基于鐵電晶體電光效應(yīng)的群速度調(diào)控以及電光器件研究.pdf

1、電光效應(yīng)屬于鐵電晶體的一項(xiàng)重要的二階非線性光學(xué)效應(yīng)，可根據(jù)電場(chǎng)加載方向區(qū)分為縱向電光效應(yīng)（泡克爾斯效應(yīng)）和橫向電光效應(yīng)。而周期性極化鈮酸鋰是將鈮酸鋰晶體的非線性系數(shù)進(jìn)行了空間周期性調(diào)制，在滿足準(zhǔn)位相匹配時(shí)可應(yīng)用在倍頻，光參量放大，光參量振蕩等非線性過程中。本文的主要研究?jī)?nèi)容正是建立在周期性極化鈮酸鋰的電光效應(yīng)的基礎(chǔ)上，從理論和實(shí)驗(yàn)上研究了以下各方面內(nèi)容。
　　為實(shí)現(xiàn)超短脈沖在周期性極化摻鎂鈮酸鋰的群速度調(diào)控，特意將入射波長(zhǎng)選擇在非

2、相位匹配對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)上，整個(gè)過程處在相位失配狀態(tài)下進(jìn)行。推導(dǎo)了直流電場(chǎng)參與的二階非線性耦合波方程，并且方程中考慮三階非線性效應(yīng)（自相位調(diào)制器和交叉相位調(diào)制）引起的非線性相移對(duì)脈沖群速度的影響。分析了這些參數(shù)包括：電場(chǎng)強(qiáng)度、脈沖強(qiáng)度、溫度、位相失配量對(duì)群速度調(diào)控的影響。由于摻鎂鈮酸鋰晶體存在矯頑場(chǎng)和抗光功率閾值，所以不能忽略電場(chǎng)極值和光強(qiáng)極值對(duì)脈沖波形的影響，因此確定了該方案下?lián)芥V鈮酸鋰可適用的最大電場(chǎng)強(qiáng)度和最大入射脈沖功率。另外，還把電光

3、效應(yīng)和三階非線性效應(yīng)的聯(lián)合調(diào)控效果與僅電光效應(yīng)對(duì)脈沖時(shí)延的影響進(jìn)行了對(duì)比，前者效果明顯。三階非線性效應(yīng)這項(xiàng)因素的加入具備了理論指導(dǎo)的實(shí)效性，對(duì)實(shí)驗(yàn)具有理論指導(dǎo)意義。
　　在磁光法拉第效應(yīng)中，線偏光在介質(zhì)中往返傳播一次，其偏振面旋轉(zhuǎn)的角度為單程的兩倍。而在相位匹配情況下，周期性極化鈮酸鋰中的每個(gè)疇都可看成一個(gè)半波片，線偏光在外加電場(chǎng)的周期性極化鈮酸鋰晶體中傳播時(shí)其偏振面將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，晶體疇的個(gè)數(shù)決定了晶體旋光性的類別，

4、當(dāng)晶體包含偶數(shù)個(gè)疇時(shí)，周期性極化鈮酸鋰表現(xiàn)的是天然旋光性；當(dāng)晶體包含奇數(shù)個(gè)疇時(shí)，周期性極化鈮酸鋰表現(xiàn)出的卻是偏振旋轉(zhuǎn)的非互易性，這個(gè)特性與磁光法拉第效應(yīng)類似。借此提出了電光效應(yīng)下的“類法拉第效應(yīng)”，并得到了摻鎂鈮酸鋰晶體的“類費(fèi)爾德常數(shù)”，拓寬了傳統(tǒng)光學(xué)超晶格內(nèi)的疇數(shù)目必為整數(shù)的思想禁錮，并基于周期性極化鈮酸鋰晶體所含疇的個(gè)數(shù)為奇數(shù)性分?jǐn)?shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了電光隔離器。
　　為實(shí)現(xiàn)ICF系統(tǒng)對(duì)超高強(qiáng)度光斑均勻性的超高要求，研究表明光譜色散

5、束勻滑和隨機(jī)相位板技術(shù)的同步使用能夠明顯提高光斑均勻性。除此以外，還發(fā)現(xiàn)若有多個(gè)頻率的微波參與光譜色散過程，光譜均勻性會(huì)進(jìn)一步地提升。
　　從模型建立出發(fā)，到實(shí)驗(yàn)制作了一類可適應(yīng)多頻率驅(qū)動(dòng)的電光調(diào)制器。其過程是首先基于準(zhǔn)速度匹配原理，利用模擬退火算法設(shè)計(jì)了一套非周期排列的疇反轉(zhuǎn)分布，理論上驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)對(duì)帶寬內(nèi)各微波頻率的響應(yīng)，在帶寬內(nèi)，各頻率所取得的調(diào)制深度均相等。其次，利用室溫電場(chǎng)極化法成功實(shí)現(xiàn)了非周期的大面積疇反轉(zhuǎn)，詳細(xì)介紹了