基于相干偏振合成的全電光開關制造技術

本實用新型專利技術涉及一種基于相干偏振合成的全電光開關。該全電光開關包括包括種子源（1）、分束器陣列（2）、相位調制模塊(3)、激光放大準直器(4)、光開關系統(5)、高反鏡(6)和相位控制器（7），其中，種子源（1）、分束器陣列（2）、相位調制模塊(3)、激光放大準直器(4)、光開關系統(5)、高反鏡(6)、相位控制器（7）依次連接，相位控制器(7)還與相位調制模塊(3)連接。該全電光開關避免了傳統的機械式控制方法，控制簡單，結構緊湊，控制精度高。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種光開關，特別是一種基于主動相位控制相干偏振合成實現的全電光開關。
技術介紹
在激光加工、材料處理、激光表演等激光技術應用領域，需要高精度、快速改變光束的方向。傳統的方法一般采用機械式控制，控制系統復雜、速度慢、精度較低。對光束實現高速、全電控制是激光領域一直探索和亟待解決的問題。
技術實現思路
本專利技術通過相位控制系統，對多路光束的相位進行控制，實現合成后光束激射方向的數字化控制。避免機械式控制的復雜性和控制速度慢、精度低等問題。本專利技術主要思想是采用多路光束進行偏振合成，通過相位控制控制各光束之間的相位差，從而實現方向可變的高功率高光束質量激光輸出。本專利技術的技術解決方案是整個系統包括種子源I、分束器陣列2、相位調制模塊3、激光放大準直器4、光開關系統5、高反鏡6、相位控制器7 ;其中種子源I、分束器陣列2、相位調制模塊3、激光放大準直器4、光開關系統5、高反鏡6、相位控制器7依次連接，相位控制器7還與相位調制模塊3連接。其中，所述的激光種子源I為一個線偏振激光器，激光器種類不限，可以是固體激光器、氣體激光器、光纖激光器等各種類型激光源；所述的分束器陣列2把種子源光束分成N束，分束器種類可以是光纖分束器，或者其他起到光束分束的器件。其中，所述的相位調制模塊3由N個相位調制器組成，將相位控制器提供的反饋信號施加到合成光束上面。其中，所述的激光放大準直器4包括隔離器(41)、放大器(42)、準直器(43)，其中隔離器、放大器、準直器依次連接，共有N組這樣的隔離器、放大器、準直器依次連接，N與合成光束的數目相等。所述的隔離器(41)的種類根據合成方案而定，其數目與合成光束的數目相等；所述的放大器(42)對每一路光束進行功率放大，與隔離器配套使用，種類根據合成方案而定，數目與參與合成的光束數目相等；所述的準直器件(43)具有保偏功能，種類根據合成方案而定，數目與參與合成的光束的數目相等。其中，所述的光開關系統5包括偏振旋轉器(51)、偏振合束器(52)、全反鏡(53)。所述的偏振旋轉器(51)類型不限，可以是半波片或其他偏振旋轉器件，有效通光孔徑大于準直器孔徑；所述的偏振合束器(52)具有高的消光比，有效通光孔徑大于準直器的直徑；所述的全反鏡(53)為對種子源波長全反的反射鏡。其中，所述的高反鏡6是對種子源波長高反的高反鏡。其中，所述的相位控制器7由光電探測模塊(71)與相位控制模塊(72)連接而成。其中，所述的光電探測模塊(71)實現方式不限，種子源波長在其相應波段內；所述的相位控制模塊(72)基于優化算法、數字、模擬電路技術，FPGA技術，具體算法的實施可以有多種方式。本專利技術實現多路光開關的過程如下激光種子源I輸出的光通過分束器陣列2后分為N束，然后經過放大器(42)對每一束激光進行放大，每一個放大器前加隔離器(41)防止回光損壞種子源等其他器件。各路光束放大后經過準直器(43)準直進入光開關系統。偏振旋轉器(51)對每一路偏振光束偏振態進行旋轉，使得入射到每一個偏振合束器(52)的兩束光偏振態相互垂直，從而實現偏振合成。全反鏡(53)用于改變光束路徑。高反鏡6將大部分光透射出去用于激光應用，很小部分光經過光電探測模塊(71)將光信號轉變為電信號進入相位控制模塊(72 );相位控制模塊(72)對輸 入信號進行處理，將反饋信號輸送到相位調制模塊3對每一路光束進行調制，實現整個系統的閉環控制。相位控制模塊(72)和相位調制模塊3通過對各路光束的相位差進行控制，可以實現合成激光的多方向輸出。