光波在电光晶体中的传播.pptxVIP

本讲主要内容;光波在介质中的传播规律;一次项γE 引起的折射率变化;对电光效应的分析和描述有两种方法：;在晶体未加电场时，主轴坐标系中，折射率椭球方程：;当晶体施加电场后，其折射率椭球就发生“变形”，椭球方程变为：; γij称为线性电光系数；i取值1，…，6；j取值1，2，3。则可以用张量的矩阵形式表式为：;= ; KDP（KH2PO4）晶体：四方晶系， m点群，负单轴晶体。;而且;晶体加外电场E后的新折射率椭球方程:;为了寻求一个新的坐标系 (x?, y?, z?)，使椭??方程不含交叉项：;可得：;;由于γ63 很小（约10-10m/V）,一般是γ63EZ ; 当KDP晶体沿 Z（主）轴加电场时，由单轴→双轴晶体，折射率椭球的主轴绕z轴旋转45o→此转角与外加电场的大小无关，其折射率变化与电场成正比。;光学功能材料可分为以下几类： a．非线性光学晶体：包括磷酸二氢钾（KDP）、砷酸二氢铷（RDA）等压电型晶体；铌酸锂（LiNbO3）、铌酸钾（KNbO3）、Ba2Na(NbO3)、（BNN）等铁电型晶体；GaAs、InAs、ZnS等半导体晶体；碘酸钾KIO3等碘酸盐光学晶体，β－偏硼酸盐晶体。 b．红外光学材料：尖晶石（MgAl2O4）、篮宝石（Al2O3）、氧化钇（Y2O3）等 ; “神光二号”功率巨大固体激光器，只有高质量大口径KDP（磷酸二氢钾）晶体可作为电光非线性光学元器件，需生长大尺寸KDP晶体制作相应高功率器件。 ; 一种是电场方向与通光方向一致，称为纵向电光效应； 另一种是电场与通光方向相垂直，称为横向电光效应。; 如果光波沿KDP类晶体Z方向传播，则其双折射特性取决于椭球与垂直于Z 轴的平面相交所形成的椭园。令 Z = 0，椭圆方程为:; 长、短半轴与 x? 、y? 重合→ x?、y?是两个分量的偏振方向→对应 nx’、 ny’ 。 ;当这两个光波穿过晶体后将产生一个相位差; 当光波的两个垂直分量Ex’ , Ey’ 的光程差为半个波长(相应的相位差为π)时所需要加的电压，称为“半波电压”，通常以 表示;表KDP型(42m晶类)晶体的半波电压和 (波长＝0.5um); 两个偏振分量间的差异，会使一个分量相对于另一个分量有一个相位差（△?），类似于波片而改变出射光束的偏振态。在一般情况下，出射的合成振动是一个椭圆偏振光：; 这是一个直线方程，说明通过晶体后的合成光仍然是线偏振光，且与入射光的偏振方向一致，这种情况相当于一个“全波片”的作用。; 这是一个正椭圆方程，当A1=A2 时，其合成光就变成一个圆偏振光，相当于一个“1/4波片”的作用。 ; 合成光又变成线偏振光，但偏振方向相对于入射光旋转了一个2θ角(若=450，即旋转了900，沿着y方向)，晶体起到一个“半波片”的作用。;在出射面(z＝L)处，两分量间相位差;11;2、横向应用 ;2、横向应用 ;传播距离L后 x?分量为 z分量为 ;两偏振分量的相位延迟分别为 :;在横向运用条件下，光波通过晶体后的相位差包括两项： 第一项与外加电场无关，是由晶体本身自然双折射引起的； 第二项即为电光效应相位延迟。 ;例如：在z向加电场的横向运用中，略去自然双折射的影响，求得半波电压为:;1、何为电光晶体的半波电压？半波电压由晶体的那些参数决定？ ;2、比较KDP晶体的纵向运用和横向运用两种情况： ;如果电光晶体是铌酸锂，试分析纵向应用时其半波电压怎样？;本讲小结;2015年3月25日《光电子技术》;课后作业