一種電光調(diào)制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種電光調(diào)制器，涉及激光穩(wěn)頻領(lǐng)域。該電光調(diào)制器由兩塊磷酸鈦氧鉀晶體（2、5）、四塊電極板（1、3、4、6）和絕緣基板（7）組成。通過兩塊磷酸鈦氧鉀晶體的形狀、結(jié)構(gòu)以及相互之間的位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了光在磷酸鈦氧鉀晶體所有通光端面的布儒斯特角入射，進(jìn)而降低反射損耗，并且反射光與入射光在空間上被顯著地分離開來，避免標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)的產(chǎn)生。而采用兩塊晶體配合使用，可實(shí)現(xiàn)光束通過調(diào)制器后的無偏移傳播。本實(shí)用新型的有益效果是，可以用于激光器高頻頻率噪聲的壓制，當(dāng)水平偏振的光線以布儒斯特角入射時(shí)其插入損耗小，且無標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)。
【專利說明】一種電光調(diào)制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及激光穩(wěn)頻領(lǐng)域，可應(yīng)用于激光器高頻頻率噪聲的壓制。
【背景技術(shù)】
[0002]在激光穩(wěn)頻領(lǐng)域，壓電陶瓷與聲光調(diào)制器常被用來作為頻率修正器件。但某些激光器(如染料激光器)具有至MHz量級(jí)的高頻頻率噪聲，壓電陶瓷與聲光調(diào)制器的響應(yīng)帶寬不能滿足高頻噪聲的壓制需求。而電光晶體的響應(yīng)帶寬可至MHz以上，可用來控制頻率噪聲中的高頻部分。因此，在激光諧振腔內(nèi)插入電光晶體調(diào)制器作為寬帶反饋環(huán)路的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是壓制激光器的高頻頻率噪聲的有效手段。
[0003]一般而言，電光晶體的介電特性并非是各向同性的，可用主介電軸系統(tǒng)X-Y-Z來刻畫晶體內(nèi)部介電特性的各向異性。電光調(diào)制器的設(shè)計(jì)需考慮晶體中電場(chǎng)的方向、光的傳播方向等，這些又依賴于電光晶體材料的切割方式，即晶體尺寸與晶體各端面在主介電軸系統(tǒng)中的空間取向。
[0004]目前，腔內(nèi)電光調(diào)制器用于激光器高頻頻率噪聲壓制時(shí)，其通光端面與入射光傳播方向近似垂直。這種方案有兩點(diǎn)不足:1.當(dāng)晶體插入腔內(nèi)時(shí)，近似零度的入射角會(huì)帶來一定的反射損耗，提高了激光器的出光閾值；2.光通過晶體時(shí)，會(huì)在晶體內(nèi)部多次反射，這些反射光在空間中重合度較好，相互干涉產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)，易造成激光器輸出光模式的不穩(wěn)定。盡管在晶體通光面鍍?cè)鐾改た梢源蟠鬁p小損耗與標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)，但現(xiàn)今對(duì)用于精密測(cè)量領(lǐng)域的激光器而言，微弱的干涉便能對(duì)整個(gè)激光器性能產(chǎn)生巨大的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型提供了一種電光調(diào)制器，該電光調(diào)制器由兩塊磷酸鈦氧鉀晶體、四塊電極板和絕緣基板組成。本實(shí)用新型通過兩塊磷酸鈦氧鉀晶體的形狀、結(jié)構(gòu)以及相互之間的位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了光在磷酸鈦氧鉀晶體所有通光端面的布儒斯特角入射，進(jìn)而降低反射損耗，并且反射光與入射光在空間上被顯著地分離開來，避免標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)的產(chǎn)生。而采用兩塊晶體配合使用，可實(shí)現(xiàn)光束通過調(diào)制器后的無偏移傳播。