專利名稱：大功率電光調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空間激光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種電光調(diào)制器。
技術(shù)背景在空間激光通信系統(tǒng)中，需要對通信激光進(jìn)行調(diào)制，大功率電光調(diào)制器 就是利用電光調(diào)制晶體的電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對激光進(jìn)行調(diào)制的一種裝置?！豆怆娮?激光》刊物2001年11期"40GHz鈮酸鋰電光調(diào)制器"文獻(xiàn)中介紹了-"種40GHz 復(fù)合電極型高速電光調(diào)制器?！豆庾訉W(xué)報》刊物2002年31巻0Z2期"100GHz 復(fù)合型行波電極鈮酸鋰電光調(diào)制器"文獻(xiàn)中介紹了一種100GHz高速波導(dǎo)型電 光調(diào)制器。《激光與紅外》刊物第33巻第1期"高速聚合物電光調(diào)制器的進(jìn) 展"文獻(xiàn)中介紹了高速率電光調(diào)制器的研究方法和發(fā)展趨勢。CN1299472號專 利介紹了應(yīng)用于光纖激光通信的高速電光調(diào)制器，CN2566298號專利介紹了電 極結(jié)構(gòu)高速鈮酸鋰電光調(diào)制器。由于激光在大氣傳輸中的衰減特性，激光波 長優(yōu)選810nm，而且大功率電光調(diào)制器的功率和帶寬相互制約，上述文獻(xiàn)中介 紹的電光調(diào)制器雖然帶寬很高，但是輸出激光功率小于10mW，調(diào)制激光波長 不是針對810nm系列，不適合遠(yuǎn)距離自由空間、臨近空間激光通信對激光波 長和功率的需要。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供的是大功率電光調(diào)制器，該大功率電光調(diào)制器是針對810mn 系列波長的激光進(jìn)行調(diào)制，在滿足空間激光通信對帶寬要求的前提下，提高 輸出激光功率，大功率電光調(diào)制器輸出激光功率100mW-500mW，調(diào)制帶寬 0. 5GHz-5. OGHz。本發(fā)明的大功率電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)見圖1，該大功率電光調(diào)制器由半導(dǎo)體激 光器l、光纖2、準(zhǔn)直器3、起偏器4、電光調(diào)制晶體單元5、檢偏器6、激光 器電源9、供電電源IO，還有光接收器7、光接收器8、驅(qū)動器ll、編碼信號 源12構(gòu)成；大功率電光調(diào)制器各部分采用光纖和光電耦合，構(gòu)成一個閉環(huán)反 饋控制系統(tǒng)；準(zhǔn)直器3采用自聚焦透鏡；電光調(diào)制晶體單元5采用N個電光 調(diào)制晶體的"組合調(diào)制"方式，并且采用寬帶行波電極，N二2m,m為自然數(shù)；半導(dǎo)體激光器1通過光纖2和準(zhǔn)直器3相連接，半導(dǎo)體激光器1發(fā)射的 激光通過準(zhǔn)直器3后整型，光纖2使半導(dǎo)體激光器1和準(zhǔn)直器3實(shí)現(xiàn)了光纖 耦合，提高了激光的傳輸效率，準(zhǔn)直器3采用自聚焦透鏡；起偏器4和電光調(diào)制晶體單元5相連接，電光調(diào)制晶體單元5和檢偏器6 相連接，電光調(diào)制晶體單元5采用"組合調(diào)制"方式，電光調(diào)制晶體單元5 內(nèi)含有上述的N個電光調(diào)制晶體，N個電光調(diào)制晶體尺寸完全相同，形狀都為 長方體，將N個電光調(diào)制晶體的光軸垂直放置，這樣放置電光調(diào)制晶體減少 了由于自然雙折射引起的相位延遲和溫度引起的漂移，由準(zhǔn)直器3發(fā)射的激 