一種應(yīng)力補(bǔ)償溫度對晶體光折射率影響的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種應(yīng)力補(bǔ)償溫度對晶體光折射率影響的方法，在光學(xué)器件上加入溫度監(jiān)測系統(tǒng)，溫度監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)的監(jiān)控光學(xué)器件的工作溫度；然后將溫度監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)的監(jiān)控光學(xué)器件的工作溫度傳回到晶體的控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)通過讀出的工作溫度值，根據(jù)溫度對光折變指數(shù)的影響的圖形中溫度T與光折變指數(shù)Δn對應(yīng)的關(guān)系，求出器件在該工作溫度條件下的光折變系數(shù)的值；然后對應(yīng)于正常情況下晶體的應(yīng)力σ與光折變指數(shù)Δn的對應(yīng)圖像中的光折變指數(shù)Δn，求出該光折變指數(shù)Δn對應(yīng)的應(yīng)力σ值，通過控制系統(tǒng)，在器件上加上相應(yīng)的應(yīng)力σ值。通過本發(fā)明，能夠設(shè)計(jì)出更精確，更為實(shí)用的應(yīng)力光學(xué)器件，使得器件的使用范圍更廣，其性能更為可靠。
【專利說明】一種應(yīng)力補(bǔ)償溫度對晶體光折射率影響的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及晶體光折變，尤其涉及應(yīng)力補(bǔ)償調(diào)整溫度對晶體光折變影響的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 光折變效應(yīng)指光致晶體折射率發(fā)生變化的效應(yīng)，它是光感應(yīng)空間電荷場通過電光 效應(yīng)使介質(zhì)中光輻照區(qū)域內(nèi)折射率發(fā)生變化的現(xiàn)象。由于光折變材料具有顯著的電光特 性、非局域響應(yīng)及高增益等特點(diǎn)，因此，它已廣泛應(yīng)用于光學(xué)信息處理、存儲(chǔ)等方面。利用 光折變效應(yīng)已制成了多種用途的光折變非線性器件，光折變非線性光學(xué)已發(fā)展成為當(dāng)今非 線性光學(xué)中的一個(gè)重要分支。值得注意的是，溫度與光折變效應(yīng)密切相關(guān)，信息的輸入、 讀出等都受到溫度的影響。常用的壓電晶體，在應(yīng)力作用下，晶體會(huì)產(chǎn)生光折變效應(yīng)，而且， 應(yīng)力與光折變呈現(xiàn)出特定的關(guān)系，即對于不同的晶體在一定的應(yīng)力作用下，其對應(yīng)的光折 變都會(huì)呈現(xiàn)出一定的值。設(shè)計(jì)的光折變器件都是按照常溫下晶體溫度與光折變之間的關(guān)系 設(shè)計(jì)的，但是，器件不會(huì)常處于常溫下工作或者處于一個(gè)恒定的溫度上工作，溫度的變化對 應(yīng)力與光折變關(guān)系有著嚴(yán)重的影響，它們之間不再呈現(xiàn)原有的關(guān)系，這就說明目前設(shè)計(jì)使 用的光折變器件在精度上還有一定的不足。
[0003] 常用的壓電晶體，對于不同的晶體在一定的溫度條件下，其對應(yīng)的光折變都會(huì)呈 現(xiàn)出一定的值。但是，器件不會(huì)常處于常溫下工作或者處于一個(gè)恒定的溫度上工作，溫度的 變化對應(yīng)力與光折變關(guān)系有著嚴(yán)重的影響，它們之間不再呈現(xiàn)原有的關(guān)系。目前所使用的 晶體光學(xué)器件還沒有考慮器件使用時(shí)在其特定的工作環(huán)境的溫度對器件的性能的影響，因 此在設(shè)計(jì)器件時(shí)所考慮的晶體應(yīng)力與光折變的關(guān)系在實(shí)際應(yīng)用中就發(fā)生了變化，這給器件 在使用過程中的精確性提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明公開了一種通過應(yīng)力的補(bǔ)償來調(diào)節(jié)溫度對晶體光折變的影響的方法。