基于相干偏振合成的全电光开关制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于相干偏振合成的全电光开关。该全电光开关包括包括种子源（1）、分束器阵列（2）、相位调制模块(3)、激光放大准直器(4)、光开关系统(5)、高反镜(6)和相位控制器（7），其中，种子源（1）、分束器阵列（2）、相位调制模块(3)、激光放大准直器(4)、光开关系统(5)、高反镜(6)、相位控制器（7）依次连接，相位控制器(7)还与相位调制模块(3)连接。该全电光开关避免了传统的机械式控制方法，控制简单，结构紧凑，控制精度高。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光开关，特别是一种基于主动相位控制相干偏振合成实现的全电光开关。
技术介绍
在激光加工、材料处理、激光表演等激光技术应用领域，需要高精度、快速改变光束的方向。传统的方法一般采用机械式控制，控制系统复杂、速度慢、精度较低。对光束实现高速、全电控制是激光领域一直探索和亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术通过相位控制系统，对多路光束的相位进行控制，实现合成后光束激射方向的数字化控制。避免机械式控制的复杂性和控制速度慢、精度低等问题。本专利技术主要思想是采用多路光束进行偏振合成，通过相位控制控制各光束之间的相位差，从而实现方向可变的高功率高光束质量激光输出。本专利技术的技术解决方案是整个系统包括种子源I、分束器阵列2、相位调制模块3、激光放大准直器4、光开关系统5、高反镜6、相位控制器7 ;其中种子源I、分束器阵列2、相位调制模块3、激光放大准直器4、光开关系统5、高反镜6、相位控制器7依次连接，相位控制器7还与相位调制模块3连接。其中，所述的激光种子源I为一个线偏振激光器，激光器种类不限，可以是固体激光器、气体激光器、光纤激光器等各种类型激光源；所述的分束器阵列2把种子源光束分成N束，分束器种类可以是光纤分束器，或者其他起到光束分束的器件。其中，所述的相位调制模块3由N个相位调制器组成，将相位控制器提供的反馈信号施加到合成光束上面。其中，所述的激光放大准直器4包括隔离器(41)、放大器(42)、准直器(43)，其中隔离器、放大器、准直器依次连接，共有N组这样的隔离器、放大器、准直器依次连接，N与合成光束的数目相等。所述的隔离器(41)的种类根据合成方案而定，其数目与合成光束的数目相等；所述的放大器(42)对每一路光束进行功率放大，与隔离器配套使用，种类根据合成方案而定，数目与参与合成的光束数目相等；所述的准直器件(43)具有保偏功能，种类根据合成方案而定，数目与参与合成的光束的数目相等。其中，所述的光开关系统5包括偏振旋转器(51)、偏振合束器(52)、全反镜(53)。所述的偏振旋转器(51)类型不限，可以是半波片或其他偏振旋转器件，有效通光孔径大于准直器孔径；所述的偏振合束器(52)具有高的消光比，有效通光孔径大于准直器的直径；所述的全反镜(53)为对种子源波长全反的反射镜。其中，所述的高反镜6是对种子源波长高反的高反镜。其中，所述的相位控制器7由光电探测模块(71)与相位控制模块(72)连接而成。其中，所述的光电探测模块(71)实现方式不限，种子源波长在其相应波段内；所述的相位控制模块(72)基于优化算法、数字、模拟电路技术，FPGA技术，具体算法的实施可以有多种方式。本专利技术实现多路光开关的过程如下激光种子源I输出的光通过分束器阵列2后分为N束，然后经过放大器(42)对每一束激光进行放大，每一个放大器前加隔离器(41)防止回光损坏种子源等其他器件。各路光束放大后经过准直器(43)准直进入光开关系统。偏振旋转器(51)对每一路偏振光束偏振态进行旋转，使得入射到每一个偏振合束器(52)的两束光偏振态相互垂直，从而实现偏振合成。全反镜(53)用于改变光束路径。高反镜6将大部分光透射出去用于激光应用，很小部分光经过光电探测模块(71)将光信号转变为电信号进入相位控制模块(72 );相位控制模块(72)对输 入信号进行处理，将反馈信号输送到相位调制模块3对每一路光束进行调制，实现整个系统的闭环控制。相位控制模块(72)和相位调制模块3通过对各路光束的相位差进行控制，可以实现合成激光的多方向输出。