高等光学电光效应 (2)精选文档.ppt

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1、高等光学电光效应本讲稿第一页，共八十二页第三章 电光效应n3.1 基础理论n3.2 两种典型晶体的一次电光效应 n3.3 二次电光效应 n3.4 电光调制 2本讲稿第二页，共八十二页3.1 基础理论n3.1.1 概念 n3.1.2 电光效应系数张量 n3.1.3 电光效应公式的原始形式 n3.1.4 和 的独立分量数和简化下标表示 n3.1.5 采用简化下标时的电光效应公式n3.1.6 简化下标中的坐标转动变换 n3.1.7 和 的约化 3本讲稿第三页，共八十二页3.1 基础理论n3.1.1 概念（1）、电光效应（2）、起因（3）、与 的关系 4本讲稿第四页，共八十二页3.1 基础理论n3.1

2、.1 概念（3）、与 的关系 5本讲稿第五页，共八十二页3.1 基础理论n3.1.1 概念（3）、与 的关系（3-1）（3-2）（本节把 简写为 ）6本讲稿第六页，共八十二页3.1 基础理论n3.1.1 概念（3）、与 的关系（3-2）7本讲稿第七页，共八十二页3.1 基础理论n3.1.2 电光效应系数张量（3-3）都是二阶张量，它们的分量分别是（3-4），和8本讲稿第八页，共八十二页3.1 基础理论n3.1.2 电光效应系数张量9本讲稿第九页，共八十二页3.1 基础理论n3.1.3 电光效应公式的原始形式（1）、一次电光效应原始公式（2）、二次电光效应原始公式（3-5）（3-6）无电光效应晶

3、体：一次电光效应晶体：二次电光效应晶体：10本讲稿第十页，共八十二页3.1 基础理论n3.1.4 和 的独立分量数和简化下标表示（1）11本讲稿第十一页，共八十二页3.1 基础理论n3.1.4 和 的立分量数和简化下标表示（3-7）（1）12本讲稿第十二页，共八十二页3.1 基础理论n3.1.4 和 的独立分量数和简化下标表示（2）13本讲稿第十三页，共八十二页3.1 基础理论3.1.4 和 的独立分量数和简化下标表示（2）（3-7）14本讲稿第十四页，共八十二页3.1 基础理论（3-9）（3-5），（3-6）两式中不仅含有 3.1.5 采用简化下标时的电光效应公式希望把（希望把（3-5),(

4、3-6)两式在简化下标空间中表示，达到简化目的。两式在简化下标空间中表示，达到简化目的。首先需把他们用简化下标表示。同样，（1）的简化下标表示15本讲稿第十五页，共八十二页3.1 基础理论3.1.5 采用简化下标时的电光效应公式（3-10）-16本讲稿第十六页，共八十二页3.1 基础理论3.1.5 采用简化下标时的电光效应公式（3-11）（2）、一次电光效应的简化下标公式（3）、二次电光效应的简化下标公式（3-12）17本讲稿第十七页，共八十二页3.1 基础理论3.1.6 简化下标中的坐标转动变换（1）、的变换 （3-13）其中-从非简化下标坐标系中的公式出发讨论：说明：见下见下18本讲稿第十

5、八页，共八十二页3.1 基础理论3.1.6 简化下标中的坐标转动变换（1）、的变换 （3-14）在简化下标空间中（3-15）（3-16）设与（3-13）比较：19本讲稿第十九页，共八十二页3.1 基础理论3.1.6 简化下标中的坐标转动变换（1）、的变换 （3-17）例如：20本讲稿第二十页，共八十二页3.1 基础理论3.1.6 简化下标中的坐标转动变换（2）、的变换 （3-18）坐标转动新旧坐标系中电光效应公式的形式应该相同 直接考虑简化下标空间应21本讲稿第二十一页，共八十二页3.1 基础理论3.1.6 简化下标中的坐标转动变换（3）、的变换 （3-20）（的定义见（3-10）22本讲稿第

