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一种分光装置及系统的制作方法

专利查询2022-5-24  58

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1.本实用新型涉及光学器件领域,具体涉及一种低pdl高功率的分光装置及系统。


背景技术:

2.随着高功率激光应用的日趋广泛,广泛应用在通信、激光加工、探测等领域中,随之对光功率的准确探测要求越来越高。
3.由于目前常规的光功率探头难以广泛应用在高功率的直接探测上,转而采取间接方式测量,如现有的探测方式直接镀分光膜实现分束探测,但具有入射角度要求高且难以做到探测光路低pdl的要求。其中,pdl为偏振损耗,偏振相关损耗(又称极化相关损耗)指的是在分波器的输入波长范围内,由于极化状态的改变造成的插入损耗的最大变化值。
4.由于高功率要求,对其镀膜成本和难度急剧增加,对镀膜设备和工艺要求高,不利于对应器件的大规模推广生产。


技术实现要素:

5.本实用新型要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述缺陷,提供一种低pdl高功率的分光装置及系统,解决现有探测方式入射角度要求高且难以做到探测光路低pdl的要求的问题。
6.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种分光装置,所述分光装置包括全反射直角棱镜和透射直角棱镜,所述全反射直角棱镜的斜面和透射直角棱镜的斜面之间设置有边缘镀膜层,并形成间隙空间以改变分光比;其中,所述全反射直角棱镜的一直角面作为第一入射界面,其斜面为第一出射界面,所述透射直角棱镜的直角面作为第二出射界面,其一斜面作为第二入射界面。
7.其中,较佳方案是:所述间隙空间的距离d满足第一公式,所述第一公式为其中,i
t
为透射光强,ii为入射光强,k
t
为透射波数,θ
t
为界面入射角,n为透射介质折射率与入射折射率之比。
8.其中,较佳方案是:所述边缘镀膜层的表面质量小于632.8/10nm;所述全反射直角棱镜和透射直角棱镜的反射面面型质量小于632.8/8nm。
9.其中,较佳方案是:所述透射直角棱镜的第二入射界面设置有具有pdl 特性且应用波长范围较低的第一增透膜。
10.其中,较佳方案是:所述第一入射界面和第二出射界面分别设置有第二增透膜和第三增透膜。
11.其中,较佳方案是:所述全反射直角棱镜和透射直角棱镜的对接处设置有胶水密封层。
12.其中,较佳方案是:所述胶水密封层的材质为环氧树脂类胶水。
13.其中,较佳方案是:所述全反射直角棱镜的反射面设置有全反射膜,或者,所述全
反射直角棱镜采用具有高折射率、低膨胀系数的玻璃材质。
14.其中,较佳方案是:所述边缘镀膜层为全反射膜。
15.其中,较佳方案是:所述全反射膜包括沿着光传输方向叠层设置有高折射率膜层和低折射率膜层。
16.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种分光系统,包括分光装置、可调单点光源、偏振合成/分析仪、第一光纤和第二光纤;其中,所述可调单点光源发射的光束经过偏振合成/分析仪,从分光装置的第一入射界面射入并通过分光装置分光,一分光光束经过全反射直角棱镜的另一直角面射出并再入射至第一光纤,另一分光光束经过第二出射界面射出并再入射至第二光纤。
17.本实用新型的有益效果在于,与现有技术相比,本实用新型通过通过边缘镀膜层对间隙空间的厚度进行有效控制,改变间隙空间能够实现调制两路光束的分光比,具有分光比可搭配重构的优势,依照应用的中心波长和分光比,设计合理的边缘镀膜层的厚度,从而实现全反射直角棱镜和透射直角棱镜之间的控制达到分光效果;以及,通过第一增透膜、第二增透膜和第三增透膜的设置,能够克服现有镀膜大入射角低pdl问题,并且能够适用于高功率激光分束和检测上,且具有一致性、反修性、批次性好的优点;同时,依照p光与s光空气 /介质的透射比,对增透膜进行p光和s光分光比的均横,保证透射per满足低pdl的要求。
