一种折叠光路大功率电光调制系统

摘要

本发明涉及一种800nm波段折叠光路大功率电光调制系统，属于激光通信技术领域。本发明在电光调制系统中，采用自聚焦透镜耦合技术，使激光器耦合光纤之后的光束发散角压缩到1.2°，自聚焦透镜输出的光斑尺寸小于2mm，激光器与电光调制器的耦合效率显著提高，达到80％；在电光调制晶体的结构设计时采用了折叠光路的设计方案，在较短晶体尺寸条件下使激光束在调制晶体中多次往返传输，实现低半波电压工作；利用折叠光路结构，适合增加通光孔径和寻找最佳长宽比，消除双折射及退偏影响，实现大功率输出，使电光调制系统输出功率大于1W。

主权项

一种折叠光路大功率电光调制系统，该系统由光源(1)、电光调制器(2)、驱动器(3)组成；所述的光源(1)由半导体激光器(4)和光纤(5)连接组成；半导体激光器(4)的输出光经过光纤(5)耦合后输出；所述的电光调制器(2)由自聚焦透镜(6)、起偏器(7)、输入光分束镜(8)、电光调制晶体(9)、检偏器(10)、输出光分束镜(11)、输入光电管(12)和输出光电管(13)组成；自聚焦透镜(6)与光源(1)中的光纤(5)相连；自聚焦透镜(6)、起偏器(7)与电光调制晶体(9)的入射孔径平行放置；在起偏器(7)与电光调制晶体(9)中间放置输入光分束镜(8)，输入光分束镜(8)与激光传输光轴成45°摆放；检偏器(10)与电光调制晶体(9)的输出孔径平行放置；检偏器(10)的输出光入射输出光分束镜(11)；输出光分束镜(11)与激光传输光轴成45°摆放；输入光电管(12)与输入光分束镜(8)相连；输出光电管(13)与输出光分束镜(11)相连；所述的驱动器(3)由直流偏置控制电路(14)和调制驱动电路(15)组成；其中直流偏置控制电路(14)通过电线分别与电光调制器(2)中的电光调制晶体(9)、输入光光电管(12)和输出光光电管(13)相连；调制驱动电路(15)通过电线与电光调制器(2)中的电光调制晶体(9)连接；自聚焦透镜(6)将光纤(5)输出的激光进行光束发散角压缩，然后入射起偏器(7)；起偏器(7)将由自聚焦透镜(6)输出的光变为与电光调制晶体(9)的X轴平行的线偏振光，入射到输入光分束镜(8)；输入光分束镜(8)将输入的光按能量99∶1的比例分为两束光，其中99％能量的光束入射到电光调制晶体(9)，在电光调制晶体(9)中完成光信号的调制，另外1％能量的光束入射到输入光电管(12)；输入光电管(12)将光信号转换为电信号，通过电线传送给驱动器(3)中的直流偏置控制电路(14)；电光调制晶体(9)采用折叠光路设计，电光调制晶体(9)在x轴方向的两表面都与yoz面平行，电光调制晶体(9)在y轴方向的两表面都与xoz面平行，其中光入射端面(16)与光出射端面(19)为两个形状相同的长方形，并且都与晶体的X-Y平面平行；光反射第一端面(17)与光反射第二端面(18)为两个形状相同的长方形，并且都与X-Y平面成θ角；a为光入射端面(16)和光出射端面(19)的高度；d为电光调制晶体(9)宽度，L为电光调制晶体(9)长度；激光由光入射端面(16)输入电光调制晶体(9)，并平行于z轴传播到光反射第一端面(17)，由光反射第一端面(17)发生发射并将反射光传播到光反射第二端面(18)，在光反射第二端面(18)再次发生反射，变成平行于z轴的光束，由光出射端面(19)输出；下面的公式给出的是电光调制晶体(9)半波电压计算公式，其中λ是电光调制晶体(9)的入射波长光，no是电光调制晶体(9)的折射率，γ22是电光调制晶体(9)电光系数， V π = λ 2 n o 3 γ 22 · d L , 由此公式可知，电光调制晶体(9)的半波电压与电光调制晶体(9)的宽度d和长度L密切相关，因此，减小d/L的值能够降低其半波电压；电光调制晶体(9)尺寸设计方法如下：θ为光反射第一端面(17)和光反射第二端面(18)与X-Y平面的夹角，2θ为光经过光反射第一端面(17)的入射角与反射角之和，光从光入射端(16)的a/2高度入射，由光输出端面(19)的a/2高度出射；由下面公式 tg 2 θ = a L , 由此公式可知，在确定了电光调制晶体(9)长度L和光入射端面(16)的高度a后，可求出光反射第一端面(17)和光反射第二端面(18)与X-Y平面的夹角θ；电光调制晶体(9)的输出光入射到检偏器(10)；检偏器(10)将输出光的偏振方向调整到与电光调制晶体(9)的Y轴方向平行；输出光分束镜(11)将检偏器(10)的输出光按照能量99∶1的比例分为两束光，其中99％能量的光束为电光调制系统的输出光，另外1％能量的光束提供给输出光电管(13)，输出光电管(13)将光信号转换为电信号，通过电线将电信号传送给驱动器(3)中的直流偏置控制电路(14)；直流偏置控制电路(14)为电光调制晶体(9)提供直流偏置电压，同时电光调制器(2)中的输入光电管(12)和输出光电管(13)将电信号传送给直流偏置控制电路(14)，直流偏置控制电路(14)根据输入光电管(12)与输出光电管(13)传送的电信号幅度比值的变化来判断电光调制晶体(9)的半波电压的变化，从而自动调节给电光调制晶体(9)提供的直流偏置电压；调制驱动电路(15)将调制电信号加载在电光调制晶体(9)上以完成电光调制。