一種新型小型機械式可變雷射衰減裝置的製作方法

2023-05-22 22:22:46

專利名稱：一種新型小型機械式可變雷射衰減裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是ー種雷射光強衰減裝置，特別是ー種小型機械式可變雷射光強衰減裝置，屬於雷射器件領域
背景技術：
由於雷射本身的強度和功率較高，在ー些應用場合常常會超過後繼器件對光強的承受能力，所以如果不對光強進行適當的衰減，勢必對後繼器件造成損傷。光強衰減器就是一種插入到光學迴路中的器件，其目的是對光強進行人エ可控的衰減，使輸出光在強度或功率上滿足使用要求。經文獻檢索發現，美國專利申請號為6130984，申請日期為2000.10. 10，發明名稱為小型可調光強衰減器，該專利介紹的是一種機械調諧式光強衰減器，採用機械調諧的方法對光強進行可控衰減。機械調諧式雷射光強衰減器一般具有可調性強、容易實現對光強的不同程度衰減的優點，其實現的光學原理各不相同，比較常見的，如美國專利號為=6130984，首先製作ー衰減薄膜，其衰減係數在不同位置是不同而且連續變化的，利用驅動馬達或手工調節改變衰減薄膜的位移，使光束通過薄膜的不同位置，從而獲取對光強的不同程度的衰減。這種機械調諧式光強衰減器的核心部件是衰減薄膜，其要求是薄膜厚度連續漸變，一般為了減少光強的損失還需在襯底上鍍減反膜。通過調節衰減薄膜的位置實現雷射光強衰減的方法存在如下的不足1.薄膜製作エ藝複雜，為了實現光強衰減在不同位置是不同而且連續變化的，薄膜厚度也應是連續變化的，這在製作過程中很難控制，不易做到大批量生產，相應地造成成本較高；2.光強衰減可調範圍不是很大；3.同一工作狀態下(光束穿過薄膜的位置相同)，不同波長的光衰減相差比較大，這樣在實現對衰減大小的顯示時，不易做到統ー化。

發明內容
本發明針對現有技術的不足和缺陷，提供ー種小型機械式可變雷射光強衰減裝置，使其具有低插入損耗、偏振特性好、製作エ藝簡單、價格低廉、小型化等高技術性能。本發明的技術方案是這樣實現的，本發明主要包括光輸入部、光強衰減裝置、光輸出部、控制部，其聯接方式通過光路聯接，光輸入部位於整個衰減裝置的最前端，光線先經光輸入部後入射到光強衰減裝置上，光強衰減裝置設置在控制部的角度旋轉部件上，控制部調節光線在光強衰減裝置上的入射角度，光線在光強衰減裝置上經衰減後，通過光輸出部輸出。光輸入部由平行部件和偏折部件構成，待衰減的光線先經過平行部件改善平行度，然後經過偏折部件偏折後以一定角度入射到光強衰減裝置上，光線在光強衰減裝置的稜鏡薄膜界面經過多次反射後，進入到光輸出部。光強衰減裝置是ー個截面為等腰梯形的稜鏡，其上下底面分別塗有介質薄膜，在上下表面介質薄膜的折射率一定的情況下，嚴格控制薄膜的厚度，在同一折射率的情況下，其合適的厚度有多個。光輸出部由偏折部件和平行部件構成，先由偏折部件將出射光線的方向調整到與光輸入部上入射線方向一致，最後由平行部件處理成平行光輸出。控制部由角度旋轉件和角度調節件構成，角度調節部件通過傳動件可以對角度旋轉部件和光強衰減裝置的工作角進行調節，並且通過調節光線在光強衰減裝置上的入射角度，達到控制光強衰減的目的。為了保持在光強衰減裝置旋轉過程中光學稜鏡側面出射光點靜止.角度旋轉件的旋轉軸位置應確定如下首先，將光線由稜鏡側面正入射進入稜鏡，在稜鏡內經過一系列反射，經過路徑Ip，最後由等腰稜鏡另一臂出射，在出射光點附近做一半徑r=lp / np的圓(np是稜鏡折射率)與稜鏡入射臂及入射光線同時相切，以圓心作為旋轉軸即可。選擇合適的稜鏡底角，使光束垂直稜鏡側面入射時其工作點大致在反射率曲線上升沿的頂點(全反射，衰減為OdB)，這樣能減小入射光束在稜鏡側面由於反射而損失的光強；選擇合適的稜鏡的高度和長度，可使光束在稜鏡上、下底面的反射次數增多(比如五次、七次等)。