晶體 在不同的溫度環(huán)境下工作時(shí)，其光折變是不一樣的，這對于設(shè)計(jì)光折變器件有很大的阻礙 作用，因此需要尋找方法來消除溫度的影響。本發(fā)明通過應(yīng)力補(bǔ)償來調(diào)節(jié)溫度的影響。在 晶體上加一定的應(yīng)力值，則晶體的光折變也對應(yīng)特定的值，即晶體的光折變與所加應(yīng)力呈 現(xiàn)一種特定的對應(yīng)關(guān)系，因此通過調(diào)節(jié)在晶體上所加應(yīng)力的大小來消除溫度對光折變的影 響，使晶體的應(yīng)力與光折變關(guān)系得到修正，從而能精確的使器件在使用環(huán)境中按設(shè)計(jì)的晶 體光折變與溫度之間的關(guān)系運(yùn)行，以使晶體器件的精度更高。
[0005] -種應(yīng)力補(bǔ)償溫度對晶體光折射率影響的方法，包括如下步驟：
[0006] 在光學(xué)器件上加入溫度監(jiān)測系統(tǒng)，溫度監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)的監(jiān)控光學(xué)器件的工作溫 度；
[0007] 然后將溫度監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)的監(jiān)控光學(xué)器件的工作溫度傳回到晶體的控制系統(tǒng)；
[0008] 控制系統(tǒng)通過讀出的工作溫度值，根據(jù)溫度對光折變指數(shù)的影響的圖形中溫度T 與光折變指數(shù)△ η對應(yīng)的關(guān)系，求出器件在該工作溫度條件下的光折變系數(shù)的值；然后對 應(yīng)于正常情況下晶體的應(yīng)力σ與光折變指數(shù)Λη的對應(yīng)圖像中的光折變指數(shù)Λη，求出該 光折變指數(shù)Λ η對應(yīng)的應(yīng)力〇值，通過控制系統(tǒng)，在器件上加上相應(yīng)的應(yīng)力〇值。
[0009] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述溫度采用熱力學(xué)溫標(biāo)。
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述溫度監(jiān)測系統(tǒng)為一組熱電偶。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，晶體的控制系統(tǒng)為應(yīng)力控制系統(tǒng)。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是：
[0013] 通過本發(fā)明，能夠設(shè)計(jì)出更精確，更為實(shí)用的應(yīng)力光學(xué)器件，使得器件的使用范圍 更廣，其性能更為可靠。
[0014] 1、本發(fā)明充分考慮了晶體光學(xué)器件的使用環(huán)境溫度對器件的影響，這對器件更為 精確的設(shè)計(jì)提供了可行性；
[0015] 2、本發(fā)明通過應(yīng)力補(bǔ)償?shù)姆绞接行У慕鉀Q了溫度對晶體光折變的影響，使得溫度 與光折變的關(guān)系能夠按照設(shè)計(jì)的關(guān)系運(yùn)行；
[0016] 3、本發(fā)明方法簡單實(shí)用，對器件本身的設(shè)計(jì)形狀大小以及器件的運(yùn)行都沒有影 響，只是通過程序進(jìn)行控制，操作方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明鈮酸鋰晶體的應(yīng)力σ與光折變指數(shù)λ η的對應(yīng)關(guān)系；
[0018] 圖2是本發(fā)明鈮酸鋰晶體溫度對光折變指數(shù)的影響；
[0019] 圖3是本發(fā)明鎢酸鎘晶體的應(yīng)力σ與光折變指數(shù)Λ η的對應(yīng)關(guān)系；
