一种基于柱状压电陶瓷的快速模场扰动装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于柱状压电陶瓷的快速模场扰动装置及方法包括柱状压电陶瓷

【技术实现步骤摘要】
一种基于柱状压电陶瓷的快速模场扰动装置及方法


[0001]本专利技术涉及光学工程领域，具体为一种基于柱状压电陶瓷的快速模场扰动装置及方法
。

技术介绍

[0002]多模光纤传导相干光时，其出射光具有颗粒状的散斑效应
。
散斑形成原因有以下几点：
1)
微小尺度上，折射率分布随机变化；
2)
纤芯和包层反射面粗糙；
3)
光纤模式之间的干涉
。
其中，模间干涉是散斑形成的主要原因
。
在动态扰模作用下光纤的振动改变了光束传输过程中模式耦合的状态，引起不同的模间干涉，进而形成不同的散斑结构
。
振动幅度
、
频率
、
作用长度不同，散斑结构不同
。
电荷耦合器件
(CCD)
探测到的光场散斑是在积分时间内光强度的累积，不同结构散斑由于时间上的累积均化效应使在空间上变得均匀
。
模式耦合状态变化的越快，则累积的不同结构散斑数量越多，散斑抑制效果越明显
。
[0003]国内外科技工作者对光纤散斑的抑制做过大量的研究，在消除激光散斑技术层面，概括而言可以从如下三个方法来抑制光纤散斑
:1)
减弱光纤入射端光源的相干性，例如利用多段光纤
、
透镜组阵列等不同方法将多束光以不同状态耦合进入光纤，实现光纤出射端散斑的减弱；
2)
动态扰模，例如振动光纤；
3)/>在光纤出射端对已形成的散斑进行再抑制，比如在后续光路中加上旋转随机相位板或振动的散射屏等
。
在现有的研究中最直接
、
最有效的方法是动态扰模
。
因此，可以对光纤施加高速同频振动的形变以提高光谱测量质量
。
[0004]利用柱状压电陶瓷对绕圈光纤进行拉伸实现模场扰动的方法有很多优势
。
在动态扰模作用下光纤的振动改变了光束传输过程中模式耦合的状态，引起不同的模间干涉，进而形成不同的散斑结构
。
在散斑收集时间内，模式耦合的状态变化的越快，散斑抑制效果越好
。
光纤缠绕在柱型的压电陶瓷上，在压电陶瓷上施加电压，压电陶瓷会发生形变，从而使得上面的光纤产生形变
。
电压变化频率与柱型压电陶瓷产生谐振的情况下，扰模效果最好
。
初步实验表明，在压电陶瓷的几个固有频率处，选择低频处的固有频率可以得到更好的扰模效果
。
柱状压电陶瓷应用广泛，制作技术成熟，可批量生产
。
绕圈光纤采用传统的通信多模光纤，成本低廉，材料易得，二者结合起来达到高速模场扰动的效果
。
利用压电陶瓷的逆压电效应对绕圈光纤进行拉伸，调控驱动与压电陶瓷的固有频率保持一致，达到共振的效果，能在控制减小输入电压的同时达到高速的扰动效果
。
[0005]2006
年
11
月
15
日公开的公开号为
CN1862248A
的专利技术专利
——“实现圆形光环强度均匀化的方法及光纤扰模器”中，光纤扰模器是将一段光纤夹于一对表面凹凸不平且相互吻合的夹板之间
。
根据光纤扰模效应，在光纤扰模器中，光纤中的高阶模进行混合，输出强度分布均匀的光斑
。
以上专利技术方法利用夹板挤压，混合模式速度较慢，达不到高速扰模，从而抑制散斑的效果有限
。
相比之下本专利技术扰模速度快，去散斑效果好，操作简单，制作方便且对设备要求不高
。

