一种防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构

本发明涉及一种光学耦合腔结构，尤其涉及一种防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构。

背景技术：

1、新型光导微波技术是利用高功率可调谐高重频脉冲激光作为光源，入射到宽禁带光导半导体开关(photoconductive semiconductor switch，pcss)，再经偏置电压放大产生可调谐高功率微波，相比于传统的电真空器件产生微波的机制，具有体积小、频率可调，可阵面合成等优势，在功率合成(模块化)和可调谐性(智能化)方面具有巨大潜力，得到了领域内研究人员的广泛关注，目前光导微波链路单路输出功率已经达到数百千瓦。在光导微波系统中，宽禁带光导半导体开关(光导开关)是一个关键的光电转换器件，起到光电转换作用，常规光导开关主要由宽禁带半导体基底材料，电极组成，由于宽禁带半导体材料对光的吸收较低，为增加半导体材料的吸收率，一般会在半导体材料下表面镀ag形成ag镜以增加激光在半导体材料中的光程从而促进吸收，然而，ag镜强反射也会给光源系统带来回返光问题，尤其是对于准直后的光纤激光系统，强回返光对其造成巨大的损坏风险。

2、目前，相关人员已经关注到光导开关回返光问题并给予了相关解决方案，如专利名称为“一种光导微波的光纤馈入方法”(公开号：202310178093.6)报道了一种减少回光的方法，其对光纤的输出端进行腐蚀和拉锥从而改变激光输出的发散角，并通过调整光纤输出端与光导开关的距离从而达到一个比较好的防回光效果，然而，调整两者之间的距离过程相对繁琐；在高功率激光和高电压下无法实时调节，使用准直激光可以不需要在调节光纤与开挂的距离进而调整光斑，其实用更加简便，是未来全光纤链路的光导微波的发展方向，然而，准直的激光会带来更加严重的回返光，而该专利对不能起到对准直光束的防回光效果。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，针对准直激光馈入，设计一种防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构，既可以简化光斑调节，也可以防止回返光入射到光源系统，对光导开关应用于高功率光导系统及未来的光导微波阵面合成尤为重要。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构，包括准直光束发生器、环形铜柱、光垂直入射型光导开关和倾斜银镜；所述准直光束发生器固定设置在环形铜柱内，所述环形铜柱和倾斜银镜分别设置在光导开关的上方和下方；所述倾斜银镜的倾角α最小的时候，l为反射的回返光的偏移量，l满足：

3、

4、所述倾斜银镜的倾角α最大的时候满足其中d为光斑直径(即光导开关通光孔直径)，d1光导开关到光源之间的距离，d2为光导开关的厚度，d3为反射银镜到光导开关的距离，n1为光导开关的折射率，d2为多层电极的内直径。

5、上述的防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构，优选的，所述光垂直入射型光导开关包括基底、多层电极和透明导电薄膜；所述基底的光正入射面和光出射面分别粘接有一个多层电极，所述多层电极为环形，多层电极的内直径d2与环形铜柱内直径保持一致，多层电极的环宽为1-2mm；基底的光正入射面和出入射面镀透明导电薄膜。

6、上述的防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构，优选的，多层电极的内直径d2为3～10mm，多层电极的环宽为1-2mm，多层电极包含ni，ti，au三种金属，三种金属按au，ti，ni叠层顺序由下往上(沿与多层电极的中心轴方向)叠加。

7、上述的防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构，优选的，所述透明导电薄膜包括掺铝氧化锌。

8、上述的防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构，优选的，所述基底包括为正方体状宽禁带半导体，包括sic或gan，基底的边长d3为10～15mm。

9、上述的防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构，优选的，所述准直光束发生器包括激光准直器和通光夹具；所述激光准直器包括光纤和光纤准直输出端帽，光纤负责激光馈入，光纤准直输出端帽负责将光纤馈入的激光准直，经过光纤准直输出端帽后输出光斑直径为d；通光夹具为具有中间通孔的环形装置，其内直径d1为0.4-5mm，外径为与环形铜柱的内直径保持一致，通光夹具下底面与光导开关的距离为d1，通光夹具外表面做发黑处理以吸收光学腔内部散射的激光，通光夹具通孔内环与准直端帽连接，将激光准直器夹持固定，外环与铜柱连接。

