[發(fā)明專利]一種折疊光路大功率電光調(diào)制系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010150319.4
• 申請日: 2010-04-20
• 公開（公告）號: CN101825779A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李洪祚;姜會林;唐雁峰;李銳;詹偉達;金光勇
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學
• 主分類號: G02F1/03
• 分類號: G02F1/03;G02B6/32
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• 代理人: 暫無信息

1.一種折疊光路大功率電光調(diào)制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由光源(1)、電光調(diào)制器(2)、驅(qū)動器(3)組成；

所述的光源(1)由半導體激光器(4)和光纖(5)連接組成；半導體激光器(4)的輸出光經(jīng)過光纖(5)耦合后輸出；

所述的電光調(diào)制器(2)由自聚焦透鏡(6)、起偏器(7)、輸入光分束鏡(8)、電光調(diào)制晶體(9)、檢偏器(10)、輸出光分束鏡(11)、輸入光電管(12)和輸出光電管(13)組成；自聚焦透鏡(6)與光源(1)中的光纖(5)相連；自聚焦透鏡(6)、起偏器(7)與電光調(diào)制晶體(9)的入射孔徑平行放置；在起偏器(7)與電光調(diào)制晶體(9)中間放置輸入光分束鏡(8)，輸入光分束鏡(8)與激光傳輸光軸成45°擺放；檢偏器(10)與電光調(diào)制晶體(9)的輸出孔徑平行放置；檢偏器(10)的輸出光入射輸出光分束鏡(11)；輸出光分束鏡(11)與激光傳輸光軸成45°擺放；輸入光電管(12)與輸入光分束鏡(8)相連；輸出光電管(13)與輸出光分束鏡(11)相連；

所述的驅(qū)動器(3)由直流偏置控制電路(14)和調(diào)制驅(qū)動電路(15)組成；其中直流偏置控制電路(14)通過電線分別與電光調(diào)制器(2)中的電光調(diào)制晶體(9)、輸入光光電管(12)和輸出光光電管(13)相連；調(diào)制驅(qū)動電路(15)通過電線與電光調(diào)制器(2)中的電光調(diào)制晶體(9)連接；

自聚焦透鏡(6)將光纖(5)輸出的激光進行光束發(fā)散角壓縮，然后入射起偏器(7)；起偏器(7)將由自聚焦透鏡(6)輸出的光變?yōu)榕c電光調(diào)制晶體(9)的X軸平行的線偏振光，入射到輸入光分束鏡(8)；輸入光分束鏡(8)將輸入的光按能量99∶1的比例分為兩束光，其中99％能量的光束入射到電光調(diào)制晶體(9)，在電光調(diào)制晶體(9)中完成光信號的調(diào)制，另外1％能量的光束入射到輸入光電管(12)；輸入光電管(12)將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過電線傳送給驅(qū)動器(3)中的直流偏置控制電路(14)；

電光調(diào)制晶體(9)采用折疊光路設(shè)計，電光調(diào)制晶體(9)在x軸方向的兩表面都與yoz面平行，電光調(diào)制晶體(9)在y軸方向的兩表面都與xoz面平行，其中光入射端面(16)與光出射端面(19)為兩個形狀相同的長方形，并且都與晶體的X-Y平面平行；光反射第一端面(17)與光反射第二端面(18)為兩個形狀相同的長方形，并且都與X-Y平面成θ角；a為光入射端面(16)和光出射端面(19)的高度；d為電光調(diào)制晶體(9)寬度，L為電光調(diào)制晶體(9)長度；

激光由光入射端面(16)輸入電光調(diào)制晶體(9)，并平行于z軸傳播到光反射第一端面(17)，由光反射第一端面(17)發(fā)生發(fā)射并將反射光傳播到光反射第二端面(18)，在光反射第二端面(18)再次發(fā)生反射，變成平行于z軸的光束，由光出射端面(19)輸出；

下面的公式給出的是電光調(diào)制晶體(9)半波電壓計算公式，其中λ是電光調(diào)制晶體(9)的入射波長光，n_o是電光調(diào)制晶體(9)的折射率，γ₂₂是電光調(diào)制晶體(9)電光系數(shù)，

Vπ=λ2no3γ22·dL,]]>

由此公式可知，電光調(diào)制晶體(9)的半波電壓與電光調(diào)制晶體(9)的寬度d和長度L密切相關(guān)，因此，減小d/L的值能夠降低其半波電壓；

電光調(diào)制晶體(9)尺寸設(shè)計方法如下：

θ為光反射第一端面(17)和光反射第二端面(18)與X-Y平面的夾角，2θ為光經(jīng)過光反射第一端面(17)的入射角與反射角之和，光從光入射端(16)的a/2高度入射，由光輸出端面(19)的a/2高度出射；由下面公式

tg2θ=aL,]]>

由此公式可知，在確定了電光調(diào)制晶體(9)長度L和光入射端面(16)的高度a后，可求出光反射第一端面(17)和光反射第二端面(18)與X-Y平面的夾角θ；

電光調(diào)制晶體(9)的輸出光入射到檢偏器(10)；

檢偏器(10)將輸出光的偏振方向調(diào)整到與電光調(diào)制晶體(9)的Y軸方向平行；輸出光分束鏡(11)將檢偏器(10)的輸出光按照能量99∶1的比例分為兩束光，其中99％能量的光束為電光調(diào)制系統(tǒng)的輸出光，另外1％能量的光束提供給輸出光電管(13)，輸出光電管(13)將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過電線將電信號傳送給驅(qū)動器(3)中的直流偏置控制電路(14)；

直流偏置控制電路(14)為電光調(diào)制晶體(9)提供直流偏置電壓，同時電光調(diào)制器(2)中的輸入光電管(12)和輸出光電管(13)將電信號傳送給直流偏置控制電路(14)，直流偏置控制電路(14)根據(jù)輸入光電管(12)與輸出光電管(13)傳送的電信號幅度比值的變化來判斷電光調(diào)制晶體(9)的半波電壓的變化，從而自動調(diào)節(jié)給電光調(diào)制晶體(9)提供的直流偏置電壓；調(diào)制驅(qū)動電路(15)將調(diào)制電信號加載在電光調(diào)制晶體(9)上以完成電光調(diào)制。

2.如權(quán)利要求1所述的一種空間激光通信用功率自適應(yīng)控制信標光發(fā)射系統(tǒng)，其特征有：

1)采用自聚焦透鏡技術(shù)提高光源與電光調(diào)制器的耦合效率，采用自聚焦透鏡使激光器耦合光纖之后的光束發(fā)散角壓縮到1.2°，使自聚焦透鏡輸出的光斑尺寸小于2mm，將激光器與電光調(diào)制的耦合效率調(diào)高到80％；

2)采用折疊光路設(shè)計方案，在較短晶體尺寸條件下使激光束在調(diào)制晶體中多次往返傳輸，實現(xiàn)低半波電壓工作，半波電壓在120V左右；利用折疊光路結(jié)構(gòu)，適當增加通光孔徑和尋找最佳長寬比，消除雙折射及退偏影響，實現(xiàn)大功率輸出，使電光調(diào)制系統(tǒng)輸出功率大于1W；

3)電光調(diào)制晶體采用折疊光路，縮短了晶體尺寸，因此整個電光調(diào)制系統(tǒng)與國外同類產(chǎn)品相比，激光透射效率相同，但體積小，重量輕，而且由于晶體尺寸小而降低了成本。