专利名称：一种电光晶体材料半波电压和光学均匀性的测量装置和测量方法
技术领域：
本发明涉及一种电光晶体材料半波电压和光学均匀性的测量装置和测量方法，具体涉及有旋光性电光晶体的静态消光比、动态消光比和半波电压的测量。
所谓旋光性是指单色平面偏振光沿光轴方向通过晶体后，其偏振面会发生转动，转动的角度与晶片的厚度成正比。旋光晶体中光的偏振面的旋转是相对于波矢量k而言的，迎着光线看去，偏振面沿顺时针方向旋转者，称为右旋；偏振面沿逆时针方向旋转者，称为左旋。故光沿波矢量k方向传播了一定距离后，其偏振面转过了角度Φ，如被反射，沿-k方向回到原出发点，其偏振面旋转的角度为Φ+(-Φ)＝0。利用这一结果，可将有旋光性的电光晶体(如LGS单晶)置于激光器中，使其成为一个电光Q开关，如
图1所示。
NdYAG激光基质晶体发出的激光经过布儒斯特窗后形成一平面偏振光，通过有旋光性的电光晶体LGS后，其偏振面旋转了角度Φ。经全反镜反射后，又一次通过LGS电光晶体，其偏振面旋转了Φ+(-Φ)＝0。然后再经过布儒斯特窗，这样LGS晶体就处于平行偏光干涉的实验装置中。参见蒋民华编《晶体物理》山东科学技术出版社1982年P278，349。由于LGS单晶具有足够大的电光效应，当在该晶体上加撤电场时，LGS单晶就可以起到光开关的作用。如果在激光腔中全反镜和Q开关之间再插入四分之一波长的薄片，将平行偏光干涉实验装置转换成正交偏光干涉的实验装置，则效果更好。
以前测量无旋光性电光晶体材料有关参数的方法和实验装置已不能用来测量有旋光性电光晶体材料的这些重要参数。测量无旋光性电光晶体的静态消光比、动态消光比和半波电压的正交偏光实验装置如图2所示。由于光一次通过晶体，不能消除由于旋光性使得偏振面旋转的角度对半波电压和光学均匀性参数的影响。所以，不能用来测量有旋光性电光晶体的静态消光比、动态消光比和半波电压。为了能评价有旋光性的电光晶体性能的优劣，有必要建立新的测量方法和测量装置测，来测量有旋光性的电光晶体材料的这些重要参数。
本发明的装置包括氦氖激光器、起偏器、分光板，全反镜，检偏器、光电二极管，检流计以及直流高压电源。其特点是按光路方向在起偏器之后设一分光板与入射光夹角45°或135°，分光板之后是被测晶体置放位，其后为全反镜，在分光板正下方依此是检偏器、光电二极管和检流计。光电二极管与检流计电连接，其它各部件之间为光关联。
上述被测晶体上下表面涂银电极，并与高压电源电连接。
在上面的装置中，由于平面偏振光来回两次通过被测电光晶体，当被测晶体本身具有旋光性时，该晶体由旋光性引起的偏振面的旋转角度为零。这样，就可以利用此装置来测量有旋光性电光晶体材料的静态消光比、动态消光比和半波电压了。
另外，此装置还可以用来测量无旋光性电光晶体的静态消光比、动态消光比和半波电压。
本发明测量方法是将被测晶体放置在分光板之后的晶体置放位，打开激光器，通过起偏器的一束平面偏振光由分光板分成两束，一束被分光板反射掉，另一束则通过分光板，经被测量的电光晶体后，由全反镜反射回来，又一次通过被测晶体，再由分光板反射为与入射光成90°角方向传播的光，通过检偏器，光信号由光电二极管转变成电信号，从而在检流计上得到光强信号。
根据上述方法，调整检偏器和起偏器正交，晶体上未加电压时探测到的光强信号为I1，转动检偏器，使检偏器和起偏器平行，这时探测到的光强信号为I2，I2/I1为静态消光比。
根据上述方法，调整检偏器和起偏器正交，在0～10000V的范围内，在晶体上加直流电压，通过手动或自动操作，逐渐连续加大电压，检流计指示的光强信号由小逐渐变大，至最大时，(如果再增加电压光强信号将变小)，这时晶体上所加的电压称为半波电压。这时的光强信号为I3。I3/I1为动态消光比。
根据上述方法，不放入晶体，正交偏光时探测到的光强信号与平行偏光时探测到的光强信号之比称为系统的消光比。本发明测量装置的系统消光比为1∶700。
本发明为表征有旋光性电光晶体材料有关参数的测量，提供了一种可靠的测量装置和易于操作的测量方法。可以方便地用来测量有旋光性电光晶体材料的静态消光比、动态消光比和半波电压，结果可靠。同时本发明也可以用来测量无旋光性的电光晶体材料的这些重要参数。部分普通电光晶体(无旋光性)和有旋光性电光晶体材料的静态消光比、动态消光比和半波电压的测量结果列于实施例中的表1。
图2现有技术中无旋光性电光晶体的静态消光比、动态消光比和半波电压的测量装置。图中带箭头的横线表示光路，按光路方向各部件依此为6.氦氖激光器，7.起偏器，无旋光性电光晶体C，8.检偏器，9.光电二极管，10.检流计和11.高压电源。
