基于光纤的光学调制器制造技术

用于调制激光束的方法、设备和系统。一种光学调制器可包括用于接收光束的光学输入端，以及在光学输入端和光学输出端之间的一个或多个长度的光纤。所述长度的光纤中的至少一个包括光学耦合到输出端的限制区域。该光学调制器还可包括扰动装置，用于通过在一个或多个长度的光纤上施加的动作，将通过限制区域的光束的透射率从在第一时间实例的第一透射率水平调制到在第二时间实例的第二透射率水平。光学调制器还可包括联接到扰动装置的控制器输入端，其中，扰动装置响应于通过控制器输入端接收的控制信号而在一个或多个长度的光纤上施加动作。

Optical modulator based on optical fiber

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于光纤的光学调制器
本文公开的技术涉及光学调制器。更具体地，所公开的技术涉及基于光纤的光束调制方法、设备和系统。相关申请本申请是美国专利申请15/607,399、15/607,410和15/607,411的部分延续(CIP)并要求其权益，所有这些专利申请的名称均为“ADJUSTABLEBEAMCHARACTERISTICS”，并且所有这些专利申请都是在2017年5月26日提交的，所有这些专利申请还都要求2016年9月29日提交的名称为“ALL-FIBERDEVICEFORVARYINGTHEBEAMQUALITYOFALASER”的美国临时申请No.62/401,650的优先权。出于所有目的，这些优先权申请通过引用整体地并入本文中。本申请还要求也是在2017年5月26日提交的、名称为“ADJUSTABLEBEAMCHARACTERISTICS”的PCT申请PCT/US17/34848的优先权，该PCT申请要求2016年9月29日提交名称为“ALL-FIBERDEVICEFORVARYINGTHEBEAMQUALITYOFALASER”的美国临时申请No.62/401,650的优先权。出于所有目的，该国际申请也通过引用整体地并入本文中。本申请涉及2018年3月16日提交的、代理案卷号为04.120CIP475、名称为“FIBER-BASEDSATURABLEABSORBER”的美国专利申请。
技术介绍
光学系统具有许多应用，包括通信和材料加工。这样的光学系统经常采用激光器，例如光纤激光器、圆盘激光器、二极管激光器、二极管泵浦固态激光器和灯泵浦固态激光器。在这些系统中，光功率通常是通过光纤传送的。光学调制器是一种通常包括在光学系统中的装置，其中光的参数或特性将随时间变化。一些调制器对于改变离开光学调制器的光束的强度(幅值)是有用的。一些这样的调制器是吸收性调制器和折射性调制器。一些吸收性调制器包括具有吸收系数的材料，该吸收系数可以例如通过弗朗兹-凯尔迪什效应(Franz-Keldysheffect)或量子束缚斯塔克效应(Quantum-confinedStarkeffect)(QCSE)进行控制。一些折射性调制器包括显示出声光效应(其中经由声波来调制折射率)或磁光效应(其中经由准静态磁场来调制材料的极化)的材料。然后可以将这种相位调制转换为强度调制。以上例示的常规光学调制器通常采用自由空间光学部件或块状光学部件，其伴有相关的成本、光学系统复杂性的增加、固有的光损耗和/或可靠性约束。基于光纤或“全光纤”的光学调制器具有优势，因为它消除了与自由空间光学调制器相关联的一个或多个约束。
技术实现思路
本文至少公开了用于调制光束的方法、系统和设备。方法可包括将光束接收到一个或多个长度的光纤中。所述长度的光纤中的至少一个包括与光学输出端光学耦合的限制区域。方法包括接收控制信号，并响应于该控制信号而在一个或多个长度的光纤上施加动作，以将通过限制区域的光束的透射率从在第一时间实例(timeinstance)的第一透射率水平调制到在第二时间实例的第二透射率水平。在一些实施例中，在一个或多个长度的光纤上施加动作，在第一时间实例与第二时间实例之间，将通过限制区域传输到光学输出端的光功率降低了至少10％。在一些实施例中，在一个或多个长度的光纤上施加动作还包括改变在第一长度光纤和第二长度光纤的限制区域之间的光束的耦合，和/或改变来自限制区域的光束在所述长度的光纤中的至少一个上的损耗率。在一些实施例中，所述长度的光纤中的包括限制区域的至少一个还包括泄漏区域，该泄漏区域具有比限制区域高的光损耗，在一个或多个长度的光纤上施加的动作改变在限制区域和泄漏区域之间的光束的耦合。第一透射率水平与进入限制区域的光束的较大耦合和进入泄漏区域的光束的较小耦合相关联，而第二透射率水平与进入限制区域的光束的较小耦合和进入泄漏区域的光束的较大耦合相关联。在一些实施例中，所述长度的光纤中的包括限制区域的至少一个还包括泄漏区域，该泄漏区域具有比限制区域高的光损耗，在一个或多个长度的光纤上施加的动作改变在限制区域和泄漏区域之间的光束的耦合。