專利名稱：一種激光衰減器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光領(lǐng)域，尤其涉及可調(diào)的激光衰減器。
背景技術(shù)：
在激光應(yīng)用系統(tǒng)中，常常需要將激光功率進(jìn)行衰減后才能進(jìn)行使用或測量。 對(duì)于同一波長，常常需要多個(gè)不同衰減率的衰減片組合使用來達(dá)到這一目的。
但是在平常使用時(shí)，由于經(jīng)過多個(gè)衰減片之間的衰減后，輸出功率Pin,變?yōu)?br> 理論上衰減片個(gè)數(shù)足夠多，且衰減率合適時(shí)，可以達(dá)到基本準(zhǔn)連續(xù)調(diào)節(jié)的功率 輸出，但這樣的裝置使用時(shí)極不方便，且很難得到精確的衰減系數(shù)。因此連續(xù) 和大范圍(40dB以上)功率調(diào)節(jié)器將非常的有用，如果能夠做出較為簡單，成 本且較低的動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)衰減器將十分具有應(yīng)用價(jià)值。
實(shí)用新型內(nèi)容
因此，本實(shí)用新型提出一種結(jié)構(gòu)簡單的方式實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)的激光衰 減器。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是
一種激光衰減器，包括依次設(shè)置于激光光路上的雙折射晶體和偏振輸出棱 鏡，所述的雙折射晶體還連接于溫度控制裝置。
一種激光衰減器，包括依次設(shè)置于激光光路上的第一個(gè)分光元件、雙折射 晶體、第二個(gè)分光元件和光闌，所述的雙折射晶體還連接于溫度控制裝置。
進(jìn)一步的，所述的分光元件是walk-off晶體?；蛘撸龅姆止庠瞧?振輸出棱鏡,如PBS棱鏡。所述的激光衰減器的出射光經(jīng)過一光學(xué)反饋元件至光探測器，所述的光探 測器連接于反饋調(diào)整裝置，所述的反饋調(diào)整裝置再連接于所述的溫度控制裝置。
多個(gè)所述的激光衰減器可以級(jí)聯(lián)。
本實(shí)用新型采用如上技術(shù)方案，具有結(jié)構(gòu)簡單，且實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)。

圖l是本實(shí)用新型的第一種結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型的第二種結(jié)構(gòu)的實(shí)施例一示意圖； 圖3是本實(shí)用新型的第二種結(jié)構(gòu)的實(shí)施例二示意圖； 圖4是本實(shí)用新型的擴(kuò)展型結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
本實(shí)用新型的主要原理是采用溫度調(diào)節(jié)控制雙折射晶體厚度，并與偏振光 學(xué)元件結(jié)合，通過溫度改變雙折射晶體的位相延遲度來改變?nèi)肷浼す馄駹顟B(tài) 來調(diào)節(jié)激光輸出功率。
參閱圖l所示的實(shí)施例， 一個(gè)在有效孔徑內(nèi)輸入的線偏振激光，偏振方向 如圖所示的x方向，與雙折射晶體101的光軸與xz平面成45度角，入射到雙 折射晶體101中。假定溫度為25。C時(shí)，雙折射晶體101的相位延遲為零(波長 的整數(shù)倍)，這時(shí)出射的激光偏振不變，經(jīng)過偏振輸出棱鏡102時(shí)沒有功率損 失，衰減器此時(shí)不起到衰減作用；通過溫度控制裝置103,可以方〗更調(diào)節(jié)雙折射 晶體101的溫度，當(dāng)溫度開始升高時(shí)，相位延遲度開始增加，且最終的出射功 率從100%開始連續(xù)下降，當(dāng)溫度到某一溫度T1時(shí)，4吏相位延遲變化為Ti/2時(shí)， 這時(shí)從雙折射晶體IOI中出射的激光為一圓偏光，經(jīng)過如圖l所示的偏振輸出 棱鏡102后，出射功率只有原來的1/2，偏振方向?yàn)槿鐖D的x方向；繼續(xù)增大溫度，出射功率繼續(xù)減小，當(dāng)溫度上升到T2，使相位延遲變化到7T時(shí)，激光偏振
