一種測(cè)量電光晶體電光系數(shù)的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)量電光晶體電光系數(shù)的方法和裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 電光晶體由于其線性電光效應(yīng)，在激光技術(shù)領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用在電 光調(diào)制、電光Q開(kāi)關(guān)等方面，電光晶體電光系數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)這些器件的設(shè)計(jì)和使用有著 重要的指導(dǎo)意義。
[0003] 現(xiàn)在，測(cè)量電光晶體電光系數(shù)的方法和裝置主要有以下幾種：
[0004] 1.極值測(cè)量法。使輸出穩(wěn)定的激光入射到置于正交偏振鏡間的晶體上，激光傳播 方向和晶體某一主軸平行，在晶體上施加可調(diào)的直流電壓，然后用功率計(jì)或硅光電池和檢 流計(jì)測(cè)量輸出光強(qiáng)隨電壓值的變化情況，在直流電壓從小到大的過(guò)程中，輸出光強(qiáng)將會(huì)出 現(xiàn)極小值和極大值，相鄰極小值和極大值對(duì)應(yīng)的直流電壓之差即是半波電壓，再由理論計(jì) 算可得出相應(yīng)電光系數(shù)。
[0005] 2.倍頻調(diào)制法。裝置和極值測(cè)量法相似，在晶體上同時(shí)加直流電壓和交流信號(hào)，逐 漸增大直流電壓，當(dāng)直流電壓調(diào)節(jié)到使輸出光強(qiáng)出現(xiàn)極小值或極大值的電壓值時(shí)，輸出的 交流信號(hào)將出現(xiàn)倍頻失真，用示波器觀察調(diào)制波形和信號(hào)波形，出現(xiàn)相鄰倍頻失真所對(duì)應(yīng) 的直流電壓之差就是半波電壓，再由理論計(jì)算可得出相應(yīng)電光系數(shù)。
[0006] 3.光通信模擬法。原理和倍頻調(diào)制法相似，只是將交流信號(hào)換成聲音信號(hào)，直流電 壓逐漸增大的過(guò)程中，聲音會(huì)出現(xiàn)兩次音量最小且失真的現(xiàn)象，兩次電壓所對(duì)應(yīng)的差值就 是半波電壓，再由理論計(jì)算可得出相應(yīng)電光系數(shù)。
[0007] 4.其他方法。包括比較法，干涉補(bǔ)償法等，有過(guò)報(bào)道，但未被普遍使用。
[0008] 以上方法存在的不足是：
[0009] 1.極值測(cè)量法需要以很小的電壓間隔進(jìn)行測(cè)量來(lái)描繪電壓-光強(qiáng)曲線，受激光源 光強(qiáng)穩(wěn)定性、環(huán)境以及測(cè)量條件的影響，誤差較大，很難準(zhǔn)確確定極值的位置。
[0010] 2.倍頻測(cè)量法較精確，但對(duì)調(diào)節(jié)的要求較高，很難調(diào)到最佳狀態(tài)，且需要的儀器設(shè) 備較多。
[0011] 3.光通信模擬法只能用來(lái)大致測(cè)量半波電壓，因人體感官的差異，測(cè)量誤差較大。
[0012] 4.比較法和干涉補(bǔ)償法等所用元件、儀器設(shè)備較多，調(diào)節(jié)復(fù)雜，難于實(shí)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明目的是獲得一種測(cè)量電光晶體電光系數(shù)時(shí)對(duì)光源光強(qiáng)和環(huán)境穩(wěn)定性要求 較低、比較簡(jiǎn)易、調(diào)節(jié)方便且相對(duì)準(zhǔn)確的方法和裝置。
[0014] 本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)施經(jīng)過(guò)如下步驟：
[0015] 1.理論分析：根據(jù)待測(cè)的電光系數(shù)，確定在待測(cè)電光晶體上加直流電壓的方向， 然后結(jié)合電光效應(yīng)和折射率橢球理論，分別推算出加電壓和不加電壓兩種情況下，以任意 角（9，巾）入射的激光通過(guò)晶體時(shí)由于雙折射產(chǎn)生的相位差公式，其中（9，巾）為激光傳 播方向與待測(cè)電光晶體各電感應(yīng)主軸的夾角；結(jié)合兩者，同時(shí)考慮激光通過(guò)置于正交偏振 鏡間的晶體后的輸出光強(qiáng)公式：4=從-22~'^|1選擇合適的激光入射角（0〇,巾〇)， 即保證加電壓前后出射光點(diǎn)都能落在干涉圖樣中非消光線的暗區(qū)上，又能使計(jì)算較為簡(jiǎn) 便；
