利用锗酸铋晶体的电光补偿型光学应力传感器

利用锗酸铋(BGO)晶体的弹光双折射与电光双折射可以相互补偿的特性,设计并研究了一种新型光学应力传感器。折射率椭球分析结果表明,在垂直于BGO晶体的(111)晶面方向上同时施加应力和电场,晶体的弹光双折射能够被电光双折射所补偿,因而可以实现应力的闭环光学测量。光学传感单元主要包括两个棱镜偏振器和一块平行四边形的BGO晶体,该晶体自身能够通过对光波的两次全反射产生0.5π的光学相位偏置,因而不需要附加四分之一波片。实验测量了30kPa以内的压缩应力,被测压缩应力与补偿电压之间具有较好的线性关系,且每1kPa压缩应力所需要的补偿电压约为4.26V。     

电光调制对外部光反馈垂直腔表面发射激光器输出矢量混沌偏振的操控

基于周期性极化铌酸锂晶体的线性电光效应耦合波理论,数值研究了电光调制对外部光反馈垂直腔表面发射激光器(VCSEL)输出矢量混沌偏振模的操控.研究结果表明,VCSEL输出的偏振度随着电光晶体的长度或施加于电光晶体的外电场强度成周期性转换,控制一定的施加外电场强度和晶体的长度,激光器的不同参数下引起初始混沌偏振态都可以转换为其他任意混沌偏振态.特别是合理选择一定的施加外电场强度或晶体长度,VCSEL输出的任意混沌偏振模可以转换为完全一致的两线性混沌偏振模(x和ŷ偏振),即两线性混沌偏振模的能量能够达到稳定和完全均衡.     

利用石英晶体的线性电光和电致旋光强度调制

提出并实验研究了利用石英晶体自身特性产生光学偏置的线性电光调制器。利用某些电光晶体的自然旋光性和自然双折射,并合理设计晶体尺寸及其晶轴与光传播方向之间的夹角,可以提供所需要的光学偏置以实现大动态范围的线性电光调制。对于兼有电光和电致旋光效应的晶体,例如石英晶体,应考虑综合利用这两种效应对电光调制的贡献。实验研究了一块石英晶体的电光强度调制特性,在27V～4.5kV工频调制电压范围内,调制输出信号与调制电压之间的线性相关系数大于0.9999。     

双折射晶体时域电光综合器

提出了一种利用电光双折射网络实现的光波波形综合器。该综合器由偏振器、多块具有电光效应的双折射晶体和补偿器组成,输入余弦信号,组成一多级电光双折射网络。利用琼斯理论对该综合器进行了理论分析,根据扩展傅里叶级数系数正向对比法,实现了其他类型的周期性时域波形。给出一类三元综合器的分析与设计方法,得到合成矩形波与三角波所需的多组结构参量,并对输入信号误差及方位角误差对波形的影响进行了分析。     

电光调制2×490°相移空间光学桥接器

基于LiNbO3晶体的双折射和电光效应设计制作了一种2×4的90°相移自由空间光学桥接器。该桥接器利用晶体的双折射效应进行信号光和本振光的分光/耦合,电光效应引入相位调制,在给定电场条件下实现2×4 90°空间光学桥接器的功能。对空间光学桥接器进行了实验测量和分析。实验结果表明该桥接器性能良好,相位连续可调,相位误差可通过电压调制补偿,应用于相干接收系统。     

旋光-电光晶体的电光调制特性及π-电压

分析旋光-电光晶体的电光相位以及强度调制特性,并定义晶体的π-电压。对于具有旋光性的电光晶体,以往半波电压的概念不能准确描述其电光偏振、强度调制的周期性,因而引入π-电压这一概念,并将其定义为此类晶体的椭圆双折射相位延迟变化量等于π时所需要的调制电压。对于置于两个偏振器之间的旋光-电光晶体强度调制器,旋光性可以为电光强度调制提供光学偏置,但调制光强度是调制电压的偶函数,只有当检偏器的主透光方向平行或垂直于晶体出射线偏振光波的偏振方向时,才能实现完全的电光开关。当将此类晶体用于电光开关时,可定义能够实现完全开关状态转换所需要的最大调制电压为开关电压。通过实验测量了一块尺寸为6 mm×4 mm×2.9 mm的硅酸铋(Bi_(12)SiO_(20))晶体的π/4-电压,对于635 nm的光波长,π/4-电压约为3 kV。对于具有旋光性的弹光调制器,可以引入π-应力和π-应变的概念。     

