光纤声光光开关技术研究

论文摘要

光纤声光器件是对空间声光器件的输入输出光通过光纤传输的一类声光器件,在光纤放大、光纤传感、光纤激光调Q等领域均有重要的应用意义。在本项工作前,国内没有此类产品的报道。本文就光纤声光器件的插损、消光比、光脉冲上升时间等进行了深入研究并设计制作出性能良好的光纤声光光开关。本文首先对各种类型的光开关进行比较,分析了光纤声光光开关的现状及国内外发展状况,从系统应用角度分析了系统对光纤声光光开关的指标要求,说明了插损、消光比、光脉冲上升时间对系统应用的意义,随后从声光互作用的基础理论出发,分析了适合制作光纤声光光开关的工作方式——布拉格衍射,对光脉冲上升时间、插损、消光比分别进行深入细致的分析,得出了满足各项指标所需的驱动源参数,对声光材料、压电换能器材料的选择以及工艺对声光调制器衍射效率的影响,镀光学增透膜对插入损耗的影响等作了深入的研究。选择合适的声光器件互作用介质材料,不仅有较高的声光互作用性能,而且具有良好的光学性能和声学性能。换能器的电声转换效率直接决定了器件衍射效率的高低,而提高电声转换效率首先是换能器材料选择,然后是设计和工艺制作。给出了设计值。电极层采用高纯度金,厚度为2.52μm;换能器厚度35μm;键合层采用高纯度锡,厚度为4.93μm。做好换能器、键合层、声光互作用介质相互之间的声阻抗匹配。结构设计方面,指出了光纤耦合系统设计需要考虑的几个方面,如对光纤做准直处理;为达到足够高的消光比,耦合距离需满足完全分离条件等;考虑到器件工作状态下的发热因素,需要对晶体进行良好的散热,给出了散热结构设计,为了满足项目对各项指标的要求,对驱动电源提出了输出功率1W,包络脉冲的上升时间≤30ns,幅度开关比≥22dB的要求,并给出了驱动的原理及实现。根据理论设计,研制出光纤声光光开关的器件及驱动电源,并对整套系统进行了实验,测试了光脉冲上升时间、插入损耗、消光比等关键指标,得到了脉冲上升时间60ns、插损2.5—2.8dB、消光比48dB的开关信号。结果表明,光纤声光光开关的各项指标完全满足预期的研制目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 几种光开关方式的比较
• 1.2 光纤声光光开关国内外发展概况
• 1.3 光纤声光光开关的物理基础
• 1.4 本论文的选题和研究内容
• 第二章 光纤声光光开关的参数设计
• 2.1 光纤声光光开关的基本原理
• 2.2 主要技术指标
• 2.3 方案设计
• 2.3.1 光纤耦合系统设计
• 2.3.2 声光调制系统设计
• 2.4 参数设计
• 2.4.1 光脉冲上升时间
• 2.4.2 插入损耗
• 2.4.3 消光比
• 2.5 光纤声光光开关器件结构设计
• 2.5.1 声光晶体设计
• 2.5.2 压电换能器设计
• 2.5.3 其它膜层设计
• 2.5.4 器件的阻抗分析
• 2.5.5 晶体散热结构设计
• 2.5.6 光纤耦合结构设计
• 第三章 光纤声光光开关驱动电路设计
• 第四章 光纤声光光开关工艺设计
• 4.1 工艺流程
• 4.2 主要工艺参数及工艺要求
• 4.2.1 声光器件主要工艺参数及要求
• 4.2.2 驱动电源工艺制作要求
• 第五章 结果与分析
• 5.1 实验结果
• 5.1.1 主要指标测试方法
• 5.1.2 主要指标测试结果
• 5.2 研制过程中出现的问题及分析
• 第六章 应用于展望
• 6.1 光纤声光光开关主要应用
• 6.1.1 在光纤水听器等光纤传感系统中的应用——光纤声光调制器
• 6.1.2 在光纤相干探测中的应用——光纤声光移频器
• 6.1.3 在脉冲光纤激光器系统中的应用——光纤声光Q 开关
• 6.2 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果