6、二十二页，共八十二页3.1 基础理论3.1.6 简化下标中的坐标转动变换（3）、的变换 （3-21）（3-22）设（3-20）23本讲稿第二十三页，共八十二页3.1 基础理论3.1.6 简化下标中的坐标转动变换（3）、的变换 （3-20）（3-20）24本讲稿第二十四页，共八十二页3.1 基础理论3.1.6 简化下标中的坐标转动变换（3）、的变换 （3-20）（3-20）25本讲稿第二十五页，共八十二页3.1 基础理论3.1.6 简化下标中的坐标转动变换（3）、的变换 （3-23）（3-24）（3-25）总之，或者，由（3-17）：另，由 可证26本讲稿第二十六页，共八十二页3.1 基础理论3

7、.1.6 简化下标中的坐标转动变换（4）、的变换 （3-26）应，所以27本讲稿第二十七页，共八十二页3.1 基础理论3.1.7 和 的约化 28本讲稿第二十八页，共八十二页3.1 基础理论3.1.7 和 的约化 例1（a）（b）与反演操作对应的“坐标转动”：由（3-16）或（3-17），于是由（3-18）得29本讲稿第二十九页，共八十二页3.1 基础理论3.1.7 和 的约化 例1（c）30本讲稿第三十页，共八十二页3.1 基础理论3.1.7 和 的约化（a）由 对称性进行约化。操作对应的坐标转动矩阵为（KH2PO4)31本讲稿第三十一页，共八十二页3.1 基础理论 3.1.7 和 的约化

8、例2（a）32本讲稿第三十二页，共八十二页3.1 基础理论 3.1.7 和 的约化 例2（b）33本讲稿第三十三页，共八十二页3.1 基础理论3.1.7 和 的约化 例2（b）任意（3-27）所以，34本讲稿第三十四页，共八十二页第三章 电光效应n3.1 基础理论n3.2 两种典型晶体的一次电光效应 n3.3 二次电光效应 n3.4 电光调制 35本讲稿第三十五页，共八十二页3.2 两种典型晶体的一次电光效应 n3.2.1 KDP(KH2PO4)的一次电光效应的一次电光效应n3.2.2 LNO(LiNbO3)的一次电光效应的一次电光效应36本讲稿第三十六页，共八十二页3.2.1 KDP的一次电

9、光效应的一次电光效应（1）椭球的变化（简化下标）无外电场时KDP为负单轴晶体（光轴z）存在外电场（3-28）37本讲稿第三十七页，共八十二页3.2.1 KDP的一次电光效应的一次电光效应（1）椭球的变化（简化下标）（3-29）椭球38本讲稿第三十八页，共八十二页3.2.1 KDP的一次电光效应的一次电光效应（2）一种常见情况（a）新主轴系中的 椭球（b）纵向电光效应（c）横向电光效应（d）纵横向布局比较利用KDP等电光晶体时，经常使外电场沿着原来的光轴方向z，即在原主轴系中有：（a）新主轴系中的 椭球原主轴系：（3-30）39本讲稿第三十九页，共八十二页3.2.1 KDP的一次电光效应的一次电

10、光效应（2）一种常见情况（a）新主轴系中的 椭球将它们代入（3-30），并令交叉项(xy)的系数等于040本讲稿第四十页，共八十二页3.2.1 KDP的一次电光效应的一次电光效应（2）一种常见情况（a）新主轴系中的 椭球（3-31）（3-32）41本讲稿第四十一页，共八十二页3.2.1 KDP的一次电光效应的一次电光效应（2）一种常见情况（b）纵向电光效应(In2O3+SnO2)42本讲稿第四十二页，共八十二页3.2.1 KDP的一次电光效应的一次电光效应（2）一种常见情况（b）纵向电光效应 43本讲稿第四十三页，共八十二页3.2.1 KDP的一次电光效应的一次电光效应（2）一种常见情况（b）

