本發(fā)明涉及調制技術，特別是一種電光調制裝置。

背景技術：

壓縮態(tài)光場是引力波探測、光學精密測量、量子信息等方面研究的重要量子資源。在壓縮態(tài)光場的實驗制備系統(tǒng)中，伺服控制系統(tǒng)的性能是獲得高性能壓縮態(tài)光場的關鍵技術。然而在基于電光相位調制的反饋控制系統(tǒng)中，電光相位調制過程不可避免的會引入剩余振幅調制，使得邊帶頻率鎖定pdh的誤差信號的零基線隨時間漂移，影響反饋控制系統(tǒng)的性能。opo(opticalparametricoscillator)腔的頻率失諧會使壓縮角旋轉，相位鎖定點的漂移會使反壓縮分量混合到壓縮分量中，不利于量子噪聲的減小。

在pdh鎖定系統(tǒng)中，電光相位調制器是一種被廣泛應用的光調制器，由于電光晶體的電光效應，即在外加電場的作用下，電光晶體的各向折射率分布會發(fā)生變化，所以可以利用電光相位調制器對光波的相位進行調制，利用兩調制邊帶的幅度相等、位相相反的特性，以獲得鑒頻信號的譜線而將光學腔長以及相對位相鎖定在該譜線的中心過零點處，實現(xiàn)光學腔長以及相對位相的穩(wěn)定。從實驗中發(fā)現(xiàn)，激光經(jīng)電光相位調制后，在產(chǎn)生相位調制的同時還出現(xiàn)了剩余振幅調制(residualamplitudemodulation，ram)，表現(xiàn)為調制光的正、負一級邊帶不是完全的等幅反相，而且這種邊帶的不對稱性還會隨著環(huán)境和實驗條件的變化而發(fā)生變化。在鎖定系統(tǒng)中，理論計算和實驗結果表明：剩余振幅調制的存在會使作為鑒頻信號的譜線的中心零點發(fā)生偏移，從而影響控制和鎖定的精度，導致光學腔和相對位相的鎖定點由于剩余振幅調制的存在而產(chǎn)生一定的誤差。受剩余振幅調制的影響，鎖定環(huán)路的漂移增大，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。除此之外，在光場的精密控制中，理論計算和實驗結果表明：剩余幅度調制的存在會使作為鑒頻信號的譜線中心零點的頻率發(fā)生偏移，從而影響測量和控制的精度；在精密激光光譜中，分子光譜譜線的擬合也會由于剩余幅度調制的存在而產(chǎn)生一定的誤差。受殘余振幅調制的影響，使頻率鎖定環(huán)路的漂移增大，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。隨著實驗條件的改善和實驗要求的進一步提高，這種因剩余幅度調制而引起的影響受到人們的重視。

引起剩余振幅調制的主要原因有雙折射效應和標準具效應、電場分布不均勻、射頻功率抖動和激光頻率抖動等原因。本發(fā)明主要圍繞減小相位調制中的剩余振幅調制的相關技術開展理論和實驗研究，主要研究電光調制晶體的電場分布對剩余振幅調制的影響，計算電光調制晶體邊緣效應的影響范圍并盡量加大電光調制晶體的均勻電場的體積，提出了一種減小剩余振幅調制的電光調制裝置，包括電光調制晶體、高頻信號源模塊，激光通過所述的組合調制晶體，調制晶體與高頻信號源連接，高頻信號源發(fā)出正弦波信號，使經(jīng)過相位調制的激光產(chǎn)生調制光，從而可以使激光通過電光調制晶體的均勻電場，從而減小剩余振幅調制，改善反饋控制系統(tǒng)的性能，有利于獲得高壓縮度、穩(wěn)定運轉的壓縮態(tài)光場。

在現(xiàn)有技術中的研究表明，引起剩余振幅調制的主要原因是晶體的雙折射效應和標準具效應，并大多通過改變加在電光晶體上的電壓以改變晶體內(nèi)部電場的分布來抑制剩余幅度調制，但實際上晶體本身對其內(nèi)部電場的分布就有影響，然而之前并沒有考慮過電光調制晶體本身的電場分布是否對剩余振幅調制造成影響。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要圍繞減小相位調制中的剩余振幅調制的相關技術開展理論和實驗研究，主要研究電光調制晶體的電場分布對剩余振幅調制的影響，計算電光調制晶體邊緣效應的影響范圍并盡量加大電光調制晶體的均勻電場的體積，提出了一種減小剩余振幅調制的電光調制裝置，從而可以使激光盡可能的通過電光調制晶體的均勻電場，從而減小剩余振幅調制，改善反饋控制系統(tǒng)的性能，有利于獲得高壓縮度、穩(wěn)定運轉的壓縮態(tài)光場。

本發(fā)明通過以下技術方案解決上述問題：

一種降低剩余振幅調制的裝置，入射光平行于y軸，外加電場的方向平行于d軸，調制光為出射光，出射光方向平行于y軸，該裝置包括高頻信號源模塊，其特征在于，還包括一個三晶串聯(lián)的電光調制裝置，所述三晶串聯(lián)的電光調制裝置由三個晶體串聯(lián)，所述三個晶體分別為第一立方晶體、中間晶體和第二立方晶體；所述中間晶體為電光調制晶體，所述的中間晶體與所述高頻信號源模塊相連，所述中間晶體規(guī)格為xmm×ymm×dmm；所述第一立方晶體和第二立方晶體串聯(lián)在中間晶體的x軸方向兩端，所述第一立方晶體和第二立方晶體的相對介電常數(shù)與中間晶體的相對介電常數(shù)相等，所述第一立方晶體和第二立方晶體規(guī)格為d/2mm×ymm×dmm。

