LiNbO晶体中电光和电光-倍频联合效应的应用研究

摘要

线性电光效应是指电光晶体在外电场作用下，其折射率变化正比于电场强度之现象。目前，线性电光效应广泛的应用于光强、位相等调制，在实验和工程领域有着广泛的应用。2001年，She等人从麦克斯韦方程组出发，将线性电光效应当作微扰，得到了一个全新的描述线性电光效应的耦合波理论。运用该理论，可方便的分析光在任意方向的外电场作用下沿晶体任意方向传播时线性电光效应的各种情况，并能够对器件进行优化设计。 本论文首先根据线性电光效应耦合波理论并结合LiNbO3晶体的折射率色散公式，研究了LiNbO3电光调制器的温度特性，并在实验上验证了理论结果，在误差范围内，实验结果和耦合波理论结果相一致。研究发现，调制器的温度稳定性对入射光与晶体光轴的偏离角度非常敏感，当偏离角度小于2°时，调制器表现出很好的温度稳定性；但如果偏离角度大过3°时，调制器将变得温度不稳定：3°的偏离角会在10K的温度变化范围引起输出光强超过5％的波动。此外，研究还发现，调制器的温度特性并不依赖于入射光方位角以及晶体外加电场的大小。 接着，本论文提出一种基于LiNbO3晶体电光．倍频联合效应的光学高电压传感器设计方案，并利用线性电光效应的耦合波理论进行分析。该传感器不需要四分之一波片和附加光路，减少了因添加额外光学器件带来的测量误差，电压测量范围约为17kV～40kV，理论测量精度可达0.2％，并可通过调节晶体下端面与电极间距的方法来改变电压测量范围。此外，还可微调晶体，使其满足不同环境温度下待测电压为零时的倍频位相匹配条件，以克服温度变化带来的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1本课题的研究意义

1.2线性电光效应的理论发展

1.3电光调制器的发展与现状

1.4光学电压传感器发展与现状

1.5本论文的主要工作

第2章线性电光效应的耦合波理论

2.1传统折射率椭球理论及其应用

2.2线性电光效应的耦合波理论及其应用

第3章近轴LiNbO3电光调制器温度稳定性研究

3.1数值模拟

3.2实验研究

3.3结论

第4章基于LiNbO3晶体电光-倍频联合效应的光学高电压传感器

4.1装置设计

4.2理论分析

4.3关于温度影响的讨论

4.4结论

第5章总结与展望

参考文献

附录 研究生期间发表论文情况

致谢