通过调试后应位于第二正透镜15的后焦面上以达到良好准直效果。
[0023]为使耦合效率更高，第一单纤准直器和第二单纤准直器的光斑束腰大小应相同或接近；第一单纤准直器、第二单纤准直器的光斑束腰大小=单模光纤远场发散角X正透镜焦距。
[0024]第一偏振元件组件由第一偏振元件5、半波片6、第三固定圆管7和用起固定作用的材料(如胶粘剂)组成。用起固定作用的材料(如胶粘剂)将偏振元件5靠左固定在第三固定圆管7的内部，然后用起固定作用的材料(如胶粘剂)将半波片6贴近偏振元件右侧固定在第二固定圆管7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。
[0025]第二偏振元件组件由第二偏振元件13、第四固定圆管14和用起固定作用的材料(如胶粘剂)组成。第二偏振元件13与第一偏振元件5为同一种晶体，其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，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。在放置时，第二偏振元件13与第一偏振元件5反向成轴对称放置。利用起固定作用的材料(如胶粘剂)将其固定。
[0026]电光晶体组件由电光晶体12、第一导电电极8、第二导电电极9、固定板、电源正极导线引脚10、负极导线引脚11和起固定作用的材料(如胶粘剂、焊锡)组成。具体实施时，先将电光晶体与第一、第二导电电极分别与电光晶体上下面紧密贴合，利用起固定作用的材料(如胶粘剂)将三者一起固定到起辅助支撑作用的板块上，然后将第一、第二导电电极外侧利用焊接材料分别与驱动电源的正电极引线和负电极引线焊接到一起。
[0027]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第一偏振元件后，入射光与晶轴成一定角度，则被分解成偏振态相互垂直的两束线偏振光:o光和e光；ο光为寻常光，符合折射定律；e光为非常光，不遵循折射定律。第二偏振元件与第一偏振元件刚好反置，若从第一偏振元件出射的ο光和e光相对于第二偏振元件的晶轴偏振态不变，依然是ο光、e光，则第二偏振元件可以将接收到的两束偏振态相互垂直正交的线偏振 光ο光和e光复合成一束光出射。但是如果入射光相对于第二偏振元件的晶轴偏振态旋转90°，ο光变e光，e光变ο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。
[0028]半波片是一种偏振元件制成的波片，能够将相应波长的线偏振光的偏振态旋转90。。
[0029]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。当一束自然光经第一双折射晶后形成两束偏振态相互垂直的线偏光ο光和e光，入射到半波片后，两束光的偏振态向同一方向旋转90°，使得ο光变e光，e光变ο光。入射到未加电压的电光晶体后出射光偏振态不变，相对于第二偏振元件晶轴为e光和ο光，入射到第二偏振元件后，e光和ο光向相反方向偏离，背离原光路，无法被第二光纤准直器接收，从而产生光抑制。特别的，当第一偏振元件晶轴与第二偏振元件晶轴和电光晶体等效晶轴成某一确定角度时，第二单纤准直器接收光能最小，此时消光比最高，腔内损耗最大。
[0030]当加有半波电压时，电光晶体能够使光的偏振态旋转90°，此时自然光经第一双折射晶后形成两束偏振态相互垂直的线偏光ο光和e光，入射到半波片后，两束光的偏振态向同一方向旋转90°，使得ο光变e光，e光变ο光。入射到加有相应波长的半波电压的电光晶体后，两束线偏光的偏振态继续向同一方向旋转90°，使得e光变ο光，ο光变e光，此时相对于第二偏振元件晶轴为ο光和e光，入射到第二偏振元件后，ο光和e光复合成一束光出射，经第二光纤准直器接收并输出，此时腔内损耗最小。
[0031]具体实施时，将第一偏振元件组件、电光晶体组件和第二偏振元件组件按照从左到右的顺序放置到内径底槽与第一偏振元件组件、电光晶体组件和第二偏振元件组件尺寸相适配的壳体内，使三者中心线在同一直线上，三者之间间隙控制在0.3-0.6mm。第一单纤准直器位于第一偏振元件的左侧，第二单纤准直器位于第二偏振元件的右侧，间距约lmm-2mm0
[0032]为将所需位置固定，可用多维调节系统分别夹持第一单纤准直器和第二单纤准直器并加以调节，采用转动第一偏振元件组件的第三固定管和第二偏振元件组件的第四固定管来实现三者之间的晶轴角度适配。按上述要求调好光路、角度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。
[0033]由于采用了上述方案，本实用新型提供的高消光比的低电压升压透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，使得其驱动电压能低于1500V，典型值500V-900V，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O-1OOkHz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；脉宽在很宽范围内固定或可调，输出光峰值功率更高，使用更方便；双折射晶体的引入，巧妙解决了偏振依赖的问题；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、科学研宄等领域。
