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.     

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     

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.     

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。     

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。     

采用接触式极化法研制有机聚合物电光光波导调制器

结合器件的整体结构考虑，对接触式极化方法和工艺进行了研究，基于接触式极化法，设计并制作了聚合物电光光波导相位和偏振调制器。通过测量器件的偏振调制特性，在1550nm光波波长下，获得了最大电光系数为llpm／V，电光相位调制器的半波电压为45V。     

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.     

正弦相位调制自混合干涉微位移测量精度分析

为了提高自混合干涉仪的位移测量精度,提出将正弦相位调制技术引入自混合干涉中。相位调制由置于自混合干涉仪外腔中的电光晶体实现,相位解调由傅里叶分析的方法得到。对位移测量过程中各种可能的误差来源如电光晶体调制不稳定性、光在外腔中的二次反馈效应等对测量精度的影响进行了模拟分析,从理论上得到了这种新的信号处理方法可以达到纳米级的测量精度。实验上,用高精度的商用压电陶瓷标定的结果验证了这种正弦相位调制自混合干涉仪在普通实验室噪声环境中可以达到纳米级的位移测量精度。     

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.     

1.5 μm Ti:LiNbO3电光波导强度调制器

用钛内扩散技术和常规光刻手段,研制出1.5μmLiN_bO₃电光波导强度调制器。它由单模波导非对称Mach-Zehnder干涉仪和三电极共平面波导组成。干涉仪的两个臂长相差波导波长的四分之一,使器件在最佳线性点工作,无需外加电偏压。集总调制和行波调制的理论带宽分别为1GHz和7.8GHz。对于集总器件,测量了调制特性,半波电压为9.5V,调制带宽为0.7GHz。     

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。     

Sagnac干涉仪中Pancharatnam-Berry位相的电光调制

本文研究了在Sagnac干涉仪中插入单轴晶体,利用单轴晶体的纵向电光效应调制PancharatnamBerry位相.由于Sagnac干涉仪的顺、逆时针环路之间光程差为零,所以有利于区分顺、逆时针环路之间的非光程差引起的Pancharatnam-Berry相.本文结果发现在施加的电压连续变化下,由于单轴晶体纵向电光效应的特点使得Pancharatnam-Berry相发生两次突变,而顺、逆时针环路的光相干叠加后的光强却连续变化.     

新型电光材料调制性能研究进展

基于电光晶体的偏振调制技术在激光三维成像领域起着越来越重要的作用.受限于铌酸锂(LN)材料的低视场和高半波电压,采用传统电光调制技术难以进一步提升三维成像性能.随着钙钛矿结构电光材料制备工艺的日趋成熟,基于新型材料的电光调制技术将成为突破激光三维成像探测精度的最佳手段,铌镁酸铅-钛酸铅(PMNT)、锆钛酸镧铅(PLZT...     

正弦相位调制型激光自混合干涉仪的实时位移测量技术

采用正弦相位调制技术与时域解调相位方法相结合,提高激光自混合干涉仪在大量程位移测量中实时测量的准确度和速度。通过在激光器外腔中放置的电光晶体调制器对光束进行正弦相位调制,采用时域解调相位方法解调干涉信号相位。同时满足了大量程位移测量过程中的速度要求以及实现干涉仪位移测量的实时性。实验上,用PI公司高分辨率的商用电动位移平台标定的结果验证了该正弦相位调制激光自混合干涉仪在百毫米级大尺度位移测量中可达到小于0.5μm的位移测量误差。对干涉仪在实时位移测量中的影响测量速度的因素进行了分析,得出了本干涉仪的测速上限。     

