[发明专利]一种基于压电陶瓷的高谐振频率光纤相位调制器

说明书

一种基于压电陶瓷的高谐振频率光纤相位调制器，包括压电陶瓷、压电陶瓷电极以及传能光纤，压电陶瓷电极焊接在压电陶瓷的两侧电极上，用于加载调制电信号，其特征在于，还包括两个陶瓷结构件，两个陶瓷结构件相对设置；压电陶瓷置于两个陶瓷结构件之间且压电陶瓷的两侧面分别与两陶瓷结构件的内侧面紧密贴合，形成一个类圆柱体；传能光纤紧密缠绕在的类圆柱体的外表面且通过胶接固定。本发明将压电陶瓷设置在两个半圆柱形的陶瓷结构件之间，由于陶瓷材料硬度高，密度小，谐振频率高，可有效提高该类型相位调制器的相位调制频率。通过本发明提供的该相位调制器可实现较高功率(10W以上)、低插损、兆赫兹量级相位调制。

技术领域

本发明属于光纤激光技术领域，尤其是涉及一种基于压电陶瓷的高谐振频率光纤相位调制器。

背景技术

光纤相位调制器目前已在光纤通信、光纤陀螺、光纤激光相干合成等工业科研领域获得广泛应用，主要有基于电光效应的铌酸锂相位调制器和基于机械振动的压电陶瓷相位调制器。

由于压电陶瓷相位调制器具有插入损耗低、抗激光损伤阈值高、成本低等特点，目前已被广泛应用在光纤传感、光纤激光相干合成等领域。

比较常见的压电陶瓷相位调制器是将单模传能光纤缠绕在圆管状或圆柱状压电陶瓷上，通过控制压电陶瓷的膨胀和收缩导致缠绕光纤的长度变化，最终实现传输激光的相位调制。但受限于单模光纤的弯曲半径和大尺寸压电陶瓷的谐振频率，压电陶瓷光纤相位调制器的响应频率较低，一般在百千赫兹以内。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提出一种基于压电陶瓷的高谐振频率光纤相位调制器，其可将响应频率提升至兆赫兹。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种基于压电陶瓷的高谐振频率光纤相位调制器，包括压电陶瓷、压电陶瓷电极以及传能光纤，压电陶瓷电极焊接在压电陶瓷的两侧电极上，用于加载调制电信号，其特征在于，还包括两个陶瓷结构件，两个陶瓷结构件相对设置；压电陶瓷置于两个陶瓷结构件之间且压电陶瓷的两侧面分别与两陶瓷结构件的内侧面紧密贴合，即可形成一个类圆柱体；传能光纤紧密缠绕在的类圆柱体的外表面且通过胶接固定。

进一步地，本发明中的陶瓷结构件均为半圆柱形的陶瓷结构件，两个陶瓷结构件相对拼合能够合成为一个完整的圆柱体。

进一步地，本发明中的陶瓷结构件的材质为Al2O3陶瓷。陶瓷结构件为空心结构或者陶瓷结构件的内部设置有多个镂空腔体。陶瓷结构件在能够保证支撑强度的情况下，中间尽可能镂空，以减轻其质量，增大谐振频率。所述陶瓷结构件为一体成型的整体结构。

进一步地，本发明中的陶瓷结构件为半圆柱体形，其半径应大于传能光纤的最小弯曲半径；陶瓷结构件的高度应满足能够缠绕所需的传能光纤。

进一步地，本发明中所述压电陶瓷采用商用的单片式或堆叠式压电陶瓷，其形状为长方体，工作方向为其厚度方向(压电陶瓷长度、宽度均为5～10mm，其长度、宽度主要影响压电陶瓷的出力，另外需要考虑整个器件总体设计的机械、外观需求)，通常情况下厚度方向上频率×厚度的典型值约为2MHz·mm，用户可根据所需响应频率和伸缩量选择不同厚度的压电陶瓷。

本发明中，所述传能光纤采用单模光纤，光纤长度由式(1)确定，

其中L为传能光纤长度，λ为传输激光波长，n为传能光纤的折射率，d₃₃为压电陶瓷的压电应变常数，V_m为加载在压电陶瓷上的最大调制电压，一般小于10V，D为陶瓷结构件的直径，d_p为压电陶瓷的厚度。

本发明中，所述压电陶瓷电极采用输电导线，其可承受电压大于加载在压电陶瓷上的最大调制电压V_m。