[发明专利]一种高功率光纤声光调制器及光纤激光器

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，特别涉及一种光纤声光调制器及光纤激光器。

背景技术

光纤激光器被称为激光领域的一门新兴技术，因其体积小、输出功率高、光斑质量好等诸多优点而在很多领域逐渐替代其他传统激光器，近年来成为国际上争相研究的热点，因其发展迅猛和应用广泛，受到了高度重视。光纤声光调制器是光纤激光器的主要部件之一，相当于一个高速光开关，用于控制脉冲激光输出。

常规光纤声光调制器的基本结构如附图1所示，包括声光晶体103和位于其两端的第一光纤准直器101和第二光纤准直器102，第一、第二光纤准直器是由光纤头和透镜组成，起到光束准直和扩束的作用，从第一光纤准直器101出来的光经过声光晶体103后高效率地耦合到第二光纤准直器102中。高频电压通过压电晶体104产生频率相同的超声波，作用于声光晶体103上，在其内产生周期性弹性形变，从而使声光晶体103的折射率产生周期性变化，相当于一个移动的相位光栅，光束通过声光晶体103后发生布拉格衍射分成两束光输出。当驱动打开高频电压时，80%以上的布拉格衍射光束方向偏转一定的角度，即布拉格衍射角，为了便于区分，将这束衍射输出的光称为“1级光”S1，当驱动关闭时输出光没有产生方向变化，称为“0级光”S2。通常用第二光纤准直器102接收1级光作为光输出。因为0级光耦合进入第二光纤准直器102中不仅造成信号干扰，而且在高功率工作下会烧毁第二光纤准直器102，所以必须对0级光进行有效处理，现有技术采用挡光板105将0级光挡掉。

0级光和1级光之间的夹角很小，空气介质中0级光和1级光之间的夹角为：

θ=λfsνs---(1)]]>

其中，λ是光的波长；f_s是电驱动频率，也是超声波频率；ν_s是超声波在声光晶体中的传播速度。

以常规声光调制器为例，其驱动频率是80MHz，声光晶体TeO2内超声波速度ν_s=4464m/s，常规工业用途光纤激光器的工作波长λ=1.064um，根据上述公式（1），计算出θ=1.093°。

因为夹角θ很小，为了使0级光和1级光全部分开便于挡光板105完全档掉0级光且不对1级光造成干扰，第二光纤准直器102和挡光板105要放置在距离声光晶体103的中心比较远的地方。

因为0级光和1级光之间角度θ很小，所以只考虑水平方向偏移的因素影响下，0级光进入第二光纤准直器102的耦合效率，计算公式为：

η=exp(-dx2ω02)---(2)]]>

根据上式（2）逆推导计算，要想高斯光束腰斑直径ω₀=0.5mm的光斑小于0.1%的能量进入第二光纤准直器102，两者之间的距离dx≥1.3mm。

挡光板105到声光晶体103的中心距离为：