波分复用器、双频激光组件及双频激光器的制作方法

1.本实用新型涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种波分复用器、双频激光组件及双频激光器。


背景技术：

2.双频激光器在光学传感和干涉测量等领域有着非常重要的应用。现有技术中，双频激光器每次运行前，一般需要通过光电探测器对双频激光器发射的双频激光中的拍频光进行测试，以检测该拍频光是否可用、稳定，由于双频激光器的激光输出端在使用时已经与光栅等测量组件的读数头连接，每次测试均需要拆下读数头才能完成拍频光的测试，使用便捷度较差，且多次拆卸会影响其运行精度。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的包括提供一种波分复用器、双频激光组件及双频激光器，以解决现有双频激光器使用便捷度较差，频繁拆卸影响其运行精度的技术问题。
4.为解决上述问题，本实用新型提供一种波分复用器，包括：
5.第一光纤分束模块，输入端aa用于连接单频激光器，输出端ab用于连接第一移频器的输入端；
6.第二光纤分束模块，输入端ba用于连接第一移频器的输出端，输出端bb用于输出第一路测量光；
7.第三光纤分束模块，输入端da用于与所述第一光纤分束模块的输出端ac连接，输出端dc用于输出第二路测量光；以及，
8.光纤合束模块，输入端ca与所述第二光纤分束模块的输出端bc连接，输入端cb与所述第三光纤分束模块的输出端db连接，输出端cc用于输出参考拍频光。
9.可选地，所述输出端ac用于连接光纤的一端，所述输入端da用于连接光纤的另一端。
10.可选地，所述输出端ac用于连接第二移频器的输入端，所述输入端da用于连接第二移频器的输出端。
11.可选地，所述波分复用器还包括外壳，所述外壳设有与所述输入端aa连接的输入端口、与所述输出端ab连接的第一连接端口、与所述输出端ac连接的第二连接端口、与所述输入端ba连接的第三连接端口、与所述输出端bb连接的第一输出端口、与所述输出端cc连接的第二输出端口、与输出端da连接的第四连接端口以及与所述输出端dc连接的第三输出端口。
12.本实用新型还提供了一种双频激光组件，包括第一移频器和上述波分复用器，所述第一移频器连接于波分复用器的输入端ba与所述输出端ab之间。
13.本实用新型还提供了另一种双频激光组件，包括第一移频器、第二移频器和上述波分复用器，所述第一移频器连接于所述波分复用器的输入端ba与所述输出端ab之间，所
述第二移频器连接于所述波分复用器的输入端da与所述输出端ac之间。
14.本实用新型还提供了一种双频激光器，包括单频激光器、驱动器、电源盒和上述双频激光组件，所述单频激光器与所述双频激光组件的输入端aa连接，所述驱动器与所述双频激光组件的移频器连接，所述电源盒与所述单频激光器、所述驱动器及所述双频激光组件连接。
15.可选地，所述双频激光器还包括柜体以及安装于所述柜体的互锁控制器，所述单频激光器、所述驱动器、所述电源盒和所述双频激光组件均安装于所述柜体内，所述互锁控制器连接于所述单频激光器。
16.可选地，所述双频激光器还包括激光发射指示灯，所述激光发射指示灯与所述输出端cc连接。
17.可选地，所述移频器包括声光调制器，所述驱动器包括频率合成器，所述频率合成器的vco振荡器与所述声光调制器连接，所述频率合成器的同步光源输入端口与所述双频激光组件的输出端cc连接。
18.本实用新型提供的波分复用器将光纤合束模块和多个光纤分束模块进行耦合后，通过与移频器集合使用，能够将单频激光束同时分束为第一路测量光、第二路测量光和参考拍频光，其中，具有稳定频差的第一路测量光和第二路测量光可以作为光栅等测量组件的测量光源，测量精度和稳定性均较高；其中，参考拍频光可以作为第一路测量光和第二路测量光的差频参考，使用时，操作人员可以直接对该参考拍频光进行测试，查看该参考拍频光是否是可用的、稳定的，而无需拆下光栅等测量组件的读数头对其内的拍频光进行测试，从而提高双频激光器的使用便捷度，并减少拆装操作对其运行精度造成的不良影响。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
20.图1为本实用新型提供的波分复用器的第一示意图；
21.图2为本实用新型提供的波分复用器的第二示意图；
22.图3为本实用新型提供的双频激光器的原理示意图；
23.图4为本实用新型提供的双频激光器中电源盒与各元器件的连接示意图；
24.图5为本实用新型提供的双频激光器中驱动器与第一移频器及第二移频器的连接示意图。
25.附图标记说明：