整個裝置工作時，入射光先經過平行部件改善平行度，然後由偏折部件偏折後輸入到光強衰減裝置，以ー角度O入射到其光學稜鏡的底面上，這時，光在稜鏡ー薄膜界面發生多次反射，反射效率完全由控制部控制的光線的入射角度Θ決定，隨著角度旋轉件的旋轉，入射角Θ變化，稜鏡ー薄膜界面的反射效率變化，相應的衰減量也發生變化。這樣，出射光的強度就完全能通過控制入射角的大小來調節，實現所需要的衰減效果。最後的出射光線經過光輸出部的偏折成為與入射光在同一方向上的光線，再經處理成為平行光。本發明具有實質性特點和顯著進步，本發明可用於光通訊和光信息處理等需要光強衰減的場合，也可用於精密測距、全息信息處理等需要對光束參數進行嚴格控制的情況。與現有技術相比，採用SOL-GEL法(溶膠ー凝膠法)製得SiO :薄膜作為衰減器工作物質，突出優點是材料配置簡單、成本很低。因為SOL-GEL法製備的溶膠通過提拉法塗膜，其厚度和折射率及其均一性都可以比較方便地得到控制；因為採用的是反射型衰減結構，所以，器件無傳輸損耗，插入損耗也較低；光強衰減裝置的消光比完全由隨角度改變而變化的反射率的最小值來決定，通過精確選擇、控制薄膜的厚度與折射率，採用三次反射，可以使反射光接近完全消光，而且調節的角度範圍也不大。故本光強衰減裝置的消光比可以很高(超過50dB),同時可保持較好的TOL (偏振相關損耗)(小於O. 5dB)。在不改變衰減裝置的基本結構和參數的情況下，通過增加光束在稜鏡底面的反射次數能得到更大程度的光強衰減和更小的偏振相關性，所以本發明同現有的常規技術相比較具有如下優點(I)、エ藝簡單、價格低廉；(2)、消光比大；(3)、工作波長範圍大；(4)、偏振靈敏度小；(5)、插入損耗小(6)、無傳輸損耗。


圖I本發明總體結構示意圖
圖2本發明各組成部分結構示意3本發明帶光纖接頭的光強衰減器工作原理4本發明大孔徑雷射光強衰減器工作原理圖。
具體實施方式
如圖I、圖2、圖3、圖4所示，本發明主要包括光輸入部I、光強衰減裝置2、光輸出部3、控制部4，其聯接方式通過光路聯接，光輸入部I位於整個衰減裝置的最前端，光線先經光輸入部後入射到光強衰減裝置2上，光強衰減裝置2設置在控制部4的角度旋轉部件13上，控制部4調節光線在光強衰減裝置2上的入射角度，光線在光強衰減裝置2上經衰減後，通過光輸出部3輸出。光輸入部I由平行部件5和偏折部件6構成，待衰減的光線先經過平行部件5改善平行度，然後經過偏折部件6偏折後以一定角度入射到光強衰減裝置2上。光強衰減裝置2是ー個截面為等腰梯形的稜鏡8，其上下底面分別塗有上表面介質薄膜7和下表面介質薄膜9，上下表面介質薄膜7、9的厚度有多個。光輸出部3由偏折部件10和平行部件11構成，先由偏折部件10將出射光線的方 向調整到與光輸入部I上入射線方向一致，然後由平行部件11處理成平行光輸出。控制部4由角度旋轉件13和角度調節件12構成，角度調節部件12通過傳動件對角度旋轉部件I 3和光強衰減裝置2的工作角進行調節。角度旋轉件13的旋轉軸位置確定如下首先，將光線由稜鏡8側面正入射進入稜鏡，在稜鏡8內經過一系列反射，經過路徑Ip，最後由等腰稜鏡8另一臂出射，在出射光點附近做一半徑r=lp / np的圓與稜鏡8入射臂及入射光線同時相切，以圓心作為旋轉軸即可。以下結合本發明的具體內容，提供兩個實施例
實施例一以帶光纖接頭的光強衰減器為例，光輸入部由光纖接頭14，光纖15和光纖自聚焦透鏡16組成，標準光纖接頭14可以很方便地與輸入光，如帶尾纖輸出的雷射器，以光纖形式對接，自聚焦透鏡16使光線保持平行，光線從光輸入部I以固定方向入射到光強衰減裝置2上。光強衰減裝置2由等腰梯形稜鏡8、上介質薄膜7、下介質薄膜9組成，光強衰減裝置2的參數設計以I. 3 um為中心波長，若選擇其它波長作為工作波長，參數設計需重新優化。光強衰減裝置2中，稜鏡8選用高折射率等腰梯形稜鏡(ZF7，n=l. 750，底角38. 45°)，上下底面介質薄膜7和9採用相同的SiO2薄膜，其折射率n=l. 32，厚度d=0. 