双横向电光克尔效应

理论分析了克尔(Kerr)介质在两个横向电场作用下的电光调制特性.并由此确定了具有双横向电光克尔效应的光学材料种类.采用折射率椭球方法分析可知,各向同性克尔介质和一些晶体在横向外加电场作用下,其电光相位延迟与外加电场幅值的平方成正比,与电场方向无关;而其电光双折射主轴方位角与外加电场的方向角成正比,与电场幅值无关,称这种电光调制特性为双横向电光克尔效应.理论分析结果表明,排除兼有泡克耳斯(Pockels)效应和电致旋光效应的材料,立方晶系432,m3m点群和六角晶系6/mmm点群的晶体以及所有各向同性光学介质具有双横向电光克尔效应.目前已有克尔常数较大的陶瓷玻璃材料研制成功,将有力地促进双横向电光效应在光学各领域中的广泛应用.     

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.     

双轴晶体电光调制器的最优设计

运用新的线性电光效应的耦合波理论，对双轴晶体KTP电光调制器的温度特性进行了理论研究.找到了一个入射光波矢的方向，在该方向上，出射光光强不随温度的变化而变化，而且此方向在一定的角度范围内变动，温度的稳定性是可以保持的.还进一步对晶体的通光长度和外加电场的方向进行了筛选，实现了双轴晶体KTP电光调制器的最优设计. 关键词： 电光效应 耦合波理论 电光调制器 最优设计     

行波电极硅-有机复合集成电光调制器理论分析与实验研究

对基于行波电极的硅-有机复合集成电光调制器进行研究,构建调制器的波导电极结构模型,分析特征阻抗和微波有效折射率对调制器频率响应的影响。通过对电极结构的仿真优化,完成调制器芯片的设计与制备,研究电光聚合物材料的片上极化工艺,得到高性能硅-有机复合集成电光调制器。对研制调制器电极的电学S(Scatter)参数进行测试,分析得到的电极特征阻抗和有效折射率与仿真设计结果基本相符。测试得到电光调制器的3 dB带宽大于50 GHz。     

波状PIN电光调制结构

PIN是电光调制器中常见的一种调制结构,该结构工作时产生的热光效应直接影响着电光调制器的性能。为了缓解这种热光效应对调制器的影响,从PIN调制原理出发,在绝缘体上硅薄膜(SOI)材料的基础上提出了一种波状PIN调制结构,并将该结构与普通PIN调制结构进行对比,定量分析了波状PIN结构对温度、折射率以及调制区载流子浓度的影响,通过仿真得出2V调制电压下,波状PIN结构的温度降低了11.6%,抑制热光效应使得折射率漂移减小了28%,调制区注入载流子浓度提高了26.7%。通过实验,分别制作了波状PIN结构和普通PIN结构的微环电光调制器,经过测试发现波状PIN结构具有更大的谐振峰蓝移值,该结构有效抑制了热光效应的影响,证明了该新型结构的优越性及理论分析的正确性。     

280mm×280mm口径单脉冲过程电光开关

用于高功率惯性约束聚变(ICF)激光驱动器的大口径电光开关均采用等离子体电极泡克耳斯盒。与传统的等离子体电极电光开关原理不同,单脉冲过程驱动电光开关没有独立的大电流等离子体发生单元,而只是通过具有较高幅值的正负开关脉冲完成对大口径电光开关的驱动。介绍单脉冲过程驱动等离子体电极泡克耳斯盒电光开关的设计,并建立280 mm×280 mm口径电光开关实验平台,利用连续激光器测试了电光开关特性,实验测得该电光开关中心处开关效率为99.3%,开关上升时间为90 ns。     

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     

基于双光子光折变效应的新型空间孤子对

推导了由线性和二次电光效应共同支持的新型空间孤子对解,采用数值模拟法分析了外加电场对亮-亮、暗-暗和亮-暗空间孤子对强度包络的影响.结果表明:与单一非线性效应所支持的孤子对不同,新型亮-亮孤子对在外加电场为正和为负情况下均可以存在,正的外加电场所支持的孤子对宽度略小于相应的负的外加电场情况;对于新型暗-暗孤子对,由于二次电光效应和线性电光效应的机制不同,导致孤子对存在所对应的外加电场强度限定在较低的某一范围内,随着外加电场强度的加大,孤子对的宽度逐渐减小;对于新型亮-暗孤子对,其亮分量峰值一般略大于暗分量峰值,此孤子对在一定的振幅扰动下,当传输距离大于某特定值后会出现传输的不稳定性.     

