双折射晶体激光传输的热光效应与电调制机理

本文基于多物理场数值仿真平台COMSOL的RF射频模块,通过有限元法求解电磁场频域分析方程,求解了高斯激光在双折射晶体中的传输问题,重点分析了波长,温度和外加电场强度对o光e光离散角和e光波形的影响。研究结果表明温度升高使得离散角变小,接收屏上e光波形向左偏移,而Z方向外加电场强度正向增大则会使o光e光离散角增大,接收屏上e光波形向右偏移。上述研究结果验证了通过改变外加电场来调节温度影响的可行性,为设计一种消除温度效应的光信号调制装置提供了理论依据和基础。     

晶体电光调制实验装置与光路调整的改进

对晶体电光调制实验装置进行了改进,通过对光源和电光晶体的方向调整,并利用光路中的2个小孔光阑使入射光和晶体反射光实现准直,从而使入射光方向与晶体光轴方向平行.同时给出了具体的光路调整方法,使光路的调整变得简单准确易调,提高了测量准确性.     

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.     

双弹光级联的差频调制型应力双折射测量

针对光学材料、光学元件的快速、高精度应力测试评估需求,提出了一种基于双弹光级联差频调制的应力双折射测量方案。应力双折射延迟量和快轴方位角信息被加载到差频弹光调制信号中,运用数字锁相技术同时提取弹光调制的差频信号和基频信号,进一步求解出应力双折射延迟量和快轴方位角。对该新方案的原理进行了分析,并搭建了实验系统,对系统初始偏移值进行了实验定标。采用Soleil-Babinet补偿器完成了测量精度和重复性测试,并完成了施加应力样品的应力双折射测试。实验结果表明,该系统的延迟量测量精度为2.3%,延迟量测量重复性为0.032 nm,双折射测量重复性为0.17 nm/cm。此外,单数据点测量时间不超过200 ms。     

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。     

基于弹光调制的甲醛气体浓度检测系统的研究

由于室内甲醛超标造成的环境污染日益增多,为了快速、准确地对室内空气中甲醛气体的浓度进行定量分析,设计了基于弹光调制的甲醛气体浓度检测系统,由红外光源、滤光片、弹光调制器、红外探测器等构成,由弹光调制器控制弹光晶体折射率周期性变化,折射率造成的光程变化提供了反演光谱分布函数的光程差。通过HITRAN光谱数据库推导了系统可获得的光程差函数。实验采用红外光源与窄带滤波片结合,中心波长透过率在90%以上,采用硒化锌晶体作为弹光调制晶体,系统的驱动频率为100 kHz。对三种不同环境下不同位置分别采集十组样气进行分析,同时采用标准光谱仪和本系统进行甲醛气体浓度检测。实验结果显示,当甲醛气体浓度较高时,系统性能良好;当甲醛气体浓度较低时,系统信噪比下降,检测精度略有降低,但仍能满足设计要求。     

电光调制通信实验的改进

介绍了用光纤扩充电光调制通信教学实验的方法和特点,将光纤用于电光调制通信实验中,改善了实验装置的性能,拓宽了实验范围。     

一种双参量偏振调制光纤传感器

提出了一种双参量偏振调制光纤传感器结构。在理论上分析了从一个敏感晶体上分离出两种信息的可能性 :通过合理安排传感头中各部件 ,使得传感器同时输出反映两种信息的两路信号。在实验上获得了理论所预期的结果 :只使用一个传感头就可以同时测量电压与温度、力与温度。实验室条件下 ,温度传感的精度为± 1℃。在工作温度 2 0～ 110℃范围内 ,电压传感的温度稳定性在 0～ 10kV量程内为± 0 .5 % ;而力传感的温度稳定性在 0～80N量程内可达± 0 .1%。     

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。     

组合光调制中矢量分析方法

一般文献对光调制的分析方法为矩阵分析法,本文提出用矢量分析的新方法,并用此方法详细分析了电光调制和磁光调制的组合光调制中输出光强信号,得出了与矩阵方法一样的结果。     

石墨烯等离激元的光学性质及其应用前景

石墨烯等离激元由于其独特的电学可调性、本征低衰减以及局域光场高度增强等特性, 引起了广泛的关注并迅速成长为一门新的学科分支--石墨烯表面等离激元光子学. 本文介绍了石墨烯等离激元的一些基本性质, 包括色散关系、局域的等离激元和传导的等离激元以及石墨烯等离激元对其周边介电环境的敏感性等. 在此基础上, 进一步介绍了石墨烯等离激元在太赫兹到中红外频段的应用, 比如有源光调制器的一些功能器件和增强的红外光谱探测等.     

调制偏振光及空间正交方位信息传递系统物理模型

受到调制的偏振光可作为方位信息的载体在空间传递,从而实现方位角度信息的传递和精密测量,这是偏振光的一个新的应用领域,在航空航天、地质测量、生物医药、军事等领域具有广泛的应用前景.文章首先介绍了调制偏振光的物理意义和空间正交方位信息传递系统的应用领域,然后介绍了利用调制偏振光进行空间正交方位信息传递系统的物理模型,并分析了一个具体实现方案.     

调制偏振光及空间正交方位信息传递系统物理模型

受到调制的偏振光可作为方位信息的载体在空间传递，从而实现方位角度信息的传递和精密测量，这是偏振光的一个新的应用领域，在航空航天、地质测量、生物医药、军事等领域具有广泛的应用前景．文章首先介绍了调制偏振光的物理意义和空间正交方位信息传递系统的应用领域，然后介绍了利用调制偏振光进行空间正交方位信息传递系统的物理模型，并分析了一个具体实现方案．     

电离层调制加热产生极低频/甚低频波定向辐射的理论分析

通过低电离层调制加热能够产生极低频/甚低频(ELF/VLF)波. 基于调制加热理论, 并引入相控阵天线思想, 建立了通过双波束幅度调制模式(DAM)和圆形几何调制模式(CGM)产生ELF/VLF波的定向辐射模型, 并通过与实验数据的对比验证了模型的正确性. 据此模型, 采用HARRP加热阵参数, 对比分析了上述两种定向辐射模式与常规幅度调制模式(AM)之间的特性差异, 并研究了调制频率(f_ELF/VLF)和加热波束与垂直方向倾角(ψ)对各模式的影响. 结果表明: 相对AM模式, 通过合理设置初始相位、f_ELF/VLF和ψ, DAM 模式和CGM模式在实现ELF/VLF信号定向辐射的同时还可以提高其辐射强度, 相对AM模式, CGM模式信号强度最大提高约11.3 dB. 关键词： 定向辐射 双波束幅度调制 圆形几何调制     

High Accuracy and High Sensitivity Measurements of the Electrooptic Effect in Undoped and MgO-Doped LiNbO3 Crystals

Accurate measurements of the composite electrooptic (EO) coefficients r_c consisting of the EO coefficients r₁₃, r₃₃, and the piezoelectric constant d₃₁ in undoped and MgO-doped LiNbO₃ (LN) were made by extracting the fundamental and third harmonic components from photo-detection signals of the parallel Nicol optics including the LN crystal driven by minimal sinusoidal voltage. The analysis of relationship between multiple-reflection rays in the EO crystal and the accuracy of measurement indicates that anti-reflection films must be coated on the end faces of the crystal for highly accurate measurements. Measured values of r_c of undoped and MgO-doped LN crystals at a wavelength of 632.8 nm were 19.8 ± 0.1 pm/V and 19.2 ± 0.1 pm/V, respectively.     

电控径向双折射滤波器的横向超分辨与轴向扩展焦深

提出利用电控径向双折射光瞳滤波器实现横向超分辨性能参量的调制与轴向扩展焦深。该光瞳滤波器由两个平行偏光镜,一个电光晶体与一个径向对称双折射晶体组成。分析了电光晶体与径向双折射元件对光偏振态的空间调制作用,通过控制电光晶体的相位延迟实现径向中心处初始偏振态的控制,与径向双折射元件横向偏振态调制结合,实现了庞加莱球上偏振态演变路径与阶段的控制,从而对焦点附近偏振态进行空间调制以实现光强的重新分布。研究结果表明,外加电场调制可以实现横向上超分辨性能的调控以及轴向上焦深的扩展,并可得到相应的电光相位延迟范围。     

包层调制的聚合物电光调制器及其理论分析

器件损耗偏高是当前聚合物电光调制器的研究中需要解决的问题之一。在调制器的插损之中,波导传播损耗(包括吸收和散射损耗)的贡献举足轻重。特别是在追求高电光系数的材料同时,传播损耗也将会不可避免地增加。如何改善器件的损耗是聚合物调制器实用化的一个重要课题。为此提出了一种在波导包层中调制光波的设想。理论分析表明,这种方法能够大幅度降低波导传播性能,因而有助于改善器件损耗。由于包层中光波强度比芯层中要弱,因此在包层中调制光波会引起场—模交叠因子的弱化,但是优化计算发现,通过调节波导的尺寸尤其是芯层厚度可以控制交叠因子使其弱化程度降低到最小,在最优的情况下,场一模交叠因子可达0．89。随着波导传播损耗的降低,器件调制区的长度可以做得更长,有助于进一步降低器件的半波电压。     

基于“猫眼”效应的激光侦察技术及其在军事上的应用

光电设备或光学观瞄设备的光学窗口对入射激光具有较强的反射特性,该特性也被称为"猫眼"效应。从理论上分析了猫眼效应产生的机理,并将理论计算结果与实验结果进行了比较。论述了基于猫眼效应的激光侦察技术原理和该技术在军事上的应用。讨论了影响猫眼效应的因素,并用实验结果证明了理论分析得出的部分结论。     

基于双折射双频激光器中的调频回馈位移测量研究

提出了一种基于双折射双频激光器中的调频回馈效应的位移测量系统，并在实验和理论两方面进行了研究.实验中保持回馈外腔长度不变，将一四分之一波片置于激光器内腔中，调制内腔长度，激光器的中心频率发生改变，激光器输出强度将发生周期性的变化.研究发现激光强度曲线的波动频率正比于回馈外腔长度与内腔长度之比.当该位移测量系统的外腔长度是内腔长度的6倍时，被测物体每移动半个光波长，激光强度波动12次，系统分辨率可以达到二十四分之一光波长.理论分析与实验结果相符合.研究表明该位移测量系统具有高分辨率、大测量范围、可工作于任意回馈水平等特点. 关键词： 调频回馈 位移测量 双折射双频激光器 强度波动频率