钽铌酸钾晶体的电控双折射效应

钽铌酸钾(KTN)晶体作为一种性能优良的多功能晶体,具有显著的二次电光效应。在应用该晶体进行电光调制实验的过程中,发现了一种基于该晶体的电控双折射效应。为了对这种电控光束偏转分离现象做出合理的解释,运用KTN晶体的二次电光效应原理和菲涅耳方程建立了光束分离偏转的数学模型,从理论上阐明了该现象产生的原因,给出了非寻常光的偏转角度与电压及光束入射角之间的函数关系。并进一步通过实验测量了KTN晶体的电控双折射现象,对相应理论进行了实验验证。实验结果表明在532nm激光斜入射的情况下,KTN晶体具有明显的电控双折射效应和较大的非寻常光偏转角。     

去除光学器件弹光双折射的方法

在电光、磁光调制器和传感器等光学器件的制作和使用过程中,经常会产生影响器件性能的弹光双折射.根据折射率椭球分析法,通过系统分析各晶系晶体的弹光效应,提出了若干去除光学器件中静态弹光双折射的方法.主要结论包括:对于正交晶系的双轴晶体,当光波沿着晶体任意一个主轴方向传播时,如果作用于晶体另外两个主轴方向的应力能够满足某一与晶体自身参数有关的倍数关系且不存在剪切应力,则可以去除这两个应力引起的弹光双折射;对利用所有单轴晶体,ˉ43m,432,m3m点群的立方晶体和匀质光学玻璃制作的光学器件,如果能够保持晶体沿着x1,x2轴方向的正应力相等且不存在剪切应力,或只对晶体施加x3方向的正应力,也可以避免沿着晶体主光轴x3方向传播光波的弹光双折射.上述去除弹光双折射的方法对光学器件的设计、制作和使用具有重要参考价值.     

晶体的双参量调制及其应用

利用折射率椭球分析法,分析了某些具有多重光学效应的光学晶体在两个外场同时作用下的一些特有调制规律.结果表明,当晶体的折射率椭球方程的三个交叉项中只有一项x1x2不为零时,可以得到其外场诱导新主轴折射率及其主轴取向的简单计算式.据此可以揭示出某些晶体在两个外加电场同时作用下将具有双横向电光Pockels效应,例如ˉ6点群的电光晶体.但一般晶体在双横向应力作用下不具有与双横向电光效应类似的调制特性,其弹光双折射大小与其应力差成正比,其双折射主轴方向一般为固定值.在相互垂直的外加应力和电场同时作用下,某些晶体(例如ˉ43m点群晶体)的双折射大小与外加应力和外加电场的加权几何平均值成正比,且新折射率主轴旋转角由外加应力和外加电场的比值来确定.晶体的上述双参量调制特性对设计新型光学调制器或传感器具有重要指导意义.     

低阈值极化电压玻璃光波导电光效应的研究(英文)

采用热极化技术对掺锗玻璃条形光波导进行极化,通过光纤连接(单模)的Mach ZehnderInterferometer系统测量条形波导内诱导出的电光效应,系统地研究了大气环境下极化条件(极化温度、极化时间、极化电压)对电光效应的影响.结果表明:在最佳极化条件下(406℃、-2.4kV、20min),波导内的电光系数为rTM=0.059±0.001pm/V,rTE=0.053±0.001pm/V,且波导结构中存在一个较低的阈值极化电压(100V)和阈值极化温度(80℃),此时在波导样品内仍能被激发出可观察的电光效应;实验还发现采用负极化诱导方式产生的电光系数较正极化提高15%左右.     

基于内置电光晶体F P标准具的扫描滤波方法

基于内置电光晶体的F-P标准具,利用F-P多光束干涉原理和晶体的线性电光效应,提出了一种能有效提高啁啾脉冲信噪比的扫描滤波方法。给出了电光晶体加载电压的时变函数表达式,分析了影响信噪比提升效果的主要因素,并重点讨论了电光晶体的电压控制参数对信噪比提升效果和滤波器透过率的影响。研究结果表明,利用该扫描滤波方法可将啁啾脉冲激光信噪比提升约2个量级。     

Design and experiment of a large aperture digital beam deflector based on electro-optic crystal switch array

A large aperture two-dimensional (2D) digital beam deflector based on electro-optic (EO) crystal switch array has been proposed and experimentally demonstrated. The deflector employs cascaded beams splitting units, which consist of LiNbO₃ EO switches and polarizing beam splitters, and a deflecting prism array to produce a 2D array of beam positions with a wide field of view. Design, construction, and performance of a 3×3 rectangle scanning array with a clear aperture of 6.5 mm are described in detail. Transmission efficiency, half-wave voltage, and scanning speed are measured to describe the performance of the EO switches. The effect of deviation of the input light from the optical axis is analyzed and a technique to diminish this effect is also proposed.     