方向從x方向偏振完全變到y(tǒng)方向偏振，由于偏振輸出棱鏡102的作用而使輸 出光為零?？梢姡ㄟ^控制雙折射晶體101的位相延遲，即可控制輸出功率的 衰減率從0 ~ 100 %之間連續(xù)變化。通過計(jì)算可知，最終通過偏振輸出棱鏡102 后，出射的功率滿足<formula>formula see original document page 5</formula>
衰減系凄丈
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相位延遲《與晶體的o, e光折射率、熱光系數(shù)、線性熱膨脹率以及晶體厚度、 溫度變化范圍有關(guān)，其關(guān)系式為
義<formula>formula see original document page 5</formula>以YV04為例，其o光折射率為"。=2.01663 , e光折射率為"e = 2.25334 ,兩者 折射率差為0.237， a軸的線性熱膨脹率<formula>formula see original document page 5</formula>光和e光熱光系數(shù)分別 為<formula>formula see original document page 5</formula>,厚度為1.2mm,則溫度變化50度，相位 延遲《即為7T ,出光透射率剛好可以從100%變化到零，考慮到合理的工作溫度 范圍，上述的相位延遲5需滿足27T的變化范圍，也就是厚度必須達(dá)到2.4mm即 可在50度的溫度范圍內(nèi)滿足功率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)要求。
另外，如要達(dá)到30dB的衰減要求，則相位延遲5滿足
<formula>formula see original document page 5</formula>
只考慮溫度的控制精度帶來衰減常數(shù)的變化，則控溫精度滿足<formula>formula see original document page 5</formula>則控溫精度W只需控制到0.72K溫度精度即可達(dá)到30dB的衰減損耗要求。同 理可以計(jì)算40dB衰減也只需0.23K的控溫精度，這些在使用熱電制冷器(TEC) 的情況下是4艮容易達(dá)到的。
圖1實(shí)施例中的偏振輸出棱鏡102可以是晶體棱鏡如walk-off晶體，也可 以是非晶體制作的PBS棱鏡。圖2是另一種變型圖，非線偏振的激光，首先通 過walk-off晶體的偏振輸出棱鏡1041的分光作用，產(chǎn)生如圖2所示的o、 e光， walk-off晶體1041的光軸沿y軸負(fù)向；o， e光在雙折射晶體101中產(chǎn)生位相 延遲，使o光變e光，e光變o光，再次通過另一塊walk-off晶體1042，即可 使出射光變成線偏振的輸出光，最后通過一小孔光闌106透射出水平偏振光來 得到最后的光輸出。同時(shí)，通過調(diào)節(jié)雙折射晶體101的溫度，還可以改變輸出 偏振光的功率，也即是可以起到衰減的作用。分析可得上述結(jié)構(gòu)的衰減系數(shù)可 以從0 ~ 100% ，但圖1所述的實(shí)施結(jié)構(gòu)衰減激光系數(shù)是偏振相關(guān)的。
圖3所示的是圖2的第二種實(shí)施結(jié)構(gòu)的實(shí)施例二示意圖。只是圖2中的 walk-off晶體的偏振輸出棱鏡1041、 1042換成了圖3中的偏振分光棱鏡(PBS 棱鏡)1051、 1052，通過PBS棱鏡1051、 1052的鍍膜來控制S偏振和P偏振的 透射反射比。其衰減系數(shù)也可以從0~100%動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。圖2和圖3所示的實(shí)施 結(jié)構(gòu)都可以實(shí)現(xiàn)偏振無關(guān)的激光衰減，不需要激光是線偏振光。
圖4是本實(shí)用新型的擴(kuò)展型結(jié)構(gòu)示意圖。所述的激光衰減器的出射光經(jīng)過 一光學(xué)反饋元件107至光探測器108,所述的光探測器108連接于反饋調(diào)整裝置 109，所述的反饋調(diào)整裝置109再連接于所述的溫度控制裝置103。所述的光探 測器108可以是PD (Pho t oe 1 ec t ron i c D i ode)探測器，通過檢測光功率的波動(dòng)， 再通過反饋調(diào)整裝置109來自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度的變化，使輸出功率保持穩(wěn)定。上述結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以大范圍動(dòng)態(tài)、連續(xù)地調(diào)節(jié)衰減器的衰減系數(shù)，單級(jí)
