可调位相差的光学位相阵列器的研究

摘要

作为一种优异的光波分束器件,光学阵列器在光通讯、光计算等领域得到广泛应用。随着集成光学的发展,阵列器件向小型化、稳定化以及适于平面工艺批量生产等趋势发展。基于Talbot效应的光栅阵列器,光波分束效果好,平面制作工艺简单,且易于实现器件的小型化,使其成为目前主要研究的阵列器件之一。
　　 铌酸锂是一种优良的非线性光学铁电材料,且单畴化的铌酸锂晶体具有良好的电光效应和压电效应,在外加电场作用时,不同铁电畴方向所在区域的折射率和晶体厚度变化正负相反。基于铌酸锂晶体的Talbot效应的光学位相阵列器,可以在外加电场作用下,实现对阵列器位相差的调节,优化阵列器的分束效果。本文对同成分铌酸锂晶体和掺镁铌酸锂晶体的Talbot效应可调位相差位相型阵列器开展了理论和实验两方面的研究。主要内容有:
　　 1.阐述了光学阵列器的基本理论,包括其应用、类型及Talbot效应光学阵列器研究进展；介绍了同成分铌酸锂晶体和掺镁铌酸锂晶体的结构及特性。
　　 2.在菲涅尔衍射理论的基础上,理论分析了Talbot现象,并推导计算了Talbot距离:分别对二维基于Talbot效应的振幅型阵列器、固定位相差位相型阵列器和外加电场调节位相差的六角位相阵列器建立理论模型,并数值模拟其通光效果；计算和分析了二维基于Talbot效应六角阵列器的分数Talbot效应。
　　 3.理论分析了铁电体中的畴反转机理特别是新畴成核机理用以指导外加电场极化制备铌酸锂周期结构的工艺；完成掩模板设计、光刻镀膜、外加电场极化制备周期结构和ITO镀膜等工艺之后,.成功获得同成分铌酸锂晶体和掺镁铌酸锂晶体的基于Talbot效应可调位相差位相型阵列器件。
　　 4.设计并搭建了位相差阵列器测试光路,以波长为532nm的半导体绿光激光器为光源,对同成分铌酸锂晶体和掺镁铌酸锂晶体的基于Talbot效应可调位相差位相型阵列器分别进行通光测试,在0～1500V直流外加电场作用下,获得较为理想的光波分束效果及较明显的电场对位相差调节效果。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

第一节 阵列器

1.1.1 阵列器简介

1.1.2 Talbot效应光学阵列器发展简介

第二节 掺镁铌酸锂晶体简介

1.2.1 铌酸锂晶体的结构与性质

1.2.2 掺镁铌酸锂品体的结构与性质

1.2.3 铌酸锂晶体的压电特性和电光效应

第三节 本文研究概况

第二章 Talbot效应光学阵列器的理论研究

第一节 菲涅尔衍射及Talbot距离的计算

2.1.1 菲涅尔衍射理论

2.1.2 Talbot距离的计算

第二节 振幅型阵列器和固定位相差位相型阵列器

2.2.1 二维四边形振幅Talbot阵列器

2.2.2 二维六角形振幅Talbot阵列器

第三节 外加电场调节位相差的二维六角位相阵列器

2.3.1 外加电场调节位相差的二维六角位相阵列器

2.3.2 二维六角阵列器的分数Talbot效应

第三章 基于铌酸锂晶体可调位相差型位相阵列器的制备

第一节 掩模板的设计和光刻镀膜

3.1.1 掩模板的设计

3.1.2 利用掩模板光刻镀膜

第二节 外加电场极化

3.2.1 铁电畴在外加电场作用下的运动过程简介

3.2.2 铁电体中新畴成核模型的研究改进

3.2.3 外加电场极化法制作铌酸锂阵列器

3.2.4 晶体铁电畴的观察方法

第三节 ITO镀膜

3.3.1 ITO镀膜工艺

3.3.2 ITO/LiNbO3薄膜测试

第四章 铌酸锂晶体可调位相差阵列器的测试

第一节 实验方案的选择

第二节 外加电场作用下阵列器通光实验结果及分析

4.2.1 外加电场作用下阵列器通光实验结果

4.2.2 外加电场作用下阵列器通光实验结果分析

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历