一种减小剩余振幅调制的共振型电光调制器
阅读说明：本技术 一种减小剩余振幅调制的共振型电光调制器 (Resonance type electro-optical modulator capable of reducing residual amplitude modulation ) 是由 郑耀辉 焦南婧 李瑞鑫 田龙 王雅君 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种减小剩余振幅调制的共振型电光调制器,属于光学调制技术领域。本发明共振型电光调制器包括底座、绝缘垫片、温控铜炉、电路板底座、LC共振电路板、双层盖和电路板外壳,各个组件之间通过螺钉连接形成闭合空间,其中温控铜炉还包括温控铜炉外壳、TEC半导体制冷器、隔热片、温控铜炉盖、温控铜炉座、楔形晶体、走线隔热片、DC电极端温控铜炉外底座和AC电极端。本发明提供的一种减小剩余振幅调制的共振型电光调制器,提高电光调制装置的调制性能,减小相位调制中的剩余振幅调制,且减小外部温度变化对调制器性能的影响。(The invention discloses a resonance-type electro-optical modulator for reducing residual amplitude modulation, and belongs to the technical field of optical modulation. The resonance type electro-optic modulator comprises a base, an insulating gasket, a temperature control copper furnace, a circuit board base, an LC resonance circuit board, a double-layer cover and a circuit board shell, wherein all the components are connected through screws to form a closed space, the temperature control copper furnace further comprises the temperature control copper furnace shell, a TEC semiconductor refrigerator, a heat insulation sheet, a temperature control copper furnace cover, a temperature control copper furnace base, a wedge-shaped crystal, a routing heat insulation sheet, a DC electrode end temperature control copper furnace outer base and an AC electrode end. The invention provides a resonance type electro-optical modulator capable of reducing residual amplitude modulation, which improves the modulation performance of an electro-optical modulation device, reduces the residual amplitude modulation in phase modulation and reduces the influence of external temperature change on the performance of the modulator.)
