一种基于晶体电光效应的空间光自适应耦合装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于光电通信技术领域，更具体地，涉及一种基于晶体电光效应的空间光自适应耦合装置。包括自聚焦透镜、支撑平台和梯形光纤，所述梯形光纤从前段到尾段的光纤芯径递减，梯形光纤包括至少三段光纤，其中前段为多模光纤，尾段为单模光纤，多模光纤的前端位于自聚焦透镜的焦点处，梯形光纤设置在支撑平台上。该装置具有自动响应和动态调整的特点，可以根据耦合效率调整电位分布，从而改变自聚焦透镜的聚焦常数和焦距，实现对装置结构的优化，保证空间光至单模光纤的高效耦合。此外，由于装置便于调控、无机械结构且集成化程度高，该装置具有更高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于晶体电光效应的空间光自适应耦合装置
本专利技术属于光电通信
，更具体地，涉及一种基于晶体电光效应的空间光自适应耦合装置。
技术介绍
晶体的电光效应是指晶体的光学折射率因外加电场而产生变化的一种效应。当折射率随外加电场呈线性变化时，这种效应称为线性电光效应。对于LiNbO3晶体，当施加电场方向沿着晶体光轴Z方向时，其主轴方向不发生变化且各方向的折射率均与施加电场强度有关。自聚焦透镜是指介质的折射率沿半径方向按一定规律渐变，利用折射率分布引导光束折射传播实现束宽压缩，因此自聚焦透镜也称作梯度折射率透镜。普通透镜在压缩束宽的时候会增大发散角，由于自聚焦透镜的折射率呈梯度分布，可使球差、像散等同时得到校正，因此自聚焦透镜在减小束腰半径引起的发散角增大程度要远小于普通透镜。自聚焦透镜端面是平面，可直接与光纤端面粘接，结构紧凑、稳固、调整方便，其耦合损耗在各光学表面采取减小反射措施之后可小于0.5dB，而且基本上与透镜间距(<20mm)及光纤中的模式功率分布无关。空间光耦合是自由空间光通信领域的关键技术之一。由于大部分的光通信技术需要采用掺铒光纤放大技术，通常耦合技术需要将单模光纤作为载体进行耦合，但单模光纤的直径只有9-10μm，数值孔径只有0.14左右，因此从空间光信号至单模光纤的耦合效率有限。而且此类装置的结构比较复杂，对系统结构的调整难度也很大。
技术实现思路
为了解决空间光耦合效率低、结构复杂、调整难度大的问题，本专利技术提供了一种基于晶体电光效应的无机械化电控动态可调空间光高效率自动耦合装置。本专利技术结合了自聚焦透镜大面积接收和梯形光纤低耦合能量损耗的特点，利用分布式电位点对自聚焦透镜模块和梯形结构模块进行动态调整，提出了一种基于晶体电光效应的空间光自适应耦合装置，可应用于光纤激光器、空间光通信和天文观测等
相比于传统的耦合系统，其解决了结构优化难、加工难度大、耦合效率低等难题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种基于晶体电光效应的空间光自适应耦合装置，包括自聚焦透镜、支撑平台和梯形光纤，所述梯形光纤从前段到尾段的光纤芯径递减，梯形光纤包括至少三段光纤，其中前段为多模光纤，尾段为单模光纤，多模光纤的前端位于自聚焦透镜的焦点处，梯形光纤设置在支撑平台上。本技术方案进一步的优化，所述梯形光纤的中段为多模光纤和/或少模光纤。本技术方案进一步的优化，所述梯形光纤的前段为多模光纤，中段为少模光纤，尾段为单模光纤。梯形光纤指多模光纤-少模光纤-单模光纤的耦合结构。自聚焦透镜将空间光的束腰进行压缩，使透镜焦点位于多模光纤端面，耦合进多模光纤的光信号经过梯形光纤后从单模光纤输出。本技术方案更进一步的优化，所述梯形光纤设置包层半径为125μm，多模光纤芯径为100μm，单模光纤芯径为10μm，少模光纤芯径取值范围为20～80μm。本技术方案进一步的优化，所述自聚焦透镜采用LiNbO3晶体制成。本技术方案进一步的优化，所述LiNbO3晶体上密集分布多个电位点，各电位点可以施加不同的电位值。由于不同电位的电位点之间可以形成电势差，根据晶体的电光效应，晶体的折射率与施加的电场强度有关，因此在不同位置的电位点施加相应的电位可以实现对工作台各部分区域的折射率分布的控制。区别于现有技术，上述技术方案具有如下有益效果：本专利技术利用分布式电位控制自聚焦透镜以及梯形光纤的高耦合效率实现对空间光的高效耦合。自聚焦透镜具有大面积接收模场的特点，可以增加接收端的数值孔径。同时，该装置具有自动响应和动态调整的特点，可以根据耦合效率调整电位分布，从而改变自聚焦透镜的聚焦常数和焦距，实现对装置结构的优化，保证空间光至单模光纤的高效耦合。此外，由于装置便于调控、无机械结构且集成化程度高，该装置具有更高的应用价值。附图说明图1为基于晶体电光效应的空间光自适应耦合装置结构示意图；图2为自聚焦透镜的结构示意图；图3为自聚焦透镜光路原理图。图中：1.LiNbO3晶体，2.电位点，3.自聚焦透镜，4.支撑平台，5.多模光纤，6.少模光纤，7.单模光纤。具体实施方式为详细说明技术方案的