光經(jīng)過起偏器4后成為偏振光，偏振光通過電光調(diào)制晶體單元5后得到調(diào)制， 調(diào)制后的偏振光經(jīng)過檢偏器6后送至下級的使用單元；從電光調(diào)制晶體單元5的出射端面滿孔徑出射的光束的光路如圖2所示，起偏器4和起偏器6的折射率為"，起偏器4和起偏器6的等效光程厶為 8/"，電光調(diào)制晶體折射率為A,，其等效光程厶為40/w ，從準(zhǔn)直器3的端 面到電光調(diào)制晶體單元5入射面的等效光程Z'為￡,+￡2+(30-8-2V^)，從 準(zhǔn)直器3端面到電光調(diào)制晶體單元5出射面的等效光程Z +丄2 ;起偏器4和光接收器7光電耦合連接，電光調(diào)制晶體單元5和驅(qū)動器11 用高頻同軸電纜連接，檢偏器6和光接收器7光電耦合連接，光接收器7和 光接收器8分別與驅(qū)動器11用高頻同軸電纜相連接；激光器電源9和半導(dǎo)體激光器1用高頻同軸電纜相連接，激光器電源9 為半導(dǎo)體激光器l提供電源；編碼信號源12和驅(qū)動器11用高頻同軸電纜相連接，編碼信號源12為驅(qū) 動器11提供高頻、高功率方波交流信號，驅(qū)動器11輸出信號通過高頻同軸 電纜和特殊電極加到電光調(diào)制晶體單元5上，可以根據(jù)編碼信號源12，改變 電光調(diào)制晶體單元5的電光特性，從而調(diào)制起偏器4發(fā)送至電光調(diào)制晶體單 元5的偏振光；供電電源10分別與激光器電源9、編碼信號源12和驅(qū)動器11用導(dǎo)線相 連接，供電電源10為激光器電源9、編碼信號源12和驅(qū)動器11提供電源；電光調(diào)制晶體單元5的寬帶行波電極設(shè)計及制作方法，電極的設(shè)計綜合 考慮調(diào)制電壓和調(diào)制帶寬，并且考慮電極與負(fù)載的阻抗匹配、電極損耗對帶 寬及半波電壓的影響；電光調(diào)制晶體單元5的光反饋信號實(shí)現(xiàn)對靜態(tài)工作點(diǎn)的實(shí)時控制，由于 自動偏差控制性，調(diào)制器的靜態(tài)工作點(diǎn)將會自動保持，但由于周圍溫度的變 化會產(chǎn)生反向漂流，或由于高頻連續(xù)波信號而出現(xiàn)晶體的電介質(zhì)加熱現(xiàn)象，靜態(tài)工作點(diǎn)會變得不穩(wěn)定，為了維持期望的靜態(tài)工作點(diǎn)，把進(jìn)入電光調(diào)制晶體單元5的光抽樣信號和離開調(diào)制器的光抽樣信號用光接收器7和光接收器8接收，轉(zhuǎn)化成電信號，形成一個閉環(huán)光電反饋控制系統(tǒng)；驅(qū)動器11和編碼信號源12配套，為電光調(diào)制晶體提供方波交流信號； 大功率電光調(diào)制器的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖3所示，由光軸調(diào)整架15、格蘭棱鏡盒16、 45度反射鏡17、電光調(diào)制晶體盒18、格蘭棱鏡盒19、 45度反射鏡20 構(gòu)成，整個大功率電光調(diào)制器的機(jī)械結(jié)構(gòu)外形為長方體，電光調(diào)制晶體盒18 放置在V型槽上，電光調(diào)制晶體盒18用鎖緊螺釘和外殼連在一起，電光調(diào)制 晶體單元5和盒體絕緣，采用螺釘固定在電光調(diào)制晶體盒18上，格蘭棱鏡盒 16、 45度反射鏡17、格蘭棱鏡盒19、 45度反射鏡20為長方體，精密調(diào)整后 和大功率電光調(diào)制器盒體用鎖緊螺釘連接，考慮到整個鏡架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性， 在裝配調(diào)試完成后，螺紋聯(lián)接處點(diǎn)膠固定。 有益效果本發(fā)明提供的大功率電光調(diào)制器可以實(shí)現(xiàn)輸出激光功率lOOmW-500mW、調(diào) 制帶寬0. 5GHz-5. OGHz的810nm系列波長激光調(diào)制，解決了大功率電光調(diào)制 器功率和帶寬互相制約的難點(diǎn)，在適當(dāng)降低帶寬的條件下，提高了大功率電 光調(diào)制器的輸出激光功率，滿足于自由空間、臨近空間激光通信需要。