26.10-波分复用器；110-第一光纤分束模块；111-输入端aa；112-输出端ab；113-输出端ac；120-第二光纤分束模块；121-输入端ba；122-输出端bb；123-输出端bc；130-光纤合束模块；131-输入端ca；132-输入端cb；133-输出端cc；140-第三光纤分束模块；141-输入端da；142-输出端db；143-输出端dc；150-外壳；151-输入端口；152-第一连接端口；153-第二连接端口；154-第三连接端口；155-第一输出端口；156-第二输出端口；157-第三输出端口；158-第四连接端口；160-移频后处理模块；200-第一移频器；300-第二移频器；400-单频激
光器；500-驱动器；510-同步光源输入端口；520-vco振荡器；600-电源盒；700-互锁控制器；710-顶罩互锁传感器；720-前门互锁传感器；730-后门互锁传感器；811-激光发射指示灯；812-互锁解除钥匙开关；813-互锁复位钥匙开关。
具体实施方式
27.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
28.本实施例提供一种波分复用器10，如图1所示，包括第一光纤分束模块110、第二光纤分束模块120、第三光纤分束模块140和光纤合束模块130，其中，第一光纤分束模块110的输入端aa111用于连接单频激光器400，输出端ab(112)用于连接第一移频器(200)的输入端；第二光纤分束模块120的输入端ba121用于连接第一移频器200的输出端，输出端bb122用于输出第一路测量光；第三光纤分束模块140的输入端da141用于与第一光纤分束模块110的输出端ac113连接，输出端dc143用于输出第二路测量光；光纤合束模块130的输入端ca131与第二光纤分束模块120的输出端bc123连接，输入端cb132与第三光纤分束模块140的输出端db142，输出端cc133用于输出参考拍频光。
29.本实施例还提供一种双频激光组件，包括第一移频器200和上述波分复用器10，第一移频器200连接于波分复用器10的输入端ba121与输出端ab112之间。
30.本实施例还提供一种双频激光器，包括单频激光器400、驱动器500、电源盒600和上述双频激光组件，单频激光器400与双频激光组件的输入端aa111连接，驱动器500与双频激光组件的移频器连接，电源盒600与单频激光器400、驱动器500及双频激光组件连接。
31.本实施例提供的波分复用器10、双频激光组件及双频激光器，其中，波分复用器10包括用于对激光束按照功率进行分束的第一光纤分束模块110、第二光纤分束模块120和第三光纤分束模块140，还包括用于将不同功率的激光束进行合束的光纤合束模块130。其中，双频激光组件包括用于对激光束进行移频的第一移频器200和上述用于对激光束进行分束及合束处理的波分复用器10。其中，双频激光器包括用于向双频激光组件发射单频激光束的单频激光器400、用于驱动双频激光组件中移频器运行的驱动器500、用于对元器件进行供电的电源盒600以及上述用于将单频激光束处理为两路具有频差的测量光和一路作为频差参考的拍频光的双频激光组件。
32.如图1所示，波分复用器10中的第一光纤分束模块110、第二光纤分束模块120和第三光纤分束模块140用于将一路激光束按照设定功率比分束为两路激光束，其中，第一光纤分束模块110包括输入端aa111、输出端ab112和输出端ac113，第二光纤分束模块120包括输入端ba121、输出端bb122和输出端bc123，第三光纤分束模块140包括输入端da141、输出端db142和输出端dc143；波分复用器10的光纤合束模块130用于将两路激光束合束为一路激光束，包括输入端ca131、输入端cb132和输出端cc133。
33.使用时，电源盒600为各元器件供电，单频激光器400通过第一光纤分束模块110的输入端aa111向其发射高功率、窄线宽、高稳定性的单频激光束s1，单频激光束s1进入第一光纤分束模块110后被分束为两路具有设定功率比的激光束s2和s3，其中一路激光束s2通过第一光纤分束模块110的输出端ab112传输至第一移频器200，驱动器500驱动第一移频器
200对该激光束进行移频操作得到激光束s4，随后移频后的激光束s4经第二光纤分束模块120的输入端ba121进入其内，第二光纤分束模块120将该移频后的激光束s4再次分束为两束具有设定功率比的激光束s5和s6，其中一路激光束s5经第二光纤分束模块120的输出端bb122输出并作为第一路测量光，另一路激光束s6经第二光纤分束模块120的输出端bc123传输至光纤合束模块130的输入端ca131；经过第一光纤分束模块110分束后的另一路激光束s3与移频后的激光束s4具有设定频差，激光束s3传输至第三光纤分束模块140的输入端da141进入其内，随后被第三光纤分束模块140分束为两束具有设定功率比的激光束s7和s8，其中一路激光束s7经第三光纤分束模块140的输出端db142及光纤合束模块130的输入端db传输至光纤合束模块130，光纤合束模块130将两束激光束s6和s7合束处理后得到激光束s9并经其输出端cc133输出并作为差频参考的参考拍频光；经过第三光纤分束模块140分束后的另一束激光束s8经其输出端dc143输出并作为第二路测量光。