施加电场的半抛物量子阱中的电光效应

利用量子力学中的紧致密度矩阵方法，研究了施加电场的半抛物量子阱中的电光效应。通过位移谐振子变换，得到了系统中的电子态的精确解。对典型的GaAs材料进行数值计算的结果表明，随着电场强度的增加，电光效应系数几乎线性随之增加；但是随着半抛物量子阱受限势频率的增加，电光效应系数单调地减小；而且在同样的电场强度及抛物束缚势频率作用下，半抛物量子阱模型中的电光效应系数比抛物量子阱模型中的值大两个数量级，这是由于我们所选模型本身的非对称性以及电场进一步使这种非对称性增强的缘故。     

温度对铌酸锂电光相位调制特性的影响

利用折射率椭球基本理论对线性电光效应进行了分析,对单轴晶体铌酸锂电光相位调制器的温度特性进行了研究。通过计算机进行数值模拟计算,分析了加电场时光通过LiNbO3电光调制器后出射光的相位变化与温度间的关系,得出在横向和纵向调制中温度对相位改变的影响。研究发现,无论在横向还是在纵向调制下,入射光偏振方向不同但其各自受温度影响的相位变化趋势大体一致,即随着晶体中温度的增加而增大。计算结果表明,LiNbO3电光调制的最佳使用方案为：电场沿x主轴方向施加,入射光偏振方向为感应主轴x’方向,且LiNbO3电光调制器粟用横向相位调制方式。     

退火质子交换平面波导型电光调制器的研究

基于双棱镜耦合m线技术提出了一种新型的平面波导强度调制器。由于质子交换平面波导的导波层在加上电场后折射率发生变化，从而引起棱镜耦合输出的m线强度的变化，实现电光调制。讨论了电极间隙宽度和导波层吸收对器件性能的影响。与其他类型强度调制器相比，这种调制器具有简单的电极结构，而且调制带宽可达40GHz以上。     

基于互相关的电光调制器相位标定方法

为了在使用相位电光调制器前能够快速准确地确定其半波电压，提出了一种基于频域互相关的干涉条纹相位差计算方法用于相位电光调制器的标定。该方法将条纹图像通过傅里叶变换转换成频谱图并对其进行滤波，将提取出的正负一级次频谱信息进行互相关操作，得到两张条纹图之间的相位差。为了验证所提方法在相位电光调制器标定中的作用，搭建实验系统，使得一路经过电光调制器的光与另一路光进行干涉后形成条纹像，改变电光调制器上施加的电压并用相机记录相位不同的干涉条纹，从而获得干涉条纹组，进而运用所提方法获得相位-电压对应关系。与轮廓法相比，所提方法快速且精度高。与迈克耳孙干涉法相比，该方法不需要重新搭建光路，操作迅速且能够达到相当的精度。     

高局域性的可调硅基混合表面等离子体光相位调制器

设计和分析了一种可调硅基混合表面等离子体相位调制器.表面等离子体的引入打破了衍射极限的限制,使光场局域在一个纳米尺寸范围.该调制器的实现采用了两种原理:硅材料的等离子体色散效应以及聚合物的电光效应.由于器件结构的电容和寄生电阻较小,RC响应时间为3.77 ps,调制带宽大约100 GHz.当外加2.5V的驱动电压时,该...     