[0016] 2.搭建光路：將可見(jiàn)波段的激光器、起偏鏡、毛玻璃、待測(cè)電光晶體，檢偏鏡依次 同軸放置，調(diào)節(jié)使起偏鏡和檢偏鏡的偏振方向垂直，然后用白屏接收出射光點(diǎn)和散射光形 成的干涉圖樣，調(diào)節(jié)各元件間的相對(duì)距離，使白屏上的干涉圖樣完整、清晰；待測(cè)電光晶體 上施加一個(gè)可調(diào)節(jié)的直流電壓；
[0017] 3.微調(diào)晶體：將待測(cè)電光晶體上旋加的直流電壓調(diào)節(jié)為0V，首先從理論分析以 (9 〇,巾〇)入射的激光，出射光點(diǎn)在未加電壓時(shí)的干涉圖樣中應(yīng)處的暗區(qū)位置，然后微調(diào)晶 體，此過(guò)程中出射光點(diǎn)不動(dòng)，干涉圖樣移動(dòng)，使出射光點(diǎn)落在此位置上；
[0018] 4.測(cè)量電壓：在晶體上加上直流電壓，逐漸增大直流電壓，出射光點(diǎn)位置不變，而 干涉圖樣將發(fā)生變化，當(dāng)出射光點(diǎn)落在干涉圖樣的下一個(gè)緊鄰暗區(qū)時(shí)，記下此時(shí)的直流電 壓數(shù)值U;
[0019]5.計(jì)算電光系數(shù)：將U和（0d，(^)代入加電壓前后的相位差公式，令兩相位差的 差值為2 31，計(jì)算可得相應(yīng)電光系數(shù)。
[0020] 本發(fā)明提供的測(cè)量電光晶體電光系數(shù)的方法與裝置，與其它報(bào)道的方法和裝置相 比，其區(qū)別和優(yōu)點(diǎn)是：
[0021] (1)本發(fā)明所用的儀器設(shè)備簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)容易，成本較低。
[0022] (2)本發(fā)明對(duì)可見(jiàn)激光光源的光強(qiáng)穩(wěn)定性、環(huán)境穩(wěn)定性的要求降低。
[0023] (3)本發(fā)明的測(cè)量過(guò)程形象、直觀，在逐漸增大直流電壓的過(guò)程中，能夠直接觀察 到出射光點(diǎn)相對(duì)干涉圖樣位置的連續(xù)變化，進(jìn)而可判斷出在逐漸增大直流電壓過(guò)程中，激 光束通過(guò)晶體時(shí)由于雙折射產(chǎn)生的相位差的連續(xù)變化，更容易判斷出最佳電壓值。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 附圖為測(cè)量電光晶體電光系數(shù)的裝置示意圖。
[0025] 其中，1 :可見(jiàn)波段激光器，2 :起偏鏡，3 :毛玻璃，4 :待測(cè)電光晶體，5 :檢偏鏡，6 : 白屏，7:可調(diào)直流電源。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 實(shí)施例1 :
[0027] 1?理論分析：待測(cè)的電光晶體是尺寸為XXYXZ = 9謹(jǐn)X9謹(jǐn)X18. 5謹(jǐn)(X、Y、Z表 示晶體學(xué)方向，下同）、摻鎂6. 5mol%的鈮酸鋰晶體，由待測(cè)的電光系數(shù)y22確定加電壓的 方向?yàn)榫w的x軸方向，根據(jù)電光效應(yīng)和折射率橢球理論，可求得電感應(yīng)主軸x'、y'相對(duì) 原軸x、y旋轉(zhuǎn)45°，z'和z軸相同。
[0028]在加直流電壓的情況下，以任意角（0，巾）（0為激光傳播方向與z'軸的夾角， 小為激光傳播方向在？ 〇y'平面的投影與？軸的夾角）入射的激光通過(guò)晶體時(shí)由于雙 折射產(chǎn)生的相位差為：
[0031] 未加電壓時(shí)的相位差為：
[0033] 由⑴式，可得，當(dāng)巾=0或f時(shí)，可使計(jì)算簡(jiǎn)化：
[0035]由⑵式，可得，當(dāng)9 = 1. 139°時(shí)，由于雙折射而產(chǎn)生的相位差為2 JT，出射光點(diǎn) 將落在干涉圖樣的第一個(gè)暗環(huán)上。
