本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于超聲光柵的可調(diào)諧光學(xué)變頻器，其包括激光器、第一光隔離器和循環(huán)移頻模塊。所述的循環(huán)移頻模塊由光耦合器、超聲光柵、透鏡組、光放大器、第二光隔離器、第一光環(huán)行器、光纖布喇格光柵、第二光環(huán)行器、可調(diào)諧濾波器以及可調(diào)衰減器組成。所述激光器輸出的光經(jīng)過第一光隔離器后輸入到所述循環(huán)移頻模塊中進(jìn)行反復(fù)移頻，然后經(jīng)可調(diào)諧濾波器濾波和第二光環(huán)行器分離，再從環(huán)移頻模塊的端口輸出變頻光。本發(fā)明專利技術(shù)提供的變頻器體積緊湊，光學(xué)元件少因而易集成，變頻范圍大，變頻效率高，輸出功率高。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種基于超聲光柵的可調(diào)諧光學(xué)變頻器，特別涉及一種基于超聲光柵移頻、循環(huán)移頻和濾波技術(shù)的寬帶調(diào)諧的變頻器。
技術(shù)介紹
光學(xué)頻率下轉(zhuǎn)換、上轉(zhuǎn)換的本質(zhì)是差頻、和頻技術(shù)。相比傳統(tǒng)的諧波產(chǎn)生方法，差頻、和頻合成技術(shù)系統(tǒng)的最大優(yōu)勢在于系統(tǒng)便攜、緊湊，同時(shí)包含更豐富的頻率成份。目前，有頻率間距二分法、光學(xué)參量振蕩器法、非線性晶體光學(xué)法、激光二極管四波混頻法、光頻梳發(fā)生器法等。在這些方法中頻率間距二分法和光頻梳發(fā)生器法比較有特色。這兩種方法的宗旨就是將一個(gè)大的光學(xué)頻率間距分割成若干個(gè)與已知頻率成一定關(guān)系的更小頻率間距，而這個(gè)已知頻率通常可以采用現(xiàn)有手段來測量出來，這為頻率探測技術(shù)提供了極其便捷的手段。從另外一個(gè)角度來看，如果能夠通過不斷移動(dòng)可測量的小間距的頻率而最終獲得大間距的任意頻率，而且這些任意的光頻率也能夠得到測量，那將是一件非常不錯(cuò)的想法。比如事先知道了某一已知頻率，現(xiàn)在僅在原有頻率ω。的附近實(shí)現(xiàn)已知頻率COrf的若干次的倍增或倍減，最終通過原有頻率ω。可以得到任意期望的頻率而此時(shí)每個(gè)頻率的大小又可以通過一個(gè)類似于頻率“顯示屏”的濾波器顯示出來。如果真能夠?qū)崿F(xiàn)該想法，那么該技術(shù)不僅可以滿足光頻測量的要求，而且還可以獲得我們?nèi)我庑枨蟮墓庠搭l率。為了實(shí)現(xiàn)該想法，本專利技術(shù)公開了一種基于超聲光柵的可調(diào)諧光學(xué)變頻器。該專利技術(shù)將變頻激光器的結(jié)構(gòu)大大簡化，成本大幅降低，使其龐大的光學(xué)實(shí)驗(yàn)室得以小型化-一臺這樣的可調(diào)諧光學(xué)變頻器就可以取代數(shù)十臺到數(shù)百臺的激光器，從而使光學(xué)實(shí)驗(yàn)的綜合成本幅度降低，有望在科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)等方面獲得廣泛應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種緊湊、便攜，易于集成，寬調(diào)諧且調(diào)諧效率高的寬帶調(diào)諧變頻器。解決本專利技術(shù)技術(shù)問題的技術(shù)方案是提供一種基于超聲光柵的可調(diào)諧光學(xué)變頻器，其包括激光器、第一光隔離器、基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻模塊；所述激光器輸出的光經(jīng)過第一光隔離器后輸入到所述循環(huán)移頻模塊中進(jìn)行反復(fù)移頻，然后經(jīng)可調(diào)諧濾波器濾波和第二光環(huán)行器分離，再從循環(huán)移頻模塊的端口輸出變頻光。所述激光器為工作波長在lOOnm-lOOOOOnm波段內(nèi)的半導(dǎo)體激光器、氣體激光器、固體激光器或光纖激光器。所述基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻模塊的閉環(huán)增益系數(shù)的最佳值為1，次佳值為I以外的其它正整數(shù)值，再次佳值為I以外的其它正整數(shù)的倒數(shù)值。所述基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻模塊由光耦合器、超聲光柵、L1透鏡、L2透鏡、光放大器、第二光隔離器、第一光環(huán)行器、光纖布喇格光柵、第二光環(huán)行器、可調(diào)諧濾波器以及可調(diào)衰減器組成。所述超聲光柵為透射超聲光柵，用于相位調(diào)制。所述超聲光柵和L1透鏡和L2透鏡的輸出功率不能超過光放大器的最大允許輸入光功率。所述第一光環(huán)行器為三端口環(huán)行器，第一端口連接第二光隔離器的輸出端，第二端口連接光纖布喇格光柵的輸入端，第三端口連接吸收負(fù)載，所述吸收負(fù)載吸收光纖布喇格光柵的反射光。 所述第二光環(huán)行器為三端口環(huán)行器，其第一端口連接光纖布喇格光柵的輸出端口，第二端口連接可調(diào)諧濾波器的輸入端口，第三端口作為循環(huán)移頻模塊的光輸出口。所述基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻模塊中各部件的工作頻率帶寬不小于循環(huán)移頻模塊輸出端口的最高輸出頻率與激光器光源的頻率差。