附图说明
18.下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明,附图中:
19.图1是本实用新型分光装置的结构示意图;
20.图2是本实用新型边缘镀膜层的结构示意图;
21.图3是本实用新型基于增透膜的分光装置的结构示意图;
22.图4是本实用新型倏逝波的应用范围的光路示意图;
23.图5是本实用新型分光系统的结构示意图。
具体实施方式
24.现结合附图,对本实用新型的较佳实施例作详细说明。
25.如图1和图2所示,本实用新型提供一种分光装置的优选实施例。
26.所述分光装置包括全反射直角棱镜100和透射直角棱镜200,所述全反射直角棱镜100的斜面和透射直角棱镜200的斜面之间设置有边缘镀膜层300,并形成间隙空间20以改变分光比;其中,所述全反射直角棱镜100的一直角面作为第一入射界面,其斜面为第一出射界面,所述透射直角棱镜200的直角面作为第二出射界面,其一斜面作为第二入射界面。
27.具体地,全反射直角棱镜100和透射直角棱镜200构成分光装置的主体,且两者之间形成一间隙空间20,并通过边缘镀膜层300对间隙空间20的厚度进行有效控制,改变间隙空间20能够实现调制两路光束的分光比,具有分光比可搭配重构的优势,依照应用的中心波长和分光比,设计合理的边缘镀膜层 300的厚度,从而实现全反射直角棱镜100和透射直角棱镜200之间的控制达到分光效果。
28.参考图2,边缘镀膜层300即为环形镀膜层,优选为适应全反射直角棱镜 100斜面和透射直角棱镜200斜面的镀膜层,如方形镀膜层。
29.其中,在实际工作中,外部的光束经过第一入射界面入射至全反射直角棱镜100中,且射向第一出射界面并在透射直角棱镜200的第二入射界面进行分光,或者在间隙空间20中实现分光,根据间隙空间20的距离调节分光比,部分光从第二出射界面射出,另一部分光朝向全反射直角棱镜100的另一直角面,当然此时可全部射出或部分射出部分反射,全反射直角棱镜100和透射直角棱镜200均为等腰直角棱镜,全反射直角棱镜100作为入射端且经过反射作用将光束聚集在第一出射界面上。
30.以及,全反射界面具有连续的能量分布,且正交方向偏振分光比保持一致,能够实现大角度分束,且工艺简单,可批量生产,并且规避了间隙胶水固定的方案,以能够适用于大功率激光。
31.在本实施例中,所述间隙空间20的距离d满足第一公式,所述第一公式为其中,i
t
为透射光强,ii为入射光强,k
t
为透射波数,θ
t
为界面入射角,n为透射介质折射率与入射折射率之比;具体地,透射光强i
t
实际为从透射直角棱镜200的射出光束的光强,入射光强ii为入射至全反射直角棱镜100的光束的光强,界面入射角θ
t
为光束方向与入射至间隙空间20所在直线的方向所成角度。其中,透射波数指2*pi/λ
t
,λ
t为
全反射面低折折率空间的传输波长;第一公式为是倏逝波的透射深度公式,是作为调试两冷镜间隙的依据。
32.具体设置装配工艺为:
33.(1)、全反射直角棱镜100和透射直角棱镜200的制作;
34.(2)、全反射直角棱镜100的通光区填胶,可在填胶前清洗;
35.(3)、设置边缘镀膜层300,可通过胶水设置膜或者镀膜;
36.(4)、完成步骤(3)后进行清洗;
37.(5)、通过工装将透射直角棱镜200与全反射直角棱镜100对接。
38.其中,步骤(1)至(4)中的对象可以为透射直角棱镜200,在步骤(5) 中实现,通过工装将全反射直角棱镜100与透射直角棱镜200对接。关于步骤 (2),中心填胶和镀膜目的是镀膜后,中心的填胶需要清洗掉,全反射直角棱镜100和透射直角棱镜200增镀对应的全反膜和增透膜。
39.在本实施例中,所述边缘镀膜层300的表面质量小于632.8/10nm;所述全反射直角棱镜100和透射直角棱镜200的反射面面型质量小于632.8/8nm。其中,表面质量会影响低折射间隙的一致性,避免出现不同部位分光比不一致的问题,另一方面高的表面质量能够达到拼接面能够实现分子力粘接,达到无缝对接。