扭曲向列相液晶电光效应的微观机理研究

为了探究液晶电光效应的微观机理,以扭曲向列相液晶为研究对象,对液晶分子的变化情况进行了理论分析。运用连续体弹性理论分析了扭曲向列相液晶分子的指向矢取向变化,并对液晶电光效应曲线不同区间范围液晶微观结构的变化进行了系统分析。结果表明:液晶分子在零电场条件下的扭曲是均匀的;当外加电场大于某一值时,液晶分子开始转向,液晶产生电光效应。研究结果对液晶显示器件设计和深入理解液晶电光效应机理具有一定的指导意义。     

一种基于导模共振的电光调制器研究

实验研究了基于导模共振的反射型电光调制器采用的棱镜耦合方式,在棱镜上面镀有4层膜,依次为银膜下电极-极化聚合物-缓冲层-金膜上电极。对这种衰减全反射（ATR）型的聚合物波导电光调制器进行了视频调制实验,采用静态偏置电压稳定模式同步角方法,结合对入射激光束进行监测,解决了视频调制中激光器噪声对模拟信号调制影响的问题,提高了工作稳定性。实验结果表明：该电光调制器具有良好的线性和较高的灵敏度。     

Beam steering of external cavity diode laser by an intracavity electro-optic ceramic deflector

A novel beam-steering external cavity diode laser using an intracavity lead lanthanum zirconate titanate(PLZT) electro-optic ceramic deflector is proposed and demonstrated experimentally.The laser consists of a semiconductor laser with single mode fiber coupled output,polarization controller,PLZT electro-optic ceramic deflector,and output concave mirror.By applying proper driven electrical signals on the PLZT electro-optic deflector,the beam deflection angle achieves 5.8 mrad at 1 000 V.A high-speed beam-steering property with less than 120-ns switching time is also observed.Moreover,a good beam quality with Gaussian spatial profile and a linear polarization state are obtained.     

Direct Fabrication Methods of Surface Relief Electro-Optic Gratings in Azo-Polymer Films

Two fabrication methods of surface relief electro-optic (EO) gratings in azo-polymer films are described: surface deformation by a continuous wave laser and laser ablation by a pulse laser. In the fabrication process, the periodic intensity modulation of laser beams is formed by an interference fringe or a phase mask. The surface relief EO grating is fabricated by poling the surface relief grating (SRG) after the SRG fabrication process. The linear dependence of an applied voltage in the modulation efficiency of the first-order diffraction beam is observed. The proposed methods are effective for highly-efficient surface relief EO grating fabrication.     

Sr0.61Ba0.39Nb2O6薄膜的电光特性

用激光脉冲沉积(PLD)法在MgO(001)衬底上成功地生长、制备出了外延Sr_0.61Ba_0.39Nb₂O₆(SBN61)电光薄膜;通过SBN61电光薄膜椭偏光谱测量的分析研究,得到了SBN61电光薄膜的光学常数;通过电致双折射方法对生长在(001)MgO衬底上的SBN61薄膜的电光性能进行了测量研究,发现SBN61电光薄膜电致双折射的变化Δn与所加电场E成平方关系,其二次电光系数R=0.21×10^-16(m/V)²。     

A method for compensating multiple-reflection effect in measurement of electro-optic coefficient

An electro-optic (EO) coefficient can be evaluated from a modulated signal by applying an AC voltage to a plane-parallel sample in an interferometer. We proposed a method for compensating multiple-reflection of a light in the sample. The multiple-reflection causes errors in the evaluated EO coefficient. In measurement using a Mach-Zehnder interferometer, we analyzed the multiple-reflection and clarified its unfavorable effect. The effect could be avoided simply by selecting the incidence angle of the light on the sample. We confirmed this by measuring the EO coefficient of a KTiOPO₄ crystal.     

基于电光聚合物的表面等离激元调制器

基于电光聚合物,提出了一种结构简单,尺寸小,效率高的表面等离激元(SPP)调制器.该调制器采用M-Z干涉仪结构的金属波导,金属周围是均匀极化后的电光聚合物,通过在金属波导两臂间加电压对聚合物折射率进行调制,折射率调制再通过M-Z干涉仪结构转化为对金属波导中SPP强度的调制. 通过求解金属波导附近的电场分布,并结合SPP场分布的特点,在理论上说明了这种结构可以通过外加电压有效地调制金属波导输出端SPP的强度,调制所需的半波电压约为2.8V. 关键词： 表面等离激元 电光调制 电光聚合物