用马赫-曾德干涉法观测光感应折射率的微小变化 杨立森 陈 ….ppt

* * 用马赫-曾德干涉法观测光感应折射率的微小变化 杨立森 陈宝东（内蒙古师范大学物理与电子信息学院 呼和浩特，010022） 摘要:光折变晶体中的光感应的折射率变化很小，一般在10－3以下。一般方法很难对其观察和测量，马赫-曾德干涉仪的原理提供了这种可能，它可以通过观测马赫-曾德干涉条纹的摆动幅度可方便地观察和测量折射率的微小变化。 关键词: 马赫-泽德干涉仪; 光感应折射率变化;光折变晶体; 1.引言 光折变效应[1](photorefractive effect)是光致折射率改变效应(photoinduced refractive index change effect)的简称。它是电光材料在光辐照下由光强的空间分布引起材料折射率相应变化的一种非线性光学现象。 光折变效应的发现，开创了用全光学方法制作波导与波导阵列的新方法，它具有实时、简便、低成本、快速等优点。其主要原理是利用介质的非线性光学效应，通过入射光场的空间分布得到介质中折射率的空间分布，从而制作出波导、波导阵列乃至整个集成光路，达到导光和控光的目的[2]。 虽然对光折变材料的研究取得了长足的进展，但是目前的光折变材料的光致折射率改变仍然很低，对其写入的波导与波导阵列的实时观测对构造合格的光子元件显得尤为重要，我们采用搭建的马赫-曾德干涉仪，通过观测马赫-曾德干涉条纹的摆动幅度可方便地观察和测量折射率的微小变化。 2.实验装置与测量原理 马赫-曾德干涉仪是一种用分振幅法产生双光束干涉的仪器[3],由于两光束分的很开，可以在任意一束光路中安放被测样品。我们搭建的实验装置和光路原理如图1所示。 图1 实验装置 式中λ为激光器的光波波长，ｌ为晶体的厚度，Δφ代表晶体中折射率不均匀造成的附加相位差，A（x，y）为（x，y）点条纹的横向移动的距离，d为条纹间距。只要测量出A（x，y）和d，就可以得到 Δn （a） （b） （c） 图2 观测图案 3. 掺铁铌酸锂(LiNbO3:Fe) 晶体中写入波导的测量 在另一个实验装置上，用532nm的绿激光经柱面凸透镜聚焦成条形光束辐照掺铁铌酸锂晶体（掺铁铌酸锂晶体的c轴垂直于条形光束放置），如果绿激光的偏振方向平行于晶体的c轴为e光辐照，如果绿激光的偏振方向垂直于晶体的c轴为o光辐照。由于铌酸锂晶体是自散焦晶体（也就是光照的地方折射率变低），两次条形光束辐照的中间地带形成光波导。见图3（a）。 将写入波导的铌酸锂晶体再放入马赫-曾德干涉仪的M1、L1的中间，由于掺铁铌酸锂(LiNbO3:Fe) 晶体的局部写入波导后，折射率发生了变化,所以计算机屏幕上呈现了竖直干涉条纹的局部摆动，见图3（b）。用光束分析仪的软件测量出条纹各点摆动的距离A和条纹间距d，带入公式（1）求出折射率分布Δn (x,y)，见图3（c）。 （a） （b） （c） （a）为 写入波导的晶体 （b）写入波导晶体的马赫-曾德干涉图样 （c）晶体中的折射率分布，其中实线表示o光写入波导的折射率，虚线表示e光写入波导的折射率。 图3 LiNbO3:Fe晶体中制作的一维波导的观测图样及折射率分布 由以上的实验看出，马赫-曾德干涉方法可以直接、快速和准确的观测被测样品中的折射率的微小变化及其分布。如果波导是在观测的同时写入，便可实时观察样品中的折射率的微小变化，是研究光折变光子晶格形成的好方法。 *