电光相位调制系统的制作方法
【专利摘要】本发明实施例提供一种电光相位调制系统，包括：电光晶体、射频电路以及光源，其中，电光晶体的光入射面与光出射面平行，电光晶体的上电极面与下电极面平行，光入射面与光出射面位于上电极面与下电极面之间，且光入射面与上电极面之间的夹角为布儒斯特角；射频电路的两个电极分别与上电极面和下电极面连接，用于向上电极面和下电极面发送射频信号，以使上电极面和下电极面之间形成电场方向垂直与上电极面的电场；光源位于光入射面一侧，光源产生的光束与光入射面的夹角为布儒斯特角。用于减少剩余幅度调制，进而提高相位调制的精确度。
【专利说明】
电光相位调制系统
技术领域
[0001] 本发明实施例涉及激光控制技术领域，尤其涉及一种电光相位调制系统。
【背景技术】
[0002] 由于电光相位调制技术具有较高的灵敏度，因此，电光相位调制技术广泛应用于 原子光谱、超稳激光等技术领域，目前，一般通过电光相位调制器实现电光相位调制，电光 相位调制器的核心部件为电光晶体。
[0003] 目前，电光相位调制分为横向电光相位调制和纵向电光相位调制，在横向电光调 制中，需要保证电场方向和电光晶体内部的光束方向垂直，一般通过如下方式实现:通过射 频电路在长方体状的电光晶体的上表面和下表面发送射频信号，使得上表面和下表面之间 形成电场方向垂直与上表面的电场，然后将光源发出的光束垂直于光入射面入射至该电光 晶体内部，使得进入到电光晶体内部的光束方向与电场方向垂直。在上述方式中，当光束到 达光出射面(与光入射面平行)时，光出射面会对光束进行反射，并将光束反射至光入射面， 光入射面对接收到的反射光束进行再次反射，导致电光晶体内部的光束在光入射面和光出 射面之间来回反射，进而引起剩余幅度调制，剩余幅度调制对相位调制的精确度造成不良 的影响，且剩余幅度调制越尚，对相位调制的精确度的影响越大。
[0004] 在现有技术中，为了降低剩余幅度调制，一般在电光晶体的光入射面和光出射面 上镀光透膜，通过光透膜减少光束在光入射面和光出射面之间来回反射，然而，通过光透膜 并不能完全避免光束在光入射面和光出射面之间来回反射，使得光入射面和光出射面之间 仍然存在来回反射的光束，进而引起剩余幅度调制，进而影响相位调制的精确度。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例提供一种电光相位调制系统，减少了剩余幅度调制，进而提高了相 位调制的精确度。
[0006] 本发明实施例提供一种电光相位调制系统，包括：电光晶体、射频电路以及光源， 其中，
[0007] 所述电光晶体的光入射面与光出射面平行，所述电光晶体的上电极面与下电极面 平行，所述光入射面与所述光出射面位于所述上电极面与所述下电极面之间，且所述光入 射面与所述上电极面之间的夹角为布儒斯特角；
[0008] 所述射频电路的两个电极分别与所述上电极面和所述下电极面连接，用于向所述 上电极面和所述下电极面发送射频信号，以使所述上电极面和所述下电极面之间形成电场 方向垂直与所述上电极面的电场；
[0009] 所述光源位于所述光入射面一侧，所述光源产生的光束与所述光入射面的夹角为 布儒斯特角。
[0010] 本发明实施例提供的电光相位调制系统，包括：电光晶体、射频电路以及光源，电 光晶体的光入射面与光出射面平行，电光晶体的上电极面与下电极面平行，光入射面与光 出射面位于上电极面与下电极面之间，且光入射面与上电极面之间的夹角为布儒斯特角， 射频电路的两个电极分别与上电极面和下电极面连接，用于向上电极面和下电极面发送射 频信号，以使上电极面和下电极面之间形成电场方向垂直与上电极面的电场，光源位于光 入射面一侧，光源产生的光束与光入射面的夹角为布儒斯特角;在该电光相位调制系统中， 由于光束进入到电光晶体时的入射角为布儒斯特角，且光入射面与上电极面之间的夹角为 布儒斯特角，因此，进入到电光晶体的折射光与电光晶体的上电极面平行，使得折射光的方 向与电光晶体中的电场的方向垂直，满足了横向电光调制的条件，进一步的，电光晶体中的 折射光与光出射面之间夹角为布儒斯特角(非直角），因此，在光出射面发生反射的少量光 束不会反射到光入射面，避免了光束在光入射面和光出射面之间来回反射，有效减少了剩 余幅度调制，进而提尚了相位调制的精确度。
【附图说明】
[0011] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发 明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0012] 图1为本发明提供的电光相位调制系统的结构示意图一；
[0013] 图2为本发明提供的光束传输过程示意图一；
[0014] 图3为本发明提供的电光相位调制系统的结构示意图二；
[0015] 图4为本发明提供的光束传输过程示意图二；
