電控連續(xù)漸變折射率電光晶體偏轉(zhuǎn)器的制造方法
【專利摘要】電控連續(xù)漸變折射率電光晶體偏轉(zhuǎn)器，屬于電光偏轉(zhuǎn)器【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有聲光衍射式偏轉(zhuǎn)器對于光束的入射角度有要求，且對同一角度入射的不同波長的光波不能同時(shí)形成衍射偏轉(zhuǎn)的問題。它將電光偏轉(zhuǎn)晶體放置到待偏轉(zhuǎn)光路中，使入射光束垂直入射于電光偏轉(zhuǎn)晶體表面，所述入射光束的入射方向與電光偏轉(zhuǎn)晶體的生長方向相垂直；沿垂直于電光偏轉(zhuǎn)晶體生長方向施加外加電壓，使電光偏轉(zhuǎn)晶體沿生長方向形成漸變折射率梯度分布，進(jìn)而使電光偏轉(zhuǎn)晶體內(nèi)部光波等相位面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并在其輸出端實(shí)現(xiàn)光束方向的偏轉(zhuǎn)；所述外加電壓的電場方向與光束的入射方向相垂直。本發(fā)明作為一種電光晶體偏轉(zhuǎn)器。
【專利說明】電控連續(xù)漸變折射率電光晶體偏轉(zhuǎn)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電控連續(xù)漸變折射率電光晶體偏轉(zhuǎn)器，屬于電光偏轉(zhuǎn)器【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在光信息通信，光學(xué)圖像處理，信號處理等諸多領(lǐng)域內(nèi)，偏轉(zhuǎn)器是基本的光學(xué)功能元件之一，其應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)器利用機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)與反射系統(tǒng)進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)光束的偏轉(zhuǎn)，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大等缺點(diǎn)，無法滿足系統(tǒng)小型化，集成化的要求，同時(shí)其偏轉(zhuǎn)速率慢，物理慣性大，無法實(shí)現(xiàn)對光束的高速連續(xù)反向偏轉(zhuǎn)。聲光衍射式偏轉(zhuǎn)器利用聲波在材料中形成的駐波對材料的折射率形成周期調(diào)制，利用衍射達(dá)到偏轉(zhuǎn)，雖然可以實(shí)現(xiàn)對偏轉(zhuǎn)角度的高精度控制，由于原理上的限制，其存在以下兩個(gè)缺點(diǎn):第一、其形成駐波條件對媒介材料尺寸有一定的匹配要求；第二、材料對駐波變化形成新的折射率分布的響應(yīng)時(shí)間相對較慢，第三、對于光束的入射角度有一定要求，且對同一角度入射的不同波長的光波不能同時(shí)形成衍射偏轉(zhuǎn)。隨著光通訊網(wǎng)絡(luò)和光信息處理系統(tǒng)的發(fā)展，響應(yīng)速度快，達(dá)到納秒量級，同角度多波長同時(shí)可調(diào)的偏轉(zhuǎn)器成為必然需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有聲光衍射式偏轉(zhuǎn)器對于光束的入射角度有要求，且對同一角度入射的不同波長的光波不能同時(shí)形成衍射偏轉(zhuǎn)的問題，提供了一種電控連續(xù)漸變折射率電光晶體偏轉(zhuǎn)器。
[0004]本發(fā)明所述電控連續(xù)漸變折射率電光晶體偏轉(zhuǎn)器，它包括電光偏轉(zhuǎn)晶體和外加電壓，
[0005]電光偏轉(zhuǎn)晶體為順電相電光晶體，沿順電相電光晶體的生長方向切割獲得，該順電相電光晶體為采用頂部籽晶助溶劑法生長出的組分沿生長方向連續(xù)變化的晶體；
[0006]將電光偏轉(zhuǎn)晶體放置到待偏轉(zhuǎn)光路中，使入射光束垂直入射于電光偏轉(zhuǎn)晶體表面，所述入射光束的入射方向與電光偏轉(zhuǎn)晶體的生長方向相垂直；沿垂直于電光偏轉(zhuǎn)晶體生長方向施加外加電壓，使電光偏轉(zhuǎn)晶體沿生長方向形成漸變折射率梯度分布，進(jìn)而使電光偏轉(zhuǎn)晶體內(nèi)部光波等相位面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并在其輸出端實(shí)現(xiàn)光束方向的偏轉(zhuǎn)；所述外加電壓的電場方向與光束的入射方向相垂直。
[0007]所述電光偏轉(zhuǎn)晶體為電光系數(shù)梯度分布的鉭鈮酸鉀KTahNbxO3電光晶體，其電光系數(shù)梯度分布區(qū)間為0.96X 10^15mV~2.70X10^15mV,沿生長方向組分鈮Nb的變化區(qū)間X 為 0.359 ~0.371。
[0008]所述電光偏轉(zhuǎn)晶體為采用K2C03、Ta2O5和Nb2O5按照摩爾比例1.04:0.32:0.68配制總質(zhì)量為10g的原料進(jìn)行生長獲得，該電光偏轉(zhuǎn)晶體在放肩生長階段的垂直提拉方向尺寸為11.SOmmXll.80mm，在等徑生長階段的降溫速度為0.4°C /h，其組分鈮Nb的梯度分布為 0.0031/mm。