的衰減器衰減系數(shù)可達(dá)到40dB，通過2級(jí)的級(jí)聯(lián)，可以達(dá)到更高的衰減要求； 另外通過光反饋還可以補(bǔ)償溫度的變化，使輸出光功率穩(wěn)定。另外，本系統(tǒng)不 需要移動(dòng)器件或機(jī)械的調(diào)節(jié)，具有良好的可操控性。
當(dāng)然上述結(jié)構(gòu)的也存在一些缺陷，上述結(jié)構(gòu)都需要特別的雙折射晶體材料, 要具有盡可能大的熱光系數(shù)，盡可能大的線性膨脹系數(shù)(垂直光軸方向)，良 好的導(dǎo)熱性能(利于晶體傳熱或控溫)；另外高功率激光密度也會(huì)帶來一些問 題，激光光斑中心附近過多的累熱導(dǎo)致大的溫度梯度，會(huì)影響中心和邊緣的衰 減系數(shù)的不同，而導(dǎo)致激光光斑能量分布變化，因此選用低吸收系數(shù)的材料非 常重要。另外由于雙折射晶體的溫度精度決定了衰減系數(shù)的穩(wěn)定性以及準(zhǔn)確性, 因此對(duì)溫度控制要求也較高，這些在具體設(shè)計(jì)衰減器需要考慮到。
盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本實(shí)用新型，但所屬領(lǐng)域的技術(shù) 人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)， 在形式上和細(xì)節(jié)上可以對(duì)本實(shí)用新型做出各種變化，均為本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍。
權(quán)利要求1.一種激光衰減器，其特征在于包括依次設(shè)置于激光光路上的雙折射晶體(101)和偏振輸出棱鏡(102)，所述的雙折射晶體(101)還連接于溫度控制裝置(103)。
2. —種激光衰減器，其特征在于包括依次設(shè)置于激光光路上的第一個(gè)分光元 件、雙折射晶體(101 )、第二個(gè)分光元件和光闌(106 ),所述的雙折射晶體(101) 還連接于溫度控制裝置(103 )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光衰減器，其特征在于所述的分光元件是walk-off 晶體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所迷的激光衰減器，其特征在于所迷的分光元件是偏振輸 出棱鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光衰減器，其特征在于所述的激光衰減器的 出射光經(jīng)過一光學(xué)反饋元件(107 )至光探測器(108 )，所述的光探測器(108 ) 連接于反饋調(diào)整裝置(109)，所述的反饋調(diào)整裝置(109)再連接于所述的溫度 控制裝置(103)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光衰減器，其特征在于多個(gè)所述的激光衰減 器可以級(jí)耳關(guān)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及激光領(lǐng)域，尤其涉及可調(diào)的激光衰減器。一種激光衰減器，包括依次設(shè)置于激光光路上的雙折射晶體和偏振輸出棱鏡，所述的雙折射晶體還連接于溫度控制裝置。一種激光衰減器，包括依次設(shè)置于激光光路上的第一個(gè)分光元件、雙折射晶體、第二個(gè)分光元件和光闌，所述的雙折射晶體還連接于溫度控制裝置。本實(shí)用新型采用如上技術(shù)方案，具有結(jié)構(gòu)簡單，且實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)G02F1/01GK201429751SQ20092013947
公開日2010年3月24日 申請日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
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