[0016] 图5为本发明提供的检测剩余幅度调制的系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0017] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0018] 本发明实施例所涉及的电光相位调制系统应用于横向电光相位调制，该电光相位 调制系统可以对光束的相位进彳丁调制，本发明提供的电光相位调制系统旨在解决现有技术 中，在进行电光相位调制过程中由于产生较大剩余幅度调制而影响相位调制的精确度的问 题。下面通过具体实施例对电光相位调制系统进行详细说明。
[0019] 图1为本发明提供的电光相位调制系统的结构示意图一，请参照图1，该系统可以 包括:电光晶体101、射频电路102以及光源103,其中，
[0020] 电光晶体101的光入射面ADHE与光出射面BFGC平行，电光晶体的上电极面AB⑶与 下电极面EFGH平行，光入射面ADHE与光出射面BFGC位于上电极面ABCD与下电极面EFGH之 间，且光入射面ADHE与上电极面AB⑶之间的夹角为布儒斯特角；
[0021] 射频电路102的两个电极分别与上电极面ABCD和下电极面EFGH连接，用于向上电 极面ABCD和下电极面EFGH发送射频信号，以使上电极面ABCD和下电极面EFGH之间形成电场 方向垂直与上电极面的电场；
[0022] 光源103位于光入射面一侧，光源产生的光束与光入射面的夹角为布儒斯特角。
[0023] 布儒斯特角与光源发出光束的波长和电光晶体的属性(例如折射率)有关，当光源 固定（即光源发出光束的波长固定）、电光晶体固定时，布儒斯特角为一个固定的角度;进一 步的，为了便于对电光晶体的生产加工，电光晶体的第一横截面CGHD与第二横截面BFEA平 行，第一横截面CGHD和第二横截面BFEA位于上电极面AB⑶与下电极面EFGH之间、以及光入 射面ADHE和光出射面BFGC之间，第一横截面CGHD与上电极面ABCD垂直，第一横截面CGHD与 光入射面ADHE垂直。
[0024] 在本发明实施例中，光源可以为激光器，电光晶体可以为铌酸锂晶体、掺镁铌酸锂 晶体、磷酸钛氧钾晶体中的一种，当然在实际应用过程中，电光晶体还可以为其它材质，本 发明对此不作具体限定;进一步的，为了保证电光相位调制系统的精确性，电光晶体的加工 参数可以如下:相对面的平行度为0.02毫米，表面粗糙度为0.012微米，透光率为98%。
[0025] 下面，结合图2所示的光束在电光晶体中的传输过程，对图1实施例所示的电光相 位调制系统进行详细说明。
[0026] 图2为本发明提供的光束传输过程示意图一，其中，图2中的电光晶体与图1中的电 光晶体一样，为了便于描述，图2中的电光晶体以平面图表示。
[0027] 在射频电路102通电后，在电光晶体101的上电极面和下电极面之间形成电场方向 垂直与上电极面的电场，光源103产生的光束Sl与光入射面的夹角为布儒斯特角Θ，光束Sl 在进入电光晶体后发生折射得到折射光S2,由于光入射面和上电极面之间的夹角为布儒斯 特角，且光束Sl与光入射面之间的夹角为布儒斯特角，因此，折射光S2的传输方向与上电极 面平行，进而使得折射光S2的传输方向与上电极面和下电极面之间的电场方向垂直，满足 了横向电光调制的条件。
[0028] 在折射光S2到达光出射面时，大部分的折射光S2从光出射面射出，形成出射光S3， 该出射光S3与入射光Sl平行，少部分的折射光S2在光出射面发生反射形成反射光S4,由于 折射光S2与光出射面之间的夹角为布儒斯特角，该布儒斯特角不是直角，因此，该反射光S4 不会被再次反射至光入射面，进而避免了光束在光入射面和光出射面之间来回反射，进而 有效减少了剩余幅度调制;进一步的，在图1所示的电光相位调制系统中，无需在电光晶体 的光入射面和光出射面上镀光透膜，节省了加工成本。
[0029] 本发明实施例提供的电光相位调制系统，包括：电光晶体、射频电路以及光源，电 光晶体的光入射面与光出射面平行，电光晶体的上电极面与下电极面平行，光入射面与光 出射面位于上电极面与下电极面之间，且光入射面与上电极面之间的夹角为布儒斯特角， 射频电路的两个电极分别与上电极面和下电极面连接，用于向上电极面和下电极面发送射 频信号，以使上电极面和下电极面之间形成电场方向垂直与上电极面的电场，光源位于光 入射面一侧，光源产生的光束与光入射面的夹角为布儒斯特角;在该电光相位调制系统中， 由于光束进入到电光晶体时的入射角为布儒斯特角，且光入射面与上电极面之间的夹角为 布儒斯特角，因此，进入到电光晶体的折射光与电光晶体的上电极面平行，使得折射光的方 向与电光晶体中的电场的方向垂直，满足了横向电光调制的条件，进一步的，电光晶体中的 折射光与光出射面之间夹角为布儒斯特角(非直角），因此，在光出射面发生反射的少量光 束不会反射到光入射面，避免了光束在光入射面和光出射面之间来回反射，进而有效减少 了剩余幅度调制。