技术实现思路

[0006]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术创新的设计了一种基于柱状压电陶瓷的快速模场扰动方法和装置，该装置设计简洁原理清晰
、
扰模速度快效果好且造价低廉
。
[0007]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]本专利技术公开了一种基于压电陶瓷的快速模场扰动装置，包括柱状压电陶瓷
、
缠绕在柱状压电陶瓷外面的多模光纤
、
与柱状压电陶瓷的内外径通过电线相连的驱动电源，与多模光纤的前端相连的输入光源，所述的压电陶瓷的共振频率在5‑
100KHz
范围内
。
[0009]作为进一步地改进，本专利技术所述的柱状压电陶瓷结构为空心圆柱状
。
[0010]作为进一步地改进，本专利技术所述的多模光纤的后端还连接有光斑检测设备
。
[0011]作为进一步地改进，本专利技术所述的多模光纤与柱状压电陶瓷缠绕紧贴放置
。
[0012]作为进一步地改进，本专利技术所述的多模光纤芯径为
50
～
400um。
[0013]作为进一步地改进，本专利技术所述的输入光源的波长为
350
～
2400nm。
[0014]作为进一步地改进，本专利技术所述的内外径上的驱动电源的电线施加点焊锡在柱状压电陶瓷的内外径上
。
[0015]本专利技术公开了一种基于压电陶瓷的快速模场扰动方法，其特征在于，基于压电陶瓷的快速模场扰动装置，所述的扰动方法的步骤如下：
[0016]1)
确定柱状压电陶瓷的共振频率为5‑
100KHz
，与柱状压电陶瓷的内外径通过电线相连的驱动电源施加匹配共振频率的电压
。
[0017]2)
施加电压使柱状压电陶瓷共振产生高速收缩和扩张，带动缠绕在柱状压电陶瓷外面的多模光纤快速伸缩
。
[0018]3)
多模光纤快速伸缩使光纤内模式置乱从而实现匀化光束的
。
[0019]与现有技术相比，本专利技术存在以下有益效果：
[0020]本专利技术利用压电陶瓷固有频率与驱动输入频率达到共振，共振频率在5‑
100KHz
范围内，高频范围的选择可以达到高速振动的效果
。
压电陶瓷加压快速形变使得绕圈光纤快速拉伸，实现高速的光学模场扰动，选取
50
～
400um
芯径的多模光纤包含大多数多模光纤应用场景，在实际应用中可以达到多数覆盖的使用效果
。
测试光源波长
350
～
2400nm
，覆盖从可见光到通信波长的宽光谱范围，应用于紫外曝光可在一定程度上优化曝光效果，在激光加工方面也有很大应用潜力
。
光源的宽光谱范围及多模光纤多芯径的选择拓展了本专利技术的应用场景，配合高频驱动电压与压电陶瓷达到共振，带动表面缠绕的多模光纤进行拉伸，从而达到快速扰动的效果
。
在动态扰模作用下光纤的振动改变了光束传输过程中模式耦合的状态，引起不同的模间干涉，进而形成不同的散斑结构
。
在散斑收集时间内，模式耦合的状态变化的越快，散斑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于压电陶瓷的快速模场扰动装置，其特征在于：包括柱状压电陶瓷
(Ⅰ)、
缠绕在柱状压电陶瓷
(Ⅰ)
外面的多模光纤
(Ⅱ)、
与柱状压电陶瓷
(Ⅰ)
的内外径通过电线
(Ⅲ)
相连的驱动电源，与多模光纤
(Ⅱ)
的前端相连的输入光源，所述的压电陶瓷的共振频率在5‑
100KHz
范围内
。2.
根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的快速模场扰动装置，其特征在于：所述的柱状压电陶瓷
(Ⅰ)
结构为空心圆柱状
。3.
根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的快速模场扰动装置，其特征在于：所述的多模光纤
(Ⅱ)
的后端还连接有光斑检测设备
。4.
根据权利要求1或2或3所述的基于压电陶瓷的快速模场扰动装置，其特征在于：所述的多模光纤
(Ⅱ)
与柱状压电陶瓷
(Ⅰ)
缠绕紧贴放置
。5.
根据权利要求4所述的基于压电陶瓷的快速模场扰动装置，其特征在于：所述的多模光纤
(Ⅱ)
芯径为
5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志成，杨宁宁，关夏，管小伟，
申请(专利权)人：浙江大学嘉兴研究院，
类型：发明
国别省市：