技术领域
本发明属于光学调制技术领域，具体涉及一种减小剩余振幅调制的共振型电光调制器。
背景技术
压缩态作为一种非经典光在量子光学领域有巨大的应用潜力，是引力波探测、精密测量、量子信息领域等方面的重要量子资源。在压缩态光场的实验制备系统中，伺服控制系统的性能是获得高压缩度量子压缩态的关键技术。
在基于电光相位调制的反馈控制系统中，由于电光晶体的电光效应，即把电压加到电光晶体上时，电光晶体的各向折射率分布会发生变化，所以可以利用电光相位调制器对光波的相位进行调制，利用两调制边带的幅度相等、位相相反的特性，来获得鉴频信号的谱线而将光学腔长以及相对位相锁定在该谱线的中心过零点处，实现光学腔长以及相对位相的稳定。
从实验中发现，激光经电光相位调制后，在产生相位调制的同时还出现了剩余振幅调制(Residual Amplitude Modulation，RAM)，表现为调制光的正、负一级边带不是完全的等幅反相，而且这种边带的不对称性还会随着环境和实验条件的变化而发生变化。使腔长和相位的锁定点随环境温度的变化而漂移。腔长和相位锁定点的漂移等效于相位噪声，降低了系统的压缩度和长期稳定性。
随着实验条件的改善和实验要求的进一步提高，这种因剩余幅度调制而引起的影响受到人们的重视。
现有商用电光调制器一般都采用一块长方体的非线性晶体，会产生寄生的标准具效应，再加上电光晶体的双折射效应和电场分布不均匀、射频功率抖动和激光频率抖动等其他原因，会产生较大的剩余振幅调制。
发明内容
针对上述问题本发明提供了一种减小剩余振幅调制的共振型电光调制器。
本发明目的在于提高电光调制装置的调制性能，减小相位调制中的剩余振幅调制，且减小外部温度变化对调制器性能的影响。
为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种减小剩余振幅调制的共振型电光调制器，包括底座，在底座上通过螺钉连接有绝缘垫片，在所述绝缘垫片上设置有温控铜炉；
所述温控铜炉还包括温控铜炉外壳、TEC半导体制冷器、隔热片、温控铜炉盖、温控铜炉座、楔形晶体、走线隔热片、DC电极端温控铜炉外底座和AC电极端；
所述温控铜炉外底座与温控铜炉外壳走线隔热片通过螺钉连接，形成闭合空腔；所述温控铜炉外底座呈L形，通过螺钉连接在所述绝缘垫片上，且使得温控铜炉外底座的下底面与绝缘垫片的上顶面紧密贴合；所述温控铜炉外壳呈冂字形，在所述温控铜炉外壳的两侧侧壁中心上开有通光孔，温控铜炉外壳顶壁上设置有温控铜炉外壳热敏电阻通孔；所述温控铜炉外底座上设置有两个方型槽，
所述闭合空腔内部设置有温控铜炉座，在温控铜炉座侧面开有一横槽，在所述横槽中部设置有温控铜炉座凸棱用以粘贴楔形晶体的非电极面，使其精密接触以提高温控效率，且楔形晶体与所述温控铜炉外壳的两侧侧壁中心上开有的通光孔相对应，在所述温控铜炉座开有横槽的侧面上还设置有温控铜炉座槽孔，用以装入热敏电阻，隔热片通过螺钉活动设置在温控铜炉座与温控铜炉外底座的侧面之间，能使温控铜炉不与温控铜炉外壳接触防止导热；所述楔形晶体的两侧电极面分别设置有AC端电极和DC端电极；
温控铜炉盖通过螺钉活动设置在温控铜炉座与走线隔热片之间，且接触面紧密贴合，温控铜炉盖通孔设置在温控铜炉盖表面，且与温控铜炉座槽孔相对应，用以通过热敏电阻；
所述温控铜炉座上顶面和下底面分别设置两个TEC半导体制冷器，所述温控铜炉座下底面的两个TEC半导体制冷器固定在所述温控铜炉外底座上设置的两个方型槽内；