340 μ m，可由溶膠ー凝膠Sol-Gel法製得溶膠後通過提拉法製備，角度調節部件可由手動或步進馬達驅動螺旋微調儀21實現。角度旋轉部件由精密轉角儀20實現。光輸出部由光纖自聚焦透鏡17,光纖18和光纖接頭19組成,其中自聚焦透鏡17改善輸出光的平行度，光纖接頭19用以和外部光纖器件對接，自聚焦透鏡17緊貼在光強衰減裝置2的光學稜鏡8的光束出射點上。對於工作於不同的工作波長的衰減器，主要是靠改變光衰減部的各膜層的參數來實現。實施例ニ 以大孔徑雷射光強衰減器為例，光輸入部2由入射窗ロ 23，集光透鏡24和平面鏡25組成。集光透鏡24使光線保持平行。平面鏡25改變光傳播方向，使經反射後的輸出光和輸入光保持在一條直線上。光強衰減裝置2由等腰梯形稜鏡8，上介質薄膜7，下介質薄膜9組成，光強衰減裝置2的參數設計以1.3μπι為中心波長，若選擇其它波長作為工作波長，參數設計需重新優化。光強衰減裝置2中，稜鏡8選用高折射率等腰梯形稜鏡(ZF7，η=1. 750，底角38.45°)，上下底面介質薄膜7和9採用相同SiO2薄膜，其折射率η=1. 32，厚度d=0. 340 μ m，可由SOL-GEL法製得。角度調節部件可由手動或步進馬達驅動螺旋微調儀21實現。角度旋轉部件由精密轉角儀20實現，光輸出部由平面鏡26，集光透鏡27和出射窗ロ 28組成，其中集光透鏡27改善輸出光的平行度，平面鏡26改變光傳播方向，使經反射後的輸出光和輸入光保持在一條直線上
權利要求
1.ー種小型機械式可變雷射光強衰減裝置，主要包括光輸入部(I)、光強衰減裝置(2)、光輸出部(3)、控制部(4)，其特徵在於其聯接方式通過光路聯接，光輸入部(I)位於整個衰減裝置的最前端，光線先經光輸入部(I)後入射到光強衰減裝置(2)上，光強衰減裝置(2)設置在控制部(4)的角度旋轉部件(13)上，控制部(4)調節光線在光強衰減裝置(2)上的入射角度，光線在光強衰減裝置(2)上經衰減後，通過光輸出部(3)輸出。
2.根據權利要求I所述的這種小型機械式可變雷射光強衰減裝置，其特徵是光輸入部(I)由平行部件(5)和偏折部件(6)構成，待衰減的光線先經過平行部件(5)，然後經過偏折部件(6)偏折後以一定角度入射到光強衰減裝置(2)上。
3.根據權利要求I所述的這種小型機械式可變雷射光強衰減裝置，其特徵是光強衰減 裝置(2)是ー個截面為等腰梯形的稜鏡(8)，其上下底面分別塗有上表面介質薄膜(7)和下表面介質薄膜(9)，上下表面介質薄膜(7)、(9).的厚度有多個。
4.根據權利要求I所述的這種小型機械式可變雷射光強衰減裝置，其特徵是光輸出部(3)由偏折部件(10)和平行部件(11)構成，先由偏折部件(10)將出射光線的方向調整到與光輸入部(I)上入射線方向一致，然後由平行部件(11)處理成平行光輸出。
5.根據權利要求I所述的這種小型機械式可變雷射光強衰減裝置，其特徵是控制部(4)由角度旋轉件(13)和角度調節件(12)構成，角度調節部件(12)通過傳動件對角度旋轉部件(13)和光強衰減裝置(2)的工作角進行調節。
全文摘要
一種新型小型機械式可變雷射衰減裝置屬於雷射器件領域。 主要包括光輸入部、光強衰減裝置、光輸出部、控制部，其聯接方式通過光路聯接，光輸入部位於整個裝置最前端，光線先經光輸入部後入射到光強衰減裝置上，光強衰減裝置設置在控制部的角度旋轉部件上，控制部調節光線在光強衰減裝置上入射角度，光線在光強衰減裝置上經衰減後，通過光輸出部輸出。 本發明用於光通訊和光信息處理等需要光強衰減的場合，也可用於精密測距、全息信息處理等需要對光束參數進行控制的情況，同現有的常規技術相比較，其工藝簡單，價格低廉，消光比大，工作波長範圍大，偏振靈敏度小，插入損耗小，無傳輸損耗。
文檔編號G02B6/26GK102645702SQ20101055310
公開日2012年8月22日 申請日期2011年2月22日 優先權日2011年2月22日
發明者欒曉健 申請人:大連兆陽軟體科技有限公司