电光调制器的温度特性及其最优化设计

利用线性电光效应的波耦合理论对铌酸锂晶体电光调制器的温度特性进行研究,给出了不同光波波矢和晶体光轴夹角情况下电光效应的温度变化特性,发现可以利用角度调节来克服电光调制器的温度敏感性;在此基础上,进一步对电光调制器进行了最优化设计,得到一个半波电压小(几十伏)、零场泄漏几乎为零(零电压出射光强和入射光强比为0．0027)、消光比达到365．6、温度性能稳定而且不需要透明电极的一个设计。     

聚合物电光调制器的热稳定性研究

聚合物波导器件的稳定性是影响其实用化的一个关键问题。聚合物波导器件的热稳定性是由波导层(聚合物材料)的热稳定性决定的。采用侧链型和交联型聚氨酯材料分别制成波导电光调制器研究波导器件的热稳定性,热稳定性的判断依据是通过对聚合物调制器升温过程中测量器件的电光性能的变化。研究结果显示两种器件在常温时具有相同的电光性能,在器件升温过程中发现交联型聚氨酯调制器比侧链型聚氨酯调制器有优异的热稳定性。     

聚合物电光调制器中M-Z波导TM模分析

M-Z光波导是聚合物电光调制器的重要结构单元。利用有效折射率法计算聚合物脊形波导的横向折射率分布，将三维光波场传播简化为二维传播。从导模满足的标量波动方程出发，结合透明边界条件，采用Crank-Nicholson差分格式，得出有限差分束传播法的基本计算格式。通过对M Z型波导结构中TM模的传播及损耗特性进行理论分析，系统地研究了脊宽、分支角等结构参数对损耗的影响。研究表明，有效折射率法与二维有限差分束传播法的结合可以较好地解决脊形M Z波导的设计问题。该方法具有精度高、计算量小及效率高等优点，为聚合物电光调制器的制备提供了理论依据。     

新型极化聚合物薄膜电光调制器研究

用对硝基偶氮苯类为侧链的键合型聚合物，采用高温电晕极化的方法制作电光薄膜，设计并构造极化聚合物薄膜电光调制器。当通光方向和极化方向平行并且垂直于极化聚合物薄膜的表面时，利用法布里-帕罗（F-P）腔中多光束干涉，可以把通过的光由位相调制转化为强度调制，有利于电光调制器的小型化和高速封装。用这种聚合物薄膜电光调制器测量了锢锡氧化物共面波导上的电信号，并对系统的工作原理进行了分析。实验结果表明，薄膜调制器具有线性电光效应；当F-P腔的精细因子为20（为1.3μm的光），调制电场为1V/μm时，研制的极化聚合物电光调制器的调制深度可达到0.01%。     

基于双缝隙结构的电光调制器设计与工艺实现

受铜线带宽小、延时大、功耗高的限制,下一代芯片互连较为可行的一种解决方式是采用光互连.调制器作为其中的关键器件,有重要的研究意义.设计了一种新型的硅基双缝隙波导电光调制器,该调制器结构采用法布里-珀罗微谐振器,依靠缝隙内高非线性聚合物的快速电光效应,通过外加电压达到调制效果.调制器结构包含了新型的一般微纳波导到双缝隙波...     

电光全内反射调制

研究各种无侵袭电光采样技术,尤其是研究电信号在半导体中的传播技术是有意义的。通常是根据施加电场所引起的寻常光线和非常光线的指数变化来讨论电光效应,这种变化与外加电场成正比。调制电场和光场之间电光晶体中的相互作用产生光场的垂直分量。把电光晶体放在交叉偏振器之间,这种效应可以转换为一种强度调制。     

光电子学与光电子产业专题系列介绍 量子阱电光调制器和光开关

讨论了半导体量子阱中量子限制Ｓｔａｒｋ效应（ＱＣＳＥ）──垂直于量子阶层而的电场下吸收边的红移现象．由于这个效应，量子阱材料吸收边附近的光学常数受电场调制，其调制率比体村料大得多．利用吸收系数的变化可以制作光强度调制器和光开关，利用折射率的变化可以制作光相位调制器和光开关．这些器件因其工作电压低、调制率高、插入损耗小、功耗小，可以和其他光器件单片集成，在光通信和光信息处理技术中有实用价值．也讨论了半导体超晶格中Ｗａｎｎｉｅｒ－Ｓｔａｒｋ局域化效应，它引起超晶格吸收边的兰移，这一效应也可用于制作光调制器和光开关．