非近轴传播下铌酸锂晶体的电光效应及在空间光桥接器中的应用研究.pdf

广西大学
硕士学位论文
非近轴传播下铌酸锂晶体的电光效应及在空间光桥接器中的应
用研究
姓名:苏世达
申请学位级别:硕士
专业:光学
指导教师:万玲玉
20100601
非近轴传播下铌酸锂晶体的电光效应及在空间光桥接器中的应用研究摘要晶体的电光效应是众多电光器件的基础,其在光信息处理和光通信领域发挥着重要的作用。目前常用的电光器件一般都是沿光轴入射,光束角度传输的电光调制特性并没有深入的研究,而这些特性对拓展晶体电光效应的新应用具有重要意义。因此,本文研究非近轴传播下铌酸锂晶体的电光效应及应用,综合利用晶体的双折射效应和电光效应,设计了两个自由空间传播的新型空间光学桥接器方案。本论文的研究工作主要包括以下几方面:⒎墙岽úハ骂晁犸宓牡绻庑вρ芯利用折射率椭球理论,运用转换坐标的方法,研究了非近轴传播下铌酸锂晶体的电光调制特性,得到了沿较蚝蛒方向加电场时任意传播方向下的感应折射率分布公式。在实际应用中,只要传播方向确定,可利用该公式计算该传播方向上的感应折射率和所加电场的关系。根据感应折射率分布公式,数值分析了不同传播方向的感应折射率特性,总结出了不同方向上感应折射率随外加电场变化的规律和特点。⒒陬晁犸逅凵浜偷绻庑вκ迪值目占涔馇沤悠餮芯综合利用铌酸锂晶体的双折射效应和电光效应,提出了一个新的自由空沿晶体光轴传输的电光特性已被充分认识,但光束与晶体光轴方向成任意
间传播型的光学桥接器方案。方案中,利用铌酸锂晶体的双折射效应对信号/本振光进行分束和合束,实现光桥接器的耦合功能;利用铌酸锂晶体的线性电光效应,通过电光相位调制,实现桥接器的相移功能。综合分析后对桥接器进行了设计,给出了具体设计参数。⒖占涔馇沤悠鞯募捎呕芯在第三章的设计方案基础上,合理利用非近轴传播下铌酸锂晶体的横向电光效应,对设计结构进行了优化,提出了一个结构更简单的集成化方案。对优化的空间光桥接器进行了详细分析,给出了具体优化设计参数。⒖占涔馇沤悠鞯男阅芊治龊臀蟛罘治对设计完成的空间光桥接器进行了误差分析,给出了影响桥接器性能的误差因素和来源。对每个误差因素进行了详细分析和计算,给出了误差补关键词:光桥接器铌酸锂电光效应双折射效应折射率椭球坐标变换偿方案。Ⅱ
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第一章绪论电光效应概述下面简单介绍电光效应的基本原理和研究电光效应的基本理论——,下面简单介绍电光效应和光学桥接器。光波在各向异性介质中传播时产生双折射现象,这种现象是由于晶体结构的各向异性所造成的,我们把这种现象称为自然双折射。而当各向同性介质受到电场、磁场、应力等外场作用时,其结构将会发生变化,使晶体的折射率发生变化,从而使光波在其中的传播规律发生变化,产生感应双折射。这种感应双折射与自然双折射不同,它可以通过人为的外界作用加以控制。例如,人们可以通过改变电场大小或方向的方法来控制出射光的强度、相位、方向、偏振态等,所以在光电技术中获得了广泛的应用。其中电光效应就是应用最为广泛的一种技术。在某些晶体内部由于自发极化存在着固有的电偶极矩,当对这种晶体施加外电场时,外电场使晶体中的固有偶极矩的取向一致或某种优势取向,从而改变了晶体的折射率,使晶体的光学性质发生变化。这种由于外加电场使得晶体光学性质发生变化的效应,称之为电光效应。具有电光特性的晶体主要有铌酸锂晶体、磷酸二氢钾晶体、磷酸钛氧钾晶体、碘酸钾晶体、五硼酸钾晶体等,其中铌酸锂晶体具有大尺寸、电光系数高等优点而备受人们的青睐,成为了最常用的电光晶体之一。在众多的电光器件中,很多是以铌酸锂晶体为基材,铌酸锂晶体在电光技术中起着重要的作用。论,以及铌酸锂晶体的主要性质。广西大学顽士掌饴畚非近轴侍播下铌酸镘矗降韶电光获应及在空间光桥接踣中防应用研究
和鬻纠︺删..。对于非磁性材料,相对光频介电常数等于折射率钠椒剑搭惑拧彩R虼耍∞国砌彩刀鰋贓施次项以鹫凵渎蕁变化的效应称为一次电光效应,也称线性电光效应或者普克尔的频率,而且肮,则缈隕湎嗷ヱ詈系慕峁ɑ岫訢产生附加的贡献。斯效应。由二次项施引起折射率浠男вΤ莆6蔚绻庑вΓ渤瓶刀丁R豢贓施高的情况下,光频电位移隕之间呈线性关系:缈占国其中,为光频介电常数,国为光的角频率。如果对晶体介质同时施加一个比光的频率低很多的低频电场为低频电场此时,缈谋泶