[0036] 并且，當(dāng)巾=0時(shí)，在加電壓前后，公式4 =從sin:2?sin:i「中的a值均為45°， 因此出射光點(diǎn)不會(huì)落在干涉圖樣的消光線上。
[0037] 綜上，選擇激光入射角為（1. 139°，0)。
[0038] 2.搭建光路：將波長(zhǎng)為632. 8nm的氦氖激光器、起偏鏡、毛玻璃、摻鎂6. 5mol %的 鈮酸鋰晶體（XXYXZ = 9mmX9mmX 18. 5mm)、檢偏鏡依次同軸放置，調(diào)節(jié)使起偏鏡和檢偏 鏡的偏振方向垂直，分別在水平和豎直方向上，用白屏接收出射光點(diǎn)和散射光形成的干涉 圖樣；調(diào)節(jié)晶體，使晶體的x軸和水平方向平行；調(diào)節(jié)各元件間的相對(duì)距離，使白屏上的干 涉圖樣完整、清晰。
[0039] 3.微調(diào)晶體：由理論分析可知，入射激光的傳播方向在xoy面的投影應(yīng)和x軸夾 角為45度，由于x軸和起偏鏡的偏振方向都在水平方向上，所以出射光點(diǎn)應(yīng)落在干涉圖樣 中黑十字線的對(duì)角線與第一暗環(huán)相交的暗區(qū)處；微調(diào)晶體，此過(guò)程中出射光點(diǎn)不動(dòng)，干涉圖 樣移動(dòng)，使光點(diǎn)落在此位置上。
[0040] 4.測(cè)量電壓：在晶體上加上直流電壓，逐漸增大直流電壓，出射光點(diǎn)位置不變，而 干涉圖樣將發(fā)生變化，當(dāng)出射光點(diǎn)落在干涉圖樣的下一個(gè)緊鄰暗區(qū)時(shí)，記下此時(shí)的直流電 壓數(shù)值U。
[0041]5.計(jì)算電光系數(shù)：由⑵和⑶式，可得出在加電壓前后，以任意角（0，巾）入射 的激光通過(guò)晶體時(shí)由于雙折射產(chǎn)生的相位差的差值為：
[0043] 令A(yù) S = 2JT，帶入U(xiǎn)和其他已知數(shù)據(jù)，可算得電光系數(shù)丫22。
[0044] 測(cè)得的直流電壓數(shù)值U為3720V，由計(jì)算得摻鎂6. 5mol%的鈮酸鋰晶體（XXYXZ =9mmX9mmX18. 5mm)的電光系數(shù)丫22為6. 96pm/V，與文獻(xiàn)普遍報(bào)道的6. 8pm/V很接近。
[0045] 實(shí)施例2 :
[0046] 1?理論分析：待測(cè)的電光晶體是尺寸為XXYXZ = 9mmX9mmX18.8mm、名義純鈮 酸鋰晶體，由待測(cè)的電光系數(shù)Y22確定加電壓的方向?yàn)榫w的x軸方向，根據(jù)電光效應(yīng)和折 射率橢球理論，可求得電感應(yīng)主軸X'、y'相對(duì)原軸x、y旋轉(zhuǎn)45°，z'和z軸相同。
[0047] 在加直流電壓的情況下，以任意角（0，巾）（0為激光傳播方向與z'軸的夾角， 小為激光傳播方向在？ 〇y'平面的投影與？軸的夾角）入射的激光通過(guò)晶體時(shí)由于雙 折射產(chǎn)生的相位差為：
[0050] 未加電壓時(shí)的相位差為：
[0052]由⑴式，可得，當(dāng)巾=〇或j時(shí)，可使計(jì)算簡(jiǎn)化：
[0054] 由（2)式，可得當(dāng)0 = 1. 131°時(shí)，由于雙折射產(chǎn)生的相位差為2JT，出射光點(diǎn)將 落在干涉圖樣的第一個(gè)暗環(huán)上。
[0055]并且，當(dāng)巾=0時(shí)，在加電壓前后，公式4=/入sm:2?Si n:^r中的a值均為45°， A 因此出射光點(diǎn)不會(huì)落在干涉圖樣的消光線上。
[0056] 綜上，選擇激光入射角為（1. 131°，0)。
[0057] 2.搭建光路：將波長(zhǎng)為632. 8nm的氦氖激光器、起偏鏡、毛玻璃、名義純鈮酸鋰晶 體（XXYXZ = 9mmX9mmX18. 8mm)、檢偏鏡依次同軸放置，調(diào)節(jié)使起偏鏡和檢偏鏡的偏振 方向垂直，分別在水平和豎直方向上，用白屏接收出射光點(diǎn)和散射光形成的干涉圖樣；調(diào)節(jié) 晶體，使晶體的x軸和水平方向平行；調(diào)節(jié)各元件間的相對(duì)距離，使白屏上的干涉圖樣完 整、清晰。
[0058] 3.微調(diào)晶體：由理論分析可知，入射激光的傳播方向在xoy面的投影應(yīng)和x軸夾 角為45度，由于x軸和起偏鏡的偏振方向都在水平方向上，所以出射光點(diǎn)應(yīng)落在干涉圖樣 中黑十字線