ВКР (1197942), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Из-за набега фаз междуобыкновенныминеобыкновеннымлучамиизменяетсяпространственноераспределение интенсивности в суммарном излучении на выходе из волоконнооптического коммутатора. Система обработки измерений отображает изменениепространственногораспределенияинтенсивностиввидесмещенияинтерференционных полос.Зависимость между смещением интерференционных полос, из-за набега фаз, иприкладываемым электрическим напряжением к электрооптическому кристаллу26прямопропорциональная.Электрооптическиекоэффициентыr13иr33определяются из формулы,(3)где λ – длина волны излучения,d – длина кристалла вдоль приложения электрического напряжения,U – прикладываемое электрическое напряжение,l – длина кристалла вдоль распространения излучения,no – показатель преломления для обыкновенного луча,– набег фаз.Электрооптическиекоэффициентыопределяютсяпоизвестнымгеометрическим параметрам электрооптического кристалла и по показателюпреломлениядляобыкновенноголуча.Приопределенномзначенииприкладываемого электрического напряжения по интерференционной картинеопределяется набег фаз с учетом разности фаз, приобретенной при прохожденииизлучения через электрооптический кристалл без приложения электрическогонапряжения.Недостаткомданногоустройствадляопределенияэлектрооптическихкоэффициентов электрооптического кристалла является невысокая точностьопределения электрооптических коэффициентов кристалла.
Это обусловлено:– во-первых, высокой погрешностью за счет выбора принципа определенияэлектрооптических коэффициентов электрооптического кристалла, основанногона геометрическом смещении интерференционных полос при приложенииэлектрического напряжения к граням кристалла;– во-вторых, высокой погрешностью за счет недостаточной точностиориентациикристаллофизическихосейэлектрооптическогокристаллапоотношению к прикладываемому электрическому напряжению и направлениюраспространения излучения в устройстве при определении набега фаз.При погрешности определения набега фаз по смещению интерференционныхполос на π/180 погрешность определения электрооптических коэффициентов27кристалла составляет 4–5 процентов.
При этом если кристалл ориентирован спогрешностью 1–2 угловых градуса по отношению к прикладываемомуэлектрическому напряжению и направлению распространения излучения, топогрешностьопределенияэлектрооптическихкоэффициентовкристаллаувеличивается еще на 4–5 %.Другим вариантом является устройство для определения электрооптическихкоэффициентов электрооптического кристалла, принцип работы которого основанна поляризационном методе (метод Сенармона) [3]. Устройство для определенияэлектрооптических коэффициентов электрооптического кристалла содержитпоследовательно расположенные источник когерентного гомоцентрическогоизлучения, поляризатор, исследуемый электрооптический кристалл, компенсаторнабега фаз, анализатор, систему фотодетектирования, блок управления ивысоковольтный источник питания.Дляопределенияэлектрооптическогоэлектрооптическихкристаллавыбранкоэффициентовдигидрофосфаткалиявкачествесразнымигеометрическими размерами.
Для определения электрооптических коэффициентаr63 кристалл имел размеры 4*10*4 мм3 с 45° Y-срезом; для определенияэлектрооптических коэффициента r41 – 5*10*4 мм3 с Y-срезом; для определенияэлектрооптических коэффициента r41 – 10*5*4 мм3 с 0° X-среза. В качествекомпенсатора набега фаз выбрана четвертьволновая пластинка. При приложенииэлектрического напряжения к граням электрооптического кристалла происходитизменениеразностипоказателейпреломлениямеждуобыкновенныминеобыкновенным лучами ∆n за счет электрооптического эффекта, что приводит кнабегуфазмеждуними.Из-занабегафазмеждуобыкновенныминеобыкновенным лучами изменяется величина интенсивности излучения Ip,попадающего в систему фотодетектирования.
Электрооптические коэффициентыопределяются из формулы,(4)где λ – длина волны излучения,28d – длина кристалла вдоль приложения электрического напряжения,U – прикладываемое электрическое напряжение,l – длина кристалла вдоль распространения излучения,n – показатель преломления кристалла,I0=Imax-Imin полная интенсивность излучения,– глубина модуляции излучения.Электрооптическиегеометрическимкоэффициентыразмерамопределяютсяэлектрооптическогокристалла,попоизвестнымпоказателюпреломления, по значению прикладываемого электрического напряжения и поглубинемодуляцииизлучения.Каждомузначениюприкладываемогоэлектрического напряжения соответствует свое значение глубины модуляции.292.1.1 Метод множественного отраженияКоэффициент r22 кристалла ниобата лития часто измеряется на длине волны632,8 нм.Для того чтобы свести погрешности измерений к минимуму авторами былразработанвысокоточныйинтерференционныйметодизмеренияэлектрооптических коэффициентов при многократном отражении в широкомдиапазоне волн.В данной статье описаны основы метода множественного отражения ипредставлены ЭО коэффициенты чистого ниобата лития, легированного 5% MgOи легированного 1,8 % MgO квазистехиометрического кристалла ниобата лития.На рисунке 1 представлена схема метода измерения ЭО коэффициентовоснованного на многократном отражении света внутри кристалла, в данномслучае лазерный луч падает нормально на одну из граней ЭО кристалла.Электрооптические коэффициенты образца были получены из интерференциимежду лучом который прошел через кристалл без отражения и лучоммногократно отраженным внутри кристалла.Для получения точного распределения ЭО коэффициента желательноиспользовать последовательно один и тот же метод.