本實(shí)用新型的有益效果是，可以用于激光器高頻頻率噪聲的壓制，當(dāng)水平偏振的光線以布儒斯特角入射時(shí)其插入損耗小，且無標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種電光調(diào)制器由兩塊磷酸鈦氧鉀晶體、四塊電極板和絕緣基板組成；第一磷酸鈦氧鉀晶體為長(zhǎng)方體，兩個(gè)通光端面均與Z軸平行，通光端面位于Y-Z平面繞Z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)29.33°處，第一磷酸鈦氧鉀晶體的上下表面均與Z軸垂直，第一磷酸鈦氧鉀晶體的上、下表面用導(dǎo)電膠分別粘接第一電極板和第二電極板，第一電極板和第二電極板的邊緣比第一磷酸鈦氧鉀晶體長(zhǎng)方體的邊緣長(zhǎng)f 3毫米；第二磷酸鈦氧鉀晶體的形狀、大小和結(jié)構(gòu)均與第一磷酸鈦氧鉀晶體相同，第二磷酸鈦氧鉀晶體的上、下表面用導(dǎo)電膠分別粘接第三電極板和第四電極板，第三電極板和第四電極板的邊緣比第二磷酸鈦氧鉀晶體長(zhǎng)方體的邊緣長(zhǎng)f 3毫米；第一電極板和第四電極板用導(dǎo)線連接，第二電極板和第三電極板用導(dǎo)線連接；第一磷酸鈦氧鉀晶體的Z軸與第二磷酸鈦氧鉀晶體的Z軸方向相反，兩個(gè)磷酸鈦氧鉀晶體的通光端面夾角呈121.34°，兩個(gè)磷酸鈦氧鉀晶體的位置關(guān)于這兩個(gè)晶體通光端面夾角的角平分線對(duì)稱；第一電極板與第三電極板的最小距離以及第二電極板與第四電極板的最小距離均為f 10毫米；第一磷酸鈦氧鉀晶體的第二電極板與第二磷酸鈦氧鉀晶體的第四電極板均固定在絕緣基板上。
[0008]本實(shí)用新型通過兩塊磷酸鈦氧鉀晶體的形狀、結(jié)構(gòu)以及相互之間的位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了光在磷酸鈦氧鉀晶體所有通光端面的布儒斯特角入射，進(jìn)而降低反射損耗，并且反射光與入射光在空間上被顯著地分離開來，避免標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)的產(chǎn)生。而采用兩塊晶體配合使用，可實(shí)現(xiàn)光束通過調(diào)制器后的無偏移傳播。根據(jù)磷酸鈦氧鉀(KTP)晶體的折射率可知光從空氣介質(zhì)入射到磷酸鈦氧鉀(KTP)晶體的布儒斯特角為60.67。，若光束以此角度入射，則在本實(shí)用新型的四個(gè)折射率分界面處，入射角都為該處的布儒斯特角。對(duì)于水平偏振的激光，理想情況下反射率等于零，故此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了反射損耗小的目的。且在晶體內(nèi)部，多次反射的光線在空間上被顯著地分離開，破壞了干涉的產(chǎn)生條件，因此也不會(huì)存在標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是，可以用于激光器高頻頻率噪聲的壓制，當(dāng)水平偏振的光線以布儒斯特角入射時(shí)其插入損耗小，且無標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]其中:1為第一電極板、3為第二電極板、4為第三電極板、6為第四電極板、2為第一磷酸鈦氧鉀(KTP)晶體、5為第二磷酸鈦氧鉀(KTP)晶體；7為絕緣基板。
[0012]圖2將本實(shí)用新型的一種電光調(diào)制器用于染料激光器環(huán)形諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]其中:8為栗浦鏡，9為染料噴流，10和11為凹面鏡，12、16、18和20為平面鏡，13、17、19和21為壓電陶瓷，14為雙折射濾光片，15為厚標(biāo)準(zhǔn)具，22為布儒斯特窗，23為法拉第旋光器，24為薄標(biāo)準(zhǔn)具，25為本實(shí)用新型的一種電光調(diào)制器。
[0014]圖3本實(shí)用新型的一種電光調(diào)制器位于染料激光器環(huán)形諧振腔中時(shí)光線經(jīng)過第一磷酸鈦氧鉀(KTP)晶體2和第二磷酸鈦氧鉀(KTP)晶體5時(shí)的軌跡示意圖。
[0015]圖4激光頻率噪聲譜。
[0016]其中:曲線I為自由運(yùn)轉(zhuǎn)情況下激光的頻率噪聲；曲線2為壓電陶瓷作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)鎖頻后的環(huán)內(nèi)頻率噪聲；曲線3為壓電陶瓷與本實(shí)用新型共同作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)鎖頻后的環(huán)內(nèi)頻率噪聲。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
