808nm波段自由空間聲光偏振控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種808nm波段自由空間聲光偏振控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 聲光效應(yīng)廣泛應(yīng)用于聲光調(diào)制器件，聲光偏轉(zhuǎn)器，可調(diào)諧濾光器，在光信息處理起 著重要的作用，但是一般不能進(jìn)行光的偏振態(tài)調(diào)制。光的偏振態(tài)作為信息的一種載體在光 通信領(lǐng)域已經(jīng)有重要的作用，例如量子保密通信中就經(jīng)常把光的偏振態(tài)作為信息的載體實(shí) 現(xiàn)保密通信。
[0003] -般的聲光器件包含了聲光互作用介質(zhì)、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、驅(qū)動(dòng)電路、壓電換能器四 個(gè)部分。聲光互作用介質(zhì)可以是晶體如Te02,石英晶體等，也可以是各向同性介質(zhì)，如熔石 英，重火石玻璃等。尤其當(dāng)熔石英這種透明的各向同性介質(zhì)在受到外部應(yīng)力的作用后，折射 率會(huì)出現(xiàn)各向異性，類(lèi)似于單軸晶體晶體的性質(zhì)，這種效應(yīng)叫做光彈性效應(yīng)。如果施加的應(yīng) 力是靜態(tài)的，那么各向同性介質(zhì)的折射率的各向異性效應(yīng)也是靜態(tài)的，不會(huì)隨時(shí)間的變化 而變化。但是，如果施加的外部應(yīng)力是時(shí)變的，那么各向同性介質(zhì)的折射率的各向異性效應(yīng) 也是時(shí)變的。超聲橫波或者縱波通過(guò)壓電換能單元將應(yīng)力波耦合入各向同性介質(zhì)中，可以 產(chǎn)生這種時(shí)變的聲致各向異性效應(yīng)。
[0004] 目前已經(jīng)有針對(duì)聲光偏振效應(yīng)的研究。有的聲光器件確實(shí)會(huì)使線偏振光的振動(dòng)面 旋轉(zhuǎn)，但效果不明顯，這些聲光器件通常不是用來(lái)控制入射光的偏振面。顯然這種器件的 輸出是不可控的，因此不能用于精確的偏振控制。還有的聲光器件確實(shí)可以調(diào)制光的偏振 橢圓度，對(duì)于光波長(zhǎng)小于633nm的激光器可以實(shí)現(xiàn)線偏振光到圓偏振光的轉(zhuǎn)換。但是由于 這種調(diào)偏方式需要較大的超聲功率（〇~80W)，對(duì)聲光器件的散熱能力以及超聲驅(qū)動(dòng)器提 出了極高的要求，因此調(diào)制的信號(hào)多為脈沖信號(hào)，以防止聲光器件過(guò)熱。偏振態(tài)在脈沖信號(hào) 作用下產(chǎn)生間斷式周期性變化，無(wú)法實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)的連續(xù)調(diào)控且需要同步電路實(shí)現(xiàn)發(fā)送和 接受端的同步，才能提取出周期性偏振調(diào)制信號(hào)。另外相關(guān)研究通?？疾煸?5°線偏振光 入射情況下偏振的態(tài)變化，并沒(méi)有拓展到任意偏振態(tài)入射的情況，這使得器件的調(diào)偏范圍 受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種808nm波段自由空間聲光偏振控制系統(tǒng)， 可以連續(xù)控制出射光的偏振橢圓度，得到所需要的偏振態(tài)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種808nm波段自由空間聲光偏振 控制系統(tǒng)，其特征在于：包括相互連接的一個(gè)超聲驅(qū)動(dòng)源與一個(gè)聲光偏振控制器；所述超 聲驅(qū)動(dòng)源包括依次連接的一個(gè)控制輸入、一個(gè)振蕩電路及一個(gè)放大電路，所述控制輸入用 于確定輸出超聲波的輸出頻率及功率，所述振蕩電路根據(jù)所述輸出超聲波的頻率產(chǎn)生相應(yīng) 的正弦信號(hào)，所述放大電路對(duì)所述正弦信號(hào)進(jìn)行放大輸出；所述聲光偏振控制器包括一個(gè) 壓電換能單元，所述壓電換能單元包括一個(gè)頂電極、一個(gè)底電極、一個(gè)壓電晶片及一個(gè)鍵合 層，所述頂電極、底電極分別鍍?cè)谒鰤弘娋膬啥饲曳謩e與一個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出 端連接，所述壓電換能單元通過(guò)所述鍵合層與一個(gè)各向同性的聲光介質(zhì)形成機(jī)械連接，所 述聲光介質(zhì)的末端設(shè)置有一聲吸收體。
[0007] 所述壓電晶片為+36° Y切LiNbO3晶體。
[0008] 所述聲光介質(zhì)為長(zhǎng)40mm,寬2. 5mm的恪石英。
[0009] 所述聲光偏振控制器設(shè)置有一個(gè)冷卻水道。
[0010] 所述超聲驅(qū)動(dòng)源設(shè)置有第一 BNC接頭，所述聲光偏振控制器設(shè)置有第二BNC接頭， 所述第一 BNC接頭與第二BNC接頭經(jīng)高頻同軸電纜連接。