40.其中,边缘镀膜层300的层厚按照分光比的大小进行设定,以固定两直角棱镜的外围。优选地,采用应力感知和检测工装进行在线调试和固定,通过应力感知工装挤压直角棱镜与一定的压力范围,实现产品批次化生产、批次性检验固定,具有样品可标记、生产可控。
41.在本实施例中,所述全反射直角棱镜100和透射直角棱镜200的对接处设置有胶水密封层。优选地,所述胶水密封层的材质为环氧树脂类胶水。其中,利用胶水温变量小的特性实现全反射直角棱镜100和透射直角棱镜200的固定,提高分光装置的稳定性。
42.并且,采用uv、热双固化胶水完成在线紫外预固化和成品热固顶。
43.如图3所示,本实用新型提供基于增透膜的较佳实施例。
44.所述透射直角棱镜200的第二入射界面设置有具有pdl特性且应用波长范围较低的第一增透膜210。进一步地,所述第一入射界面和第二出射界面分别设置有高功率的第二增透膜110和第三增透膜220。具体地,外部的光束经过第二增透膜110、第一入射界面入射至全反射直角棱镜100中,且射向第一出射界面并在透射直角棱镜200的第二入射界面进行分光,或者在间隙空间20 中实现分光,根据间隙空间20的距离调节分光比,部分光从经过第一增透膜 210、透射直角棱镜200、第二出射界面,从第三增透膜220射出,另一部分光朝向全反射直角棱镜100的另一直角面,当然此时可全部射出或部分射出部分反射,全反射直角棱镜100和透射直角棱镜200均为等腰直角棱镜,全反射直角棱镜100作为入射端且经过反射作用将光束聚集在第一出射界面上。
45.其中,第一增透膜210接收部分倏逝波的透射部分,减小接受界面的反射损耗;第二增透膜110和第三增透膜220减小出射和透射介质面的反射比,减低透射损耗。
46.通过第一增透膜210、第二增透膜110和第三增透膜220的设置,能够克服现有镀膜大入射角低pdl问题,并且能够适用于高功率激光分束和检测上,且具有一致性、反修性、批次性好的优点。同时,依照p光与s光空气/介质的透射比,对增透膜进行p光和s光分光比的均横,保证透射per满足低pdl 的要求。
47.参考图4,所述全反射直角棱镜100的反射面设置有全反射膜,或者,所述全反射直角棱镜100采用具有高折射率、低膨胀系数的玻璃材质。以及,所述边缘镀膜层300为全反射膜。利用全反射原理,设置倏逝波的透射深度,从而控制分光比。
48.优选地,所述全反射膜包括沿着光传输方向叠层设置有高折射率膜层和低折射率膜层,以扩展全反射直角棱镜100的适用范围,结合倏逝波的应用范围的拓展,在界面a上实现如图4的反射情况,可将边缘镀膜层300改为全反射膜,直角棱镜的反射面与空气界面按照膜层分布依次由高折射率膜层转而进行低折射率膜层的镀膜,控制低折射率膜层的厚度从而实现分光比调节。
49.如图5所示,本实用新型提供一种分光系统的优选实施例。
50.一种分光系统,包括分光装置、可调单点光源400、偏振合成/分析仪500、第一光纤700和第二光纤600;其中,所述可调单点光源400发射的光束经过偏振合成/分析仪500,从分光装置的第一入射界面射入并通过分光装置分光,一分光光束经过全反射直角棱镜100的另一直角面射出并再入射至第一光纤700,另一分光光束经过透射直角棱镜200从第二出射界面射出并再入射至第二光纤600。
51.其中,在边缘镀膜层300将非通光区域中的光进行有效反射或向外射出。
52.其中,通过第一光纤700再入射至探测器中,实现光信号探测。
53.其中,可调单点光源400为了能够全面测试不同波段点的分光比和pdl;关于偏振合成/分析仪500,现有的偏振分析仪使用ase光源通光,不能明确每个波长点的pdl。
54.以上所述者,仅为本实用新型最佳实施例而已,并非用于限制本实用新型的范围,凡依本实用新型申请专利范围所作的等效变化或修饰,皆为本实用新型所涵。

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