[0018]實(shí)施例一
[0019]由圖1可知，一種電光調(diào)制器由兩塊磷酸鈦氧鉀晶體2和5，四塊電極板1、3、4和6及絕緣基板7組成；第一磷酸鈦氧鉀晶體2為長(zhǎng)方體，兩個(gè)通光端面均與Z軸平行，通光端面位于Y-Z平面繞Z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)29.33°處，第一磷酸鈦氧鉀晶體2的上下表面均與Z軸垂直，第一磷酸鈦氧鉀晶體2的上、下表面用導(dǎo)電膠分別粘接第一電極板I和第二電極板3，第一電極板I和第二電極板3的邊緣比第一磷酸鈦氧鉀晶體2長(zhǎng)方體的邊緣長(zhǎng)f 3毫米；第二磷酸鈦氧鉀晶體5的形狀、大小和結(jié)構(gòu)均與第一磷酸鈦氧鉀晶體2相同，第二磷酸鈦氧鉀晶體5的上、下表面用導(dǎo)電膠分別粘接第三電極板4和第四電極板6，第三電極板4和第四電極板6的邊緣比第二磷酸鈦氧鉀晶體5長(zhǎng)方體的邊緣長(zhǎng)f 3毫米；第一電極板I和第四電極板6用導(dǎo)線連接，第二電極板3和第三電極板4用導(dǎo)線連接；第一磷酸鈦氧鉀晶體2的Z軸與第二磷酸鈦氧鉀晶體5的Z軸方向相反，兩個(gè)磷酸鈦氧鉀晶體的通光端面夾角呈121.34°，兩個(gè)磷酸鈦氧鉀晶體的位置關(guān)于這兩個(gè)晶體通光端面夾角的角平分線對(duì)稱；第一電極板I與第三電極板4的最小距離以及第二電極板3與第四電極板6的最小距離均為1~10毫米；第一磷酸鈦氧鉀晶體2的第二電極板3與第二磷酸鈦氧鉀晶體5的第四電極板6均固定在絕緣基板7上。
[0020]從第一電極板(I)與第三電極板(4)各引出一根導(dǎo)線，這兩根導(dǎo)線作為腔內(nèi)電光調(diào)制器的電壓輸入端。當(dāng)輸入電壓周期性變化時(shí)，磷酸鈦氧鉀晶體的折射率也會(huì)周期性的改變。
[0021]在圖2中，在染料激光器正常工作情況下，將本實(shí)用新型插入激光器環(huán)形諧振腔中，調(diào)整其位置與角度使激光振蕩重新出現(xiàn)，再微調(diào)電光調(diào)制器的角度，使其通光端面的反射光達(dá)到最弱，然后將其位置固定。由于該染料激光器的光近似水平偏振，此時(shí)光在晶體通光端面的入射角即為布儒斯特角。則根據(jù)本實(shí)用新型的幾何設(shè)計(jì)，如圖3所示，在本實(shí)用新型的四個(gè)折射率分界面處，入射角都為該處的布儒斯特角。對(duì)于水平偏振的激光，理想情況下反射率等于零，故此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了反射損耗小的目的。且在晶體內(nèi)部，多次反射的光線在空間上被顯著地分離開，破壞了干涉的產(chǎn)生條件，因此也不會(huì)存在標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)。
[0022]圖2是將本實(shí)用新型的一種電光調(diào)制器用于染料激光器環(huán)形諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖。栗浦鏡8將外部注入的栗浦光反射到作為增益介質(zhì)的染料噴流9上。凹面鏡10和11與平面鏡12、16、18和20 —同組成環(huán)形諧振腔。激光器的單模運(yùn)轉(zhuǎn)是靠雙折射濾光片14、薄標(biāo)準(zhǔn)具24和厚標(biāo)準(zhǔn)具15三級(jí)選模器件來實(shí)現(xiàn)的。法拉第旋光器23保證了腔內(nèi)光場(chǎng)的單向運(yùn)轉(zhuǎn)。布儒斯特窗22可使激光器實(shí)現(xiàn)約30GHz范圍的連續(xù)頻率調(diào)諧。平面腔鏡12、16、18和20分別粘在壓電 陶瓷13、17、19和21上，這些壓電陶瓷可以作為穩(wěn)頻系統(tǒng)的頻率校正器件。電光調(diào)制器25采用本實(shí)用新型的一種電光調(diào)制器。其中壓電陶瓷13、17和21尺寸較大，響應(yīng)帶寬約為100Hz，頻率調(diào)整的動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)2GHz，主要負(fù)責(zé)修正激光頻率的大范圍緩慢漂移；壓電陶瓷19尺寸較小，響應(yīng)帶寬約為10kHz，負(fù)責(zé)中等頻率的激光頻率噪聲。而IOkHz以上的頻率噪聲則依靠腔內(nèi)本實(shí)用新型的一種電光調(diào)制器25來壓制。