采用本專利技術可以達到以下技術效果I、本專利技術提供了一種基于主動相位控制相干偏振合成實現多路光開關的方案，避免了傳統的機械式控制方法，控制簡單，結構緊湊，控制精度高；2、本專利技術提供的主動相位控制相干偏振合成實現多路光開關的方法，系統的實現方式多樣，可以用于固體激光器，氣體激光器，光纖激光器等，系統所用器件的選取多樣；本專利在激光加工、材料處理、激光表演等激光技術應用領域有很大的潛在應用價值。附圖說明圖I為本專利技術的系統結構原理示意圖，圖2為激光放大準直器示意圖，圖3為四路光開關系統原理不意圖，圖4為八路光開關系統原理不意圖，圖5為相位控制器原理示意圖。具體實施方式圖2 中，(411)、(412) ... (41N)是 N 路隔離器，(421 )、(422) ... (42N)是 N 路放大器，(431)、(432) ... (43N)是 N 路準直器，圖3、4中，(51)是偏振旋轉器，(52)是偏振合束/分束器，(53)是全反鏡，圖5中，3是相位調制模塊，6是高反鏡，(71)是光電探測模塊，(72)是相位控制模塊。本專利以四路和八路光開關的實現為例說明偏振相干合成實現多路光開關的具體過程和原理，整個系統可以擴展到多路。從種子源I出來的光經過分束器陣列2分為四束進入激光放大準直器4。每一路光束經過放大器(42)進行放大，然后進入準直器(43)準直輸出，進入光開關系統5。四路光束實現光開關的原理圖如圖3所示。四路光束經過偏振旋轉器(51)對其偏振方向進行旋轉，使得光束A、C的偏振方向垂直于偏振合束器(52)的光軸,光束B、D的偏振方向平行于偏振合束器(52)的光軸，A、B兩束光的偏振方向相互垂直，C、D兩束光的偏振方向相互垂直。A、B兩束光和C、D兩束光分別經過偏振合束器(52)進行偏振合成。不進行相位控制時，合成后光束的偏振態不定。當合成后的光束經過高反鏡6輸出，很少部分光經過光電探測模塊(71)、相位控制模塊(72)、相位調制模塊3對系統進行鎖相，使得A、B和C、D之間的相位差分別為O或I時，合成后的光束為線偏光，可以進一步進行偏振合成。值得注意的是鎖相的值不同，合成后光束的偏振方向不同。系統中的所有偏振旋轉器(51)與光軸固定確定的角度，在系統實施過程中不再變化，固定的角度由入射光束的振幅比確定。設偏振旋轉器(51)與光軸成正向夾角(逆時針為正)，負向夾角的分析類似。設四路光束的相位分別為#Α , ，原理圖如圖3所示。權利要求1.基于相干偏振合成的全電光開關，包括種子源(I)、分束器陣列(2)、相位調制模塊(3)、激光放大準直器(4)、光開關系統(5)、高反鏡(6)和相位控制器(7)，其特征在于，種子源(I)、分束器陣列(2)、相位調制模塊(3)、激光放大準直器(4)、光開關系統(5)、高反鏡(6)、相位控制器(7)依次連接，相位控制器(7)還與相位調制模塊(3)連接。2.根據權利要求I所述的基于相干偏振合成的全電光開關，其特征在于，所述的相位調制模塊(3)由N個相位調制器組成。3.根據權利要求I所述的基于相干偏振合成的全電光開關，其特征在于，所述的激光放大準直器(4)包括隔離器(41)、放大器(42)、準直器(43)，其中隔離器、放大器、準直器依次連接。4.根據權利要求I所述的基于相干偏振合成的全電光開關，其特征在于，所述的相位控制器(7)由光電探測模塊(71)與相位控制模塊(72)連接而成。專利摘要本技術涉及一種基于相干偏振合成的全電光開關。該全電光開關包括包括種子源(1)、分束器陣列(2)、相位調制模塊(3)、激光放大準直器(4)、光開關系統(5)、高反鏡(6)和相位控制器(7)，其中，種子源(本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于相干偏振合成的全電光開關，包括種子源（1）、分束器陣列（2）、相位調制模塊(3)、激光放大準直器(4)、光開關系統(5)、高反鏡(6)和相位控制器（7），其特征在于，種子源（1）、分束器陣列（2）、相位調制模塊(3)、激光放大準直器(4)、光開關系統(5)、高反鏡(6)、相位控制器（7）依次連接，相位控制器(7)還與相位調制模塊(3)連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：尤潔，黃龍，王欣，肖鵬博，
申請(專利權)人：尤潔，黃龍，王欣，肖鵬博，
類型：實用新型
國別省市：