温度不敏感偏振无关电光调制器设计

温度不敏感偏振无关电光调制器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 第 30 卷 第 6 期 应用光学 Vo l. 30 N o . 6 2009 年 11 月 Jour nal of A pplied O pt ics N o v. 2009文章编号: 1002-2082 2009 06-0911-05 温度不敏感偏振无关电光调制器设计 1 2 1 2 郑国梁 欧阳征标 1. 深圳大学 电子科学与技术学院 广东 深圳 518060 2. 深圳市微纳光子信息技术重 点实验室 广东 深圳 518060 摘 要: 利用L iNbO 3 晶体电光系数之间的关系 提 出一种全新的温度不敏感偏振无关电光调制器。 该调制器采用2 块L iNbO 3 晶体 紧密相贴的结构 2 块晶体加同一横向电压 电极设计和制作相当简 单 无偏振片 无偏振损耗。采用线性电光效应的耦合波理论对光在调制器中的传播进行研究 理 论计算 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明: 光通过调制器后 其输出强度不依赖于入射光的偏振状态 另外 数值 计算结果表明: 当温度在- 20?到 60?之间变化时 调制器输出光强的扰动不超过1. 5 。 关键词: 电光调制器 偏振无关 温度稳定性 线性电光效应 耦合波理论 中图 分类号: T N 15 O 436. 4 文献标志码: A Design of polarization-independent and temperature-in sensitive electro-optical modulator 1 2 1 2 ZHENG Guo -liang OU YANG Zheng -biao 1. College o f Electr onic Science and T echnolog y Shenzhen U niver sity Shenzhen 518060 China 2. Shenzhen Key L abor ator y o f M icr o - ano Pho tonic Info rmat ion T echnolog y Shenzhen 518060 China N Abstract: A new kind of po lar ization-independent and t emperat ure- insensit iv e elect ro -opt ical mo dulato r is present ed by the aid of t he relatio nship bet w een t he electro -opt ical coeff icient s of L iNbO 3 cry st al. T he m odulat or is com prised o f t wo pieces of L iNbO 3 cr yst als and a pair of co llimat ors . T he light propag atio n in the m odulat or is st udied w ith t he w ave coupling t heo ry of o t linear elect ro - pt ic eff ect . It dem onst rat es that t he mo dulated o ut put int ensit y do esn’ depend on the po lar ization of incident light . Furt herm ore it show s t hat t he dist urbance of the out put int ensit y is less than 1. 5 as t he t emperat ure variat ion is - 20?,60? and dI 0 / dT is bet t er t han 0. 000 2 w hich m eans t hat the m odulat or has a w onderf ul t her mal st abilit y . Key words: elect ro-opt ic modulat or polarizat ion independent t emperat ure stability linear elect ro-opt ic ef fect w ave co upling t heo ry引言 偏振状态有关 即有偏振依赖性 而在光通信应用 电光调制器在光通信中的重要性是众所周知 中 光的偏振态在很多情况下是动态变化的 因此光的 它负责把电信号加载到光波上 使得信号可以通 通过偏振依赖的器件必然造成偏振依赖损失。然而过光纤传输 它 主要分为体型调制器和波导型调制 具有偏振无关性的器件就可以避免这种能量损 耗 1-9 3-9器 。一般的电光调制器 其输出光强跟入射光的 因此偏振无关器件的 研究引起人们极大的兴趣 。收稿日期: 2009- 11 修回日期: 2009- 06- 08-18基金项 目: 国家自然科学基金 60877034 广东省自然科学基金 8251806001000004 深圳 市科技 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 200720 深圳 大学博士启动基金 801000034 光学超晶格非线性光 学效应等研究工作。作者简介: 郑国梁 1980- 男 广 东普宁人 博士 主要从事电 光器件设计、E-mail : zhg l szu . edu . cn ? 912? 应用光学 2009 30 6 郑国 梁 等: 温度不敏感偏振无关电光调制器设计现有的偏振无关器件一般是波导型的 其缺点是波 是光场至?E 1 r 和 E 2 r 的折射率。若记导制造工艺复杂 价格昂 贵 而且实际中的电极的 E 1 r E 1 r a制作误差经常使得两束光的调制电压不同 导致偏 E 2 r E 2 r b 3 3振无关性能不理想。2003 年 Shizhuo Yin 等 提 E 1 0 E 0 c 三文治”出了一种偏振无关的光调制器和衰减器“ 则有效电光系数可以表 示成型的设计方案 在一定程度上解决了上述问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 但 r eff1 ? ij k j j kk a j r j kl b k cl 它采用推拉电极方式 中间夹层电极会引入损耗也比较难制作 容易产生电压分配不均且无法做到 r eff2 ? ij k j j kk a j r j kl a k cl 4偏振无关。