[實用新型]一種全光纖型的Q開關

無效

• 申請號: 201020188875.6
• 申請日: 2010-05-11
• 公開（公告）號: CN201781185U
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: 周金龍;李傳文;趙浩
• 申請（專利權）人: 浙江合波光學科技有限公司;上海波匯通信科技有限公司
• 主分類號: H01S3/121
• 分類號: H01S3/121
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 周濤

技術領域

本實用新型涉及Q開關，特別是涉及一種基于長周期光纖光柵的全光纖型的Q開關。?

背景技術

在工業激光打標、激光切割等一些應用中，需要高峰值功率的激光脈沖，通常可以使用Q調制技術來實現。Q調制技術的基本原理就是通過某種方法，使得激光器諧振腔內的損耗(或Q值)按照預先設定的程序變化。在泵浦激勵剛開始的時候，先使諧振腔具有高的損耗(低Q值)，激光器由于閾值高而不能產生激光振蕩，于是亞穩態上的粒子數就可以累積到較高的水平。然后在設定的時刻，使諧振腔的損耗突然降到很低(高Q值)，激光閾值就立即降低，此時反轉粒子數大大超過閾值，受激輻射極為迅速的增強。于是，在極短的時間內，亞穩態上存儲的大部分粒子的能量轉變為激光能量，輸出一個強的激光脈沖。?

光纖耦合的Q開關是調Q光纖激光器中的核心器件。目前商用的Q開關主要基于一些介質的聲光效應或電光效應。如附圖1所示，超聲波換能器103將射頻(RF)電信號轉化為超聲波。聲光介質104通常可以是石英晶體、鉬酸鉛晶體或硫化物玻璃等。當超聲波作用在聲光介質上時，因為聲波是疏密波，且介質具有彈光效應，所以介質的折射率發生周期性的變化，周期與超聲波周期相同。對一定角度范圍內入射的光波來說，相當于形成了一個相位光柵105。吸聲材料110能夠吸收超聲波，避免其反射，以保證超聲波工作在行波狀態，這樣就不會干擾到所形成的相位光柵105。信號光從入射尾纖108入射，經入射準直鏡107射入聲光介質。沒有超聲波作用時，光會直射透過聲光介質，進入出射準直鏡102并由出射尾纖101射出，這樣信號光就經歷了較小的損耗；有超聲波作?用時，由于形成的相位光柵105的布拉格衍射效應，信號光發生偏折，從衍射光方向109出射，而不能耦合到出射尾纖101，這樣信號光就經歷了較大的損耗；通過控制射頻驅動信號的有無，就能實現對信號光損耗的調節，這就是光纖耦合的Q開關的基本原理。?

但是，這種基于聲光效應的Q開關，由于聲光介質的吸收損耗以及光路的耦合損耗，導致器件的插入損耗較大，通常大于2dB。應用在調Q光纖激光器中，將導致超過37％的能量浪費。Q開關的散熱問題將制約激光器的輸出功率。因此，為了提高調Q光纖激光器的輸出功率及其效率，必須尋求一種低插入損耗的Q開關。?

美國專利(公開號：US2008/0192780)公開了一種基于相移長周期光纖光柵的Q開關。如附圖2a(截自該專利公開文檔)所示，210是入射光，211是出射光。20是光纖包層，21、22是纖芯(折射率未變化的部分)，251、252是纖芯(折射率變化了的部分)，通常可以通過紫外激光刻寫使得纖芯折射率發生改變，纖芯折射率以ΛL為周期改變，這樣就形成了長周期光纖光柵。253是纖芯(施加壓力的部分)，其相位受到壓力激勵裝置202產生的壓力203調諧。驅動電壓205用來驅動壓力激勵裝置202，并受控制器206控制。在長周期光纖光柵中，纖芯中的特定波長的傳導光由于模式耦合效應，會泄露到包層中損耗掉，其光譜表現為一阻帶。纖芯253的相位沒有受到壓力調諧時，該長周期光纖光柵的透射譜如附圖2b(截自該專利公開文檔)所示，橫軸表示波長，縱軸表示光譜強度，221是帶外光譜，不發生損耗；222是阻帶光譜，具有較大的損耗；調Q光纖激光器的工作波長122，處于損耗最大值。纖芯253的相位受到壓力調諧時，會形成相移的長周期光纖光柵，將在原光譜阻帶中心打開一個通帶，如附圖2c(截自該專利公開文檔)所示，在原阻帶光譜222中心形成了一個透射峰222a。?

調Q光纖激光器的工作波長122將具有較小的損耗。這樣，通過控制有無壓力調諧，就能實現損耗(Q值)調節。在上述公開專利中，同時揭示了另外兩種實施方案。一種是先在光纖纖芯刻寫相移的長周期光?柵，然后用壓力調諧相移區的相位，從而改變光纖光柵的透射譜，實現了損耗(Q值)調節；另一種是在光纖纖芯刻寫一對長周期光柵，然后用壓力調諧光柵局部或者兩段光柵之間的間隔部分的相位，從而改變光纖光柵對的透射譜，實現了損耗(Q值)調節。這種基于相移長周期光纖光柵的Q開關，是全光纖型的，不需要聲光介質及光纖空間耦合，因此幾乎是零插入損耗的。?