[發明專利]電控連續漸變折射率電光晶體偏轉器

有效

• 申請號: 201410338950.5
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN104076573B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 田浩;周忠祥;姚博;譚鵬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G02F1/29
• 分類號: G02F1/29
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 張利明

技術領域

本發明涉及電控連續漸變折射率電光晶體偏轉器，屬于電光偏轉器技術領域。

背景技術

在光信息通信，光學圖像處理，信號處理等諸多領域內，偏轉器是基本的光學功能元件之一，其應用廣泛。傳統的偏轉器利用機械轉動與反射系統進行組合，實現光束的偏轉，存在結構復雜，體積大等缺點，無法滿足系統小型化，集成化的要求，同時其偏轉速率慢，物理慣性大，無法實現對光束的高速連續反向偏轉。聲光衍射式偏轉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制，利用衍射達到偏轉，雖然可以實現對偏轉角度的高精度控制，由于原理上的限制，其存在以下兩個缺點：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時間相對較慢，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形成衍射偏轉。隨著光通訊網絡和光信息處理系統的發展，響應速度快，達到納秒量級，同角度多波長同時可調的偏轉器成為必然需求。

發明內容

本發明目的是為了解決現有聲光衍射式偏轉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形成衍射偏轉的問題，提供了一種電控連續漸變折射率電光晶體偏轉器。

本發明所述電控連續漸變折射率電光晶體偏轉器，它包括電光偏轉晶體和外加電壓，

電光偏轉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變化的晶體；

將電光偏轉晶體放置到待偏轉光路中，使入射光束垂直入射于電光偏轉晶體表面，所述入射光束的入射方向與電光偏轉晶體的生長方向相垂直；沿垂直于電光偏轉晶體生長方向施加外加電壓，使電光偏轉晶體沿生長方向形成漸變折射率梯度分布，進而使電光偏轉晶體內部光波等相位面發生偏轉，并在其輸出端實現光束方向的偏轉；所述外加電壓的電場方向與光束的入射方向相垂直。

所述電光偏轉晶體為電光系數梯度分布的鉭鈮酸鉀KTa_1-xNb_xO₃電光晶體，其電光系數梯度分布區間為0.96×10^-15m²V^-2～2.70×10^-15m²V^-2，沿生長方向組分鈮Nb的變化區間x為0.359～0.371。

所述電光偏轉晶體為采用K₂CO₃、Ta₂O₅和Nb₂O₅按照摩爾比例1.04:0.32:0.68配制總質量為100g的原料進行生長獲得，該電光偏轉晶體在放肩生長階段的垂直提拉方向尺寸為11.80mm×11.80mm，在等徑生長階段的降溫速度為0.4℃/h，其組分鈮Nb的梯度分布為0.0031/mm。

所述入射光束為單一波長或多波長的激光束。

外加電壓的兩個連接端連接在電光偏轉晶體的兩個相對的表面上，該兩個相對的表面上鍍銀電極。

電光偏轉晶體輸出端輸出光束的偏轉角度θ為：

θ=ldΔndy,]]>

式中l為電光偏轉晶體沿通光方向的長度，為外加電場下電光偏轉晶體沿生長方向的折射率梯度；

入射光束在電光偏轉晶體內部的偏轉軌跡y為：

y=2n0dΔndyx2,]]>

式中n₀為電光偏轉晶體的初始折射率，y為沿晶體生長方向的坐標值，x為沿晶體通光方向的坐標值；

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晶體折射率變化量△n為：