一种小型化倍频器的制作方法

1.本实用新型涉及太赫兹设备领域，更具体地，涉及一种小型化倍频器。


背景技术：

2.太赫兹检测光谱仪是一种利用太赫兹波进行物质检测的设备，通过太赫兹检测光谱仪产生频率在0.1～10thz，波长为3000～30μm范围内的电磁波接触样品，然后收集经过样品吸收后的太赫兹波进行分析，能获取样品本身的固有特性。透射检测是常用的检测方法之一，其好处在于透射获取的是样品一段路径上的整体特性。透射检测适合厚度较小，或能通过粉末化重组的样品；其中，透射的电磁波源通常为飞秒激光器，并通过倍频器的转换得到设计波段的电磁波，倍频器通常包括接入光纤，光纤准直器、光学组件、倍频晶体、滤光片等组件，现有的倍频器通常为条状，长度较长，占用较多的设备内部空间，不利于太赫兹检测设备的小型化。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种小型化倍频器，用于解决在满足太赫兹检测的转换率要求的前提下减小倍频器模块体积的技术问题。
4.本实用新型采取的技术方案是，一种小型化倍频器，包括基体，所述基体内设有光纤准直器、倍频晶体和聚焦透镜；所述光纤准直器射出的空间自由光穿过所述倍频晶体和所述聚焦透镜；所述基体内设有调节安装位和固定件；所述光纤准直器可旋转地设于所述调节安装位中，所述固定件可拆卸地连接所述调节安装位，用于固定所述光纤准直器的位置和旋转角度。
5.本技术方案中，光纤准直器用于对光纤中的激光进行准直，使其变成平行或者近平行的空间自由光射出，空间自由光在小型化倍频器的基体内形成具自由光光路，自由光光路的中心线即为其光轴。倍频晶体用于改变空间自由光的频率，聚焦透镜用于调整空间自由光的光路，使平行或者近平行的空间自由光穿过倍频晶体以及最终集中为光斑射出。本实用新型通过调节安装位和固定件的设置实现了光纤准直器旋转角度的可调整，通过调整光纤准直器的角度即可使空间自由光的线偏振角度匹配倍频晶体，从而使倍频器最终输出的光信号强度符合要求，无需在基体内增设二分之一波片等偏振片，节省了倍频器基体的内部空间，压缩了光纤准直器与倍频晶体之间的距离，从而提高了整体的结构紧凑度，实现无源倍频器的小型化。
6.作为优选，所述光纤准直器设有用于连接光纤的连接端；所述连接端穿出所述基体。
7.本技术方案中，光纤准直器并非完全设于基体的内部，其从基体内部伸出外界，其用于连接光纤的连接端外露，使接入光纤外置，进一步减小倍频器基体的体积，同时避免了内置接入光纤存在的难以维修更换的问题，接入光纤可与倍频器分开存放，降低取放过程中碰断受损的概率。
8.作为优选，所述调节安装位为水平贯穿所述基体一侧壁的圆柱腔；所述光纤准直器可旋转地安装于所述圆柱腔。
9.本技术方案中，调节安装位为嵌入基体侧壁的圆柱腔，光纤转直器的外形匹配圆柱腔，以此实现可旋转。基体内部空间通过圆柱腔连通外界，圆柱腔的两个圆柱端面处于垂直于水平线的竖直面上，侧壁具有一定厚度，使贯穿侧壁的圆柱腔可以容纳光纤准直器的大部分或者全部的长度，避免光纤准直器的两端上下摆动，保证光纤准直器的安装稳定度和自由光光路的位置统一性。
10.作为优选，所述圆柱腔设有第一内螺纹；所述光纤准直器设有与所述第一内螺纹配合的第一外螺纹。
11.本技术方案进一步地，在圆柱腔的内壁上设置沿水平方向螺旋延伸的螺纹，即第一内螺纹，光纤准直器通过第二外螺纹与圆柱腔配合连接，第一内螺纹和第二外螺纹具有均匀的螺距，光纤准直器每次旋进或后退的距离微小且恒定，使光纤准直器旋转角度的微调更为便捷精准。
12.作为其中一种实施方式，所述基体设有与所述圆柱腔内壁连通的顶丝孔；所述固定件为与所述顶丝孔配合的顶丝，顶丝旋入顶丝孔后与圆柱腔内的光纤准直器接触，对光纤准直器的施加沿着圆柱腔体径向的压紧力，限位固定光纤准直器的旋转角度和水平位置。
13.作为优选，所述聚焦透镜包括入射透镜和出射透镜；所述空间自由光依次水平地穿过所述入射透镜、倍频晶体和出射透镜。
14.倍频器需要将接入光纤中的激光最终输出为平行光或近平行光，本技术方案中，对自由光光路作出最大程度的简化，入射透镜设于倍频晶体的入光面，出射透镜设于倍频晶体的入光面，三者和光纤准直器均处于自由光光路的光轴上，从光纤准直器射出的平行或近平行的空间自由光经过入射透镜，在倍频晶体的入光面形成聚焦光斑，以调整空间自由光的聚焦能量，尽可能提高倍频器最终的输出功率，而后空间自由光被倍频晶体改变频率后从倍频晶体的出光面发散射出，穿过出射透镜重新变为平行光或近平行光。