[0020] 圖4是本發(fā)明鎢酸鎘晶體溫度對光折變指數(shù)的影響。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0022] 本發(fā)明是基于目前光學(xué)晶體應(yīng)用其溫度與光折變的關(guān)系所設(shè)計(jì)制造的光學(xué)器件 中存在的不足所設(shè)計(jì)的一種補(bǔ)償方法。在正常情況下，晶體的應(yīng)力σ與光折變指數(shù)Λη的 對應(yīng)關(guān)系如圖1所示（圖中采用鈮酸鋰晶體為例），他們存在一一對應(yīng)的關(guān)系，但是這是不 考慮溫度的影響。溫度對光折變指數(shù)的影響如圖2所示，因此，當(dāng)器件在溫度不同的條件下 工作時(shí)，其應(yīng)力與光折變的關(guān)系必然發(fā)生變化，這對于器件在工作中的應(yīng)用精確性有很大 影響，因此，在器件的使用過程中對其加一個(gè)應(yīng)力補(bǔ)償來消除溫度對器件的影響，使器件能 在設(shè)計(jì)的對應(yīng)關(guān)系下工作。
[0023] 本發(fā)明具體的操作方法是在光學(xué)器件上加一組熱電偶，能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)控器件的工 作溫度，然后將這個(gè)溫度傳回到晶體所加應(yīng)力的控制系統(tǒng)，通過讀出的溫度值，然后根據(jù)圖 2的關(guān)系，了解器件在實(shí)時(shí)工作條件下的光折變系數(shù)與設(shè)計(jì)時(shí)的光折變系數(shù)的差值，然后對 應(yīng)于圖1中的應(yīng)力值，最后，通過控制系統(tǒng)，在器件上加上相應(yīng)的應(yīng)力值。
[0024] 本申請中所說明的晶體光折變與溫度和應(yīng)力的關(guān)系都是以鈮酸鋰晶體為例，對于 其他的不同的晶體，只要能夠精確的測量出該晶體三者之間的關(guān)系就能很好的運(yùn)用本申請 所描述的方法來消除晶體工作環(huán)境中溫度變化對晶體光折變的影響。
[0025] 在以下實(shí)施實(shí)例中，均設(shè)定為晶體在常溫條件下工作時(shí)溫度與光折變之間的關(guān)系 為標(biāo)準(zhǔn)，通過補(bǔ)償方法調(diào)節(jié)在其他溫度條件下的二者之間的關(guān)系。以下實(shí)施例子請結(jié)合圖 1和圖2。圖1和圖2均以銀酸裡晶體為例。
[0026] 實(shí)施例1
[0027] 采用較為常用的鈮酸鋰晶體制備成運(yùn)用其應(yīng)力與光折變性能的光學(xué)器件，首先測 試該器件常溫下工作情況設(shè)定該器件應(yīng)力與光折變的對應(yīng)關(guān)系，然后通過計(jì)算出的補(bǔ)償關(guān) 系，測定其在300K情況下工作，由于器件在設(shè)計(jì)溫度條件下工作，因此補(bǔ)償應(yīng)力值為0。
[0028] 實(shí)施例2
[0029] 我們采用較為常用的鈮酸鋰晶體制備成運(yùn)用其應(yīng)力與光折變性能的光學(xué)器件，首 先我們測試該器件常溫下工作情況設(shè)定該器件應(yīng)力與光折變的對應(yīng)關(guān)系，然后通過我們計(jì) 算出的補(bǔ)償關(guān)系，測定其在400K情況下工作，從圖2我們知道光折變指數(shù)為7. 8,對應(yīng)于圖 1，補(bǔ)償應(yīng)力應(yīng)該為0. 43MPa，最終確定當(dāng)我們用該補(bǔ)償方法，其光折變指數(shù)為我們設(shè)計(jì)的 值。
[0030] 實(shí)施例3
[0031] 我們采用較為常用的鈮酸鋰晶體制備成運(yùn)用其應(yīng)力與光折變性能的光學(xué)器件，首 先我們測試該器件常溫下工作情況設(shè)定該器件應(yīng)力與光折變的對應(yīng)關(guān)系，然后通過我們計(jì) 算出的補(bǔ)償關(guān)系，測定其在500K情況下工作，從圖2我們知道光折變指數(shù)為8. 3,對應(yīng)于圖 1，補(bǔ)償應(yīng)力應(yīng)該為〇· 49MPa。
[0032] 實(shí)施例4
[0033] 我們采用較為常用的鈮酸鋰晶體制備成運(yùn)用其應(yīng)力與光折變性能的光學(xué)器件，首 先我們測試該器件常溫下工作情況設(shè)定該器件應(yīng)力與光折變的對應(yīng)關(guān)系，然后通過我們計(jì) 算出的補(bǔ)償關(guān)系，測定其在600K情況下工作，從圖2我們知道光折變指數(shù)為8. 9,對應(yīng)于圖 1，補(bǔ)償應(yīng)力應(yīng)該為〇· 79MPa。