2006 年 作者所在研究小组提出了采用单块晶体实现了偏振无关调制器的设计方法 可以 r eff3 ? ij k j j kk b j r j kl bk c l 做到很好的偏振无关性 10 。另一方面 温度稳定性 式中: r j kl 是电光张量元 jj 是 kk 介电张量的对角是衡量器件性能好坏的一个重要因素 温度稳定性 元。好的器件可以省去恒温装置 从而会大大地降低系 本文提出的温度不敏感偏振无关调制器采用统的复杂性和成本。2007 年 我们又在双轴晶体中 的装置如图 1 所示。整个设计由一对准直系统和 2找到了“无热漂移的静态延迟方向 ASP R ”如果 块电光晶体 L iNbO 3 组成 上下 2 块晶体是通过调制器的通光方向是 ASP R 那么其温度稳定性将 光胶” 抛光相贴面实现“ 后贴在一起的 其中 2 块晶会极大地提高 11 。本文进一步提出了一种新的电 体的晶轴取向如图1 所示。输入准直系统使光束扩光调制器的设计原理 这种调制器不但具有偏振无 大 然后让光束均等地入射到上下 2 部分 输出准关性 而且具有极高的温度稳定性。这种设计采用 直系统将从电光晶体出来的调制光汇合成干涉光2 块切割方式相同的L iNbO 3 晶体 采用体M Z 干涉 输出。模型 不需要辅助偏振片 不存在偏振损耗 。2 块晶体加同向均匀调制电场 因此只需要一对电极其设计和制作简单 不存在电压分配不均的问题从而保证良好的偏振无关性。1 原理 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 图 1 基本设计原理图 2001 年 佘卫龙等人提出了一套全新的处理 Fig. 1 Basic principle of modulator线性电光效应的电磁波理论方法—— 耦合波理论 利用 L iNbO 3 晶体电光张量的特点 并采用上为研究线性电光效应提供了强有力的工具 12 。他 面特殊的结构来达到偏振无关和温度不敏感的目们给出的线性电光效应的耦合波方程如下: 的。LiNbO 3 晶体属于三方晶系3 m 点群 其非零电 dE 1 r i kr 光张量元和取值 13 为 单位 pm / V - id 1E 2 r e - id 2E 1 r r 12 - 3. 40 r 13 8. 6 r 3 3 30. 8 r 42 28 r 22 dr 1 dE 2 r - i kr - r 12 r 23 r 13 r 51 r 42和 r 61 r 12。 dr - id E r e - id 4E 2 r 3 1 对于装置中的上下 2 块晶体 由线性电光效应式中: E 1 r 和 E 2 r 是光场在晶体中的 2 个独立 耦合波理论 外加电场在其各自的晶轴坐标系的取的 互相垂直分量 对应于 o 光与 e 光分量 k 1 和 k 2 值分别是 c 0 1 0 。以下面块晶体的情况为是相应 2 个光场分量的波矢 k k 2 - k 1。参数 d i 例 c 0 1 0 d 1 ,d 4 的值为 i 1、 3、 的表达式如下: 2、 4 k 0n 3E 0 r 22 o d 1 d 3 sin2 k0 k0 2 d 1 2n1 r eff1E 0 d 2 2n1 r eff2E 0 k 0 n3E 0r 22 o k 0n3 E 0r 22 o 2 d 2 - cos2 d 4 cos2 k0 k0 2 2 d3 r eff1E 0 d 4 r eff3E 0 2n2 2n2 5式中: k 0 是光在真空中的波矢 r effi i 1、 3 是 2、 式中: 是a 与x 轴正向的夹角。有效电光系数 E 0 是外加场的振幅 n 1 和n2 分别 研究发现 若取 0?也就是 2 个光场分量分 应用光学 2009 30 6 郑国梁 等: 温度不敏感偏振无关电光调制器设计 ? 913?别沿着 x 和 y 轴振动时 则 d 1 d 3 0 d 2 - d 4 是相等的 大小为 k 0n 3E 0r 22 o V- 。由耦合波方程 1 可以知道 若光场分 E 0 D 1 D 2 8 2解在a 、 这 2 个方向上 那么这 2 个分量之间没有 b 式中: V 是外加电场强度 D 1 和 D 2 是上下2 块晶能量耦合 这时可以方便地解得 12 : 体的厚度。 E 1 r E 1 0 e i k - d r 1 2 E 1 0 e ik n o o 1 3 n r E r 2 o 33 0 6 设入射光场的偏振状态是随机的 表示为 i i k - d r 1 ik n - n3 r E r E in 2E 1 0 x 2E 2 0 e y 9 E 2 r E 2 0 e 1 4 E 2 0 e o o 2 o 33 0 式中: x 和y 是光的 2 个振动方向 分别对应在电光晶 7 体x 和y 轴的方向矢量 是 2 分量的相位差 它是一式中: E 1 0 和 E 2 0 是初始光场a 和b 2 个分量的大小 n o 是加电场前电 光晶体的 o 光折射率。从上 个随机量。光经扩束后 上下2 部分光场表示成: 面 结果可以知道 在这2 个方向上 折射率一个增大 E up E 1 0 x E 2 0 e iy i 10一个减小 变化大小相等。对于上面块晶体 由于外加 E low E 1 0 x E 2 0 e y电场在其晶轴坐标系里边是负号 情况刚好相反。 接着光便进入调制器的核心部分 ——电光晶 光胶” 在这种结构中 2 块晶体通过抛光实现“ 体。光在电光晶体中传 播 2 个振动方向的折射率紧密贴在一起 由于 2 块晶体是相同的材料 其介 不同 由 6 式和 7 式可以得到光在电光晶体的出电常数相同。由电磁理论知道 晶体中的 电场大小 射面的光场为 1 3 1 3 ik n - n r E L i ik n n r E L E u p E 1 0 e o o 2 o 22 0 x E 2 0 e e o o 2 o 22 0 y 1 3 1 3 11 ik n n r E L i ik n - n r E L E low E 1 0 e o o 2 o 22 0 x E 2 0 e e o o 2 o 22 0 y式中 L 是 2 块晶体的长度。 从 13 式可以知道 出射调制光强跟 无关 在输出系统处 2 束光叠加 得到出射光 的光 也就是说不论入射光的偏振状态如何 输出结果都场为 是上式结果 实.