第22讲 电光效应电光纵向强度调制--朱广志.ppt

* 22.4 KDP纵向电光强度调制器 * 22.4 KDP纵向电光强度调制器 评价：纵向电光调制器具有结构简单， 工作稳定，不存在自然双折射现象影响等优点，其缺点为半波电压太高，特别是调制频率较高时，损耗较大。 * 习题 P73：1.2、1.3、1.4 * 22.0 各向异性介质中光的传播 * 22.0 各向异性介质中光的传播 * 22.0 各向异性介质中光的传播 * 22.0 各向异性介质中光的传播 * 22.0 各向异性介质中光的传播 * 激光原理与技术 第二十二讲 电光效应 电光纵向强度调制 二、电光调制 电光调制的物理基础——电光效应 某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将发生变化，当光波通过介质时，其传输特性就受到影响而改变，这种现象称为电光效应。 电光效应应用领域：实现对光波相位、频率、偏振态、强度等的控制。 1、电光效应 表象解释：介质的介电常数与晶体中的电荷分布有关，当晶体上施加电场之后，将引起束缚电荷的重新分布，并可能导致离子晶格的微小形变，其最终结果将引起介电常数的变化，而且这种变化随外界电场的大小和方向的不同而变化。 普克尔效应（线性电光效应)----折射率与外界电场呈线性关系。 克尔效应（二阶电光效应）----折射率与外界电场平方成比例关系。 * 22.1 电光效应 电致折射率的变化 分析方法：一、电磁场理论 二、折射率椭球的方法 在折射率主轴坐标系中， 折射率椭球的一般方程表述： 式中，x , y , z 为主轴方向， nx, ny, nz为主折射率， 该方法可以表述光场在晶体中的传播特性。 折射率椭球各系数在外电场的作用下的变化量 折射率椭球变形 * 22.1 电光效应 * 22.1 电光效应 * 22.1 电光效应 坐标系的变换：将外电场作用下变形了的折射率椭球找到一个新的坐标系，将其主轴化。 原坐标系 新坐标系 坐标变换 代入计算 令交叉项为零 令交叉项为零 电致折射率的变化 KDP晶体沿z轴方向夹电场，单轴晶变成双轴晶，折射率椭球绕主轴旋转了45度，此转角与外加电场的大小无关，其折射率的变化与电场成正比。 单轴晶体在Pockel效应的作用下，关于Z轴的旋转对称被破坏， 变成的双轴晶体。 偏振光沿z轴传播时，在感应主轴x`与y`投影分量 与 的相速度不相等，将出现与外加电压有关的相位差。 这种电致折射率变化使得电光晶体若如一个受外电压控制的相位差和光程差可变的“波片”，为偏振光的调制、调Q和锁模技术提供了物理基础和器件设备。 电光相位延迟与光偏振态的变化 当一束线偏振光沿着Z轴方向入射晶体，且E的电矢量方向沿x方向，进入晶体后，即分解为沿x’和y’的两个垂直偏振分量，由于两者的折射率不同，故相速度不一样，当他们通过长度l之后，所走的光程也不同，故两个偏振态的相位差也不同。 这个相位延迟完全是由电光效应造成的双折射引起的，所以称为电光相位延迟。 通常当光波的两个垂直分量的光程差为半个波长(相位相差pi)时，所需要的电压，称为“半波电压”。 “半波电压”是表征电光晶体性能的一个重要参数，这个电压越小越好。 电偏振态的变化 电光调制器件 波片 出射的合成椭圆偏振光的表达式 ★当晶体上未加电场时， 全波片 直线 ★当晶体上加电场 时， 四分之一波片 正椭圆 ★当晶体上加电场 时， 半波片 直线 * 22.3 偏振光的合成 * 22.3 偏振光的合成 * 22.3 偏振光的合成 * 22.3 偏振光的合成 * 22.3 偏振光的合成 * 22.3 偏振光的合成 * 22.4 KDP纵向电光强度调制器 调制器的工作原理： 经过起偏镜P1 复振幅的表示形式 此时光强为： 经过电光晶体后 经过检偏器后 此时光强为： 调制器的透过率： * 22.4 KDP纵向电光强度调制器 * 22.4 KDP纵向电光强度调制器 * 22.4 KDP纵向电光强度调制器 产生非线性的畸变 解决方案：采用线性调制 * 22.4 KDP纵向电光强度调制器 可选取T=50%处为静态工作点，在光路中插入一个1/4波片，其主轴与电光晶体的感应主轴平行，相当于引入固定相移. *