[发明专利]利用共振腔改进光学开关与调制器性能的方法及装置

说明书

本发明涉及一种光学开关与调制器装置。

光学开关与调制器是一种用途广泛的光学装置，用于控制光束的通断或输出的光束信号的强弱，在现代科学技术中有着重要的作用，例如在光通讯、光信息处理、光信息储存与读出、光计算、光学传感等技术中用做光信号的控制元件等(参见文献：M.Bass，Handbook of Optics，McGraw-Hill，New York，1995，vol.2，p. 13.3)。

现有的光学开关与调制装置已有多种，例如分别基于电光效应、磁光效应、声光效应、光光效应等原理的电光、磁光、声光、光光开关和调制器等(参见文献：M.Bass，Handbook of Optics，McGraw-Hill，New York，1995，vol.2，Chap.12，13，14，19)。这些装置具有不同的性能和适用范围，且已基本满足目前技术使用的需要。

但随着科技的发展，这些装置所具有的一些不足之处也日益显现出来，其中一个突出的共同点是它们所需的驱动电场、磁场、声场或光场的强度一般较高。以电光开关和调制器为例，对于目前使用最广泛的几种电光工作介质(例如KDP、KD^*P、LiNbO₃等晶体)，其全深度调制(输出光强等于输入光强)，也即作开关时所需的半波电压是从几千伏到一万多伏，当进行高频率调制或开关时，为其配套的高频高压电源很难制作，且这种高频高压电场还会使晶体产生高频感应加热，因而引起晶体热畸变使装置不能稳定工作。

为减小光学开关与调制器所需的驱动电场、磁场、声场或光场强度，目前已采用若干方法(仍参见文献：M.Bass，Handbook ofOptics，McGraw-Hill，New York，1995，Chap.12，13，14，19)。仍以电光开关和调制器为例，由于电光晶体的使用方式有纵向运用和横向运用两种，便有两种主要方法：对于纵向运用，降低电光晶体所需驱动电压是采用多块晶体光学串连、电学并连的方法(参见文献：李景镇主编，光学手册，陕西科学技术出版社，1986年，1087页)，例如若将四块晶体串连，则驱动电压降为单块晶体的四分之一，但这样的电压降低幅度在实际中仍觉不够，若进一步增加晶体块数，则装置结构过于复杂；对于横向运用，降低电光晶体所需驱动电压是采用增加晶体长度、减小晶体宽度的方法(参见文献：李景镇主编，光学手册，陕西科学技术出版社，1986年，1080页)，此种方法可使半波电压大幅度降低，但因此晶体的通光孔径大大减小，并使光束的衍射增加，使输出光束的方向性变坏，这对于某些应用，例如航空器对航空器、航空器对水面船只、航空器对水下潜艇之间的激光通信等，由于光束发散，从而接收的光信号变弱，也使激光通信优点之一的通信保密性变差。

光学开关与调制器的一项主要功能是使一连续光束变成一光脉冲序列。对于上述已有的各种光学开关与调制器，在这一变换过程中，其输出的光脉冲的峰值强度最大只能等于输入的连续光束的峰值强度，由于光学开关与调制器本身具有吸收及反射损耗，故一般其输出的光脉冲的峰值强度总是小于输入的连续光束的峰值强度。

因此，若能有一种方法可使光学开关与调制器所需的驱动电场、磁场、声场或光场强度大幅度降低，又不会使装置的结构过分复杂，同时还能使输出光束的方向性仍保持良好；并且该方法还能使一连续光束变成一光脉冲序列后，光脉冲的峰值强度可大幅度提高，甚至远大于输入光束的强度，则这种新方法以及基于该方法的新型光学开关与调制器将会在前述广泛的技术领域发挥重要的作用。

本发明的目的是提供这种新方法以及实施该方法的光学开关与调制器装置。

本发明的目的是这样实现的：利用一种腔镜反射率匹配的光学共振腔的储能作用，使光束强度在腔内叠加增强，从而使入射置于腔内的开关与调制工作介质的光强大幅度增强，从而使这些工作介质所需的偏转输出原幅度光强的驱动电场、驱动磁场、驱动声场或驱动光场的强度降低(详见后实施例及说明)。

同理，利用这种光学腔的储能作用，使光束强度在腔内叠加增强，而后由一置于腔内的开关与调制装置输出，从而使输出的光脉冲的峰值强度增强(详见后实施例及说明)。

另外，利用这种腔的储能作用，还可使未被置于腔内的开关或调制装置输出的光束能量在腔内循环而暂时储存，并再次入射这些开关或调制装置而被再利用(详见后实施例及说明)。