11、纵向电光效应（3-33）该该“波片波片”给光波两个本征给光波两个本征D引入的附加相位差为引入的附加相位差为：44本讲稿第四十四页，共八十二页3.2.1 KDP的一次电光效应的一次电光效应（2）一种常见情况（b）纵向电光效应 该波片的Jones矩阵（在原主轴系中表示）半波电压 （3-34）（3-36）（3-35）（3-33）也可写成：45本讲稿第四十五页，共八十二页3.2.1 KDP的一次电光效应的一次电光效应（2）一种常见情况（c）横向电光效应 46本讲稿第四十六页，共八十二页3.2.1 KDP的一次电光效应的一次电光效应（2）一种常见情况（c）横向电光效应（3-37）（3-38）设设 这保证

12、了 。47本讲稿第四十七页，共八十二页3.2.1 KDP的一次电光效应的一次电光效应（2）一种常见情况（c）横向电光效应 两本征 间的附加相位差为（下标 t 代表横向）（3-39）“横向半波电压”表明横向电光效应也可用来实现可控波片。（3-40）（3-41）48本讲稿第四十八页，共八十二页3.2.1 KDP的一次电光效应的一次电光效应（2）一种常见情况（d）纵横向布局比较49本讲稿第四十九页，共八十二页3.2.1 KDP的一次电光效应的一次电光效应（2）一种常见情况（d）纵横向布局比较50本讲稿第五十页，共八十二页3.2.1 KDP的一次电光效应的一次电光效应（2）一种常见情况（d）纵横向布局

13、比较但横向的优点（但横向的优点（Vt可调，不需透明电极）保留。可调，不需透明电极）保留。51本讲稿第五十一页，共八十二页3.2.2 LNO的一次电光效应的一次电光效应（3-42）（1）纵向效应（2）横向效应52本讲稿第五十二页，共八十二页3.2.2 LNO的一次电光效应的一次电光效应（3-43）（1）纵向效应例：，z-切割，椭球：53本讲稿第五十三页，共八十二页3.2.2 LNO的一次电光效应的一次电光效应（1）纵向效应虽然三个主折射率均发生变化，但主轴系不变，且仍为单轴晶体：（3-44）（3-45）154本讲稿第五十四页，共八十二页3.2.2 LNO的一次电光效应的一次电光效应（3-46）（

14、2）横向效应例：椭球：这是 系中的一个斜椭圆，需通过坐标转动消去交叉项。55本讲稿第五十五页，共八十二页3.2.2 LNO的一次电光效应的一次电光效应（3-47）（2）横向效应dz56本讲稿第五十六页，共八十二页3.2.2 LNO的一次电光效应的一次电光效应（3-48）（2）横向效应（3-49）（3-50）半波电压 57本讲稿第五十七页，共八十二页第三章 电光效应n3.1 基础理论n3.2 两种典型晶体的一次电光效应 n3.3 二次电光效应 n3.4 电光调制 58本讲稿第五十八页，共八十二页3.3 二次电光效应二次电光效应（3-51）其中 59本讲稿第五十九页，共八十二页3.3 二次电光效应

15、二次电光效应（3-52）椭球：此时BaTiO3变成单轴晶体 60本讲稿第六十页，共八十二页3.3 二次电光效应二次电光效应 61本讲稿第六十一页，共八十二页3.3 二次电光效应二次电光效应（3-53）（3-54）可见也可利用可见也可利用BaTiO3的横向二次电光效应实现可控波片，并且具有的横向二次电光效应实现可控波片，并且具有 可调及不需透明电极等优点，但是其可调及不需透明电极等优点，但是其 不正比于不正比于 而正比于而正比于 。62本讲稿第六十二页，共八十二页第三章 电光效应n3.1 基础理论n3.2 两种典型晶体的一次电光效应 n3.3 二次电光效应 n3.4 电光调制 63本讲稿第六十三