所述第一光隔離器、基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻模塊中各部件的工作波段與激光器的工作波段一致。所述可調(diào)諧濾波器為窄帶濾波器，將需要濾取的窄帶光反射到第二光環(huán)行器的第三端口輸出，而將其它頻率的光透射到光衰減器的輸入端，所述變頻器的頻率變化值等于可調(diào)諧濾波器的窄帶輸出光的頻率與所述激光器的輸出光的頻率之差，變頻器的頻率調(diào)節(jié)范圍不大于可調(diào)諧濾波器的窄帶輸出光的頻率可調(diào)范圍。所述可調(diào)諧濾波器為帶缺陷層的一維光子晶體技術(shù)或光柵衍射技術(shù)所制作成的頻率可調(diào)諧濾波器。所述一維光子晶體的光子禁帶區(qū)不小于系統(tǒng)輸出的光波的頻率調(diào)諧范圍，所述一維光子晶體包含一層折射率可調(diào)缺陷層，所述缺陷層的折射率的調(diào)節(jié)方式包括電致折變、磁致折變、聲致折變、光致折變、力致折變或熱致折變，所述一維光子晶體具有一缺陷模，所述缺陷模隨所述缺陷層的折射率的變化。本專利技術(shù)提供的可調(diào)諧光學(xué)變頻器體積小，光學(xué)元件少，易于集成，成本低，調(diào)諧范圍大，調(diào)諧效率高，輸出功率高，操作簡單。附圖說明下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖I是本專利技術(shù)基于超聲光柵的可調(diào)諧光學(xué)變頻器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本專利技術(shù)基于超聲光柵的可調(diào)諧光學(xué)變頻器的第一種實(shí)施方式的示意圖。圖3是本專利技術(shù)基于超聲光柵的可調(diào)諧光學(xué)變頻器的第二種實(shí)施方式的示意圖。圖4是本專利技術(shù)基于超聲光柵的可調(diào)諧光學(xué)變頻器的第三種實(shí)施方式的示意圖。具體實(shí)施例方式本專利技術(shù)提供了一種基于超聲光柵的可調(diào)諧光學(xué)變頻器，如圖I所示，其包括激光器I、第一光隔離器2、基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻模塊3 ;所述激光器I輸出的光經(jīng)過第一光隔離器2后輸入到所述循環(huán)移頻模塊3中進(jìn)行反復(fù)移頻，然后經(jīng)可調(diào)諧濾波器310濾波和第二光環(huán)行器39分離，再從循環(huán)移頻模塊的端口 4輸出變頻光。激光器I為工作波長在lOOnm-lOOOOOnm波段內(nèi)的半導(dǎo)體激光器、氣體激光器、固體激光器或光纖激光器。基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻模塊3的閉環(huán)增益系數(shù)的最佳值為1，次佳值為I以外的其它正整數(shù)值，再次佳值為I以外的其它正整數(shù)的倒數(shù)值。基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻模塊3由光耦合器31、超聲光柵32、L1透鏡33、L2透鏡34、光放大器35、第二光隔離器36、第一光環(huán)行器37、光纖布喇格光柵38、第二光環(huán)行器39、可調(diào)諧濾波 器310以及可調(diào)衰減器311組成。超聲光柵32為透射超聲光柵，用于相位調(diào)制。超聲光柵32的頻移原理是超聲波在透明介質(zhì)中傳播時(shí)將弓I起介質(zhì)的彈性應(yīng)變而作時(shí)間和空間上的周期性變化，導(dǎo)致介質(zhì)的折射率也作相應(yīng)變化。若聲光作用距離較小時(shí)，光波通過介質(zhì)主要引起空間周期性變化，最終光波的相位得到調(diào)制。不失一般性，設(shè)聲光介質(zhì)中的超聲波是沿著X方向傳播的平面縱波，其角頻率為ω s，波矢量為ks ( = 2 π / λ s)，其中λ s為超聲波波長；入射光為沿z方向傳播的平面波，其角頻率為ω，波矢量為Η = 2π/λ)，其中λ為真空中光波波長。當(dāng)介質(zhì)的彈性應(yīng)變較小時(shí)，折射率η隨X和時(shí)間t的變化關(guān)系為n (x, t) = n0+(An)msin (cost_ksx)(I)其中Iitl表示無超聲波時(shí)介質(zhì)的折射率，(An)m表示折射率的變化幅值。當(dāng)光波通過厚度為L的超聲光柵時(shí)，引起的相位變化為Δ Φ (X，t) =kn(x，t)L= Δ Φ0+Δ C>msin(ωst_ksx)(2)其中Δ Φ0表不無超聲波時(shí)光通過L厚度超聲光柵的相位差，Δ C>m表不位相差的變化幅度。假設(shè)光第一次通過超聲光柵時(shí)，在ζ = -L/2平面上的電矢量為E = Aeiwt(3)則光第一次通過超聲光柵后，在ζ = L/2平面上的電矢量為五=^^.( 4 )利用數(shù)學(xué)恒等式e'細(xì)0 = Σ JnWne，=( 5 ) W=-CO(5)式中，Jn(i3)為第一類貝塞爾函數(shù)。利用(5)式可以將⑷式變化為E = CJ0(J)Bito1+CJx {β)β (ω-^)f - CJ1 (β)βΚω^ ￥+CJ2{p)ei{co-2o,s)t + C本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：歐陽征標(biāo)，祁春超，
申請(專利權(quán))人：深圳大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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