电路板底座呈L形，通过螺钉活动设置在温控铜炉外壳顶部，在电路板底座侧壁上设置有DC端SMA接口用以接输入DC信号的接头，还设置有AC端SMA接口用以接输入AC信号的接头，其中输入AC信号的接头与LC共振电路板相连，还设置有温控端接口用以连接温控仪；所述电路板底座的底板上设置有与所述热敏电阻通孔对应的电路板底座通孔，用于穿过热敏电阻；所述LC共振电路板通过螺钉活动设置在电路板底座的底板上；电路板外壳呈冂字形，扣设在电路板底座上部，通过螺钉固定；
双层盖设置在电路板外壳和温控铜炉外壳的前侧面，使电路板外壳和温控铜炉外壳形成闭合空间。
进一步，所述楔形晶体一侧的端面设置有4度的倾角。
进一步，所述AC端电极略长于DC端电极，AC端电极设置在靠近设有倾角的一端，且两个端电极不接触。
进一步，所述底座的底面设有方型槽用于减少接触面积。
进一步，所述绝缘垫片为长方体结构，且通过胶粘合在温控铜炉上。
温控设计部分，先利用一种绝缘导热的材料将晶体包裹，而后在材料的外围将设计好的保温铜炉包裹住这些包裹着晶体的材料，在块晶体中间的保温铜炉上插入热敏电阻，以此用温控仪来监视晶体温度的变化，保温铜炉的上下两个横截面全部贴敷上用以反馈控温的半导体制冷器(TEC)。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
本发明提出了一种集成电光调制装置，在同一晶体的不同区域分别加载交流、直流电压。给晶体在相同的电极区域加交直流电压时，该情况下需要在直流端加一个耐高压的电容，如果直接单纯的给晶体加交流或直流电压是可行的；但本申请装置中使用LC共振电路，并通过放大共振频率处的电压来达到减小直接输出的电压幅值的目的；LC共振电路同时会与直流端通过耐高压电容加载到晶体整个形成回路，从而形成新的LC共振，偏离原共振频率点，使得交流加载失真。而在同一晶体的不同区域分别加载交流直流电压方案更可行，对晶体单独加载交流电压并放到光路里主要是为了进行位相调制，单独加直流电压是为了振幅调制，但是不可避免的引入的剩余振幅调制；因此通过在一块晶体上的不同区域加载上交流电压进行位相调制后，通过给另一区域加载适当的振幅调制，以产生负反馈效果补偿剩余振幅调制，来达到降低剩余振幅调制的目的。
本申请在晶体一端切4度的倾角，当入射的线偏振光的偏振方向和电光晶体的光轴不重合时，由于晶体的双折射效应，后端面的切角可以将互相垂直的两个偏振方向的光在空间上分开，这样就可以消除载波和互相垂直的两个边带之间的干涉，将相位调制过程中由于入射线偏振光偏振方向偏差引起的剩余幅度调制的影响减弱。另外楔形晶体也可以消除标准具效应。
本发明集成电光调制装置可以减小剩余振幅调制，改善反馈控制系统的性能，有利于获得高压缩度、稳定运转的压缩态光场。
附图说明
图1为本发明的共振型电光调制器分解结构示意图；
图2为本发明的电路板外壳的结构示意图；
图3为本发明电路板底座的结构示意图；
图4为本发明双层盖的结构示意图；
图5为本发明温控铜炉外壳的结构示意图；
图6为本发明温控铜炉盖的结构示意图；
图7为本发明温控铜炉底座的结构示意图；
图8为本发明温控铜炉底座与楔形晶体结构示意图；
图9为本发明温控铜炉底座与楔形晶体位置示意图；
图10为本发明走线隔热片的结构示意图；
图11为本发明温控铜炉外底座的主视结构示意图；
图12为本发明温控铜炉外底座的后视结构示意图
图13为本发明绝缘垫片的结构示意图；
图14为本发明底座的结构示意图；
图15为本发明底座的俯视结构示意图；
图16为本发明主视整体结构示意图；
图17为本发明测试状态图；
图18为本发明楔形晶体、AC端电极、DC端电极以及倾角的结构示意图。
