[发明专利]电控连续渐变折射率电光晶体偏转器

说明书

技术领域

本发明涉及电控连续渐变折射率电光晶体偏转器，属于电光偏转器技术领域。

背景技术

在光信息通信，光学图像处理，信号处理等诸多领域内，偏转器是基本的光学功能元件之一，其应用广泛。传统的偏转器利用机械转动与反射系统进行组合，实现光束的偏转，存在结构复杂，体积大等缺点，无法满足系统小型化，集成化的要求，同时其偏转速率慢，物理惯性大，无法实现对光束的高速连续反向偏转。声光衍射式偏转器利用声波在材料中形成的驻波对材料的折射率形成周期调制，利用衍射达到偏转，虽然可以实现对偏转角度的高精度控制，由于原理上的限制，其存在以下两个缺点：第一、其形成驻波条件对媒介材料尺寸有一定的匹配要求；第二、材料对驻波变化形成新的折射率分布的响应时间相对较慢，第三、对于光束的入射角度有一定要求，且对同一角度入射的不同波长的光波不能同时形成衍射偏转。随着光通讯网络和光信息处理系统的发展，响应速度快，达到纳秒量级，同角度多波长同时可调的偏转器成为必然需求。

发明内容

本发明目的是为了解决现有声光衍射式偏转器对于光束的入射角度有要求，且对同一角度入射的不同波长的光波不能同时形成衍射偏转的问题，提供了一种电控连续渐变折射率电光晶体偏转器。

本发明所述电控连续渐变折射率电光晶体偏转器，它包括电光偏转晶体和外加电压，

电光偏转晶体为顺电相电光晶体，沿顺电相电光晶体的生长方向切割获得，该顺电相电光晶体为采用顶部籽晶助溶剂法生长出的组分沿生长方向连续变化的晶体；

将电光偏转晶体放置到待偏转光路中，使入射光束垂直入射于电光偏转晶体表面，所述入射光束的入射方向与电光偏转晶体的生长方向相垂直；沿垂直于电光偏转晶体生长方向施加外加电压，使电光偏转晶体沿生长方向形成渐变折射率梯度分布，进而使电光偏转晶体内部光波等相位面发生偏转，并在其输出端实现光束方向的偏转；所述外加电压的电场方向与光束的入射方向相垂直。

所述电光偏转晶体为电光系数梯度分布的钽铌酸钾KTa_1-xNb_xO₃电光晶体，其电光系数梯度分布区间为0.96×10^-15m²V^-2～2.70×10^-15m²V^-2，沿生长方向组分铌Nb的变化区间x为0.359～0.371。

所述电光偏转晶体为采用K₂CO₃、Ta₂O₅和Nb₂O₅按照摩尔比例1.04:0.32:0.68配制总质量为100g的原料进行生长获得，该电光偏转晶体在放肩生长阶段的垂直提拉方向尺寸为11.80mm×11.80mm，在等径生长阶段的降温速度为0.4℃/h，其组分铌Nb的梯度分布为0.0031/mm。

所述入射光束为单一波长或多波长的激光束。

外加电压的两个连接端连接在电光偏转晶体的两个相对的表面上，该两个相对的表面上镀银电极。

电光偏转晶体输出端输出光束的偏转角度θ为：

θ=ldΔndy,]]>

式中l为电光偏转晶体沿通光方向的长度，为外加电场下电光偏转晶体沿生长方向的折射率梯度；

入射光束在电光偏转晶体内部的偏转轨迹y为：

y=2n0dΔndyx2,]]>

式中n₀为电光偏转晶体的初始折射率，y为沿晶体生长方向的坐标值，x为沿晶体通光方向的坐标值；

若入射光束为单一波长激光束，则外加电场作用下电光偏转晶体折射率变化量△n为：