15.作为优选，所述入射透镜和/或出射透镜可沿所述空间自由光的光轴调节位置。本技术方案中，入射透镜和/或出射透镜并非固定安装于基体内，可沿空间自由光的光轴接近或者远离倍频晶体，通过调整入射透镜在光轴上的位置可改变空间自由光在倍频晶体的入光面形成的聚焦能量，通过调整入射透镜在光轴上的位置可改变空间自由光的准直程度，配合光纤准直器的旋转角度和水平位置达到最佳的光信号输出效果。
16.作为其中一种实施方式，所述基体内设有安装支架，所述安装支架包括两个水平相对的框体；所述框体的边框内沿设有第二内螺纹；所述入射透镜和出射透镜分别安装于两个所述框体，所述入射透镜和出射透镜的轮廓外沿设有配合所述第二内螺纹的第二外螺纹；所述倍频晶体设于两个框体之间。
17.本技术方案中，入射透镜和出射透镜安装于框内带有螺纹(即第二内螺纹)的框体，通过旋进或者后退的方式改变其在光轴上的位置，二者不易偏离光轴，保持位置统一性，同时与上述圆柱腔设置内螺纹同理，使入射透镜和出射透镜的微调更为便捷精准。
18.作为优选，所述安装支架还包括避让通道、安装槽和可拆卸的盖板；所述安装槽设于两个所述框体之间，所述避让通道沿所述空间自由光的光轴连通两个所述框体，经过所
述安装槽并与所述安装槽连通；所述倍频晶体安装于所述安装槽，所述盖板用于封盖所述安装槽的槽开口；所述空间自由光沿所述避让通道穿过所述倍频晶体。
19.本技术方案进一步地将倍频晶体安装于安装支架上，倍频晶体安装于安装槽后，盖板与安装槽连接，封盖槽开口，将倍频晶体固定限位于槽内同时避免倍频晶体在槽开口处漏光。由于入射透镜、倍频晶体和出射透镜均设于安装支架上，安装支架上三者的间隔需要留出供空间自由光穿过的避让通道，避让通道贯穿安装槽的槽侧壁，其延伸方向上的两端分别与两个框体的空心处连通。
20.作为优选，所述基体还设有滤光片，用于对穿过所述倍频晶体的光线进行滤波处理。
21.与现有技术相比，本实用新型从三个方面实现了无源倍频器的小型化：1)节安装位和固定件的设置实现了光纤准直器旋转角度的可调整，通过调整光纤准直器的角度即可使空间自由光的线偏振角度匹配倍频晶体，从而使倍频器最终输出的光信号强度符合要求，无需在基体内增设二分之一波片等偏振片，减小光纤准直器与倍频晶体之间的距离；2)光纤准直器用于连接光纤的连接端穿出倍频器基体，使接入光纤外置，节省出基体内用于布置接入光纤的空间；3)简化倍频器内的自由光光路，光学元件仅包括入射透镜、倍频晶体和出射透镜。
附图说明
22.图1为本实用新型的倍频器内部结构示意图。
23.图2为本实用新型的基体内部结构示意图。
24.图3为本实用新型的安装支架的爆炸示意图。
25.图4为本实用新型的安装支架的框架示意图。
26.附图标记说明：基体1；圆柱腔11；顶丝孔12；安装支架2；框体21；安装槽22；盖板23；避让通道24；倍频晶体25；光纤准直器3；连接端31；入射透镜4；出射透镜5；滤光片6。
具体实施方式
27.本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
28.实施例1
29.如图1～4，本实施例提供一种小型化倍频器，用于将1560nm的激光转换为780nm的激光，倍频后的780nm的激光入射到lt-gaas芯片上产生太赫兹信号，所述倍频器包括基体1，基体1内设有光纤准直器3、倍频晶体25和聚焦透镜；光纤准直器3射出的空间自由光穿过倍频晶体25和聚焦透镜；基体1内设有调节安装位和固定件；光纤准直器3可旋转地设于调节安装位中，其设有用于连接光纤的连接端31，连接端31穿出基体1。固定件可拆卸地连接调节安装位，用于固定光纤准直器3的位置和旋转角度。
30.光纤准直器3用于对光纤中的激光进行准直，使其变成平行或者近平行的空间自由光射出，空间自由光在小型化倍频器的基体1内形成具自由光光路，自由光光路的中心线即为其光轴。倍频晶体25用于改变空间自由光的频率，聚焦透镜用于调整空间自由光的光
