光电子技术 (2)精.ppt

光电子技术第1页，本讲稿共17页光电子技术（12）（一）、外加电场沿Z方向，即Ez0，Ex=Ey=0折射率椭球方程简化为：绕Z轴旋转XY坐标45度，消去xy交叉项得正椭球方程：第2页，本讲稿共17页光电子技术（12）1、Z向纵向应用如图所示，电场和光波矢均沿Z轴方向，通过电光晶体后产生沿x和y偏振的两个正交分量，它们的位相差为：第3页，本讲稿共17页光电子技术（12）式中lz为晶体的Z向长度，Vz=Ezlz为Z向电压。半波电压定义为=时所施加的电压，所以KDP晶体沿光轴纵向应用的半波电压位：四分之一波长电压定义为=/2时所施加的电压，所以KDP晶体沿光轴纵向应用的四分之一波长电压为：2、横向运用如图所示，光沿x方向通过，产生y和z方向的两个偏振分量，它们的位相差为：(对KDP,几千伏高压)第4页，本讲稿共17页光电子技术（12）式中lx为沿x轴方向的晶体厚度。上式表明KDP晶体横向应用存在自然双折射引起的位相差0。对温度稳定性要求提高，但由于纵横比几何因子lx/lz的出现，可以利用大的几何因子来降低半波电压。这又是横向电光调制的优点。同理，光波沿y通过也存在自然双折射引起的位相差。（二）、外加电场沿Y方向Ex=Ez=0，折射率椭球方程为：第5页，本讲稿共17页光电子技术（12）上式中存在XZ交叉项，需要绕Y轴旋转XZ坐标角，满足下式：坐标变换：代上式入椭球方程化简得：第6页，本讲稿共17页光电子技术（12）1、纵向应用由于41在 10-12m/V量级，所以，故沿x和z偏振的两分量的电光延迟随电场变化很小，不能纵向应用。2、横向应用与纵向应用相似，沿x或z轴通光，两个偏振分量之间的电光延迟量很微弱，半波电压非常高，没有使用价值。第7页，本讲稿共17页光电子技术（12）（三）、外加电场沿X方向Ey=Ez=0，椭球方程为：情况与沿Y方向加电场一样，电光效应太弱，没有使用价值。结论：KDP晶体仅沿光轴方向施加电场时有显著的电光效应，纵向应用无自然双折射引起的相位延迟，而横向应用有自然双折射引起的相位延迟。五、电光调制应用（一）、强度调制电光强度调制器结构如图62。设通过起偏器P1后的偏振光振幅为Ex第8页，本讲稿共17页光电子技术（12）进入电光晶体后，分解为Ex和Ey两个分量：设通过电光晶体后，Ex和Ey两分量的相对相位延迟量为，则两分量的复振幅为：通过检偏振器P2后的复振幅为：第9页，本讲稿共17页光电子技术（12）透过检偏振器P2后的光强为：讨论：（1）小信号非线性调制，Iy2。（2）直流偏置线性化。加直流V/4电压设置静态工作点在半高点，即则，第10页，本讲稿共17页光电子技术（12）（3）加四分之一波片线性化。在调制器前或后面加四分之一波片，使四分之一波片的快、慢轴分别与x、y轴平行，同样有：（二）、相位调制如果只调制光的位相，而保持强度不变，则实现位相调制。如图63所示，设置起偏振方向与调制器容许的偏振方向一致。透射光的相位调制正比于沿y方向偏振的光的折射率变化：对纵向调制KDP晶体，ny=n0363Ez/2，所以，光波的初相位调制量：第11页，本讲稿共17页光电子技术（12）六、电光高频调制（一）、电光晶体的等效电路电光晶体等效为电容C与电阻R的并联，如图64，它的阻抗为：当调制频率m足够高时，Zc=1/mCRs，所以调制功率能有效加载到晶体上。然而，第12页，本讲稿共17页光电子技术（12）此时调制器的最大有效信号带宽为：（二）、电光调制的渡越时间前面我们计算相位延迟量或相位调制量时，都是用折射率变化量乘以调制器的同光方向的长度。这实际上隐含了一个假设：光通过调制器时，调制电压不变化或光通过晶体所花费的时间，即渡越时间为零。这个假设仅在低频调制时成立，即光通过调制器期间调制信号变化很小，可以忽略，即低频近似。然而，高频调制时，这个近似不成立，通过调制器的总相位变化应该由积分给出：第13页，本讲稿共17页光电子技术（12）式中td=nl/c即为渡越时间，为单位电场作用下单位长度调制器引起的相位变化量。设调制信号为正弦变化：则相位调制量为:第14页，本讲稿共17页光电子技术（12）式中=Amcd/n=Aml为静态最大相位调制。Sinc函数的分布如图65。表明随调制频率或渡越时间的增加，相位调制深度会减小，即调制效果变差。取:则上面的估计表明要使高频相位调制的调制幅度衰减量小于静态调制幅度的10%，调制频率m和渡越时间d的乘积应小于/2。这是设计高频相位调制器的判据。在此判据下，调制器的最高工作频率为：（三）、高频调制特性的改善行波调制器行波调制器的结构如图66，采用横向调制。第15页，本讲稿共17页复习要点1、线性电光效应的计算，电光调制器设计，半波电压、1/4波长电压，纵、横向电光调制？3、电光强度、相位调制器？线性工作点的设置？4、电光调制器的渡越时间和带宽，高频电光调制的阻抗匹配？2、KDP晶体电光调制器如何应用最有效？第16页，本讲稿共17页作业十二1、一束细光束掠入射于一单轴晶体，晶体的光轴与入射面垂直，晶体的另一个面与折射表面平行。测得o光和e光在第二面个分开的距离是2.5mm。若n0=1.525，ne=1.479，计算晶体的厚度？2、利用半波电压的概念，设计一种测量KDP晶体电光系数63的实验方法？第17页，本讲稿共17页