技术实现思路
、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。本专利技术提出了一种基于晶体电光效应的空间光自适应耦合装置，包括自聚焦透镜、支撑平台和梯形光纤，所述梯形光纤包括多模光纤和单模光纤，多模光纤的前段位于自聚焦透镜的焦点处，梯形光纤设置在支撑平台上。本专利技术优选一实施例一种基于晶体电光效应的空间光自适应耦合装置，请参阅图1所示，为基于晶体电光效应的空间光自适应耦合装置结构示意图，该装置包括自聚焦透镜3、支撑平台4和梯形光纤。自聚焦透镜3设置在梯形光纤前段，梯形光纤固定在支撑平台4上，前段端面位于透镜的焦点处。梯形光纤结构指在多模光纤与单模光纤之间插入少模光纤，降低了多模光纤中高阶模式的损失，可以有效提升多模光纤至单模光纤的耦合效率，同时提升设备的耐损性。梯形光纤的耦合效率与光纤结构有很大关系，其结构层数和光纤长度直接决定梯形光纤的耦合效率和对耦合角度的敏感度。相比于传统的分离透镜耦合，梯形光纤结构的耦合效率要更高，可以将多模光纤至单模光纤的耦合效率由无过渡时的4％提升至52％；相比于高耦合效率的锥形光纤，梯形光纤的工艺难度更低且耐损性更好，更适合于工程应用。梯形光纤的耦合效率与光纤结构有很大关系，根据模拟实验结果，梯形光纤的结构层数和光纤长度直接决定梯形光纤的耦合效率和对耦合角度的敏感度。因此在不同的应用场合中，需要一种芯径、光纤长度、梯形光纤层数等参数都具有可调性的梯形光纤，这对于传统的SiO2光纤来说是难以实现的。该实施例的梯形光纤的前段为多模光纤5，中间段为少模光纤6，尾段为单模光纤7。自聚焦透镜3将空间光的束腰进行压缩，使透镜焦点位于多模光纤5端面，耦合进多模光纤的光信号经过梯形光纤后从单模光纤输出。由于多模光纤5的芯径较大且梯形光纤的耦合效率较高，该空间光耦合方案的耦合效率较高。空间光经过自聚焦透镜3压缩束腰后耦合进入多模光纤5，多模光纤5端面位于自聚焦透镜3的焦点处，将汇聚的光线耦合进梯形光纤，光信号从耦合结构尾段输出，梯形光纤的尾段为单模光纤7。该实施例的梯形光纤中设置包层半径为125μm，多模光纤芯径为100μm，单模光纤芯径为10μm，少模光纤芯径优化区间为20～80μm。需要说明的是，本专利技术的创新点之一在于梯形光纤，梯形光纤的前段为多模光纤，尾段为单模光纤，中间段不设限，为多模光纤或/和少模光纤。故本领域技术人员可知，梯形光纤构成可为多模光纤、多模光纤、少模光纤、单模光纤，或者多模光纤、少模光纤、少模光纤、单模光纤。梯形光纤从前段到尾段，光纤芯径逐渐递减。参阅图2所示，为自聚焦透镜的结构示意图。该实施例的自聚焦透镜3由密集分布着多个电位点2的LiNbO3晶体1构成。该耦合装置在LiNbO3晶体1上密集分布多个电位点2，各电位点2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于晶体电光效应的空间光自适应耦合装置，其特征在于，包括自聚焦透镜、支撑平台和梯形光纤，所述梯形光纤从前段到尾段的光纤芯径递减，梯形光纤包括至少三段光纤，其中前段为多模光纤，尾段为单模光纤，多模光纤的前端位于自聚焦透镜的焦点处，梯形光纤设置在支撑平台上。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于晶体电光效应的空间光自适应耦合装置，其特征在于，包括自聚焦透镜、支撑平台和梯形光纤，所述梯形光纤从前段到尾段的光纤芯径递减，梯形光纤包括至少三段光纤，其中前段为多模光纤，尾段为单模光纤，多模光纤的前端位于自聚焦透镜的焦点处，梯形光纤设置在支撑平台上。


2.如权利要求1所述的基于晶体电光效应的空间光自适应耦合装置，其特征在于，所述梯形光纤的中段为多模光纤和/或少模光纤。


3.如权利要求1所述的基于晶体电光效应的空间光自适应耦合装置，其特征在于，所述梯形光纤的前段为多模光纤，中段为少模光纤，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘波，蔡岳丰，刘海锋，林炜，张昊，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12