[0030] 在图1所示实施例的基础上，为了便于用户对光源产生的光束与光入射面之间的 夹角的调节，还可以在电光相位调制系统中增设角度检测装置，具体的，请参见图3所示的 实施例。
[0031] 图3为本发明提供的电光相位调制系统的结构示意图二，在图1所示实施例的基础 上，请参照图3,该系统还可以包括角度检测装置104,其中，
[0032] 角度检测装置104用于检测光源产生的光束与光入射面之间的夹角，并显示该夹 角，以使用户根据该夹角以及布儒斯特角对光源或电光晶体的位置进行调节。
[0033] 可选的，角度检测装置104可以通过如下可行的实现方式检测光束与光入射面之 间的夹角：将角度检测装置设置在光源和光入射面之间，并使得角度检测装置与光入射面 平行，角度检测装置检测光束与角度检测装置之间的夹角，并确定光束与角度检测装置之 间的夹角为光束与光入射面之间的夹角;可选的，角度检测装置上可以设置有显示屏，通过 显示屏显示光束与光入射面之间的夹角，进一步的，还可以在显示屏上布儒斯特角的大小， 以使用户更加方便的根据光束与光入射面之间的夹角、以及布儒斯特角对光源或电光晶体 的位置进行调节，使得光源产生的光束与光入射面之间的夹角为布儒斯特角；需要说明的 是，角度检测装置中用于穿设光束的区域可以为透镜，不对光束的特性造成影响。
[0034] 进一步的，该电光相位调制系统还可以包括偏振片105，偏振片105位于光源103与 电光晶体101之间，用于将光源发出的光束调整成为偏振光，可选的，可以将偏振片105设置 在光源103和角度检测装置104之间，也可以将偏振片105设置在角度检测装置104和光入射 面之间。
[0035] 光源产生的光束通过偏振片后，将光束调整成为线偏振光，下面，结合图4所示的 先偏振光在电光晶体中的传输过程，对图3实施例所示的电光相位调制系统进行详细说明。
[0036] 图4为本发明提供的光束传输过程示意图二，其中，图4中的电光晶体与图3中的电 光晶体一样，为了便于描述，图4中的电光晶体以平面图表示。
[0037] 光源103产生的光束经过偏振片105后被调整成为线偏振光束，线偏振光束经过角 度检测装置104,角度检测装置104检测并显示线偏振光束与光入射面之间的夹角，用户可 以根据该系统的布儒斯特角以及角度检测装置104检测得到的夹角，对电光晶体101或者光 源103的位置进行调节，直至线偏振光束与光入射面之间的夹角为布儒斯特角。
[0038] 假设经过角度检测装置104的线偏振光为Al，线偏振光Al可以分解为两束偏振相 互垂直的线偏振光：平行于上电极面的线偏振光和垂直于上电极面的线偏振光，当线偏振 光Al以布儒斯特角为入射角入射到光入射面时，垂直于上电极面的线偏振光全部进入到电 光晶体得到折射光A3,且折射光A3与电光晶体的上电极面平行，折射光A3在到达光出射面 时，大部分光束从光出射面射出得到出射光A5，出射光A5与入射光Al平行，少部分光束在光 出射面发生反射得到反射光A6,该反射光A6不会直接反射到光入射面;平行于上电极面的 线偏振光大部分在光入射面发生发射得到反射光A2,平行于上电极面的线偏振光少部分进 入到电光晶体得到折射光A4,且折射光A4与电光晶体的上电极面不平行，折射光A4在到达 光出射面时，大部分光束从光出射面射出得到出射光A7，少部分光束在光出射面发生反射 得到反射光A8，该反射光A8不会直接反射到光入射面，由上可知，在光出射面发生发射的光 束均不会直接反射至光入射面，避免了光束在光入射面和光出射面之间来回反射，进而有 效减少了剩余幅度调制。
[0039] 在上述过程中，由于电光晶体对不同偏振光的折射率不一样，当垂直于上电极面 的线偏振光在电光晶体内部传输，与上电极面平行时，平行于上电极面的线偏振光在电光 晶体内部传输时，与上电极面不平行，这样可以将垂直于上电极面的线偏振光与平行于上 电极面的线偏振光在空间上分离，有效抑制了不需要的偏振光对需要的偏振光的影响，也 就抑制了由于晶体双折射引起的剩余幅度调制；同时，垂直于上电极面的线偏振光(需要的 偏振光)可以无损耗的通过电光晶体，平行于上电极面的线偏振光(不需要的偏振光)大部 分被反射，这也对抑制晶体双折射引起的剩余幅度调制起到了作用。
[0040] 在实际应用过程中，优选的，上电极面和下电极面正对的部分镀有导电膜，以使在 上电极面和下电极面之间形成的电场方向垂直与上电极面的电场。
[0041] 下面，结合图5所示实施例，以电光晶体为铌酸锂晶体为例，对电光相位调制系统 减少剩余幅度调制的过程进行详细说明。