[0023]壓制頻率噪聲的方法為:利用光學(xué)與電子學(xué)的手段獲得頻率誤差信號(hào)，將誤差信號(hào)進(jìn)行放大后作為控制電壓送至頻率校正器件進(jìn)行穩(wěn)頻。穩(wěn)頻時(shí)可以采用兩種方式，一種方式是只用壓電陶瓷作為反饋環(huán)路的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制電壓加到壓電陶瓷上，會(huì)改變壓電陶瓷的伸長(zhǎng)量，直接改變諧振腔的腔長(zhǎng)，進(jìn)而激光器的輸出光頻率得到校正；另一種方式是用壓電陶瓷與本實(shí)用新型共同作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，除了壓電陶瓷控制環(huán)路外，另有一路控制電壓反饋至本實(shí)用新型電壓輸入端，改變晶體的折射率，諧振腔的光學(xué)長(zhǎng)度(光程)隨之改變，進(jìn)而激光器的輸出光頻率得到校正。由于電光晶體的響應(yīng)帶寬較高，可以彌補(bǔ)壓電陶瓷對(duì)高頻噪聲抑制能力的不足。
[0024]圖4給出了三種情況下的激光頻率噪聲譜。曲線I為自由運(yùn)轉(zhuǎn)情況下激光的頻率噪聲，反映了激光器固有的頻率噪聲特性；曲線2為壓電陶瓷作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)鎖頻后的環(huán)內(nèi)頻率噪聲，測(cè)量結(jié)果表明壓電陶瓷作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)對(duì)IOkHz以下的頻率噪聲具有壓制作用；曲線3為壓電陶瓷與本實(shí)用新型共同作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)鎖頻后的環(huán)內(nèi)頻率噪聲，與曲線2所示的情況相比，本實(shí)用新型可提供更高的反饋控制帶寬，其中100Hz-50kHz范圍內(nèi)的噪聲進(jìn)一步減小了約4/5。
【權(quán)利要求】
1.一種電光調(diào)制器，其特征在于，該電光調(diào)制器由兩塊磷酸鈦氧鉀晶體(2、5)、四塊電極板(1、3、4、6)和絕緣基板(7)組成；第一磷酸鈦氧鉀晶體(2)為長(zhǎng)方體，兩個(gè)通光端面均與Z軸平行，通光端面位于Y-Z平面繞Z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)29.33°處，第一磷酸鈦氧鉀晶體(2)的上下表面均與Z軸垂直，第一磷酸鈦氧鉀晶體(2 )的上、下表面用導(dǎo)電膠分別粘接第一電極板(1)和第二電極板(3)，第一電極板(1)和第二電極板(3)的邊緣比第一磷酸鈦氧鉀晶體(2)長(zhǎng)方體的邊緣長(zhǎng)1-3毫米；第二磷酸鈦氧鉀晶體(5)的形狀、大小和結(jié)構(gòu)均與第一磷酸鈦氧鉀晶體(2)相同，第二磷酸鈦氧鉀晶體(5)的上、下表面用導(dǎo)電膠分別粘接第三電極板(4)和第四電極板(6)，第三電極板(4)和第四電極板(6)的邊緣比第二磷酸鈦氧鉀晶體(5)長(zhǎng)方體的邊緣長(zhǎng)f 3毫米；第一電極板(1)和第四電極板(6)用導(dǎo)線連接，第二電極板(3)和第三電極板(4)用導(dǎo)線連接；第一磷酸鈦氧鉀晶體(2)的Z軸與第二磷酸鈦氧鉀晶體(5)的Z軸方向相反，兩個(gè)磷酸鈦氧鉀晶體的通光端面夾角呈121.34°，兩個(gè)磷酸鈦氧鉀晶體的位置關(guān)于這兩個(gè)晶體通光端面夾角的角平分線對(duì)稱；第一電極板(1)與第三電極板(4)的最小距離以及第二電極板(3)與第四電極板(6)的最小距離均為1-10毫米；第一磷酸鈦氧鉀晶體(2)的第二電極板(3)與第二磷酸鈦氧鉀晶體(5)的第四電極板(6)均固定在絕緣基板 (7)上。
【文檔編號(hào)】G02F1/03GK203606583SQ201320810978
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】王春, 劉芳, 李劉鋒, 陳李生 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所