[發明專利]一種任意入射條件下電光晶體相位延遲分析方法

在審

• 申請號: 201911066834.1
• 申請日: 2019-11-04
• 公開（公告）號: CN110908147A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 杜小平;張朋;趙繼廣
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊航天工程大學
• 主分類號: G02F1/03
• 分類號: G02F1/03
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 鄭久興

本發明公開了一種任意入射條件下電光晶體相位延遲分析方法，屬于光調制技術領域。所述方法具體如下：1)利用折射率橢球理論確定外電場作用下電光晶體的感應折射率；2)利用電磁波理論確定任意入射條件下折射光波的折射率；3)計算任意入射條件下折射光波矢量和光線矢量；4)計算快光和慢光在電光晶體內傳播的光程長，得到二者的相位延遲。本發明給出了計算電光晶體相位延遲所需的各個參數的解析表達形式，具有精度高、速度快、占用內存小的優點。

技術領域

本發明屬于光調制技術領域，具體涉及一種任意入射條件下電光晶體相位延遲分析方法。

背景技術

電光晶體是制備光調制設備的重要元件，通過在晶體內傳播的折射光波之間引入相位延遲來實現光波偏振態的調控，在光纖通信、高速光開關、高性能激光器等領域得到了廣泛應用。在這些應用中，光束通常垂直入射到電光晶體。隨著技術的發展，電光晶體的應用領域也日益拓展。近年來，電光晶體在三維成像和自由空間光通信中顯示出較大的應用潛力。在三維成像和自由空間光通信中，電光晶體不僅要接收垂直入射的光束，還需要接收非垂直入射的光束。因此，分析任意入射條件下電光晶體的相位延遲十分重要。

發明內容

鑒于上述現狀，本發明提出了一種任意入射條件下電光晶體相位延遲的分析方法，可用于對光調制設備進行優化設計。

一種任意入射條件下電光晶體相位延遲的分析方法，包含如下步驟：

第一步：基于折射率橢球理論確定外電場作用下電光晶體的感應主折射率

當外電場施加在電光晶體上時，電光晶體一般會從單軸變為雙軸，其介電主軸會發生旋轉，旋轉角度為θ。未加壓條件下，電光晶體的尋常光折射率和異常光折射率分別為n_o,n_e，根據折射率橢球理論，加壓后電光晶體各個感應介電主軸方向的折射率為：

電場引起的折射率改變量n_E＝Vn_o³γ/(2d)，其中γ表示電光晶體的電光系數，V表示施加在晶體上的電壓值，d表示電極之間的距離。

第二步：利用第一步得到的感應主折射率值，基于電磁波理論確定任意入射條件下折射光波的折射率

對于一個任意方向入射的光波，其波矢量方向可表示為：

其中α為入射角，表示的是入射光波矢量與界面法線之間的夾角；φ為方位角，表示入射面與垂直方向包含界面法線的晶面之間的夾角。

與光波在各向同性介質界面處的折射不同的是，光波從折射率為n_i的各向同性介質入射到電光晶體會產生兩個折射光波，稱之為快光和慢光。根據電場波理論，場矢量的連續性決定了光波穿過界面前后的相位相等，結合Fresnel方程可以得到快光和慢光的折射率表達式：

其中，A、B、C分別為：

第三步：利用第二步得到的折射率計算任意入射條件下折射光波矢量、光線矢量

快光和慢光的光波矢量分別表示為：

其中為未加壓條件下電光晶體各個介電主軸的單位方向矢量構成的一組基矢。

快光和慢光的光線矢量分別表示為