第一透射率水平与进入限制区域的光束的较大耦合和进入泄漏区域的光束的较小耦合相关联。第二透射率水平与进入限制区域的光束的较小耦合和进入泄漏区域的光束的较大耦合相关联。在一些这样的实施例中，泄漏区域包括非导向包层结构，限制区域位于包层结构内，并且包层结构包括折射率比限制区域的折射率低的材料。在一些其他实施例中，限制区域是第一限制区域，并且所述长度的光纤中的包括第一限制区域的至少一个还包括与输出端光学解耦的第二限制区域。在一个或多个长度的光纤上施加动作改变在第一限制区域和第二限制区域之间的光束的耦合。第一透射率水平与进入第一限制区域的光束的较大耦合和进入第二限制区域的光束的较小耦合相关联。第二透射率水平与进入第一限制区域的光束的较小耦合和进入第二限制区域的光束的较大耦合相关联。在一些这样的实施例中，第一限制区域通过包层结构与第二限制区域分开，该包层结构包括具有比第一限制区域的折射率低的折射率并且具有比第二限制区域的折射率低的折射率的材料。在这些实施例的一些中，第二限制区域包括与第一限制区域同轴的环形结构。在替代实施例中，一个或多个长度的光纤还包括与第二长度光纤端部耦合的第一长度光纤，并且第一长度光纤具有第一折射率轮廓(RIP)，且第二长度光纤具有第二RIP。在一些这样的实施例中，第一长度光纤至少在径向中心部分中具有梯度RIP，第二长度光纤具有第一限制区域和第二限制区域，第一限制区域包括中心芯，第二限制区域是环形的并且包围第一限制区域。在一些实施方式中，方法包括激励在谐振光学腔体内的光学增益介质。响应于控制信号来调制腔体内的光束。调制还包括通过在位于腔体内的一个或多个长度的光纤上施加动作来暂时地改变腔体内的光损耗。位于腔体内的所述长度的光纤中的至少一个包括与光学增益介质光学耦合的限制区域，并且在一个或多个长度的光纤上施加动作调制通过该限制区域的光束的透射率。光束的至少一部分被耦合出谐振腔体。在一些这样的实施例中，在一个或多个长度的光纤上施加动作在第一透射率水平和第二透射率水平之间调制通过限制区域的光束的透射率，以引起激光器的脉冲操作。在这些实施例的一些中，以足以使激光器主动地锁模的重复率在第一水平和第二水平之间调制光束的透射率。在这些实施例的一些中，第一透射率水平和第二透射率水平之间的差具有足以在腔体内实现Q开关激光发射的量级。在其他实施方式中，方法包括激励谐振光学腔体内的光学增益介质，并将光束的至少一部分耦合出腔体。响应于控制信号，拾取离开腔体的脉冲。脉冲的拾取还可包括在一个或多个长度的光纤上施加动作，其中该一个或多个长度的光纤中的至少一个包括限制区域。在一个或多个长度的光纤上施加动作在第一透射率水平和第二透射率水平之间调制通过限制区域的光束的透射率。本文公开的设备包括光束调制器，该光束调制器包括用于接收光束的光学输入端，以及在光学输入端和光学输出端之间的一个或多个长度的光纤。所述长度的光纤中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学调制器，包括：/n光学输入端，所述光学输入端用于接收光束；/n一个或多个长度的光纤，所述一个或多个长度的光纤位于所述光学输入端和光学输出端之间，其中所述长度的光纤中的至少一个包括与所述输出端光学耦合的限制区域；/n扰动装置，所述扰动装置用于通过在所述一个或多个长度的光纤上施加的动作，将通过所述限制区域的所述光束的透射率从在第一时间实例的第一透射率水平调节到在第二时间实例的第二透射率水平；和/n控制器输入端，所述控制器输入端联接到所述扰动装置，其中所述扰动装置响应于通过所述控制器输入端接收的控制信号而在所述一个或多个长度的光纤上施加动作。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170526 US 15/607,399;20170526 US 15/607,410;20171.一种光学调制器，包括：
光学输入端，所述光学输入端用于接收光束；
一个或多个长度的光纤，所述一个或多个长度的光纤位于所述光学输入端和光学输出端之间，其中所述长度的光纤中的至少一个包括与所述输出端光学耦合的限制区域；
扰动装置，所述扰动装置用于通过在所述一个或多个长度的光纤上施加的动作，将通过所述限制区域的所述光束的透射率从在第一时间实例的第一透射率水平调节到在第二时间实例的第二透射率水平；和
控制器输入端，所述控制器输入端联接到所述扰动装置，其中所述扰动装置响应于通过所述控制器输入端接收的控制信号而在所述一个或多个长度的光纤上施加动作。


2.根据权利要求1所述的光学调制器，其中，在第一时间通过所述限制区域传输到所述光学输出端的光功率比在第二时间通过所述限制区域传输到所述光学输出端的光功率大至少10％。


3.根据权利要求1所述的光学调制器，其中，在所述一个或多个长度的光纤上施加的动作改变以下项中的至少一项：
在第一长度光纤和第二长度光纤的限制区域之间的所述光束的耦合；或
来自所述限制区域的所述光束在所述长度的光纤中的至少一个上的损耗。


