[发明专利]电控光散射材料与器件时域响应特性测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电控光散射材料与器件时域响应特性测试方法，具体涉及一种电控光散射材料与器件在外加电场作用下时域响应特性的测试系统及方法，属电光材料与器件技术领域。

背景技术

激光器及激光技术在光学及相关领域的应用日益重要。目前大功率单一激光器的功率已超越兆瓦级，光网络通信容量即将实现Tb/s量级。大功率激光器与高速大容量的光网络要求系统中各部分器件的响应时间尽量缩短，以增强系统的弹性管理能力，这就要求器件的响应速度更快、集成度更高。电光器件也向着低成本、高集成，特别是响应速度必须向着更高、更快的趋势发展。在开发新型电光材料与器件时，必须对材料与器件自身的时域响应特性进行科学而系统的测试表征，以评估其特性是否能满足实际应用的需求。

能对光信号的相位、幅度等物理参量进行电学调控的材料都属于电光材料研究范畴，其一是电控双折射效应研究：对具有电控双折射效应的材料施加电场时,外电场使材料的光率体发生变化,从而改变材料的折射率。电控双折射效应的电光陶瓷和电光单晶等，是目前研究和应用较多的电光材料,利用这类材料已开发出了电光调制器、电光开关、光衰减器、光隔离器等器件。然而这类基于电控双折射效应的电光器件在实际应用中，只能用于偏振光光源,即器件是偏振相关的,这在一定程度上增加了光学系统的设计难度和成本，极大地的限制了其应用范围。其二是电控光散射效应研究：对具有电控光散射效应的材料施加电场时,外电场作用下材料内部形成折射率不连续的大量局域排列有序畴壁,使入射光通过时产生折射、反射而成散射的出射光,使在入射光传播方向上的光强被大幅度散射衰减。利用材料的电控光散射效应同样可以开发出电光调制器、电光开关、光衰减器、光隔离器等器件，这种类型的器件主要是对入射光强进行调控的,因此它的最大特点是对入射光偏振态没有要求,器件行为与偏振无关。偏振无关型电光器件对光学系统中光源、光线没有任何限制。在实际应用中，与双折射效应的电光材料相比，具有散射效应的电光材料具备无需对光轴、对光源无任何限制，且器件结构简单等优点，可极大简化光学系统的光路设计、降低系统成本。因此，快速发展激光技术迫切需要开发偏振无关的电光器件，并对材料与器件的时域响应特性进行科学与系统的测试表征。

已公开的文献中，针对具有电控光散射效应材料的制备、外加电场下散射光强变化随电场强度的变化特性等，如中国发明专利《斓掺杂错钦酸铅电控光散射透明陶瓷及其制备方法》(CN103449813A)，公开了斓掺杂锆钛酸铅(PLZT)电控光散射透明陶瓷材料的成分、通氧——热压烧结工艺烧结过程氧气流量、烧结温度、保温时间、压强等工艺技术参数，并给出了所制备材料的光学透过率和光衰减度等特性参数。但没有给出材料的电控响应时间等特性参数，更没有涉及时域特性的测试表征方法内容；发明专利《电光系数测量装置》(CN102621110A)所公开的，是利用光纤、准直器构成的光路，加上偏振片和上下表面的镀金电极的待测电光材料样品的测试方案。其目的是为了测量出立方晶体电光材料的电光系数，但也只能测试电控双折射效应材料的电光系数，不能对电控光散射效应的材料与器件进行测试，也没能没有涉及时域特性的测试表征；发明专利《铁电薄膜电光系数测试方法》(CN1117134)所公开的，是由起偏器、1/4波片、磁光调制器、检偏振器等构成的光路，由光电倍增管、锁相放大器和示波器等电学仪器将光学信号转换成电学信号。其基本原理是利用铁电薄膜在电场的作用下对光信号相位的调制作用进行测量，该测试方案与技术也只能测试电控双折射效应材料的电光系数，不能对电控光散射效应的材料与器件进行测试，也没能没有涉及时域特性的测试表征；发明专利《同时测量Pockels和Kerr电光系数的方法》(CN102032946A)所公开的，是由入射光加反射光、棱镜、偏振片、探测器等关键部件构成光路，采用棱镜耦合激发表面等离子波，使入射光能量耦合到表面等离子波模式和导波模式中，通过反射光强的变化量求出Pockels系数和Kerr系数。其中外加电场引起的折射率变化正比于电场强度称为Pockels效应即线性电光效应,外加电场引起的折射率变化正比于电场强度的平方则称为Kerr效应即二阶非线性电光效应。所以这种测试方案与技术同样是测试电控双折射效应材料的电光系数，不能对电控光散射效应的材料与器件进行测试，也没能没有涉及时域特性的测试表征；发明专利《反射法测量有机聚合物薄膜材料的电光系数的方法及装置》(CN101995292A)所公开的测试方法由光学元件和电学元件两部分构成，包括单色光纤激光器、准直器、起偏器、索累一巴比涅补偿器、检偏器、光电探测器、直流交流滤波器、锁相放大器、双路低频信号发生器等，适用有机聚合物薄膜材料电光系数的测定，本质上仍是测试电控双折射效应材料的电光系数。