晶体的连续双折射双反射及其集成应用:1×N电光开关

根据惠更斯定理 ,给出了单轴晶体内双折射与全内双反射的光线方向和光波法线方向的普遍公式。并讨论了在晶体内沿多个面的连续双折射双反射 ,分析了前一界面输出量和后一界面输入量之间的联系 ,得到多次双折射双反射后的光线方向和光波法线方向。在此基础上 ,提出一种单块晶体集成的 1×N电光开关 ,即把多个电光调制器安置在全反射面之间。由于双折射效应 ,寻常光和非常光有不同的全内反射 ;给不同的电极对上加上半波电压改变输入光的偏振状态 ,再使光通过不同数目的反射面反射 ,最后输出光就有不同的角度。具有结构简单、插入损耗小、抗干扰性强等优点。给出了 1× 4光开关的实例。     

单块晶体2×2光开关

利用晶体的双折射和全内双反射现象以及晶体的电光效应 ,设计了一种单块晶体集成的 2× 2光开关 ,将一个电光调制器和两个光束分束器集成到一块铌酸锂晶体上 ,实现了光束合束、偏振态调制和光束分束三种功能。根据这种光开关的工作原理 ,给出两种开关结构 ,一种是易于级联的垂直入射结构 ,另一种是有较低操作电压的倾斜入射结构 ,并对倾斜入射结构的光开关进行了制作和测试。实验结果表明 :这种集成结构的 2× 2光开关操作电压低 ,串扰小 ,能量损耗小 ,抗干扰 ,稳定可靠 ,适用于各种光学互连网络。     

一种灵活扩充的分块式纵横制光互连网络

提出了一种新型的具有灵活扩育能力的分块式纵横制光互连网络体系结构，并给出了该网络在最大扩充时光学子系统的物理实现及相应的一些实验结果。该体系结构中可采用自电光效应器件作为高速光调制器。采用在单块ＧａＡｓ基片上集成的场效应晶体管－自电光效应器件作为逻辑光开关器件。     

集成模块化Cantor网络的控制和光学实现

提出光学集成模块化Ｃａｎｔｏｒ网络，并建立了Ｃａｎｔｏｒ网络的快速控制体系，该网络是基于极化多通道技术，利用晶体的双折射效应和电光特性实现网络的互连变换，该网络易安装，抗干扰。     

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。     

RTP晶体的调Q特性研究

介绍了一种适用于在高重复频率调Q工作的RbTiOPO4（RTP）电光晶体。通过分析温度变化对RTP晶体透过率的影响,得出通过极精确地控制RTP晶体温度变化范围来补偿晶体的自然双折射是不实用的,而必须用两块相同的正交放置的RTP晶体Q开关,才能补偿晶体的自然双折射,保证Q开关的稳定性。用两块相同的正交放置的RTP晶体Q开关进行了不同频率的电光调Q实验,实验结果说明了RTP晶体作为电光Q开关在高重频工作的潜力。     

旋光晶体在偏光干涉实验中电光效应的研究

研究了旋光晶体在偏光干涉实验中的电光效应，给出了旋光晶体在偏光干涉实验中出射光强与晶体旋光性之间关系的表达式I—Ao^2cos^2[β-（π/λ）（n1-nr)l]，以及与旋光晶体电光效应之间关系的表达式I—Ao^2cos^2[β-（π/λ）（n1-nr)l (π/λ）（n2-n1)l]。根据这些表达式给出的关系，将典型的旋光晶体La3Ga5SiO14制作成了电光Q开关，像那些用无旋光性晶体制作的Q开关一样工作良好。在中等功率输出的激光器中，La3Ga5SiO14晶体电光Q开关有可能取代氘化磷酸二氢钾(DKDP)晶体电光Q开关。     

20mm孔径重复频率等离子体电光开关研究

等离子体普克尔盒可以采用薄晶体,是大口径平均功率激光器理想的光开关器件。采用有限元方法,分析了20mm口径重复频率等离子体电光开关的热光效应,模拟计算了在平均功率负荷下,3mm厚的DKDP晶体由于热致双折射引起的退偏损耗为0.16%。采用电容分压技术,实现了基于DKDP晶体的等离子体电光开关的单脉冲驱动,通过针对重复频率等离子体普克尔盒的优化设计,研制完成了Φ20mm口径、10Hz重复频率等离子体电光开关样机,静态透射率97.2%,开关效率99.8%,开关上升时间11ns。     

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。     

一种8行任意扫描的电光扫瞄器

 针对激光的快速智能扫描,综合利用晶体的双折射效应和电光效应,提出一种电控集成8行任意扫瞄的高速光扫描方案。主要由三级数字电光偏转器和8×1的周期性极化电光棱镜组构成,其中3个电光快门和3块双折射晶体构成三级数字偏转器,通过半波电压的控制实现行位置的转换,一定数目的周期性极化电光棱镜级联组成单行偏转器,通过控制电压进行单行扫描,根据电场施加方式可实现数字型或者连续型扫描。利用梯形结构的电光棱镜组设计了最大电压为5.822 kV时,扫描视场为17.256°的可通过联机控制进行任意行扫描的高速激光扫描器。     

