[实用新型]一种光斑可调的抗高回反光光导微波光纤

说明书

本实用新型公开了一种光斑可调的抗高回反光光导微波光纤，目的是解决高回反光、光斑匀化和光纤光斑形态控制问题。本实用新型由光纤包层、光纤纤芯、光纤滤除区、光纤输出端面组成，光纤包层分为输入端、中间和输出端部分，输入端部分由包层腐蚀平缓区、包层腐蚀过渡区组成；中间部分由未被腐蚀的包层、光纤滤除区组成；输出端部分由光纤拉锥锥区、光纤拉锥腰区组成。光纤滤除区是在光纤包层靠近光纤输出端的位置通过拉锥和滤除包层的方式处理形成；本实用新型可减少从光导开关反射到固体激光器中的回反光，通过调整光纤输出端的光纤拉锥比，可调整输出光斑的大小及匀化，光纤纤芯的形状为圆形或方形，可实现不同形态的光斑输出。

技术领域

本实用新型涉及高功率光导微波领域，尤其涉及一种光斑可调的抗高回反光光导微波光纤。

背景技术

新型光导微波技术利用高功率可调谐高重频脉冲激光作为光源，入射到宽禁带光导半导体开关(Photoconductive semiconductor switch，PCSS)，再经偏置电压放大产生可调谐高功率微波，相比于传统的电真空器件产生微波的机制，具有体积小、频率可调，可阵面合成等优势，在功率合成(模块化)和可调谐性(智能化)方面具有巨大潜力，得到了领域内研究人员的广泛关注。目前由于高功率可调谐脉冲激光光源多采用固体功率放大结构，其所需的一些分立光学元件在体积和灵活性方面上限制了高功率光导微波系统的小型化发展；光纤具有传输效率高，灵活性强，体积小等特点，已经广泛应用于高功率光纤激光器及光纤通信领域，在高功率光导微波系统的应用中也极具潜力。

尽管光纤具有以上诸多优点，但是在高功率微波的应用中还存在一些问题；首先，高回反光与高功率脉冲激光承载问题；由于碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等宽禁带半导体材料对光的吸收较低，为增加半导体材料的吸收率，一般会在半导体材料下表面镀高反材料(例如Ag)，形成镜面反射以增加激光在半导体材料中的光程从而促进吸收，然而，镜面强反射也会使发射的回反光耦合进入光纤入射到固体放大系统，当回反光达到一定阈值时，激光系统将会烧毁。空间光耦合到光纤一般是通过将准直后的激光聚焦到光纤的端面实现空间光-光纤的耦合，通过增加光纤纤芯直径可以有效降低光纤端面的功率密度，以提高高功率脉冲激光承载能力，然而纤芯直径的变大又会增加光纤输出端回反光的耦合到光纤纤芯的风险。另外，光纤输出到光导开关的光斑尺寸和形态也是一大难题，由于光导开关表面透明导电薄膜(掺铝氧化锌(ZnO:Al)，AZO，俗称透明导电薄膜)的光强耐压能力有限，当输入到AZO表面的光功率密度超出其耐压阈值时将造成光导开关的损坏，因此，输入到AZO表面的光应尽可能匀化，一般可以通过调整光纤的纤芯尺寸、光纤的数值孔径等方式调整输出光斑，由于光导开关的体积紧凑，以及考虑到高回反光问题，现有光纤难以实用于复杂的使用场景。

相关专利对光纤应用到光导微波系统进行了公开报道，2018年美国专利Photoconductive switch package configurations(光导开关封装结构，专利号：US2018/0012028)采用光垂直入射半导体的光电耦合结构，该专利将光纤输出端面插入到一个导电柱状电极里面，光纤输出的散射激光经过导电柱子电极的多次反射再入射到光导开关实现光电耦合，该方法默认铜柱横截面积为激光入射光斑的大小，容易造成激光能量损耗和泄露，且未考虑到回反光问题。中国专利：一种用于提高碳化硅光导开关光电转换效率的光学结构(专利公开号：CN111739953A)，该专利实施例三所述光导开关光电耦合方式将光纤近距离(反射镜面与SiC的距离为3.5cm)地插入带有反射镜的耦合腔内部，形成激光的多次反射从而提高耦合效率，所述光纤为纤芯直径大于100μm的多模光纤，也未考虑功率承载与回反光问题。

综上所述，目前公开报道的专利及论文均未解决光纤应用到光导微波系统回反光问题，且未考虑如何控制输入到光导开关的光斑匀化以及光斑形态等应用因素。

实用新型内容：