4.根据权利要求3所述的光学调制器，其中：
在所述一个或多个长度的光纤上施加的动作改变进入所述限制区域的所述光束的耦合；
所述第一透射率水平与进入所述限制区域的所述光束的较大耦合相关联；以及
所述第二透射率水平与进入所述限制区域的所述光束的较小耦合相关联。


5.根据权利要求1所述的光学调制器，其中：
所述长度的光纤中的包括所述限制区域的至少一个还包括泄漏区域，所述泄漏区域具有比所述限制区域高的光损耗；
在所述一个或多个长度的光纤上施加的动作改变在所述限制区域和所述泄漏区域之间的所述光束的耦合；
所述第一透射率水平与进入所述限制区域的所述光束的较大耦合和进入所述泄漏区域的所述光束的较小耦合相关联；以及
所述第二透射率水平与进入所述限制区域的所述光束的较小耦合和进入所述泄漏区域的所述光束的较大耦合相关联。


6.根据权利要求5所述的光学调制器，其中：
所述泄漏区域包括非导向包层结构；
所述限制区域位于所述包层结构内；且
所述包层结构包括折射率比所述限制区域的折射率低的材料。


7.根据权利要求1所述的光学调制器，其中：
所述限制区域是第一限制区域；
所述长度的光纤中的包括所述第一限制区域的至少一个还包括第二限制区域，所述第二限制区域与所述输出端光学解耦；
在所述一个或多个长度的光纤上施加的动作改变在所述第一限制区域和所述第二限制区域之间的所述光束的耦合；
所述第一透射率水平与进入所述第一限制区域的所述光束的较大耦合和进入所述第二限制区域的所述光束的较小耦合相关联；以及
所述第二透射率水平与进入所述第一限制区域的所述光束的较小耦合和进入所述第二限制区域的所述光束的较大耦合相关联。


8.根据权利要求7所述的光学调制器，其中，所述第一限制区域通过包层结构与所述第二限制区域分开，所述包层结构包括具有比所述第一限制区域的折射率低的折射率并且具有比所述第二限制区域的折射率低的折射率的材料。


9.根据权利要求8所述的光学调制器，其中，所述第二限制区域包括与所述第一限制区域同轴的环形结构。


10.根据权利要求1所述的光学调制器，其中：
所述一个或多个长度的光纤还包括与第二长度光纤端部耦合的第一长度光纤；以及
所述第一长度光纤具有第一折射率轮廓(RIP)，且所述第二长度光纤具有第二RIP。


11.根据权利要求10所述的光学调制器，其中：
所述第一长度光纤至少在径向中心部分中具有梯度RIP；和
所述第二长度光纤具有第一限制区域和第二限制区域，所述第一限制区域包括中心芯，所述第二限制区域是环形的且包围所述第一限制区域。


12.根据权利要求1至11中的任一项所述的光学调制器，其中，所述扰动装置至少具有与所述第一透射率水平相对应的第一状态和与所述第二透射率水平相对应的第二状态。


13.根据权利要求12所述的光学调制器，其中，所述扰动装置根据模拟波形在所述第一状态和所述第二状态之间转换，且使所述透射率根据包括所述第一透射率水平和所述第二透射率水平的连续函数变化。


14.一种激光器，包括：
谐振光学腔体，所述谐振光学腔体包括光学增益介质和光学调制器；
用于激励所述光学增益介质的装置；和
输出耦合器，所述输出耦合器用于将所述光束的至少一部分耦合出所述腔体，其中，所述光学调制器还包括：
一个或多个长度的光纤，其中所述长度的光纤中的至少一个包括限制区域，所述限制区域与所述光学增益介质光学耦合；和
扰动装置，所述扰动装置用于响应于控制信号，通过在所述一个或多个长度的光纤上施加的动作而在所述腔体内暂时地改变光损耗，所述动作调制通过所述限制区域的所述光束的透射率。


15.根据权利要求14所述的激光器，其中：
所述增益介质包括光纤；和
所述激励装置包括泵浦激光器。


16.根据权利要求14所述的激光器，其中，所述扰动装置用于在所述第一透射率水平和所述第二透射率水平之间调制所述光束的透射率，以引起所述激光器的脉冲操作。


17.根据权利要求16所述的激光器，其中，所述扰动装置用于以一定的重复率在所述所述第一水平和所述第二水平之间暂时地调制所述光束的透射率，以使所述激光器主动地锁模。


18.根据权利要求16所述的激光器，其中，所述第一透射率水平和所述第二透射率水平之间的差具有足以使所述激光器进行Q开关发射的量级。


19.一种光学系统，包括：
谐振光学腔体，所述谐振光学腔体包括光学增益介质；
用于激励所述光学增益介质的装置；
输出耦合器，所述输出耦合器用于将光束的至少一部分耦合出所述腔体；和
具有耦合到所述输出耦合器的输入端的光学调制器，其中所述光学调制器还包括：
一个或多个长度的光纤，其中所述长度的光纤中的至少一个包括限制区域；和
扰动装置，所述扰动装置用于通过在所述一个或多个长度的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·V·克莱纳，R·法罗，
申请(专利权)人：恩耐公司，
类型：发明
国别省市：美国;US