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。     

退压式La_3Ga_5SiO_(14)晶体电光调QNd∶YAG激光器激光性能研究

通过对硅酸镓镧(LGS)晶体旋光性与电光效应的交互作用的理论研究,推导出晶体旋光性和电光效应共同作用下的光强表示式I=1-4B2(Asin 2ω-Ccos 2ω)2。利用此表示式设计计算了旋光晶体LGS尺寸为8 mm×8 mm×25 mm电光Q开关在1064 nm波长使用时的开关电压和偏振角分别为4995 V和27.3°。将理论研究得到的结论应用于LGS晶体电光调Q的Nd∶YAG晶体激光器的实验研究中,实验结果与理论计算结果基本一致。得到输出能量为361 mJ,脉冲宽度为7.8 ns的脉冲激光输出。     

退压式La3Ga5SiO14晶体电光调Q Nd:YAG激光器激光性能研究

通过对硅酸镓镧(LGS)晶体旋光性与电光效应的交互作用的理论研究,推导出晶体旋光性和电光效应共同作用下的光强表示式I=1-4B2(Asin 2ω-Ccos 2ω)2.利用此表示式设计计算了旋光晶体LGS尺寸为8 mm×8 mm× 25 mm电光Q开关在1064 nm波长使用时的开关电压和偏振角分别为4995 V和27.3°.将理论研究得到的结论应用于LGS晶体电光调Q的Nd:YAG晶体激光器的实验研究中,实验结果与理论计算结果基本一致.得到输出能量为361 mJ,脉冲宽度为7.8 ns的脉冲激光输出.     

重频应用下等离子体电光开关热退偏损耗分析

 基于有限元数值方法,给出电光晶体KDP在高平均功率激光负载下温度场分布和应力场分布。在此基础上得到了折射率随温度变化、电光系数随温度变化、及应力双折射引入的退偏损耗。数值模拟显示：电光系数随温度变化和应力双折射是引起开关退偏损耗的主要因素。当入射激光平均功率为40 W、辐照时间为420 s时,KDP晶体最高温度为38.43 ℃,电光系数随温度变化及应力双折射引入的最大退偏损耗分别为2.38%和4.04%。实验测量了应力双折射导致的退偏损耗,实验结果和理论结果符合较好。     

畴反转结构片状集成4×4电光开关的设计与仿真

基于铁电体畴反转结构的电光偏转特性,设计了一种片状集成的4×4电光开关,其由四个结构相同的半抛物和四个抛物形微小偏转器集成构成.通过优化抛物形偏转器结构,给出了电光开关的设计参量,电光开关性能通过光束传播法进行仿真模拟,仿真结果表明该开关切实可行.实际应用中,系统误差可以通过电场调节补偿,使光路准确交换.该片状电光开关的整体尺寸为48 mm×2.2mm×0.5 mm(长×宽×高),最大使用电场约13.73 V/μm,适用于高速交换的光互连系统.     

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.     

铁电单晶(KxNa1-x)0.4(SryBa1-y)0.8Nb2O6的光学性质和线性电光效应

本文介绍铁电单晶(K_xNa_1-x)_0.4(Sr_yBa_1-y)_0.8Nb₂O₆的光学性质和线性电光效应的测量。实验结果表明,这种晶体具有较大的光学双折射,透光范围由4000?到5.6μm。晶体具有低的线性电光调制的半波电压,其电光调制价值指数n₀³·γ_c高达730×10 关键词：     

湍流廓线激光雷达中的电光开关设计

利用晶体的电光效应设计了一种可以取代像增强器曝光闸门作用的电光开关系统,阐明了晶体电光效应的原理及电光开关取代像增强器的必要性与可行性,借助光学软件Zemax仿真得到了光开关的光路系统以及开关通断时的光斑图样,此仿真结果以及静态实验结果都表明,晶体光开关可应用于激光雷达光路中,且曝光时间可达ns量级,从而摆脱对像增强器的依赖。     

电光晶体研究究进进展及其对称性性研研究

由电场引起的晶体折射率的变化称为晶体的电光效应,具有电光效应的晶体称为电光晶体。利用电光效应可以制作电光Q开关等重要光电器件。晶体的电光效应及其有效利用,均与其对称性密切相关。本文在综述电光晶体研究进展的基础上,推导了不同晶系中各晶类电光效应类型及其特点,并以电光Q开关的要求为例讨论了晶体的电光效应及其对称性之间的关系。从讨论结果得出:立方晶系Td-ˉ43m,三方晶系C3v-3m,四方晶系D2d-4ˉ2m,D4v-4mm和六方晶系D3h-6ˉm2,C6v-6mm点群中相应电光系数的横向或纵向效应可能有实用价值。在考虑旋光性影响后,立方晶系T-23,三方晶系D3-32,四方晶系中S4-4ˉ,六方晶系中C3h-6ˉ等也有可能应用。但是,电光晶体的应用与许多因素相关,对称性只是其中一个基本条件。