其中，1—电路板外壳、101—电路板外壳顶部M2十字凹头螺钉锥孔、102—电路板外壳底部M2十字凹头螺钉锥孔、2—LC共振电路板、3—电路板底座、301—DC端SMA接口、302—AC端SMA接口、303—温控端接口、304—通孔、305—内环M2底部螺纹孔、306—外环M2底部螺纹孔、307—M2侧面底部螺纹孔、4—双层盖、401—双层盖顶部M2螺纹孔、402—双层盖侧面M2底部螺纹孔、5—温控铜炉外壳、501—温控铜炉外壳通孔、502—温控铜炉外壳热敏电阻通孔、503—温控铜炉外壳M2顶部螺纹孔、504—通光孔、505—温控铜炉外壳底部中心M2十字凹头螺钉锥孔、506—温控铜炉外壳底部侧M2十字凹头螺钉锥孔、6—TEC(半导体制冷器)、7—隔热片、8—温控铜炉盖、801—温控铜炉盖M2十字凹头螺钉锥孔、802—温控铜炉盖通孔、9—温控铜炉座、901—温控铜炉座M2底部螺纹孔、902—温控铜炉座圆槽孔、903—温控铜炉座凸棱、10—楔形晶体、11—走线隔热片、111—电极走线孔、112—走线隔热片上部M2十字凹头螺钉锥孔、113—走线隔热片下部M2十字凹头螺钉锥孔、114—TCE走线槽、12—DC端电极、13—温控铜炉外底座、131—方形槽、132—温控铜炉外底座前面M2底部螺纹孔、133—温控铜炉外底座侧面M2底部螺纹孔、134—温控铜炉外底座底面M2底部螺纹孔、14—AC端电极、15—绝缘垫片、151—绝缘垫片M2沉头孔、152—绝缘垫片M4底部螺纹孔、16—底座、161—底座M4沉头孔、162—底座方形槽。
具体实施方式
实施例1
一种减小剩余振幅调制的共振型电光调制器，包括底座16，在底座16上通过螺钉连接有绝缘垫片15，在所述绝缘垫片15上设置有温控铜炉；
所述温控铜炉还包括温控铜炉外壳5、TEC半导体制冷器6、隔热片7、温控铜炉盖8、温控铜炉座9、楔形晶体10、走线隔热片11、DC电极端12温控铜炉外底座13和AC电极端14；
所述温控铜炉外底座13与温控铜炉外壳5走线隔热片11通过螺钉连接，形成闭合空腔；所述温控铜炉外底座13呈L形，通过螺钉连接在所述绝缘垫片15上，且使得温控铜炉外底座13的下底面与绝缘垫片15的上顶面紧密贴合；所述温控铜炉外壳5呈冂字形，在所述温控铜炉外壳5的两侧侧壁中心上开有通光孔504，温控铜炉外壳5顶壁上设置有温控铜炉外壳热敏电阻通孔502；所述温控铜炉外底座13上设置有两个方型槽131，
所述闭合空腔内部设置有温控铜炉座9，在温控铜炉座9侧面开有一横槽，在所述横槽中部设置有温控铜炉座凸棱903用以粘贴楔形晶体10的非电极面，使其精密接触以提高温控效率，且楔形晶体10与所述温控铜炉外壳5的两侧侧壁中心上开有的通光孔504相对应，在所述温控铜炉座9开有横槽的侧面上还设置有温控铜炉座圆槽孔902，用以装入热敏电阻，隔热片7通过螺钉活动设置在温控铜炉座9与温控铜炉外底座13的侧面之间，能使温控铜炉不与温控铜炉外壳5接触防止导热；所述楔形晶体10的两侧电极面分别设置有AC端电极14和DC端电极12；
温控铜炉盖8通过螺钉活动设置在温控铜炉座9与走线隔热片11之间，且接触面紧密贴合，温控铜炉盖通孔802设置在温控铜炉盖8表面，且与温控铜炉座圆槽孔902相对应，用以通过热敏电阻；
所述温控铜炉座9上顶面和下底面分别设置两个TEC半导体制冷器6，所述温控铜炉座9下底面的两个TEC半导体制冷器6固定在所述温控铜炉外底座13上设置的两个方型槽131内；
电路板底座3呈L形，通过螺钉活动设置在温控铜炉外壳5顶部，在电路板底座3侧壁上设置有DC端SMA接口301用以接输入DC信号的接头，还设置有AC端SMA接口302用以接输入AC信号的接头，其中输入AC信号的接头与LC共振电路板2相连，还设置有温控端接口303用以连接温控仪；所述电路板底座3的底板上设置有与所述温控铜炉外壳热敏电阻通孔502对应的电路板底座通孔304，用于穿过热敏电阻；所述LC共振电路板2通过螺钉活动设置在电路板底座3的底板上；电路板外壳1呈冂字形，扣设在电路板底座3上部，通过螺钉固定；
双层盖4设置在电路板外壳1和温控铜炉外壳5的前侧面，使电路板外壳1和温控铜炉外壳5形成闭合空间。
