[发明专利]利用电控二次电光效应实现入射光偏转的光学分束系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种利用电控二次电光效应实现入射光偏转的光学分束系统及方法。

背景技术

光学分束器是一种把输入光分成一维或二维阵列输出光束或光斑的光学器件，在光学互连、光计算、光盘存储、光电技术、图像处理及精密测量等现代科技的许多领域中广泛应用。

传统的光学分束器是利用光波经过不同折射率的介质时会发生反射和折射的性质制作而成的。这种分束器的缺点是一次只能分出两束出射光波。要想得到几十束出射光波，则需要进行多次分光，因此这种分束器的体积较大、能量损耗多、均匀性差、调试困难，并且当输入光功率很大，分束系统器上的镀膜容易被烧伤而损坏。

双折射光学分束器是利用光学材料的双折射性质制作而成的一种分束器，其利用了不同偏振状态的光波经过介质时因折射率不同而产生的分光效应把入射光分开，利用双折射效应人们已经制作了握拉斯顿棱镜、菲涅耳棱镜等偏振分光棱镜，并在实际中广泛应用。但这种偏振分束器一次只能把入射光分为两束，且具有偏振性，不能实现多路同时输出。

    二元光学分束器是一种纯相位衍射的光学分束器，它能够将一束入射的激光束转换成强度均匀的光束列阵，还具有多重成像、光互连、光耦合以及光束复合等功能。二元光学分束器由于采用了计算机设计和超大规模集成电路制造工艺等新技术而格外引人注目。目前，人们提出了二元光学分束器的各种结构与算法，如以求解非线性方程组的方法设计的Dammann光栅、以模拟退火等非线性优化算法设计的相息光栅、基于Talbot自成像效应的Talbot分束光栅以及基于菲涅尔波带片近轴衍射理论的位相型菲涅尔透镜列阵等。根据实际应用中的分束要求,可以选择各种二元光学分束器的设计方法。在计算机技术迅速发展的今天，设计不同用途的二元光学分束器已不成困难，关键在于二元光学分束器的工艺制作，这种分束器在实际应用中受到加工工艺还不成熟的限制，同时还存在适用波长单一、不能用于对携带信息的光束进行分束、成本高等缺点的限制。

发明内容

本发明为了解决目前没有合适的激光技术技术能实现宽波段、快响应的问题，提出了一种全新的利用电控二次电光效应实现入射光偏转的光学分束系统及方法。

    本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

技术方案一：

一种利用电控二次电光效应实现入射光偏转的光学分束系统，包括第一块钽铌酸钾晶体、第二块钽铌酸钾晶体、第一二分之一玻片和第二二分之一玻片，第一块钽铌酸钾晶体和第二块钽铌酸钾晶体的[100]、[010]和[001]方向与直角坐标系的x、y、z轴相对应，z轴为整个光学系统中的光学对称轴，沿z值增大方向依次为第一二分之一玻片、第一块钽铌酸钾晶体、第二二分之一玻片和第二块钽铌酸钾晶体，第一块钽铌酸钾晶体和第二块钽铌酸钾晶体的两个相对应的平行于y-z面的表面涂有金属电极。

利用上述光学分束系统可以实现一维光学分束，具体方法如下：

步骤一、将两块利用提拉法生长出的钽铌酸钾(KTa_1-xNb_xO₃；简称KTN)晶体沿[100]、[010]和[001]晶轴方向切割成长方体，之后对各个面进行抛光；

    步骤二、将两块晶体的[100]、[010]和[001]晶轴与直角坐标系的x,y,z轴相对应，z轴为整个光学系统中两块晶体的光学对称轴，沿z值增大方向依次为第一块钽铌酸钾晶体、第二块钽铌酸钾晶体；

    步骤三、分别在第一块钽铌酸钾晶体和第二块钽铌酸钾晶体的两个相对应的平行于y-z面的表面涂上金属电极并引出金属导线，使得施加在第一块钽铌酸钾晶体和第二块钽铌酸钾晶体上的外电场方向平行于x轴；

步骤四、通过控制环境温度，使得晶体的温度高于晶体从铁电相到顺电相的居里温度1-20摄氏度范围内；

    步骤五、在第一块钽铌酸钾晶体之前和两块钽铌酸钾晶体之间各插入一片二分之一玻片，z轴为其光学对称轴，沿z值增大方向依次为第一二分之一玻片、第二二分之一玻片；