调制损耗对硅基MZI结构光调制器非线性特性的影响

针对基于马赫-曾德干涉仪结构的硅基光调制器中非线性电光响应的问题,采用包含PN结非线性调制损耗和非线性折射率变化的模型,通过数值仿真方法,研究了上下两臂对称和不对称两种情况下,调制损耗对硅基光调制器非线性的影响.对比考虑调制损耗和忽略调制损耗的模型,发现在常规大信号情况下,当光调制器偏置相位为0时,调制损耗使得三次谐波增强,四次谐波减弱;当光调制器偏置相位为π/2时,调制损耗使得二次和四次谐波增强;而在小信号情况下,三次和四次等高次谐波不明显,在光调制器偏置相位为0时,调制损耗在光调制器上下两臂不对称情况下增加了基频分量串扰;在光调制器偏置相位为π/2时,调制损耗的影响主要表现为增加了二次谐波分量.     

硅材料的场致线性电光效应

从经典的极化理论出发,分析了直流电场、低频调制电场和光波电场共同存在时硅材料折射率的变化,从理论上揭示了场致线性电光效应的物理实质.以近本征硅材料为样品,采用金属-绝缘体-半导体样品结构,搭建了由塞纳蒙(Senarmont)补偿器改进成的横向电光调制系统.在硅材料空间电荷区内观测到显著的线性电光调制效应,系统的半波电压小于170 V,从实验上直接证实了硅材料中内建电场诱导的场致线性电光效应的存在.此外还观测到由克尔效应引起的二次电光凋制信号.以及由场致光整流效应引起的、随线偏振光的方位角的二倍余弦变化的电信号.实验结果与经典极化理论的预期完全一致,也间接证实了硅材料中场致线性电光效应的存在.     

电光相位体调制器驱动电路

根据电光相位体调制器的结构特征,设计了一个驱动电路,该电路主要由OP37和PA84组成,具有结构简单、性能稳定的特点。经实验测定能够在0~280 kHz频率范围内实现峰-峰值200 V的电压输出。设计了对输出信号进行相位补偿的方法,完成了光相位调制实验。利用光电探测器,检测到了由电光相位体调制器驱动电压变化所引起的干涉条纹的变化。     

基于嵌入填充层的薄膜铌酸锂-氮化硅电光调制器

提出一种异质集成型薄膜铌酸锂电光调制器,由底部氮化硅波导、中间BCB黏合层、顶部铌酸锂薄膜构成调制区波导结构,调制电极位于铌酸锂薄膜的上部且二者之间填充了低折射率的SiO₂,以利于实现折射率匹配并降低光损耗、微波损耗。进一步利用马赫-曾德尔干涉仪结构,设计了相应的电光调制器,并提出一种倒台阶型薄膜结构,该结构可实现输入、输出波导与调制区波导的高效耦合。对该电光调制器进行行波高速匹配设计,所得器件的半波电压长度积为1.77 V·cm,3 dB调制带宽为140 GHz,且调制区长度仅为5 mm。所提器件结构有望在大带宽薄膜铌酸锂电光调制器设计中发挥优势,助力薄膜铌酸锂光子集成器件的快速发展。     

电光非线性Michelson光学双稳态装置

将一块电光晶体置于Michelson干涉仪的两臂之一的光路上,以反馈信号调制该臂光束的相位,从而使两臂干涉输出的光强呈现光学双稳性。基于此原理提出了一种集成器件。     

基于电光补偿测量的光相位延迟拓展测量法

在激光电光调制补偿测量光相位延迟量过程中,加入交流调制电压形成倍频接收信号,获得消光的精确定位,能提高测量精确度。通过调制信号形状变化与相关参量之依赖关系,可拓展测量范围,解决在某些点附近无法测量波片相位的"盲区"问题。根据接收到的调制光信号形状变化趋势与待测波片样品方位、延迟量、旋转方向等条件的联系,在待测波片快轴选定后,通过波片旋转影响信号形状变化规律的观测,可敏锐地甄别在半波点或全波长点附近波片的正负偏差特性,从而解决了一般偏振干涉补偿测量相位无法解决的测量盲区问题。不改变测量系统结构也不需添加任何器件,适应于最小延迟偏差≥λ/360的情况。