[0034]以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关由第一单纤准直器、第一偏振元件组件、半波片、电光晶体组件、第二偏振元件组件、第二单纤准直器和升压控制电源组成；第一偏振元件组件置于第一单纤准直器的右侧，半波片置于第一偏振元件组件的右侧，第二偏振元件置于第二单纤准直器的左侧，电光晶体置于半波片与第二偏振元件组件之间，升压控制电源与电光组件相连接。2.如权利要求1所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:第一单纤准直器包括第一光纤(1)、第一单纤毛细管(2)、第一固定器(4)、第一正透镜(3)，第一光纤(I)置于第一单纤毛细管(2)的内部，第一正透镜(3)置于第一单纤毛细管(2)的右侧，第一固定器(4)套在第一单纤毛细管(2)及第一正透镜(3)的外部并固定，第一光纤(I)的端面位于第一正透镜(3)的后焦面上；第二单纤准直器包括第二正透镜(15)、第二单纤毛细管(16)、第二光纤(17)、第二固定器(18)，第二光纤(17)置于第二单纤毛细管(16)的内部，第二正透镜(15)置于第二单纤毛细管(16)的左侧，第二固定器(18)套在第二单纤毛细管(16)及第二正透镜(15)的外部并固定，第二光纤(17)的端面位于第二正透镜(15)的后焦面上。3.如权利要求1所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:第一偏振元件组件包括偏振元件(5)和第二固定器(7)，偏振元件(5)靠左置于第二固定器(7)内并固定；半波片(6)贴近偏振元件(5)右侧置入第二固定器(7)内固定；第二偏振元件组件包括第二偏振元件(13)和第四固定器(14)，第二偏振元件(13)置于第四固定器(14)内并固定。4.如权利要求3所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:所述的半波片(6)，从材料上，可以是石英晶体波片、云母波片或方解石波片，从结构上，所述的半波片，可以是多级波片、零级波片或组合波片。5.如权利要求1所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:电光晶体组件包括电光晶体(12)、第一导电电极(8)、第二导电电极(9)、固定板和第一电极引脚(10)、第二电极引脚(11);第一导电电极(8)置于电光晶体(12)上侧，与电光晶体(12)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(9)置于电光晶体(12)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(8)与第一电极引脚(10)连接，第二导电电极(9)与第二电极引脚(11)连接；控制电源的正极引脚和负极引脚分别与第一电极引脚(10)、第二电极引脚(11)连接。6.如权利要求2所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:所述的光纤是单模光纤或多模光纤、双包层光纤、保偏光纤。7.如权利要求3所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:所述的偏振元件包含双折射晶体或镀偏振膜元件、偏振膜分束/合束元件、二向色性偏振片、纳米光栅。8.如权利要求5所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:所述的电光晶体(7)是KDP晶体或LiNb03，PPLN，LiTa03，AsGa，BG0晶体，晶体厚度0.5mm-5mm,可承受平均几瓦高功率脉冲激光，改变其厚度长度比能使工作电压小于1500V，典型值500-900Vo9.如权利要求1所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:所述的升压控制电源，其重复频率O-1OOKHz固定或可调；电压下降时间小于I μ S，典型值为30ns_40ns，上升时间小于100ns，典型值为5ns_8ns，脉宽Ins-1 μ s固定或可调，工作电压电压小于1500V，典型值为500-900V可调。10.如权利要求5所述的低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，其特征在于:第一电极(8)、第二电极(9)是薄金属片或是导电镀层。
【专利摘要】一种低电压升压透射式光纤在线电光调Q开关，由第一单纤准直器、第一偏振元件组件、电光晶体组件、第二偏振元件组件、第二单纤准直器和升压控制电源组成。是一种带光纤输入输出的升压透射式电光调Q，结构紧凑、体积小、高集成、使用方便；在设计上大大降低工作电压，电压典型值500V-900V，提高了产品可靠性、降低了成本，在0-100KHz调制频率内可调；近方波输出，脉宽可调；具有较高的消光比，大大提高了激光峰值功率；在结构和性能上都有很大的优越性，作为高功率激光器的核心器件，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。
【IPC分类】H01S3/115
【公开号】CN204696444
【申请号】CN201520253292
【发明人】曹际龙, 龙跃金
【申请人】光越科技(深圳)有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年4月24日
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