路，使平行或者近平行的空间自由光穿过倍频晶体25以及最终集中为光斑射出。通过调节安装位和固定件的设置实现了光纤准直器3旋转角度的可调整，通过调整光纤准直器3的角度即可使空间自由光的线偏振角度匹配倍频晶体25，从而使倍频器最终输出的光信号强度符合要求，无需在基体1内增设二分之一波片等偏振片，节省了倍频器基体1的内部空间，压缩了光纤准直器3与倍频晶体25之间的距离，从而提高了整体的结构紧凑度，实现无源倍频器的小型化。光纤准直器3并非完全设于基体1的内部，其从基体1内部伸出外界，其用于连接光纤的连接端31外露，使连接光纤准直器3的连接端31的接入光纤外置，进一步减小倍频器基体1的体积，同时避免了内置接入光纤存在的难以维修更换的问题，接入光纤可与倍频器可分开存放，降低取放过程中碰断受损的概率。具体地，本实施例的调节安装位为水平贯穿基体1一侧壁的圆柱腔11；光纤准直器3可旋转地安装于圆柱腔11。圆柱腔11嵌入基体1侧壁，光纤转直器的外形匹配圆柱腔11，基体1内部空间通过圆柱腔11连通外界，圆柱腔11的两个圆柱端面处于垂直于水平线的竖直面上，侧壁具有一定厚度，使贯穿侧壁的圆柱腔11可以容纳光纤准直器3的大部分或者全部的长度，避免光纤准直器3的两端上下摆动，保证光纤准直器3的安装稳定度和自由光光路的位置统一性。圆柱腔11设有第一内螺纹，光纤准直器3设有与第一内螺纹配合的第一外螺纹，光纤准直器3通过第二外螺纹与圆柱腔11配合连接，第一内螺纹和第二外螺纹具有均匀的螺距，光纤准直器3每次旋进或后退的距离微小且恒定，使光纤准直器3旋转角度的微调更为便捷精准。
31.在本实施例中，基体1设有与圆柱腔11内壁连通的顶丝孔12；固定件为与顶丝孔12配合的顶丝，顶丝旋入顶丝孔12后与圆柱腔11内的光纤准直器3接触，对光纤准直器3的施加沿着圆柱腔11体径向的压紧力，限位固定光纤准直器3的旋转角度和水平位置。需要说明的是，在其他实施方式中本领域技术人员可使用其他常规手段替换顶丝和顶丝孔12。
32.在本实施例中，对自由光光路作出最大程度的简化，所述聚焦透镜具体包括入射透镜4和出射透镜5，同时通过设置安装支架2安装入射透镜4、倍频晶体25和出射透镜5。光纤准直器3发出空间自由光依次水平地穿过入射透镜4、倍频晶体25和出射透镜5，入射透镜4设于倍频晶体25的入光面，出射透镜5设于倍频晶体25的入光面，三者和光纤准直器3均处于自由光光路的光轴上，从光纤准直器3射出的平行或近平行的空间自由光经过入射透镜4，在倍频晶体25的入光面形成聚焦光斑，以调整空间自由光的聚焦能量，尽可能提高倍频器最终的输出功率，空间自由光被倍频晶体25改变频率后从倍频晶体25的出光面发散地射出，穿过出射透镜5重新变为平行光或近平行光。安装支架2具体包括两个水平相对的框体21、避让通道24、安装槽22和可拆卸的盖板23。框体21的边框内沿设有第二内螺纹，入射透镜4和出射透镜5分别安装于两个框体21，入射透镜4和出射透镜5的轮廓外沿设有配合第二内螺纹的第二外螺纹，通过旋进或者后退的方式改变其在光轴上的位置，调整完成后可通过设置如螺丝等紧固件固定。调整入射透镜4在光轴上的位置可改变空间自由光在倍频晶体25的入光面形成的聚焦能量，调整入射透镜4在光轴上的位置可改变空间自由光的准直程度，配合光纤准直器3的旋转角度和水平位置达到最佳的光信号输出效果，在调整过程中二者不易偏离光轴，保持位置统一性，同时与上述圆柱腔11设置内螺纹同理，使入射透镜4和出射透镜5的微调更为便捷精准。倍频晶体25安装于两个框体21之间的安装槽22，倍频晶体25安装于安装槽22后，盖板23与安装槽22连接，封盖安装槽22的槽开口，将倍频晶体25固定限位于槽内同时避免倍频晶体25在槽开口处漏光，避让通道24沿空间自由光的光轴连通
两个框体21的空心处，经过安装槽22并贯穿安装槽22的槽侧壁。
33.在其他实施方式中，还可将安装支架2设置为可沿光轴移动，入射透镜4和出射透镜5可沿空间自由光的光轴接近或者远离倍频晶体25通过移动安装支架2实现。
34.经过上述改进，本实施例的倍频器的尺寸为89*32*27mm，经过测验，倍频器从1560nm波段下的150mw的功率通过倍频转换后780nm波段下的功率为60mw，转换率约为40％，满足太赫兹光谱仪的使用要求，转换效率高，兼容性强，可以与多个厂家的1560nm的激光器匹配使用。
35.优选地，本实施例的基体1还设有滤光片6，用于过滤小部分波长不为780nm的倍频晶体出射光。滤光片6的设置位置不作限制，可对穿过倍频晶体25的光线(即倍频晶体出射光)进行滤波即可，在本实施例中，滤光片6嵌入基体1的侧壁，基体1设有圆柱腔11的侧壁和设有滤光片6的侧壁为相对的一组侧壁。
36.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。