进一步，所述楔形晶体10一侧的端面设置有4度的倾角。
进一步，所述AC端电极14略长于DC端电极12，AC端电极14设置在靠近设有倾角的一端，且两个端电极不接触。
进一步，所述底座16的底面设有底座方形槽162用于减少接触面积。
进一步，所述绝缘垫片15为长方体结构，且通过胶粘合在温控铜炉上。
实施例2
如图1共振型电光调制器分解结构示意图所示，一种减小剩余振幅调制的共振型电光调制器：
如图13、14和15绝缘垫片和底座的结构示意图所示，在底座16上设置有两个底座M4沉头孔161，在绝缘垫片15上设置有两个绝缘垫片M4底部螺纹孔152，螺钉穿过两个底座M4沉头孔161和两个绝缘垫片M4底部螺纹孔152，将底座16与绝缘垫片15固定连接；
如图12和13温控铜炉外底座和绝缘垫片的结构示意图所示，在绝缘垫片15上设置有4个绝缘垫片M2沉头孔151，在温控铜炉外底座13的下底面设置有4个温控铜炉外底座底面M2底部螺纹孔134，螺钉穿过4个绝缘垫片M2沉头孔151和4个温控铜炉外底座底面M2底部螺纹孔134，将温控铜炉外底座13和绝缘垫片15固定连接；
如图5、6、7、8和9温控铜炉底座和楔形晶体的结构示意图所示，在温控铜炉座9侧面开有一横槽，在所述横槽中部设置有温控铜炉座凸棱903；在温控铜炉座9开有一横槽的侧面上设置有4个温控铜炉座M2底部螺纹孔901，在温控铜炉盖8上设置有4个温控铜炉盖M2十字凹头螺钉锥孔801；在所述温控铜炉座9开有横槽的侧面上还设置有温控铜炉座圆槽孔902，用以装入热敏电阻；
如图18所示，楔形晶体10一侧的端面设置有4度的倾角；所述楔形晶体10的两侧电极面分别设置有AC端电极14和DC端电极12；AC端电极14略长于DC端电极12，AC端电极14设置设置在靠近设有倾角的一端的电极面上，且两个端电极不接触，将楔形晶体10安装在温控铜炉座凸棱903内粘贴楔形晶体10的非电极面，使楔形晶体10精密接触温控铜炉座9以提高温控效率；温控铜炉盖通孔802设置在温控铜炉盖8表面，且与温控铜炉座圆槽孔902相对应，用以通过热敏电阻；
螺钉穿过4个温控铜炉盖M2十字凹头螺钉锥孔801与4个温控铜炉座M2底部螺纹孔901将温控铜炉盖8与温控铜炉座9固定连接；温控铜炉座9上顶面和下底面分别设置两个TEC半导体制冷器6，所述温控铜炉座9下底面的两个TEC半导体制冷器6固定在所述温控铜炉外底座13上设置的两个方型槽131内；
如图10所示，在温控铜炉外底座13前端面设置有温控铜炉外底座前面M2底部螺纹孔132，在走线隔热片11上与温控铜炉外底座前面M2底部螺纹孔132相对应位置设有走线隔热片下部M2十字凹头螺钉锥孔113，螺钉穿过温控铜炉外底座前面M2底部螺纹孔132和走线隔热片下部M2十字凹头螺钉锥孔113将走线隔热片11与温控铜炉外底座13固定链接；走线隔热片11上设置有两个走线隔热片上部M2十字凹头螺钉锥孔112；
隔热片7通过螺钉活动设置在温控铜炉座9与温控铜炉外底座13的侧面之间，能使温控铜炉不与温控铜炉外壳5接触防止导热；
温控铜炉外壳5呈冂字形，在所述温控铜炉外壳5的两侧侧壁中心上开有通光孔504，温控铜炉外壳5顶壁上设置有温控铜炉外壳热敏电阻通孔502；在温控铜炉外壳5顶壁的侧部与走线隔热片11上的两个走线隔热片上部M2十字凹头螺钉锥孔112，对应设置有两个温控铜炉外壳M2顶部螺纹孔503，螺钉穿过两个走线隔热片上部M2十字凹头螺钉锥孔112和两个温控铜炉外壳M2顶部螺纹孔503将走线隔热片11固定在温控铜炉外壳5上；
在温控铜炉外壳5两侧的侧壁底部设置有温控铜炉外壳底部中心M2十字凹头螺钉锥孔505，在温控铜炉外底座13底部两侧设置有两个M2底部螺纹孔，螺钉穿过温控铜炉外壳底部中心M2十字凹头螺钉锥孔505和两个M2底部螺纹孔将温控铜炉外壳固定在温控铜炉外底座13上；