34.则该波分复用器10将光纤合束模块130和多个光纤分束模块进行耦合后，通过与移频器集合使用，能够将单频激光束同时分束为第一路测量光、第二路测量光和参考拍频光，其中，具有稳定频差的第一路测量光和第二路测量光可以作为光栅等测量组件的测量光源，测量精度和稳定性均较高；其中，参考拍频光可以作为第一路测量光和第二路测量光的差频参考，使用时，操作人员可以直接对该参考拍频光进行测试，查看该参考拍频光是否是可用的、稳定的，而无需拆下光栅等测量组件的读数头对其内的拍频光进行测试，从而提高双频激光器的使用便捷度，并减少拆装操作对其运行精度造成的不良影响。
35.具体地，双频激光器输出的两路测量光可以通过光纤连接器后耦合入保偏单模光纤中由fc/apc光纤跳线输出，以确保测量光能够准确稳定地传输至光栅等测量组件的读数头，进而实现其测量功能。
36.本实施例中，第三光纤分束模块140的输入端da141用于连接第二移频器300的输出端，第一光纤分束模块110的输出端ac113用于连接第二移频器300的输入端。输入端da141与输出端ac113之间连接第二移频器300，并通过第二移频器300对激光束进行移频操作，是确保激光束s3与移频后的激光束s4具有稳定频差的其中一种具体方式，其中，驱动器500驱动第二移频器300运行，电源盒600为第二移频器300供电；使用时，经第一光纤分束模块110的输出端ac113输出激光束s3
′
，激光束s3
′
经过第二移频器300移频后得到激光束s3
″
，激光束s3
″
的稳定性更高，相应地，激光束s3
″
与移频后的激光束s4具有了更为稳定的频差，两者通过后续处理后得到的第一路测量光、第二路测量光及参考拍频光的稳定性更高，相应地，光栅等测量组件的测量精度及稳定性也更高。其中，第一光纤分束模块110位于第一移频器200及第二移频器300前端，第二光纤分束模块120、光纤合束模块130和第三光纤分束模块140共同形成移频后处理模块160位于第一移频器200及第二移频器300的后端。
37.当然，确保激光束s3与移频后的激光束s4具有频差除上述方式外，还可以如图1所示，直接将第一光纤分束模块110的输出端ac113与第三光纤分束模块140的输入端da141通过光纤连接，则经输出端ab112和输出端ac113输出的激光束s2和激光束s3频率相同，其中，激光束s3保持其原有频率通过输入端da141输入第三光纤分束模块140内；而激光束s2通过第一移频器200移频后得到与激光束s3具有设定频差的激光束s4，从而使得激光束s3和激光束s4通过后续处理后得到具有一定频差的第一路测量光和第二路测量光。
38.输入端da141与输出端ac113之间需要连接第二移频器300时，本实施例还提供一
种双频激光组件，包括第一移频器200、第二移频器300和上述波分复用器10，第一移频器200连接于波分复用器10的输入端ba121与输出端ab112之间，第二移频器300连接于波分复用器10的输入端da141与输出端ac113之间。相应地，如图3所示，双频激光器中也包括第一移频器200和第二移频器300，驱动器500作为第一移频器200及第二移频器300的驱动。
39.使用地，波分复用器10可以根据实际需要选用不同分束比的波分复用模块进行耦合，并通过选用设定移频效果的第一移频器200和第二移频器300，以实现设定功率比及设定频差的第一路测量光和第二路测量光的输出。具体地，第一光纤分束模块110输出的激光束s2和激光束s3的功率比可以为80:20，第二光纤分束模块120输出的激光束s5和激光束s6的功率比可以为99:1，第三光纤分束模块140输出的激光束s7和激光束s8的功率比可以为99:1。
40.本实施例中，如图2所示，波分复用器10还可以包括外壳150，外壳150设有与输入端aa111连接的输入端口151、与输出端ab112连接的第一连接端口152、与输出端ac113连接的第二连接端口153、与输入端ba121连接的第三连接端口154、与输出端bb122连接的第一输出端口155、与输出端cc133连接的第二输出端口156、与输入端da141连接的第四连接端口158以及与输出端dc143连接的第三输出端口157。一方面，第一光纤分束模块110、第二光纤分束模块120、第三光纤分束模块140和光纤合束模块130安装于外壳150内，外壳150能够对上述模块起到固定和保护的作用，以提高上述模块之间的连接稳定性，并减少外界因素对其造成的碰撞损坏等，从而确保波分复用器10的正常使用；此外，外壳150使得波分复用器10形成一个整体器件，搬运或拆装波分复用器10的便捷度更高。另一方面，上述模块的输入端、输出端等均通过设置在外壳150上的输入端口151、连接端口、输出端口实现连接端的位置固定，不仅能够提高连接光纤之间的整齐度，减少连接光纤缠绕打结甚至断开情况的发生；连接时，操作人员还可以将其他元器件的连接端通过与上述端口的连接实现与波分复用器10内各模块的连接，从而提高波分复用器10的连接便捷度以及连接稳定性。
