[发明专利]基于LiNbO3

权利要求书

1.一种基于LiNbO₃体调制器的自然光通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

设计基于LiNbO₃体调制器的自然光调制装置结构，所述基于LiNbO₃体调制器的自然光调制装置包括沿自然光传播方向设置的滤光片、起偏器、LiNbO₃体调制器和检偏器，起偏器和检偏器相互正交；所述LiNbO₃体调制器包括LiNbO₃晶体和极板；

当一束偏振光延LiNbO₃晶体的x轴或者y轴方向通过，在电场驱动下，产生y或者x偏振方向的o光和z偏振方向的e光，o光和e光在出射时将产生相应的相位差，出射光的总偏振态为这两个正交偏振方向出射时状态的矢量和；

当向LiNbO₃体调制器施加不同的调制电压时，若相位差为π的奇数倍，出射光偏振态与入射光正交；若相位差为π的偶数倍，出射光偏振态与入射光平行；

计算LiNbO₃体调制器的调制电压包括：

所述LiNbO₃体调制器通过BiasTee结构驱动，BiasTee结构的L端和C端分别输入直流偏置电压V_b和调制信号v_s；

当o光和e光出射时的相位差为π时，出射光偏振态与入射光正交，定义此时需要的电压为半波电压V_π：

式中，λ表示光波波长，n_e表示LiNbO₃晶体内z轴向的折射率，n₀表示LiNbO₃晶体内x或y轴向的折射率，且x轴向和y轴向的折射率相等，r₃₃表示z轴方向施加电场时，z轴方向的线性变化系数，r₁₃表示z轴方向施加电场时，x轴方向的线性变化系数，d表示极板间距，l表示调制器厚度；

调制信号为基带调制信号v_m(t)与半波电压V_π的乘积，表示如下：

v_s(t)＝v_m(t)·V_π

直流偏置电压V_b的设置需要考虑o光和e光出射时的初始相位差即无任何外电场的本征状态下的出射相位差；的大小与入射光波长及调制器厚度相关；初始相位差与直流偏置电压V_b、半波电压V_π的关系表示如下：

LiNbO₃体调制器的调制电压计算公式如下：

由于的取值范围因此V_b∈(-V_π,V_π]；当仅施加直流偏置电压V_b时，出射光与入射光偏振方向无改变，光束无法透出检偏器，LiNbO₃体调制器状态为暗态“0”；当施加电压V_b±V_π时LiNbO₃体调制器透射率达到最大，o光和e光产生相位差为π，出射光偏振方向与入射光正交，光束能从检偏器透射出去，LiNbO₃体调制器状态为亮态“1”；

所述初始相位差的计算公式如下：

式中，l表示调制器厚度，λ表示光波波长，n_e表示LiNbO₃晶体内z轴向的折射率，n₀表示LiNbO₃晶体内x或y轴向的折射率，表示本征状态下光完全通过LiNbO₃晶体后o光和e光产生的总体相移，m为满足的最大正整数。

2.根据权利要求1所述的基于LiNbO₃体调制器的自然光通信方法，其特征在于，所述滤光片用于选择需要的光谱范围，所述起偏器用于让入射光以特定的偏振方向进入LiNbO₃体调制器，所述LiNbO₃体调制器用于调制出射光的偏振方向，所述检偏器用于检测出射光的偏振方向是否与检偏器一致。