Как показывает опытзначение r22 при длине волны 632,8 нм находится в интервале от 6,3 до 6,8 пм/В иеще меньшими значениями для ближнего инфракрасного излучения.Рисунок 1. Схема для измерения ЭО коэффициентов ниобата лития методоммножественного отражения30Для измерения ЭО коэффициентов в рассматриваемой статье былииспользованы два метода: null метод для длин волн от 409 до 1064 нм, и методамплитудного сравнения для ближнего ИК спектра [71].Null-методНа рисунке 2 часть линейно поляризованного света беспрепятственнопроходит через кристалл, другая часть многократно отражается внутри кристалла.Принимая w как частоту лазерного луча, VAC sin(wθt) – приложенноепеременное напряжение к кристаллу, R – мощность, отраженная от гранейкристалла и I – мощность света прошедшего после m+0.5 отражений может бытьвыражена выражением,(5)где ɸ – постоянная фаза,θsin(wθt) – переменная фаза индуцированная приложенным переменнымнапряжением.Рисунок 2.
Многократное отражение света в кристалле при нормальном паденииРазложив выражение 5 в ряд Фурье-Бесселя, и полагая Pm компонента сигналас частотой равной частоте приложенного поля, получаем,(6)31где J1 функция Бесселя первого порядка. Данное выражение имеет двепеременные φ и θ, оно может быть сведено к одной переменной θ , путемопределения φ. В этом случае, θ выбирается таким, чтобы Pm стало равно 0, тогдаr22 может быть рассчитан по формуле(7)Высокая точность при измерении получается при таких напряжениях, прикоторых значения Pm на детекторе минимальны.Метод амплитудного сравненияNullметоддаетрезультатывысокойточности,однакоприменениепеременного напряжения с амплитудой большей полуволнового напряженияделает метод непригодным в случае когда ЭО коэффициент мал или используетсяИК излучение. В таких случаях используют метод амплитудного сравнения.[72]Метод амплитудного сравнения заключается в сравнении амплитудыфундаментальной составляющей и составляющей третьей гармоники:(8)Тогда их соотношение выражается следующей формулой(9)ЭО коэффициенты измеренные методом амплитудного сравнения получены сиспользованием меньшего напряжения по сравнению с Null методом.Однако при использовании третьей гармоники влияние электрических шумовможет быть значительным, что приводит к более низкой точности по сравнению сnull методом [70].322.1.2 Измерение с помощью интерферометра Маха-Цендера методомМендеза, и методом Yonekura, многократного внутреннего отражения вобразцеСуществуют различные методы измерения электрооптическихкоэффициентов:1.
С помощью интерференционного метода Маха-Цендера с лазернымисточником и эталонной средой;2. Метод эллипсоида тонкого образца с отражающим покрытием;3. Интерференционный метод измерения спектров полученных в результатемногократных отражений внутри образца с помощью интерферометра ФабриПеро;4. Метод измерения относительных изменений фаз между двумя ортогональнополяризованными лучами прошедшими через двоякопреломляющими образцами.Эти методы имеют определенные недостатки, так как некоторые из нихопределяют ЭО коэффициенты только на одной длине волны, требуютспециальной геометрии образцов или имеют точность измерений ограниченнуюэкспериментально определенными параметрами.Дисперсия ЭО коэффициентов была измерена с помощью интерферометраМаха-Цендера методом Мендеза, и методом Yonekura, многократноговнутреннего отражения в образце.В [73] установка основана на волоконном интерферометре Маха-Цендера,состоящего из двух волокон 50/50 с широкополосным источником света на входеи оптическим анализатором на выходе.Каждое ответвление интерферометра имеет поляризационный контроллер ипаруGRIN-линзинтерферометрадляколлимированияназывается«опорноеипередачиплечо»,луча.имеетОдноплечорегулируемуювпространстве прокладку, чтоб изменять расстояние между линзами, другое плечо«плечо с образцом» имеет нелинейный кристалл с парой электродов внаправлении перпендикулярном направлению распространения света.33В качестве источника света использовался полупроводниковый усилитель спиком на 1505 нм и шириной на половине максимума 60 нм.Был использован обычный кристалл ниобата лития с Z- срезом, с размерами10х10х0,5 мм, электроды –покрытые платиной стороны площадью 7,8х7,8 мм.Направление электрического поля вдоль кристаллографической оси Z.Неполяризованный белый луч света направлен вдоль кристаллографическойоси y , так что эл.
поле было направлено нормально к распространению луча.Два поляризатора устанавливаются в начале каждого плеча для управленияполяризациейвходящихпучковдлямаксимальнойвидимостиинтерференционной картины.Эксперимент проводится сначала без приложения поля к образцу, зависимостьфазы интерференционного спектра образованной между лучами основной волны,обыкновенным и необыкновенным лучами. Затем аналогичные спектры былиполучены с приложенным напряжением.Рисунок 3. Схема установки для измерения ЭО коэффициентов методом Мендеза, и методомYonekuraИнтенсивность выходящего пучка может быть рассчитана по формуле+(10)где E0 электрическое поле приложенное к опорному плечу, и a– отношениевеличины электрического поля входящего луча в плечо с образцом к величинеполя приложенного к лучу в опорном плече.IA и IB интенсивность входного луча в опорном плече и плече с образцом.34Фазовая задержка между лучами прошедшими через оба плеча безприложения поля:,(11)где φf фазовая задержка между лучами прошедшими через опорное плечо и плечос образцом.Фазовая задержка между лучами прошедшими через оба плеча приприложения поля:(12)где LRA и LSA – длины воздушных участков опорного плеча и плеча с образцом.LS – длина образца;r – ЭО коэффициент.Из выражений (10) и (11) можно получить выражение для определения ЭОкоэффициента,(12)ЭО коэффициент связан со сдвигом фаз между двумя случаями без поля и сполем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
