[发明专利]一种任意入射条件下电光晶体相位延迟分析方法

说明书

本发明公开了一种任意入射条件下电光晶体相位延迟分析方法，属于光调制技术领域。所述方法具体如下：1)利用折射率椭球理论确定外电场作用下电光晶体的感应折射率；2)利用电磁波理论确定任意入射条件下折射光波的折射率；3)计算任意入射条件下折射光波矢量和光线矢量；4)计算快光和慢光在电光晶体内传播的光程长，得到二者的相位延迟。本发明给出了计算电光晶体相位延迟所需的各个参数的解析表达形式，具有精度高、速度快、占用内存小的优点。

技术领域

本发明属于光调制技术领域，具体涉及一种任意入射条件下电光晶体相位延迟分析方法。

背景技术

电光晶体是制备光调制设备的重要元件，通过在晶体内传播的折射光波之间引入相位延迟来实现光波偏振态的调控，在光纤通信、高速光开关、高性能激光器等领域得到了广泛应用。在这些应用中，光束通常垂直入射到电光晶体。随着技术的发展，电光晶体的应用领域也日益拓展。近年来，电光晶体在三维成像和自由空间光通信中显示出较大的应用潜力。在三维成像和自由空间光通信中，电光晶体不仅要接收垂直入射的光束，还需要接收非垂直入射的光束。因此，分析任意入射条件下电光晶体的相位延迟十分重要。

发明内容

鉴于上述现状，本发明提出了一种任意入射条件下电光晶体相位延迟的分析方法，可用于对光调制设备进行优化设计。

一种任意入射条件下电光晶体相位延迟的分析方法，包含如下步骤：

第一步：基于折射率椭球理论确定外电场作用下电光晶体的感应主折射率

当外电场施加在电光晶体上时，电光晶体一般会从单轴变为双轴，其介电主轴会发生旋转，旋转角度为θ。未加压条件下，电光晶体的寻常光折射率和异常光折射率分别为n_o,n_e，根据折射率椭球理论，加压后电光晶体各个感应介电主轴方向的折射率为：

电场引起的折射率改变量n_E＝Vn_o³γ/(2d)，其中γ表示电光晶体的电光系数，V表示施加在晶体上的电压值，d表示电极之间的距离。

第二步：利用第一步得到的感应主折射率值，基于电磁波理论确定任意入射条件下折射光波的折射率

对于一个任意方向入射的光波，其波矢量方向可表示为：

其中α为入射角，表示的是入射光波矢量与界面法线之间的夹角；φ为方位角，表示入射面与垂直方向包含界面法线的晶面之间的夹角。

与光波在各向同性介质界面处的折射不同的是，光波从折射率为n_i的各向同性介质入射到电光晶体会产生两个折射光波，称之为快光和慢光。根据电场波理论，场矢量的连续性决定了光波穿过界面前后的相位相等，结合Fresnel方程可以得到快光和慢光的折射率表达式：

其中，A、B、C分别为：

第三步：利用第二步得到的折射率计算任意入射条件下折射光波矢量、光线矢量

快光和慢光的光波矢量分别表示为：

其中为未加压条件下电光晶体各个介电主轴的单位方向矢量构成的一组基矢。

快光和慢光的光线矢量分别表示为