進一步地，所述中間晶體為鋰酸鈮晶體，所述第一立方晶體和第二立方晶體的相對介電常數(shù)為50。

進一步地，所述中間晶體規(guī)格為4mm×40mm×3mm，所述第一立方晶體和第二立方晶體規(guī)格為1.5mm×40mm×3mm。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種降低剩余振幅調制的裝置的簡易結構圖。

圖2為本發(fā)明中間晶體xd面上半個“無限大”方形平行板電容器截面圖。

圖3為本發(fā)明三晶串聯(lián)的電光調制裝置結構圖。

具體實施方式

以下結合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不局限于這些實施例。

圖1為一種降低剩余振幅調制的裝置的簡易結構圖，激光通過所述的三晶串聯(lián)的電光調制裝置，電光調制裝置與高頻信號源連接，高頻信號源發(fā)出正弦波信號，使經(jīng)過相位調制的激光產(chǎn)生兩個等振幅、位相相反的邊頻，以獲得鑒頻信號的譜線而將光學腔長以及相對位相鎖定在該譜線的中心過零點處，實現(xiàn)光學腔長以及相對位相的

在給電光晶體加外加電場時，可將電光晶體看做有限大方形平行板電容器，實驗室常用的電光相位調制晶體的極板規(guī)格為4mm×40mm×3mm，即上下極板的面積為4mm×40mm，兩極板間的間距為3mm，此時邊緣效應的范圍會比較大。當入射激光通過電光晶體的非勻強電場區(qū)域時，必然導致線型扭曲，產(chǎn)生剩余振幅調制。

我們首先利用schwarz-christoffel變換來計算在電光相位調制晶體中邊緣效應的影響范圍。

我們考慮xd截面上的方形平行板電容器，板上電荷左右對稱分布，因此只須分析半個平板上的電荷分布。在xd截面上以下極板的中點為原點建立新的xy直角坐標系，則要求“無限大”平行板電容器一邊的邊緣效應，我們將此邊位于x＝0處，且使板的中點位于x＝-∞。設電容器上板位于處，電勢為v0；下板位于處，電勢為-v0；定義域為-∞＜x≤0(見圖2)。板上任意點的坐標均可用二維復數(shù)平面(z平面)表示出，z＝x+iy。兩塊“無限長”且“半無限寬”的半個平板電容器的電場空間又可以看成由虛線表示abcda“四角形”組成，其中ab虛線與bc虛線重合為電容器上板，cd虛線與da虛線重合為電容器下板，板上電勢v必須滿足拉普拉斯方程，由復變函數(shù)提出復勢w，可以認為電勢v是解析函數(shù)w＝u+iv＝f(z)的虛部，式中z＝x+iy。

在頂點b,c,d偏轉角分別為-π，+π，-π，由schwarz-christoffel變換可得z平面到平面的變換關系為

平面的平行板電容器的靜電場中的電勢v為即電勢v可以認為是解析函數(shù)w的虛部，將此式代入(1)，有

此式的實部和虛部分別為

考察電場強度e的大小，有因由柯西-黎曼條件則有所以有把w＝u+iv代入上式，得

由式(3)知，內(nèi)表面自c→b時，u→-0，外表面自a→b時，u→+0.邊緣效應主要發(fā)生在邊緣附近，因此u的絕對值很小，故只取到第三項，代入(3)中，有因x本身是負的，故

以后，只關心x的絕對值，即只考慮離邊緣的距離。把式(5)代入(4)中，可分別獲得上極板內(nèi)、外表面電場強度的分布，令為忽略邊緣效應時平行板電容器極板間的電場強度分布，則有

式中x為所求點到邊緣的距離，d為兩個極板間的間距。

可以看到，在電容器深處，即當x→∞時，σ內(nèi)→σ0，σ外→0；而在b點附近，即x→0時，σ內(nèi)、σ外均趨于無窮大。由式(7)可得

表1內(nèi)、外表面附近的典型數(shù)據(jù)

由表可見，當x/d＝0.5時，邊緣效應已不明顯。

所以在電光相位調制器中，為了減小非勻強電場對剩余振幅調制的影響，我們需要改變晶體的尺寸，然而加大電光調制晶體的尺寸會造成材料浪費，制作成本增高等不利影響。為降低成本，我們在電光調制晶體兩端添加與鋰酸鈮晶體的相對介電常數(shù)相同即相對介電常數(shù)為50的立方晶體，使處于中間的電光晶體恰好占據(jù)勻強電場范圍，而添加材料占據(jù)邊緣效應影響范圍，當兩者貼合屬于理想情況，則此時一旦入射激光進入外加電場，經(jīng)過的必然是勻強電場，從而減小剩余振幅調制。由于實驗室中電光相位調制器y軸方向上40mm遠大于間距d3mm，邊緣效應較小且為使激光通過電光調制晶體不能添加材料。而x軸4mm與間距d3mm接近，為消除邊緣效應，由上面理論計算可知，本發(fā)明應采用“三晶串聯(lián)”結構，如圖3所示，組合晶體的總尺寸為7×40×3mrn，中間晶體為鋰酸鈮晶體，尺寸為4×40×3mm，兩端為添加的立方晶體，尺寸均為1.5×40×3mm。則此時電光晶體內(nèi)部為勻強電場，從而減小剩余振幅調制，改善反饋控制系統(tǒng)的性能，有利于獲得高壓縮度、穩(wěn)定運轉的壓縮態(tài)光場。