16、页，共八十二页3.4 电光调制 3.4.1 偏振态调制偏振态调制3.4.2 相位、频率调制相位、频率调制3.4.3 光强（振幅）调制光强（振幅）调制3.4.4 光束方向和位置调制光束方向和位置调制制制64本讲稿第六十四页，共八十二页3.4.1 偏振态调制偏振态调制3.4.2 相位、频率调制相位、频率调制以LNO的纵向电光效应为例说明。（1）由（3-45）知，中的（3-55）可通过改变 来改变 ，用作“可控光学延迟线”。（如在移相干涉术中改变一束光的相位）65本讲稿第六十五页，共八十二页3.4.2 相位、频率调制相位、频率调制（2）移频（FS）和调频（FM）如果令（3-55）中的（为一常数）（3

17、-56）66本讲稿第六十六页，共八十二页3.4.3 光强（振幅）调制光强（振幅）调制（1）原理（2）的线性化 让经过偏振态调制后的光通过一个固定的检偏器，即可实现振幅或光强的调制。（1）原理例：KDP纵向效应+线偏器设输入光为：KDP功能参数为：67本讲稿第六十七页，共八十二页3.4.3 光强（振幅）调制光强（振幅）调制（1）原理输出光为：光强：可见 将随 的变化而变化，实现了振幅和光强的调制。（3-57）68本讲稿第六十八页，共八十二页3.4.3 光强（振幅）调制光强（振幅）调制（2）的线性化 且数值很小且数值很小。69本讲稿第六十九页，共八十二页3.4.3 光强（振幅）调制光强（振幅）调制

18、（2）的线性化 Vs=070本讲稿第七十页，共八十二页3.4.3 光强（振幅）调制光强（振幅）调制（2）的线性化 71本讲稿第七十一页，共八十二页3.4.3 光强（振幅）调制光强（振幅）调制（2）的线性化 这时（3-57）中的 72本讲稿第七十二页，共八十二页3.4.3 光强（振幅）调制光强（振幅）调制（2）的线性化（3-58）（3-57）73本讲稿第七十三页，共八十二页3.4.3 光强（振幅）调制光强（振幅）调制（2）的线性化 74本讲稿第七十四页，共八十二页3.4.3 光强（振幅）调制光强（振幅）调制（2）的线性化 具体计算如下：与（3-58）相同 75本讲稿第七十五页，共八十二页3.4.

19、4 光束方向和位置调制光束方向和位置调制（1）方向偏转（2）光束位置控制（光学寻址，光学分路器）（1）方向偏转（a）用途：非机械扫描，寻址W。76本讲稿第七十六页，共八十二页3.4.4 光束方向和位置调制光束方向和位置调制（1）方向偏转由于每次折射时的偏转角均很小，偏转角与其正弦值基本相等，利用折射定律不难算得总偏转角（3-59）77本讲稿第七十七页，共八十二页3.4.4 光束方向和位置调制光束方向和位置调制（2）光束位置控制 （a）用途：光学寻址，光学分路（路由器）（b）方法，原理 （I）晶体双折射利用晶体的双折射现象，可以使不同 方向的入射线偏振细光束通过晶体后沿不同路径出射。78本讲稿第七十八页，共八十二页3.4.4 光束方向和位置调制光束方向和位置调制（2）光束位置控制（光学寻址，光学分路器）（I）晶体双折射到一个平板状单轴晶体上时，（参见 2.7.2 节）79本讲稿第七十九页，共八十二页3.4.4 光束方向和位置调制光束方向和位置调制（2）光束位置控制（光学寻址，光学分路器）80本讲稿第八十页，共八十二页3.4.4 光束方向和位置调制光束方向和位置调制（2）光束位置控制（光学寻址，光学分路器）81本讲稿第八十一页，共八十二页3.4.4 光束方向和位置调制光束方向和位置调制（2）光束位置控制（光学寻址，光学分路器）82本讲稿第八十二页，共八十二页