光折变相位图和相位元件.doc

光折变相位图和相位元件（可编辑）
光折变相位图和相位元件
南开大学
博士学位论文
光折变相位图和相位元件
姓名:温海东
申请学位级别:博士
专业:凝聚态物理
指导教师:刘思敏

我们利用光折变效应,在。:晶体中首次通过成像方法成功地制作了光折变
相位图和相位元件相位波带片、达曼光栅、透镜阵列、维、维、圆形
和环形波导等。利用光折变饱和非线性,在不同光强比/。的条件下,首次提出并通
过数字记录和模拟记录两种方式分别制作了阶跃型和梯度型相位元件。对于如何克服
光折变各向异性对制作二维相位元件的影响以及提高量化相位波带片的衍射效率等问
题,我们通过理论推导和实验选择了最佳的实验条件,并证明了在一定条件下非相干
背景光辐照可以有效地控制写入条件。
我们首次观察并用波导原理合理解释了体光折变相位图的可见性,用它代替 光学信息处理中普遍使用的振幅掩模,可以大大减少能量损耗,提高转换效
率,
在光学相关器中会得到更为尖锐的相关峰。
我们提出的这种制作方法具有实时、简便、低成本、晶体可循环使用等优点, 它为目前面临种种困难的传统二元光学与集成光学元件的制作工艺与技术
提供了
新思路,即利用非线性光学效应,通过入射光强的空间分布直接实现并控制
介质中
折射率的空间分布的一种全光学方法的“变折射率光学工程”。 关键词光折变,集成光学,二元光学,相位圈,相位元件, ,
,
:
,
...,.
/,.
。, ,.
. , .,,,..
?,, ?.
州
.
,
:, , ,
论
第一章 绪
论
第一章绪
光通信的蓬勃发展要求光学元、器件小型化和集成化。正如集成电路那样,将各
种元件和器件集中在同一个衬底上。同时,对于光学信息低损耗传输和处理的需要,
相位图和相位元件将会逐步替代高损耗的振幅型元、器件。这些要求进一步促进了集
成光学元、器件在设计和制作方面的发展。
集成光学是继激光问世以来,从七十年代初开始迅速形成和发展的一门边缘学科
和新兴技术。它是研究以光导波现象为基础的光子和光电子系统。集成光路的最初设
想,是把从光源到探测器的整个光路全部集成在同一衬底上,以形成一个紧凑、密
实、体积小巧的单片集成光路。只有这样才能最大程度地体现出集成光学的全部优点
和满足日益发展的光通信的要求。
目前,大量的集成光路工作集中于和体系,这是由于它们可以制成有
源单片式集成光路:用发光的有源材料作衬底,发光二极管或激光器就形成在衬底晶
片上,用作集成光路的光源。并且许多集成光学器件,例如,波导,光源,探测器,
耦合器,开关,调制器,滤波器,放大器,偏振器,透镜等,都已研制成功,有分立
的器件,也有与波导集成在一起的形式。但是,无论从整个光路的研制水平,或单个
功能器件的研制和开发应用来看,目前仍需要利用那些某种性能如电光、声光、磁
光、热光等特别优异的材料,来研制分立的或阵列的功能器件。特别是。晶
~
体,从可见光至中红外. 范围内,光在。晶体中的透过率高达
%;它还有极高的电光系数和声光系数,因而可以作为除激光器和探测器以外所有
器件的衬底材料““,在集成光学中有最广泛的应用。
我们首次提出并实验证明了一种利用。晶体光折变效应制作光折变相位
图的新方法,这种方法还可制作某些相位元件,例如,相位波带片、达曼光栅、
透镜阵列及其它相位元件乃至整个集成光路。
光折变效应 是光致折射率变化效应?
的缩称。光折变效应首先是由贝尔
实验室的等人于年代发现的““。自从等人认识到光折变材料是一
种优质的光数据存贮材料以后““,引起人们对它的普遍重视和极大兴趣,并且开
展了广泛的研究。至今,在该效应基础上的光放大、光孤子、空间光调制器、光
学时间微分器、自泵浦相位共轭器、双相位共轭器、光存储器等多种器件已逐渐
发展成熟。
光折变效应是电光材料在光辐照下,它的折射率随光强的空间分布而变化的
效应。光折变效应导致的这种折射率变化与一般在高功率激光场作用下,由强光
非线性引起的折射率变化有明显的不同。首先,光折变效应引起的这种折射率变论
第一章 绪
化与光强无关,只与光强分布有关。光强的大小仅影响光折变进行的速度。若用
弱激光照射光折变晶体,只要时间足够长,也会产生明显的光致折射率变化。而
强光非线性只有在极高功率的光场作用下,才能显示出明显的光学非线性效应。
另外,光折变可以具有非局域响应”“。
不仅。和,晶体具有光折变效应,电光晶体都具有这种光折变