[0011] 進(jìn)一步的，還包括一輸入部分及一探測(cè)部分；所述輸入部分包括一 808nm激光器， 所述808nm激光器前方光路上依次設(shè)置有用于光束準(zhǔn)直的光闌與透鏡、用于輸出線偏振光 的沃拉斯頓棱鏡、用于輸出圓偏振光的第一 1/4波片及用于輸出各個(gè)方位角的光強(qiáng)度相等 的起偏器；從所述起偏器射出的線偏振光垂直入射至所述聲光偏振控制器；所述探測(cè)部分 依次包括處于從所述聲光偏振控制器出射光路上的第二1/4波片、檢偏器及光強(qiáng)探測(cè)電 路，所述光強(qiáng)探測(cè)電路與一個(gè)采集電路連接。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：本發(fā)明利用過(guò)渡區(qū)的聲光互作用原理 分析各向同性聲光介質(zhì)的應(yīng)力雙折射現(xiàn)象，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了適用于自由空間808nm激光的聲 光的偏振控制器；采用水冷散熱，可以實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)的連續(xù)控制，可控的偏振態(tài)可以覆蓋1/2 的邦加球；采用集成的控制電路，集成度高，輸出功率0-50W可調(diào)；聲光控制器損傷閾值高， 適用于大功率激光應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2是本發(fā)明具體實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖3是本發(fā)明聲光偏振控制器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖4是本發(fā)明使用的坐標(biāo)系示意圖。
[0017] 圖5是入射偏振角在0~90°范圍，偏振態(tài)和超聲縱波功率的關(guān)系曲線。
[0018] 圖6是入射偏振角在90~180°范圍，偏振態(tài)和超聲縱波功率的關(guān)系曲線。
[0019] 圖7是入射偏振角在0~90°范圍，偏振態(tài)和超聲縱波功率實(shí)驗(yàn)測(cè)量曲線。
[0020] 圖8是入射偏振角在90~180°范圍，偏振態(tài)和超聲縱波功率實(shí)驗(yàn)測(cè)量曲線。
[0021] 圖中：l_808nm激光器；2-光闌；3-透鏡；4-沃拉斯頓棱鏡；5-第一 1/4波片； 6-起偏器；7-超聲驅(qū)動(dòng)源；71-控制輸入；72-振蕩電路；73-放大電路；74-第一 BNC接頭； 75-高頻同軸電纜；8-采集電路；9-光強(qiáng)探測(cè)電路；10-檢偏器；11-第二1/4波片；12-聲 光偏振控制器；121-阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)；122-壓電換能單元；1221-頂電極；1222-壓電晶片； 1223-底電極；1224-鍵合層；123-聲光介質(zhì)；124-聲吸收體；125-入水口；126-出水口； 127-第二BNC接頭。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023] 請(qǐng)參照?qǐng)D1，本發(fā)明提供一種808nm波段自由空間聲光偏振控制系統(tǒng)，其特征在 于：包括相互連接的一個(gè)超聲驅(qū)動(dòng)源7與一個(gè)聲光偏振控制器12 ;所述超聲驅(qū)動(dòng)源7包括 依次連接的一個(gè)控制輸入71、一個(gè)振蕩電路72及一個(gè)放大電路73,所述控制輸入71用于 確定輸出超聲波的輸出頻率及功率，所述振蕩電路72根據(jù)所述輸出超聲波的頻率產(chǎn)生相 應(yīng)的正弦信號(hào)，所述放大電路73根據(jù)用戶輸入的功率確定所述正弦信號(hào)需要放大的倍數(shù) 并輸出；所述聲光偏振控制器12包括一個(gè)壓電換能單元122,所述壓電換能單元122包括 一個(gè)頂電極1221、一個(gè)底電極1223、一個(gè)壓電晶片1222及一個(gè)鍵合層1224,所述壓電晶片 1222為+36° Y切LiNbO3晶體，所述頂電極1221、底電極1223分別鍍?cè)谒鰤弘娋?222 的兩端且分別與一個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)121的輸出端，由于+36° Y切LiNbO^sB體壓電效應(yīng)不 斷振蕩，激發(fā)超聲縱波；所述壓電換能單元122通過(guò)所述鍵合層1224與一個(gè)各向同性的聲 光介質(zhì)123形成機(jī)械連接，所述聲光介質(zhì)為長(zhǎng)40_，寬2. 5mm的恪石英，壓電換能單元122 的振蕩不斷耦合到所述聲光介質(zhì)123中，在所述聲光介質(zhì)123中形成超聲縱波聲場(chǎng)；所述聲 光介質(zhì)123的末端設(shè)置有一個(gè)聲吸收體124,所述聲吸收體124為一個(gè)吸聲塊，用于吸收超 聲縱波的能量，防止反射的超聲波再次發(fā)生聲光互作用；為了防止器件過(guò)熱，所述聲光偏振