圖1是大功率電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是電光調(diào)制晶體單元光路圖。 圖3是大功率電光調(diào)制器裝配圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1半導(dǎo)體激光器l選用810nm系列半導(dǎo)體激光器，激光功率0.8W，激光器 電源9和半導(dǎo)體激光器1用高頻同軸電纜相連接，激光器電源9和半導(dǎo)體激 光器1配套，激光器電源9為半導(dǎo)體激光器1提供電源，光纖選用100nm直 徑，準(zhǔn)直器3采用自聚焦透鏡，半導(dǎo)體激光器1通過光纖2和準(zhǔn)直器3相連 接，半導(dǎo)體激光器1發(fā)射的激光通過準(zhǔn)直器3后整型，光纖2使半導(dǎo)體激光 器1和準(zhǔn)直器3實(shí)現(xiàn)了光纖耦合，提高了激光的傳輸效率，準(zhǔn)直器3采用自 聚焦透鏡，起偏器4和電光調(diào)制晶體單元5相連接，電光調(diào)制晶體單元5和 檢偏器6相連接，電光調(diào)制晶體單元5采用"組合調(diào)制"方式，電光調(diào)制晶 體單元5的材料選用LiNbO:,,電光調(diào)制晶體單元5由2個長方體電光調(diào)制晶 體構(gòu)成，電光調(diào)制晶體長和高都為10mm，寬20腿，將光軸垂直放置。這樣放 置電光調(diào)制晶體減少了由于自然雙折射引起的相位延遲和溫度引起的漂移。從電光調(diào)制晶體單元5的出射端面滿孔徑出射的光束的光路如圖2所示。 起偏器4和起偏器6的材料為方解石，其在波長O. 81 u m處的折射率^約1. 65， 起偏器4和起偏器6的等效光程厶為丄,=8/" = 8/1.65 = 4.95(mm) 。 LiNbO:,晶 體在0. 81 U m處的/ 。=2. 186，其等效光程厶為:丄3 =40/" =40/2.186"8.25(附附)。 從自聚焦透鏡的端面到LiNbO:,電光調(diào)制晶體單元5入射面的等效光程Z'為 丄'=^ +丄2 + (30 -8 -2V^) = 26.01(m附)。從準(zhǔn)直器3端面到電光調(diào)制晶體單元出射 面的等效光程丄'+丄2 =26.01 +18.25 = 44.26(mm)。電光調(diào)制晶體單元5的寬帶行波電極設(shè)計及制作方法，電極的設(shè)計綜合 考慮調(diào)制電壓和調(diào)制帶寬，并且考慮電極與負(fù)載的阻抗匹配、電極損耗對帶寬及半波電壓的影響。起偏器4和光接收器7光電耦合連接，電光調(diào)制晶體單元5和驅(qū)動器11 用高頻同軸電纜連接，檢偏器6和光接收器7光電耦合連接，光接收器7和 光接收器8分別與驅(qū)動器11用高頻同軸電纜相連接。編碼信號源12和驅(qū)動 器ll用高頻同軸電纜相連接。驅(qū)動器11和編碼信號源12配套，為電光調(diào)制 晶體提供峰-峰電壓200V、頻率500M的交流方波信號。電光調(diào)制晶體單元5 的光反饋信號實(shí)現(xiàn)對靜態(tài)工作點(diǎn)的實(shí)時控制。由于自動偏差控制性，調(diào)制器 的靜態(tài)工作點(diǎn)將會自動保持。但由于周圍溫度的變化會產(chǎn)生反向漂流，或由 于高頻連續(xù)波信號而出現(xiàn)晶體的電介質(zhì)加熱現(xiàn)象，靜態(tài)工作點(diǎn)會變得不穩(wěn)定。 為了維持期望的靜態(tài)工作點(diǎn)，我們把進(jìn)入電光調(diào)制晶體單元5的光抽樣信號 和離開調(diào)制器的光抽樣信號用光接收器7和光接收器8接收，轉(zhuǎn)化成電信號， 形成一個光電閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。