[0042] 图5为本发明提供的检测剩余幅度调制的系统结构示意图，具体的，请参见图5。 [0043]假设该系统中的电光晶体为铌酸锂晶体，该铌酸锂晶体的长度为50毫米，铌酸锂 晶体的高度(上电极面和下电极面之间的高度)d = 5毫米，铌酸锂晶体的上电极面和下电极 面正对的部分的长度1=45.5毫米，则在上电极面和下电极面正对的部分镀有导电膜，假设 电光晶体的电光系数Y=31pm/V，假设激光器产生光束的波长λ=1550ηπι，电光晶体的折射 率η = 2.21;根据上述参数可以得到铌酸锂晶体的半波电压K = ^ = 509/7，在实际应用 η γ? 中，可以在系统中增加一个升压电路，以减少射频电路的输出电压，例如，在系统中增加一 个20倍升压电路，可以使得射频电路的输出电压减少至25伏特。
[0044]打开射频电路509，使得射频电路509在电光晶体503的上电极面和下电极面之间 产生电场，激光器501产生的光束经过偏振片502后，得到线偏振光，线偏振光经过到电光晶 体503后，再经过一个偏振片504,然后通过透镜505进入探测器506,探测器506输出电压分 为两路:一路进入频谱仪507，由频谱仪507测剩余幅度调制的大小，另一路进入混频器508， 混频器508将得到的电压信号和射频电路509产生的参考信号混频后得到剩余幅度调制的 误差信号，并将误差信号发送至FFT分析仪510和数字电压表511，由FFT分析仪510和数字电 压表511测剩余幅度调制误差信号的稳定度。
[0045] 通过频谱仪测量得到的剩余幅度调制约为1.3Χ10-5,比常用的电光调制器所产 生的剩余幅度调制（1〇_ 3)降低了两个数量级。
[0046] 通过FFT分析仪和数字电压表测剩余幅度调制的稳定度如下:剩余幅度调制的1秒 稳定降低了 8倍，10秒稳定度降低了 50倍;FFT分析仪测得的功率噪声谱密度在IHz处，上述 系统相比常用的电光调制器降低了 30倍。
[0047] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽 管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依 然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进 行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术 方案的范围。
【主权项】
1. 一种电光相位调制系统，其特征在于，包括:电光晶体、射频电路以及光源，其中， 所述电光晶体的光入射面与光出射面平行，所述电光晶体的上电极面与下电极面平 行，所述光入射面与所述光出射面位于所述上电极面与所述下电极面之间，且所述光入射 面与所述上电极面之间的夹角为布儒斯特角； 所述射频电路的两个电极分别与所述上电极面和所述下电极面连接，用于向所述上电 极面和所述下电极面发送射频信号，以使所述上电极面和所述下电极面之间形成电场方向 垂直与所述上电极面的电场； 所述光源位于所述光入射面一侧，所述光源产生的光束与所述光入射面的夹角为布儒 斯特角。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电光晶体的第一横截面与第二横截面 平行，所述第一横截面和所述第二横截面位于所述上电极面与所述下电极面之间、以及所 述光入射面和所述光出射面之间，所述第一横截面与所述上电极面垂直，所述第一横截面 与所述光入射面垂直。3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括偏振片，所述偏振片位于 所述光源与所述电光晶体之间，用于将所述光源发出的光束调整成为偏振光。4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括角度检测装置，所述角度检测装置 用于检测所述光源产生的光束与所述光入射面之间的夹角，并显示所述夹角，以使用户根 据所述夹角以及所述布儒斯特角对所述光源或所述电光晶体的位置进行调节。5. 根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述上电极面和所述下电极面正 对的部分镀有导电膜，以使在所述上电极面和所述下电极面之间形成的电场方向垂直与所 述上电极面的电场。6. 根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述光源为激光器。7. 根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述电光晶体为铌酸锂晶体、掺 镁铌酸锂晶体、磷酸钛氧钾晶体中的一种。
【文档编号】G02F1/03GK105940340SQ201680000566
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年1月11日
【发明人】姜海峰, 邰朝阳, 张颜艳, 张龙, 闫露露, 赵文宇, 张首刚
【申请人】中国科学院国家授时中心