采用本专利技术可以达到以下技术效果I、本专利技术提供了一种基于主动相位控制相干偏振合成实现多路光开关的方案，避免了传统的机械式控制方法，控制简单，结构紧凑，控制精度高；2、本专利技术提供的主动相位控制相干偏振合成实现多路光开关的方法，系统的实现方式多样，可以用于固体激光器，气体激光器，光纤激光器等，系统所用器件的选取多样；本专利在激光加工、材料处理、激光表演等激光技术应用领域有很大的潜在应用价值。附图说明图I为本专利技术的系统结构原理示意图，图2为激光放大准直器示意图，图3为四路光开关系统原理不意图，图4为八路光开关系统原理不意图，图5为相位控制器原理示意图。具体实施方式图2 中，(411)、(412) ... (41N)是 N 路隔离器，(421 )、(422) ... (42N)是 N 路放大器，(431)、(432) ... (43N)是 N 路准直器，图3、4中，(51)是偏振旋转器，(52)是偏振合束/分束器，(53)是全反镜，图5中，3是相位调制模块，6是高反镜，(71)是光电探测模块，(72)是相位控制模块。本专利以四路和八路光开关的实现为例说明偏振相干合成实现多路光开关的具体过程和原理，整个系统可以扩展到多路。从种子源I出来的光经过分束器阵列2分为四束进入激光放大准直器4。每一路光束经过放大器(42)进行放大，然后进入准直器(43)准直输出，进入光开关系统5。四路光束实现光开关的原理图如图3所示。四路光束经过偏振旋转器(51)对其偏振方向进行旋转，使得光束A、C的偏振方向垂直于偏振合束器(52)的光轴,光束B、D的偏振方向平行于偏振合束器(52)的光轴，A、B两束光的偏振方向相互垂直，C、D两束光的偏振方向相互垂直。A、B两束光和C、D两束光分别经过偏振合束器(52)进行偏振合成。不进行相位控制时，合成后光束的偏振态不定。当合成后的光束经过高反镜6输出，很少部分光经过光电探测模块(71)、相位控制模块(72)、相位调制模块3对系统进行锁相，使得A、B和C、D之间的相位差分别为O或I时，合成后的光束为线偏光，可以进一步进行偏振合成。值得注意的是锁相的值不同，合成后光束的偏振方向不同。系统中的所有偏振旋转器(51)与光轴固定确定的角度，在系统实施过程中不再变化，固定的角度由入射光束的振幅比确定。设偏振旋转器(51)与光轴成正向夹角(逆时针为正)，负向夹角的分析类似。设四路光束的相位分别为#Α , ，原理图如图3所示。权利要求1.基于相干偏振合成的全电光开关，包括种子源(I)、分束器阵列(2)、相位调制模块(3)、激光放大准直器(4)、光开关系统(5)、高反镜(6)和相位控制器(7)，其特征在于，种子源(I)、分束器阵列(2)、相位调制模块(3)、激光放大准直器(4)、光开关系统(5)、高反镜(6)、相位控制器(7)依次连接，相位控制器(7)还与相位调制模块(3)连接。2.根据权利要求I所述的基于相干偏振合成的全电光开关，其特征在于，所述的相位调制模块(3)由N个相位调制器组成。3.根据权利要求I所述的基于相干偏振合成的全电光开关，其特征在于，所述的激光放大准直器(4)包括隔离器(41)、放大器(42)、准直器(43)，其中隔离器、放大器、准直器依次连接。4.根据权利要求I所述的基于相干偏振合成的全电光开关，其特征在于，所述的相位控制器(7)由光电探测模块(71)与相位控制模块(72)连接而成。专利摘要本技术涉及一种基于相干偏振合成的全电光开关。该全电光开关包括包括种子源(1)、分束器阵列(2)、相位调制模块(3)、激光放大准直器(4)、光开关系统(5)、高反镜(6)和相位控制器(7)，其中，种子源(本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于相干偏振合成的全电光开关，包括种子源（1）、分束器阵列（2）、相位调制模块(3)、激光放大准直器(4)、光开关系统(5)、高反镜(6)和相位控制器（7），其特征在于，种子源（1）、分束器阵列（2）、相位调制模块(3)、激光放大准直器(4)、光开关系统(5)、高反镜(6)、相位控制器（7）依次连接，相位控制器(7)还与相位调制模块(3)连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尤洁，黄龙，王欣，肖鹏博，
申请(专利权)人：尤洁，黄龙，王欣，肖鹏博，
类型：实用新型
国别省市：