41.具体地，当双频激光组件中未设置第二移频器300，即输出端ac113与输入端da141之间通过光纤连接时，可以将光纤的两端分别与第二连接端口153及第四连接端口158连接，也可以将光纤的两端直接与输出端ac113及输入端da141连接，相应地，无需在外壳150上设置第二连接端口153和第四连接端口158。
42.本实施例中，双频激光器还可以包括激光发射指示灯811，激光发射指示灯811与输出端cc133连接。激光发射指示灯811用于指示双频激光器的工作状态，以提醒现场的安装维护及操作人员的使用安全；其中，经输出端cc133输出的参考拍频光除作为第一路测量光和第二路测量光的差频参考外，还可以作为激光发射指示灯811的光源使用，从而提高参考拍频光的功能，简化双频激光器的结构及光路。
43.具体地，第一光纤分束模块110、第二光纤分束模块120、第三光纤分束模块140和光纤合束模块130均可以选用波分复用模块，则波分复用器10对多个简单的波分复用模块进行耦合使用，以使一路单频激光束能够经过波分复用器10的分束和合束处理后同时得到参考拍频光以及具有稳定频差的第一路测量光和第二路测量光。波分复用模块之间可以通过法兰盘或光纤连接；较佳地，波分复用模块之间均通过光纤熔接方式连接，以大大提升波分复用器10的空间利用率和激光利用率。
44.具体地，第一移频器200和第二移频器300可以选用声光调制器以实现对激光束的
移频，也可以采用塞曼分裂或电光调制器等方法实现对激光束的移频；其中，当第一移频器200和第二移频器300选用声光调制器时，相应地，驱动器500可以选用频率合成器，如图5所示，频率合成器包括同步光源输入端口510、与同步光源输入端口510连接的两路同源锁相的vco振荡器520，第一移频器200和第二移频器300分别与两路vco振荡器520连接，两路vco振荡器520能够向外输出两路具有设定频差的射频信号，从而驱动第一移频器200和第二移频器300对激光束进行相应的移频处理。当然，当双频激光组件仅使用第一移频器200时，该频率合成器也可以仅包括一路vco振荡器520，以作为第一移频器200的驱动。较佳地，频率合成器的同步光源输入端口510也可以与输出端cc133连接，则经输出端cc133输出的参考拍频光还可以同时作为频率合成器的同步光源，即参考拍频光可以同时用于差频参考、激光发射指示灯811的光源以及频率合成器的同步光源，一物三用，从而大大提高参考拍频光的功能性，并相应进一步简化双频激光器的结构及光路。
45.本实施例中，双频激光器还包括柜体以及安装于柜体的互锁控制器700，单频激光器400、驱动器500、电源盒600和双频激光组件均安装于柜体内；互锁控制器700连接于单频激光器400。双频激光器使用过程中，单频激光器400作为光源向双频激光组件发射单频激光束，其中，柜体将单频激光器400、驱动器500、电源盒600和双频激光组件罩设于其内，能够有效隔绝激光，以减少激光外漏对周围元器件以及操作人员造成的不良影响，当单频激光器400在运行过程中时，如果操作人员误打开柜体的顶罩、前门或后门时，互锁控制器700中相应的顶罩互锁传感器710、前门互锁传感器720或后门互锁传感器730会将互锁信号传递至互锁控制器700或双频激光器的主控制器，互锁控制器700或主控制器相应控制关闭单频激光器400，以减少激光泄漏情况的发生，从而提高双频激光器的使用安全度。
46.本实施例中，双频激光器还可以包括互锁解除钥匙开关812，互锁解除钥匙开关812与互锁控制器700连接。当单频激光器400被互锁控制器700互锁且柜体误打开操作已经解除后，操作人员可以通过互锁解决钥匙开关取消互锁，使得单频激光器400继续正常运行。
47.类似地，双频激光器还可以包括互锁复位钥匙开关813，互锁复位钥匙开关813与互锁控制器700连接。操作人员打开柜体的顶罩、前门或后门时，互锁控制器700或主控制器会自动关闭单频激光器400，当操作人员需要顶罩、前门或后门打开状态下单频激光器400保持运行状态时，可以打开互锁复位钥匙开关813，以在顶罩、前门或后门打开状态下重新启动单频激光器400。具体地，如图4所示，电源盒600为互锁控制器700、激光发射指示灯811、互锁解除钥匙开关812和互锁复位钥匙开关813供电。
48.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
49.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定
义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。