[0009]所述入射光束為單一波長或多波長的激光束。
[0010]外加電壓的兩個(gè)連接端連接在電光偏轉(zhuǎn)晶體的兩個(gè)相對的表面上，該兩個(gè)相對的表面上鍍銀電極。
[0011]電光偏轉(zhuǎn)晶體輸出端輸出光束的偏轉(zhuǎn)角度Θ為:

【權(quán)利要求】
1.一種電控連續(xù)漸變折射率電光晶體偏轉(zhuǎn)器,其特征在于,它包括電光偏轉(zhuǎn)晶體(1)和外加電壓(2)， 電光偏轉(zhuǎn)晶體(1)為順電相電光晶體，沿順電相電光晶體的生長方向切割獲得，該順電相電光晶體為采用頂部籽晶助溶劑法生長出的組分沿生長方向連續(xù)變化的晶體； 將電光偏轉(zhuǎn)晶體(1)放置到待偏轉(zhuǎn)光路中，使入射光束垂直入射于電光偏轉(zhuǎn)晶體(1)表面，所述入射光束的入射方向與電光偏轉(zhuǎn)晶體(1)的生長方向相垂直；沿垂直于電光偏轉(zhuǎn)晶體(1)生長方向施加外加電壓(2)，使電光偏轉(zhuǎn)晶體(1)沿生長方向形成漸變折射率梯度分布，進(jìn)而使電光偏轉(zhuǎn)晶體(1)內(nèi)部光波等相位面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并在其輸出端實(shí)現(xiàn)光束方向的偏轉(zhuǎn)；所述外加電壓(2)的電場方向與光束的入射方向相垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電控連續(xù)漸變折射率電光晶體偏轉(zhuǎn)器，其特征在于，所述電光偏轉(zhuǎn)晶體⑴為電光系數(shù)梯度分布的鉭銀酸鉀KTapxNbxO3電光晶體,其電光系數(shù)梯度分布區(qū)間為0.96X 1-15Hi2V-2~2.70X 1-15Hi2V-2，沿生長方向組分鈮Nb的變化區(qū)間x為0.359 ~0.371。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電控連續(xù)漸變折射率電光晶體偏轉(zhuǎn)器，其特征在于，所述電光偏轉(zhuǎn)晶體(1)為采用K2CO3' Ta2O5和Nb2O5按照摩爾比例1.04:0.32:0.68配制總質(zhì)量為10g的原料進(jìn)行生長獲得，該電光偏轉(zhuǎn)晶體(1)在放肩生長階段的垂直提拉方向尺寸為11.SOmmXll.80mm，在等徑生長階段的降溫速度為0.4°C /h，其組分鈮Nb的梯度分布為0.0031/mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電控連續(xù)漸變折射率電光晶體偏轉(zhuǎn)器，其特征在于，所述入射光束為單一波長或多波長的激光束。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電控連續(xù)漸變折射率電光晶體偏轉(zhuǎn)器，其特征在于，外加電壓(2)的兩個(gè)連接端連接在電光偏轉(zhuǎn)晶體(1)的兩個(gè)相對的表面上，該兩個(gè)相對的表面上鍍銀電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電控連續(xù)漸變折射率電光晶體偏轉(zhuǎn)器，其特征在于，電光偏轉(zhuǎn)晶體(1)輸出端輸出光束的偏轉(zhuǎn)角度Θ為:
式中I為電光偏轉(zhuǎn)晶體沿通光方向的長度，
為外加電場下電光偏轉(zhuǎn)晶體沿生長方向的折射率梯度； 入射光束在電光偏轉(zhuǎn)晶體(1)內(nèi)部的偏轉(zhuǎn)軌跡y為:
式中Iitl為電光偏轉(zhuǎn)晶體的初始折射率，y為沿晶體生長方向的坐標(biāo)值，X為沿晶體通光方向的坐標(biāo)值； 若入射光束為單一波長激光束，則外加電場作用下電光偏轉(zhuǎn)晶體折射率變化量Λ η為:
式中Slly為電光偏轉(zhuǎn)晶體在y方向的二次電光系數(shù)，E為外加電壓(2)下的外加電場強(qiáng)度； 其折射率梯設(shè)
為:
式中
為電光偏轉(zhuǎn)晶體的電光系數(shù)梯度； 若入射光束為多波長的激光束，則折射率的變化量Λ η為:
式中S11 (y, λ )為不同波長的激光束對應(yīng)的電光偏轉(zhuǎn)晶體二次電光系數(shù)，λ為入射光束的波長。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電控連續(xù)漸變折射率電光晶體偏轉(zhuǎn)器，其特征在于，所述電光偏轉(zhuǎn)晶體(1)為4.1OmmX3.96mmXl.43mm的長方體晶體，其初始折射率為.2.24，其相應(yīng)的二次電光系數(shù)的變化范圍為0.96X 1-15Ih2V-2~2.70X 10-15 m2V-2
【文檔編號】G02F1/29GK104076573SQ201410338950
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】 田 浩, 周忠祥, 姚博, 譚鵬 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)