电光调制中半波电压测量方法的研究

半波电压是表征电光调制时电压对相位差影响大小的一个非常重要的物理量.以铌酸锂(LiNbO3)晶体的横向电光调制为例,具体分析了半波电压的物理意义,讨论了输出光强与外加电压的关系,介绍了3种测量方法(光通信模拟法、极值测量法、倍频调制法)的测量原理和操作过程,对3种方法的测量结果进行对比讨论,并且提出了两种改进线性调制的方法.最后介绍了电光开关的一种应用.     

一种基于确定性量子密钥分发误码判据的相位调制器半波电压的精确测定方法

基于相位编码的量子密钥分发系统需要对信息加载的相位调制器的半波电压进行精确的测定以减小量子密钥的误码率,相位调制器半波电压的测量精度直接影响到了量子密钥分发系统的最终误码.本文提出了一种基于确定性量子密钥分发误码率判据的相位调制器半波电压的精确测定方法,所采用相位调制器的半波电压的测量精度达到了2mV,实验结果表明这种方法可以用于量子密钥分发实际应用系统中实时获得不同条件下的行波相位调制器的半波电压以最大程度地减小由于相位信息不准确加载而带来的系统误码.     

一种基于确定性量子密钥分发误码判据的相位调制器半波电压的精确测定方法

基于相位编码的量子密钥分发系统需要对信息加载的相位调制器的半波电压进行精确的测定以减小量子密钥的误码率,相位调制器半波电压的测量精度直接影响到了量子密钥分发系统的最终误码.本文提出了一种基于确定性量子密钥分发误码率判据的相位调制器半波电压的精确测定方法,所采用相位调制器的半波电压的测量精度达到了2 mV,实验结果表明这种方法可以用于量子密钥分发实际应用系统中实时获得不同条件下的行波相位调制器的半波电压以最大程度地减小由于相位信息不准确加载而带来的系统误码. 关键词： 量子保密通信 相位编码 半波电压 误码率     

基于晶体劈的电光晶体半波电压测量

通过测量外加电压下电光晶体的相位延迟来获取半波电压.基于双折射晶体劈的偏光干涉法,将通过电光晶体后的偏振光相位延迟量转化为干涉条纹的平移,通过定位暗纹位置进行精密的线性测量.实验结果表明:偏光干涉法测量铌酸锂晶体相位延迟的测量准确度为4.4×10-3 rad,所测量铌酸锂晶体的半波电压为480.0V,其测量误差为0.10%,远小于极值法0.96%的测量误差.偏光干涉法光路结构简单、测量准确度高、测量结果不受光功率波动的影响,且电光晶体相位延迟量的测量范围不受限制.     

电光调制通信的频谱测量

晶体电光调制的物理基础是电光效应.通常在测量半波电压的基础上,进而观测线性区音频调制信号的通信特性.尽管线性区域具有实际应用价值,但是非线性区的谐波调制频谱分析丰富了实验教学内容.通过对通用教学装置技术改进,结合使用锁相放大技术,实现了直流光电流、谐波调制通信的基频和倍频信号随偏压变化的全区域同步测量.实验结果直观准确地显示了电光效应半波电压和调制通信的最佳偏置电压.由此可见,层次化测量技术配置不仅拓展实验教学方法,也将使同一实验项目针对不同学习对象可以具有个性化的教学定位和教学内容.     

基于双音外差的电光相位调制器半波电压自校准测量方法

电光相位调制器是光纤通信系统、微波光子系统和相干光通信系统中的关键器件之一. 作为器件本征参数, 电光相位调制器的半波电压通常利用光谱方法和电谱方法进行测量. 光谱方法受到光源线宽和光谱仪分辨率限制, 测量的分辨率较低; 电谱方法则需要光电检测之前将相位调制转换成强度调制, 电谱方法的主要困难在于需要对探测器的不平坦响应进行额外校准. 提出了利用双音外差实现电光相位调制器半波电压自校准测量新方法, 该方法利用双音电光相位调制的边带与移频光载波的外差拍频, 对外差拍频信号进行频谱分析, 获得电光相位调制器的半波电压; 通过设定双音调制信号的频率关系, 克服了探测器光电转换中的不平坦频率响应, 实现了自校准测量. 该方法可扩展探测器和频谱仪的测试频率两倍以上, 节省至少一半的带宽需求. 与光谱测量方法相比, 该方法测试分辨率大幅提高且避免了光源线宽的影响; 与传统电域测量方法相比, 该方法无须额外校准, 无驱动功率和工作波长限制, 且对测试仪器带宽需求降低一半以上. 实验证实了所提方法获得的电光相位调制器半波电压的测量结果与光谱分析法获得的结果一致, 且大幅度地提高了测量范围和分辨率. 该方法提供了非常简单的电光相位调制器微波特性化分析方法, 对其他光电子器件分析也提供了参考.     