大功率電光調(diào)制器的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖3所示，由光軸調(diào)整架15、格蘭棱鏡 盒16、 45度反射鏡17、電光調(diào)制晶體盒18、格蘭棱鏡盒19、 45度反射鏡20 六部分構(gòu)成。整個大功率電光調(diào)制器的機(jī)械結(jié)構(gòu)外形尺寸為40X60X 150皿。 電光調(diào)制晶體盒18放置在V型槽上，電光調(diào)制晶體盒18用鎖緊螺釘和外殼 連在一起，電光調(diào)制晶體單元5和盒體絕緣，采用螺釘固定在電光調(diào)制晶體 盒18上。格蘭棱鏡盒16、 45度反射鏡17、格蘭棱鏡盒19、 45度反射鏡20 徑為10mm，精密調(diào)整后和大功率電光調(diào)制器盒體用鎖緊螺釘連接?？紤]到整 個鏡架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在裝配調(diào)試完成后，螺紋聯(lián)接處點(diǎn)膠固定。本發(fā)明實(shí)施例是以LiNbO:,晶體的電光效應(yīng)為基礎(chǔ)，采用"組合調(diào)制"方 法、閉環(huán)反饋控制技術(shù)、電光調(diào)制晶體參數(shù)優(yōu)化設(shè)計和寬帶行波電極設(shè)計技術(shù)、高效耦合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了激光波長810nm、輸出激光功率150mW、調(diào)制帶寬 l.OGHz的大功率電光調(diào)制器。
權(quán)利要求
1、大功率電光調(diào)制器，由半導(dǎo)體激光器(1)、光纖(2)、準(zhǔn)直器(3)、起偏器(4)、電光調(diào)制晶體單元(5)、檢偏器(6)、激光器電源(9)、供電電源(10)構(gòu)成，其特征在于還有光接收器(7)、光接收器(8)、驅(qū)動器(11)、編碼信號源(12)構(gòu)成；大功率電光調(diào)制器各部分采用光纖和光電耦合，構(gòu)成一個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)；準(zhǔn)直器(3)采用自聚焦透鏡；電光調(diào)制晶體單元(5)采用N個電光調(diào)制晶體的“組合調(diào)制”方式，并且采用寬帶行波電極，所述的N＝2m，m為自然數(shù)；半導(dǎo)體激光器(1)通過光纖(2)和準(zhǔn)直器(3)相連接，半導(dǎo)體激光器(1)發(fā)射的激光通過準(zhǔn)直器(3)后整型，光纖(2)使半導(dǎo)體激光器(1)和準(zhǔn)直器(3)實(shí)現(xiàn)了光纖耦合，準(zhǔn)直器(3)采用自聚焦透鏡；起偏器(4)和電光調(diào)制晶體單元(5)相連接，電光調(diào)制晶體單元(5)和檢偏器(6)相連接，電光調(diào)制晶體單元(5)采用“組合調(diào)制”方式，電光調(diào)制晶體單元(5)內(nèi)含有上述的N個電光調(diào)制晶體，N個電光調(diào)制晶體尺寸完全相同，形狀都為長方體，將N個電光調(diào)制晶體的光軸垂直放置，由準(zhǔn)直器(3)發(fā)射的激光經(jīng)過起偏器(4)后成為偏振光，偏振光通過電光調(diào)制晶體單元(5)后得到調(diào)制，調(diào)制后的偏振光經(jīng)過檢偏器(6)后送至下級的使用單元；從電光調(diào)制晶體單元(5)的出射端面滿孔徑出射的光束從準(zhǔn)直器(3)發(fā)射、順次經(jīng)過起偏器(4)和電光調(diào)制晶體單元(5)到檢偏器(6)，起偏器(4)和起偏器(6)的折射率為n，起偏器(4)和起偏器(6)的等效光程L1為8/n，電光調(diào)制晶體折射率為no，其等效光程L2為40/no，從準(zhǔn)直器(3)的端面到電光調(diào)制晶體單元(5)入射面的等效光程L′為L1+L2+(30-8-2)，從準(zhǔn)直器(3)端面到電光調(diào)制晶體單元(5)出射面的等效光程L′+L2；起偏器(4)和光接收器(7)光電耦合連接，電光調(diào)制晶體單元(5)和驅(qū)動器(11)用高頻同軸電纜連接，檢偏器(6)和光接收器(7)光電耦合連接，光接收器(7)和光接收器(8)分別與驅(qū)動器(11)用高頻同軸電纜相連接；激光器電源(9)和半導(dǎo)體激光器(1)用高頻同軸電纜相連接，激光器電源(9)為半導(dǎo)體激光器(1)提供電源；編碼信號源(12)和驅(qū)動器(11)用高頻同軸電纜相連接，編碼信號源(12)為驅(qū)動器(11)提供高頻、高功率方波交流信號，驅(qū)動器(11)輸出信號通過高頻同軸電纜和特殊電極加到電光調(diào)制晶體單元(5)上，可以根據(jù)編碼信號源(12)，改變電光調(diào)制晶體單元(5)的電光特性，從而調(diào)制起偏器(4)發(fā)送至電光調(diào)制晶體單元(5)的偏振光；供電電源(10)分別與激光器電源(9)、編碼信號源(12)和驅(qū)動器(11)用導(dǎo)線相連接，供電電源(10)為激光器電源(9)、編碼信號源(12)和驅(qū)動器(11)提供電源；電光調(diào)制晶體單元(5)的光抽樣信號和離開調(diào)制器的光抽樣信號用光接收器(7)和光接收器(8)接收，轉(zhuǎn)化成電信號，形成一個閉環(huán)光電反饋控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對靜態(tài)工作點(diǎn)的實(shí)時控制；驅(qū)動器(11)和編碼信號源(12)配套，為電光調(diào)制晶體提供方波交流信號；大功率電光調(diào)制器的機(jī)械結(jié)構(gòu)由光軸調(diào)整架(15)、格蘭棱鏡盒(16)、45度反射鏡(17)、電光調(diào)制晶體盒(18)、格蘭棱鏡盒(19)、45度反射鏡(20)構(gòu)成，整個大功率電光調(diào)制器的機(jī)械結(jié)構(gòu)外形為長方體，電光調(diào)制晶體盒(18)放置在V型槽上，電光調(diào)制晶體盒(18)用鎖緊螺釘和外殼連在一起，電光調(diào)制晶體單元(5)和電光調(diào)制晶體盒(18)盒體絕緣，采用螺釘固定在電光調(diào)制晶體盒(18)上，格蘭棱鏡盒(16)、45度反射鏡(17)、格蘭棱鏡盒(19)、45度反射鏡(20)為長方體，精密調(diào)整后和大功率電光調(diào)制器盒體用鎖緊螺釘連接固定。
全文摘要
本發(fā)明提供的大功率電光調(diào)制器由半導(dǎo)體激光器(1)、光纖(2)、準(zhǔn)直器(3)、起偏器(4)、電光調(diào)制晶體單元(5)、檢偏器(6)、激光器電源(9)、供電電源(10)，還有光接收器(7)、光接收器(8)、驅(qū)動器(11)、編碼信號源(12)構(gòu)成；大功率電光調(diào)制器各部分采用光纖和光電耦合；準(zhǔn)直器(3)采用自聚焦透鏡；電光調(diào)制晶體單元(5)采用“組合調(diào)制”方式，并且采用寬帶行波電極。該大功率電光調(diào)制器可以實(shí)現(xiàn)輸出激光功率100mW-500mW、調(diào)制帶寬0.5GHz-5.0GHz的810nm系列波長激光調(diào)制，解決了大功率電光調(diào)制器功率和帶寬互相制約的難點(diǎn)，在適當(dāng)降低帶寬的條件下，提高了大功率電光調(diào)制器的輸出激光功率，滿足空間激光通信需要。
文檔編號G02F1/03GK101226283SQ20081005028
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月22日
發(fā)明者劉國軍, 唐顏峰, 張劍家, 銳 李, 李洪祚, 柱 梁, 詹偉達(dá), 鄭建平, 金光勇 申請人:長春理工大學(xué)