第三章 电光效应.ppt

电场平行于x1 折射率椭球变为 两个交叉项，说明椭球绕两个 轴发生旋转 （1）绕 转45度 （2）绕新的 转动 ， 此值很小，角分量级，可忽略。 略去二阶小量，得 结论： 总结 KDP晶体 E//光轴， E x y z Optic axis x1 x2 x’1 x’2 总结 LiNbO3 电场和光矢量施加方向 光//x3 E//x3，光//x3 E//x1 E//x2 折射率椭球主轴方向 x’3椭球偏离x3一微小角度，x’1、x’2与x1、x2成45度角 x’3椭球偏离x3一微小角度，x’1、x’2与x1、x2基本重合 x’1、x’2、x’3与x1、x2、x3重合，保持单轴晶体特性 光调制的应用 可控变焦 光学扫描 U 0 ? 相位调制 U 偏振调制 U polarizer analyzer 光强调制 3.3 光波在低频电场作用下的电光晶体中的传播 外电场作用 折射率分布变化 光传播规律变化 控制光波 方向 偏振 光学器件 电光开关 电光调制器 电光偏转器 电光延迟 d V 调制器 出射光 入射光 E x’ y’ 讨论： 纵向电光延迟正比于外加电压 纵向电光延迟与晶片的长度d无关 半波电压 例 半波电压的测量 d V 调制器 入射光 x’1 x’2 起偏器 检偏器 测半波电压，计算线性电光系数 横向电光效应的电光延迟和半波电压 电场方向与Z轴一致 光传播方向与电场垂直 45°Z型切割工作方式，光波沿晶体的[110]方向传播。 光传播方向 d h V x3 x1’ x2’ 自然双折射 引起的相差与外加电场无关，在实际应用中起偏置作用，对温度非常敏感。 电光延迟 达到一定量相位调制的前提下降低调制电压的途径： ①增加晶体长度 ②减小晶体厚度 讨论 横向电光效应的电光延迟和晶体的长厚比d/h有关，可以通过改变晶体的纵横比来降低半波电压 横向电光效应中存在自然双折射引起的相位差，无法控制，易受环境因素的影响（如温度） 例 横向工作时自然双折射的温度补偿 一般采用几何形状相同但主轴坐标系中的坐标轴错位（互相垂直或反向平行等形式）的晶体串接，即组合调制。 组合调制1 x’2 光波 x’3 V + - 调制电压 L D V + - x’3 电极 x’1 x’2 x’1 组合调制1 对第一个晶体，在z1方向偏振的光波的折射率为nz1，x1方向的折射率为nx1；对第二个晶体，在z2方向偏振的光波的折射率为nz2，x2方向的折射率为nx2； 总的相位差 自然双折射的影响被消除！ 组合调制2 工作原理：在两个尺寸相同的晶体之间插入一个λ/2波片，加电压后的新主轴坐标系中，两个y方向相同，两个晶体的x方向反向平行。入射光的偏振方向分解为沿第一个晶体x轴的o光和沿z轴的e光。经过λ/2波片， o光变e光， e光变o光，两部分的相位差相加的结果，正好消除了自然双折射的影响。 L D V x y z y x z V x z λ/2波片 纵向与横向电光调制比较 ①纵向电光调制 a、装置的结构简单，工作稳定，不会受到自然双折射的影响， b、缺点是半波电压太高，高压电源的制作困难。 c、调制频率较大时，还会产生较大的功率损耗。 ②横向电光调制 a、相位延迟与晶体的长度与厚度之比有关，因此通过改变晶体的长度与厚度可使半波电压降低。而纵向调制的相位延迟与晶体的长度与厚度之比无关。 b、缺点：自然双折射引起的相位延迟。 电光调制与电光调Q原理 强度调制 位相调制 电光调Q开关 * 关键点1 关键点2 关键点3 自然光 垂直偏振 x -y z y’ x’ 输出光 水平偏振输出 x’ y’ V 强度调制 * 入射面： 分解： 出射面： 固定相位延迟 强度调制 * 入射光强 合成： 光强为： 新振幅 强度调制 * 借助于半波电压，上式可写成 50 100 透过率% 0 V0/2 V0 施加电压 π/2 π 相位差 讨论： 线性问题 调制率I/I0随调制电压V的变化为一非线性函数.尤其在小信号时I/I0∝ V2,将产生严重的非线性失真。 强度调制 * 在光路（起偏器与电光晶体之间）中插入一个1/4波片，插入1/4波片后两偏振分量的相位差为： 则调制率为： 小信号调制时： 线性调制 强度调制 水平检偏器 垂直起偏器 水平偏振输出 出射光 V 调制器 ?波片 入射光 强度调制 调制电压 透射输出 透过率 电压 t V0 50 100 强度调制 回顾 电光延迟 半波电压 电光强度调制 * 自然光 垂直偏振 x’ z y’ 输出光 V 位相调制 位相调制 电光晶体出射面处 若调制电压为 则 不考虑固定相，令 得