电光调制晶体半波电压倍频测量方法的讨论

在电光调制晶体的半波电压倍频法测量中,基于晶体电光效应分析了不同偏压下输出信号与调制信号之间的线性与倍频关系,并利用计算机模拟分析了调制信号的调制幅度对倍频信号的影响,分析结果表明倍频信号受高阶谐波分量的干扰产生波形畸变,不利于晶体半波电压的倍频法测量。提出利用李萨如图形的对称性来确定电光调制的倍频位置,克服了调制幅度波形畸变问题的干扰。通过对半波电压不同测量方法的实验测量和对比分析,说明该方法可操作性好,测量精确度也比直接观察倍频信号输出波形要高。     

铌酸锂波导电光重叠积分因子的波长依赖特性分析

通过测量铌酸锂(LN)单模波导在不同波长下的半波电压,结合半波电压与电光重叠积分因子的依赖关系,实验发现了LN单模波导电光重叠积分因子随波长增大而迅速减小.另一方面,通过数值求解法分别得出了LN单模波导在不同波长的导模场分布和调制电场分布以及二者的重叠积分因子,在理论上获得了与实验数据十分近似的结果.进一步的仿真分析指出LN单模波导电光重叠积分因子随波长增大而减小的规律主要来自于导模的光场中心随波长增大逐渐远离波导表面,向低电场强度区域靠近.这种电光重叠积分因子的波长依赖特性是导致LN波导半波电压随波长增大而非线性上升的原因之一,它将为基于LN波导的器件的设计和优化提供重要参考.     

铜丝水中电爆炸能量沉积特性

对s脉冲电压作用下铜丝水中电爆炸的能量沉积过程进行了实验研究,利用自积分Rogowski线圈和电阻分压器分别测量铜丝电爆炸时的电流和电压。利用测量电压波形确定了熔融起始、熔融结束、汽化起始和击穿时刻点,将铜丝电爆炸划分成熔融、液态和汽化3个阶段。通过数学方法计算了3个阶段和击穿前的沉积总能量。通过实验和计算,分析了电路参数,包括放电电压和回路电感,以及铜丝特性,包括铜丝长度和直径,对铜丝电爆炸过程中3个阶段和击穿前沉积总能量的影响。结果表明:在s脉冲电压作用下,放电电压、回路电感、铜丝长度和直径对熔融阶段能量沉积影响较小,但对液态和汽化阶段能量沉积影响较大,通过调节电路参数提高电流上升速率,可以显著提高汽化和击穿前的沉积能量。     

Y波导温致半波电压特性对谐振式光纤陀螺的影响

针对基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺(resonant fiber optic gyroscope, RFOG)中Y波导调制器半波电压的温度影响,开展了Y波导温致半波电压特性对谐振式光纤陀螺影响的研究。建立了Y波导温致半波电压特性对基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺系统标度因素的影响规律模型,模型表明：Y波导调制器的温致半波电压特性会导致基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺系统的标度因素发生变化。搭建了用于宽谱光源的Y波导调制器半波电压测试系统,系统测试精度达1 mV。实验测试了全温范围内Y波导的温致半波电压特性在基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺系统中的影响,测试结果表明：Y波导调制器的半波电压与温度呈线性负相关;Y波导调制器的温致半波电压特性导致基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺系统的标度因素的最大相对变化误差为1 266.01×10^-6。     

获取实验证据 解构疑难问题——以磁电式交流电压表测量示数探究为例

高中物理教材中,对磁电式交流电压表的工作原理和结构很少介绍,由此带来种种教学上的困扰以及解决问题中的困难.通过若干个自行设计的电路,对磁电式交流电压表测量示数等问题进行了探究.使用信号源向磁电式交流电压表输入多种形式的交流电(正弦交流电、方波交流电、三角波交流电、以及其他形式的交流电),再利用示波器同时显示多用表的"输入电压""表头电压",并与磁电式交流电压表的"示数"进行对比;得出:磁电式交流电压表测量交流电时,指针偏转角跟"单方向输入电压的平均值"成正比,即表头感知的是正弦交流电半波整流后的平均值,然后根据半波平均值与有效值之间的比例标定刻度.     

弛豫铁电单晶0.93Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.07PbTiO3的电光性能研究

以波长为632.8 nm的He-Ne激光作为光源,研究了三方相弛豫铁电单晶0.93Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.07PbTiO3在室温下的折射率和线性电光性质.通过测量晶体的布儒斯特角,确定了单晶的两个主轴折射率:no=2.466,ne=2.488.利用改进的马赫-泽德尔干涉法测量了单晶的线性电光系数:r33=71 pm/V,r13=4 pm/V.计算得到有效电光系数rc=67 pm/V及半波电压Vπ=610 V.单晶优异的电光性能使其在激光调制与偏转领域有着巨大的应用潜力.     