10、上述的防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构，优选的，所述准直光束发生器为固体准直光束发生器。

11、上述的防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构，优选的，所述环形铜柱的侧边设置有用于激光延时以及光导开关的运行状况监测的监测窗口，监测窗口直径d1为0.1-2mm。

12、与现有技术相比，本发明的优点在于：1、本发明在光导开关的光出射面下方放置角度可调的外置倾斜银镜5，可以通过对光导开关的内部光学结构多参数进行调节，将回返光偏移光源出射窗口，达到防回光效果，避免回返光入射到光源系统损坏光源。解决了目前准直激光入射到光导开关的回光问题，尤其是光纤激光的准直馈入。

13、2、本发明在光导开关的光学耦合腔增加了激光的监测窗口，不仅可以实时监测光导开关的运行情况，简化了光导开关故障排查流程；还可以实时监测光导微波链路的激光延时信号，为光导微波系统的相位延时实时调节提供参考。

技术特征：

1.一种防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构，其特征在于：包括准直光束发生器、环形铜柱、光垂直入射型光导开关和倾斜银镜；所述准直光束发生器固定设置在环形铜柱内，所述环形铜柱和倾斜银镜分别设置在光导开关的上方和下方；所述倾斜银镜的倾角α最小的时候，l为反射的回返光的偏移量，l满足：

2.根据权利要求1所述的防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构，其特征在于：所述光垂直入射型光导开关包括基底、多层电极和透明导电薄膜；所述基底的光正入射面和光出射面分别粘接有一个多层电极，所述多层电极为环形，多层电极的内直径d2与环形铜柱内直径保持一致，多层电极的环宽为1-2mm；基底的光正入射面和出入射面镀透明导电薄膜。

3.根据权利要求2所述的防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构，其特征在于：多层电极的内直径d2为3～10mm，多层电极的环宽为1-2mm，多层电极包含ni，ti，au三种金属，三种金属按au，ti，ni叠层顺序由下往上叠加。

4.根据权利要求2所述的防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构，其特征在于：所述透明导电薄膜包括掺铝氧化锌。

5.根据权利要求2所述的防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构，其特征在于：所述基底包括为正方体状宽禁带半导体，包括sic或gan，基底的边长d3为10～15mm。

6.根据权利要求1所述的防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构，其特征在于：所述准直光束发生器包括激光准直器和通光夹具；所述激光准直器包括光纤和光纤准直输出端帽，光纤负责激光馈入，光纤准直输出端帽负责将光纤馈入的激光准直，经过光纤准直输出端帽后输出光斑直径为d；通光夹具为具有中间通孔的环形装置，其内直径d1为0.4-5mm，外径为与环形铜柱的内直径保持一致，通光夹具下底面与光导开关的距离为d1，通光夹具外表面做发黑处理以吸收光学腔内部散射的激光，通光夹具通孔内环与准直端帽连接，将激光准直器夹持固定，外环与铜柱连接。

7.根据权利要求1所述的防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构，其特征在于：所述准直光束发生器为固体准直光束发生器。

8.根据权利要求1所述的防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构，其特征在于：所述环形铜柱的侧边设置有用于激光延时以及光导开关的运行状况监测的监测窗口，监测窗口直径d1为0.1-2mm。

技术总结一种防回返光的垂直型光导开关光学耦合腔结构，包括准直光束发生器、环形铜柱、光垂直入射型光导开关和倾斜银镜；准直光束发生器固定设置在环形铜柱内，环形铜柱和倾斜银镜分别设置在光导开关的上方和下方；倾斜银镜的倾角α最小的时候，L为反射的回返光的偏移量，L满足：倾斜银镜的倾角α最大的时候满足本发明在光导开关的光出射面下方放置角度可调的外置倾斜银镜，可以通过对光导开关的多参数进行调节，将回返光偏移光源出射窗口，达到防回光效果，避免回返光入射到光源系统损坏光源。技术研发人员：姚金妹,谷炎然,易木俣,王朗宁,王日品,李博涵,牛昕玥,何婷,荀涛,刘金亮受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27