在温控铜炉外壳5顶部设置有4个温控铜炉外壳通孔501，在电路板底座3底部设置有对应的4个外环M2底部螺纹孔306，螺钉穿过4个温控铜炉外壳通孔501和4个外环M2底部螺纹孔306将电路板底座3固定在温控铜炉外壳5上；
如图2、3、4所示，在电路板底座3侧壁上设置有DC端SMA接口301用以接输入DC信号的接头，还设置有AC端SMA接口302用以接输入AC信号的接头，其中输入AC信号的接头与LC共振电路板2相连，还设置有温控端接口303用以连接温控仪；
所述电路板底座3的底板上设置有与所述温控铜炉外壳热敏电阻通孔502对应的电路板底座通孔304，用于穿过热敏电阻；所述LC共振电路板2通过螺钉活动设置在电路板底座3的底板上；电路板外壳1呈冂字形，扣设在电路板底座3上部，
在电路板底座3的底板两侧设有两个M2侧面底部螺纹孔307，在电路板外壳1两侧的侧壁底部设置有两个电路板外壳底部M2十字凹头螺钉锥孔102，螺钉穿过两个M2侧面底部螺纹孔307和两个电路板外壳底部M2十字凹头螺钉锥孔102将电路板外壳1固定在电路板底座3上
双层盖4上端面设置有两个双层盖顶部M2螺纹孔401，在电路板外壳1上顶部设置有两个电路板外壳顶部M2十字凹头螺钉锥孔101，在温控铜炉外壳5两侧的侧壁底部设置有两个温控铜炉外壳底部侧M2十字凹头螺钉锥孔506，在双层盖4两个侧端面底部设置有两个双层盖侧面M2底部螺纹孔402；
双层盖设置在电路板外壳1和温控铜炉外壳5的前侧面，螺钉穿过两个双层盖顶部M2螺纹孔401和两个电路板外壳顶部M2十字凹头螺钉锥孔101将双层盖4固定在电路板外壳1上，螺钉穿过两个温控铜炉外壳底部侧M2十字凹头螺钉锥孔506和两个双层盖侧面M2底部螺纹孔402将双层盖4固定在温控铜炉外壳5上，使电路板外壳1和温控铜炉外壳5形成闭合空间。
组装完成后如图16本发明主视整体结构示意图所示。
实施例3
一种减小剩余振幅调制的共振型电光调制器的测试方法，包括以下步骤：
步骤1，把楔形晶体粘在保温铜炉内，将楔形晶体的AC端、DC端电极线与TEC和热敏电阻的线分别焊接到各自的耦合头上；
步骤2，将共振型电光调制器组装好，启动全固态单频Nd:YVO4激光器1064nm的激光器，使用其稳定的输出1064nm的光并将光束准直；
步骤3，准直光束后在光后放置的光隔离器(OI1)用于将背反射降至最低。
步骤4，在其后放置使用格兰-汤普森棱镜(GTP)，确保入射到EOM的线偏振光束的纯度优于1:100000。
步骤5，在其后放置电光振幅调制器，将光沿楔形晶体中心处入射电光振幅调制器，电光振幅调制器的耦合头分别接上温控仪和信号发生器；温控仪用来控制晶体温度，信号发生器给电光振幅调制器加调制信号；
步骤6，另一个GTP位于EOM之后，作为下游偏振光学元件，沿着非常波的传播方向排列。
步骤7，分束器被放置在OPO腔的前面，在那里它的反射光束被直接耦合到光电探测器(PD1)。分束器的输出被馈送到射频频谱分析仪，以测量相位调制光的噪声功率谱。
步骤8，谐振腔前的光学隔离器(OI2)用于提取腔的反射信号，额外的光隔离器(OI3)放置在光电探测器前面，以抑制光学设置中的寄生标准具效应。光电探测器(PD2)读取来自光隔离器(OI2)的OPO反射信号。调整本地信号的相位，在混频器输出中给出最大误差信号。
步骤9，当激光频率调谐到远离谐振腔谐振时，混频器输出对应于误差信号的零基线，该零基线被馈送到NI数据采集卡(DAC)以测量PDH误差信号的零点漂移，PDH误差信号的零基线漂移ZBD峰峰值被有效地降低，即为完成测试。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
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