铁电SBN薄膜电光系数的测量及其在波导中的应用

利用溶胶-凝胶法在MgO(001)衬底上获得C轴择优取向的铁电铌酸锶钡(SBN)薄膜,主要介绍MgO(001)衬底上SBN60薄膜及掺入的K离子与Nb离子摩尔比例为1：3的SBN60薄膜横向电光系数r51的测量,实验测得不掺K的SBN60薄膜r51值为37．6pm／V,掺K的r51值为58．5pm／V。并由此设计一种基于MgO(001)衬底上的马赫一曾德尔型SBN60薄膜波导调制器,计算出在633nm时,掺K比例为1：3的此种波导调制器半波调制电压值为10V,不掺K的半波电压值为16V,结果说明掺入K离子能增加薄膜的横向电光系数并有效的减少波导的半波调制电压。     

超高速电光采样技术中的电光晶体设计

提出了在高速电光采样技术中利用AlGaAs光波导作为电光晶体来传输飞秒激光,从而可以大大降低半波电压,提高探测的灵敏度.首先研究了在加电和不加电情况下激光在AlGaAs光波导中的传输特性,进而讨论了TE模、TM模的相位差与外加电压之间的关系.结果表明:加载电压与TE0模和TM0模在波导输出截面的相位差呈线性关系.尤其是,采用AlGaAs光波导来传输飞秒激光,可使半波电压比传统方法降低一个数量级,从而可使其对弱信号的探测能力大大提高.     

2种液体间界面张力的动态测量

利用自制仪器对2种液体间界面张力进行动了动态测量,通过嵌套软件在计算机上实时记录测量过程中的电压值,避免了人工读数带来的实验测量误差,并绘制出相应的电压变化曲线.根据电压变化曲线对金属吊环在2种液体中的拉脱过程分4个阶段进行详细讨论,并通过受力分析建立了力平衡方程.以纯净水和硅油、纯净水和乙酸乙酯为样品,对其界面张力分别进行了实验测量.     

反射式电光调制非互易相位调制器设计

基于反射式电光相位调制原理与偏振器、法拉第旋光器结合,提出了一种用于光纤环形干涉仪的非互易相位调制方案.其结构利用铌酸锂晶体不同切向电光特性,构成环形干涉仪上顺逆两束可调相位干涉信号,特别是引入信号能量损耗较小的全反射棱镜,实现非互易相位调制,有效降低了相位调制器半波电压.实验测得反射(调制两次)结构相位调制半波电压比...     

GaAs异质结材料BOA光开关特性分析

本文较为详细地讨论了GaAs异质结材料BOA型光开关的特性;并应用转移矩阵理论和有效折射率法计算和分析了电极结构与器件半波电压和串音度的关系.结果表明:通过优化设计电极的宽度可以获得BOA型光开关最小的半波电压;电极位置的对称性对器件串音度起决定性的影响.采用自对准工艺技术可以比较准确的控制电极的位置.分析表明:要得到<-40dB的串音度,电极位置偏差必须小于0.3μm.     

拉脱法测液体表面张力系数中的动态演化过程

利用自制液体表面张力系数测定仪,在计算机上实时监测了表面张力系数测量中电压随时间的变化曲线,并且把电压变化曲线分为6个阶段进行了详细讨论.利用此仪器精确控制了液面的升降速度和液体的温度,进一步详细研究了液面的升降速度和液体温度对表面张力系数测量结果的影响.     

非链式HF激光器SF6气体介质放电特性

采用放电图像拍摄和放电波形测量两种方法研究了放电激励HF激光工作介质SF6气体的放电特性。实验结果表明:SF6气体放电可以分为主放电、剩余电压维持和电弧放电3个阶段。主放电阶段为均匀体放电,电容储能大部分在此阶段沉积于放电等离子体中;剩余电压维持阶段无明显放电;在电弧放电阶段激光器以电弧形式消耗剩余储能。通过对放电波形的分析,获得剩余电压及主放电阶段能量沉积效率随充电电压的变化规律。随着充电电压提高,剩余电压下降,沉积效率逐渐提高。沉积效率最大值对应于主放电与电弧放电相接的时刻。     

在电光光学双稳中一种降低晶体半波电压的方法

本文采用非线性晶体调制函数曲线平移的计算方法和计算方程，并在实验上作了检证，绘制出电光晶体半波电压工作曲线、测试不同条件下的各种调制函数曲线和滞后回线。结果证明：电光晶体调制函数曲线平移法是一种有效制做非线性晶体半波电压Ｖｎ的光学方法。