[0034] 實(shí)施例5
[0035] 我們采用鎢酸鎘晶體制備成運(yùn)用其應(yīng)力與光折變性能的光學(xué)器件，首先我們測試 該器件常溫下工作情況設(shè)定該器件應(yīng)力與光折變的對應(yīng)關(guān)系，然后通過我們計(jì)算出的補(bǔ)償 關(guān)系，測定其在500K情況下工作，從圖4我們知道光折變指數(shù)為5. 3,對應(yīng)于圖3,補(bǔ)償應(yīng)力 應(yīng)該為0. 22MPa。
[0036] 實(shí)施例6
[0037] 我們采用鎢酸鎘晶體制備成運(yùn)用其應(yīng)力與光折變性能的光學(xué)器件，首先我們測試 該器件常溫下工作情況設(shè)定該器件應(yīng)力與光折變的對應(yīng)關(guān)系，然后通過我們計(jì)算出的補(bǔ)償 關(guān)系，測定其在600K情況下工作，從圖4我們知道光折變指數(shù)為6. 0,對應(yīng)于圖3,補(bǔ)償應(yīng)力 應(yīng)該為0. 39MPa。
[0038] 本發(fā)明有效的解決了光學(xué)器件使用環(huán)境溫度對光學(xué)器件應(yīng)力與光折變關(guān)系的影 響，能夠更為精確的控制二者的關(guān)系，使他們一直按照我們設(shè)計(jì)的對應(yīng)關(guān)系運(yùn)行，這對光學(xué) 器件的使用提供了更為廣闊的空間。
[0039] 本發(fā)明主要通過程序設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)應(yīng)力較為精確的補(bǔ)償，這對器件的形狀等的設(shè)計(jì) 沒有影響，對器件的運(yùn)行環(huán)境也沒用影響，因此該方法簡單、方便，沒有什么附加不利的影 響。
[0040] 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種應(yīng)力補(bǔ)償溫度對晶體光折射率影響的方法，其特征在于： 在光學(xué)器件上加入溫度監(jiān)測系統(tǒng)，溫度監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)的監(jiān)控光學(xué)器件的工作溫度； 然后將溫度監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)的監(jiān)控光學(xué)器件的工作溫度傳回到晶體的控制系統(tǒng)； 控制系統(tǒng)通過讀出的工作溫度值，根據(jù)溫度對光折變指數(shù)的影響的圖形中溫度T與光 折變指數(shù)△ η對應(yīng)的關(guān)系，求出器件在該工作溫度條件下的光折變系數(shù)的值；然后對應(yīng)于 正常情況下晶體的應(yīng)力σ與光折變指數(shù)Λη的對應(yīng)圖像中的光折變指數(shù)Λη，求出該光折 變指數(shù)Λ η對應(yīng)的應(yīng)力〇值，通過控制系統(tǒng)，在器件上加上相應(yīng)的應(yīng)力〇值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)力補(bǔ)償溫度對晶體光折射率影響的方法，其特征在 于：所述溫度采用熱力學(xué)溫標(biāo)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)力補(bǔ)償溫度對晶體光折射率影響的方法，其特征在 于：所述溫度監(jiān)測系統(tǒng)為一組熱電偶。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)力補(bǔ)償溫度對晶體光折射率影響的方法，其特征在 于：晶體的控制系統(tǒng)為應(yīng)力控制系統(tǒng)。
【文檔編號】G02F1/35GK104090446SQ201410301617
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】劉向力, 羅政純, 吳凌 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院