線性電光效應(yīng)耦合波理論的推廣及其應(yīng)用.pdf

1、線性電光效應(yīng)在很多領(lǐng)域特別是光通信領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，以它為物理基礎(chǔ)的電光調(diào)制是目前應(yīng)用最廣泛的光調(diào)制方式之一。電光調(diào)制能夠?qū)獠ǖ恼穹?強(qiáng)度)、相位、頻率和偏振進(jìn)行調(diào)制。電光調(diào)制除了可以作為一種關(guān)鍵器件——光調(diào)制器——應(yīng)用于高速光纖通信網(wǎng)絡(luò)外，它還可以應(yīng)用于電光開關(guān)、光纖傳感、電壓(電場)測量、光譜展寬、光纖陀螺以及光波偏振態(tài)測量等諸多方面。 描述線性電光效應(yīng)有多種理論。本論文討論了各種理論的優(yōu)缺點(diǎn)。線性電光效應(yīng)耦合波理論是本

2、論文的基礎(chǔ)，它是由She等人提出的一種全新的電磁波理論方法。這一理論的優(yōu)點(diǎn)是給出了嚴(yán)格解，應(yīng)用條件沒有特殊限制，其外加電場方向、入射光方向及偏振方向都可以是任意的。 本論文包含兩個大方面的內(nèi)容：一方面是對耦合波理論的發(fā)展與推廣，另一方面是利用耦合波理論研究電光效應(yīng)的應(yīng)用。在理論發(fā)展與推廣方面，我們提出了更一般的吸收介質(zhì)的線性電光效應(yīng)耦合波理論和“準(zhǔn)相位匹配”線性電光效應(yīng)耦合波理論，其創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1)得到更一般的吸收介質(zhì)

3、線性電光效應(yīng)耦合波方程，并得到其解析解。我們發(fā)現(xiàn)，在雙軸晶體中，除了兩個直接衰減光強(qiáng)度的吸收系數(shù)外，還存在兩個影響光分量之間耦合的交叉吸收系數(shù)，它們同樣影響著光的強(qiáng)度和相位，這是在以往文獻(xiàn)中從沒見過的。 2)得到“準(zhǔn)相位匹配”線性電光效應(yīng)耦合波方程及其解析解，并將其應(yīng)用到周期性極化LiNbO3(PPLN)。研究表明，“準(zhǔn)相位匹配”概念在電光耦合中起重要作用，另外準(zhǔn)相位匹配條件對溫度和波長非常敏感，但允許入射光有較大的失配角。

4、 3)將“準(zhǔn)相位匹配”線性電光效應(yīng)推廣到非共線的情況。在給定溫度和入射波長下，通過調(diào)節(jié)入射光入射角可以有效地調(diào)節(jié)電光效應(yīng)的相位匹配，從而提高電光耦合效率。在利用耦合波理論研究線性電光應(yīng)用方面，主要結(jié)果有： 1)提出一個基于單塊單疇電光晶體的偏振無關(guān)電光調(diào)制器設(shè)計(jì)方案。整個裝置由一個電光晶體和輔助光學(xué)元件組成，不出現(xiàn)偏振損耗，且電極設(shè)計(jì)和制作簡單。 2)提出一個新穎的溫度不敏感電光振幅調(diào)制器和保偏可變光衰減器設(shè)計(jì)方案。

5、調(diào)制器采用對稱MZ干涉型結(jié)構(gòu)，能直接實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制，而且能夠保證偏振狀態(tài)不發(fā)生任何改變。由于這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不會引進(jìn)自然雙折射，因此調(diào)制器的溫度穩(wěn)定性十分優(yōu)越。此外，這種結(jié)構(gòu)還可以用作光衰減器和電場檢測器。 3)考慮熱膨脹的影響，在雙軸晶體KTP中找到了“無熱漂移的靜態(tài)相位延遲”(ASPR)方向，并給出在這個方向上的電光應(yīng)用的優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明，光沿ASPR方向傳播，器件具有出色的溫度穩(wěn)定性。 4)研究入射光偏振態(tài)對電光耦

6、合的影響，提出實(shí)現(xiàn)電光“完美耦合”的條件，并將“完美耦合”應(yīng)用到偏振旋轉(zhuǎn)器中。當(dāng)一束線偏振光通過旋轉(zhuǎn)器后，出射光仍是線偏振光，其偏振面的旋轉(zhuǎn)角度由外加電場控制，而光強(qiáng)保持不變。 5)利用“準(zhǔn)相位匹配”線性電光效應(yīng)耦合波理論，提出了一個基于PPLN的快速電控可調(diào)濾波器。濾波器有兩對電極，其中沿y方向的固定偏壓用于形成(S)olc型濾波器，而沿z軸的電場則是用于控制濾波器的中心透過波長。這種調(diào)諧方法具有響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。 6