图3本发明的电光晶体的静态消光比、动态消光比和半波电压的测量装置。其中，带箭头的线表示光路，6.氦氖激光器，7起偏器，12.分光板，电光晶体C，5.全反镜，8.检偏器，9.光电二极管，10.检流计，11.高压电源。
测量装置结构如图3所示。包括氦氖激光器6，起偏器7，检偏器8，光电二极管9，检流计10，高压电源11。按光路方向在起偏器7之后设一分光板12与入射光夹角135°角，分光板之后是被测晶体置放位，其后为与光路垂直的全反镜5，在分光板12正下方依此是检偏器7，光电二极管9和检流计10电连接，电光晶体C上下表面的银电极和高压电源11也是电连接，其它各部件之间为光关联。
测量方法是将一块有旋光性电光晶体La3Ga5SiO14晶体(LGS)水平放置在分光板12之后的被测晶体置放位，使晶体光轴与光路平行，晶体为长方体，尺寸6.2×6.2×40.3(mm3)。打开氦氖激光器，使光通过起偏器，得到的平面偏振光由分光板12分成两束，一束被分光板12反射掉，另一束则通过分光板12，经被测量的电光晶体后，由全反镜5反射回来，又一次通过被测晶体LGS，再由分光板12反射为与入射光成90°角方向传播的光，通过检偏器7，光信号由光电二极管9转变成电信号，从而在检流计10上得到光强信号。
调整检偏器和起偏器正交，晶体上未加电压时，探测到的光强信号为I1，转动检偏器，使检偏器和起偏器平行，这时探测到的光强信号为I2，I2/I1为静态消光比，得数为1∶200。
调整检偏器和起偏器正交，在晶体上加直流电压，逐渐连续加大电压，检流计指示的光强信号由小逐渐变大，至最大时，(如果再增加电压光强信号将变小)，这时晶体上所加的电压为1900V。该晶体的半波电压即为1900V。这时的光强信号为I3。I3/I1为动态消光比，得数为1∶80。
实施例2、3所用装置、方法同实施例1，所测晶体均为LGS。
实施例4～6所用装置、方法同实施例1，所不同的是被测晶体是LiNbO3、KD2PO4(简称DKDP)，LiNbO3、DKDP是无旋光性的晶体，最后数据列入表1中。
表1 电光晶体材料的静态消光比、动态消光比和半波电压的测试结果。
实施例7.如实施例1所述，所不同的是，分光板12与入射光夹角45°，在分光板12正上方依此是检偏器7、光电二极管9和检流计10。
权利要求
1.一种电光晶体材料半波电压和光学均匀性的测量装置，包括氦氖激光器、起偏器、全反镜、检偏器、光电二极管、检流计以及直流高压电源，其特征是，按光路方向在起偏器之后设一分光板与入射光夹角45°或135°，分光板之后是被测晶体置放位，其后为全反镜，在分光板正下方依此是检偏器、光电二极管和检流计，光电二极管与检流计电连接，其它各部件之间为光关联。
2.如权利要求1所述的电光晶体材料半波电压和光学均匀性的测量装置，其特征在于，所述被测晶体上下表面涂银电极，并与高压电源电连接。
3.一种电光晶体材料半波电压和光学均匀性的测量方法，其特征是将被测晶体放置在分光板之后的晶体置放位，打开激光器，通过起偏器的一束平面偏振光由分光板分成两束，一束被分光板反射掉，另一束则通过分光板，经被测量的电光晶体后，由全反镜反射回来，又一次通过被测晶体，再由分光板反射为与入射光成90°角方向传播的光，通过检偏器，光信号由光电二极管转变成电信号，从而在检流计上得到光强信号。
4.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于，调整检偏器和起偏器正交，晶体上未加电压时探测到的光强信号为I1，转动检偏器，使检偏器和起偏器平行，这时探测到的光强信号为I2，I2/I1为静态消光比。
5.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于，调整检偏器和起偏器正交，在0～10000V的范围内，在晶体上加直流电压，通过手动或自动操作，逐渐连续加大电压，检流计指示的光强信号由小逐渐变大，至最大时，晶体上所加的电压为半波电压，这时的光强信号为I3，I3/I1为动态消光比。
全文摘要
一种电光晶体材料半波电压和光学均匀性的测量装置和测量方法,具体涉及电光晶体的静态消光比、动态消光比和半波电压的测量。测量装置包括氦氖激光器、起偏器、分光板、全反镜、检偏器、光电二极管、检流计以及直流高压电源,分光板与入射光夹角45°或135°。测量方法是将上下表面涂银电极的被测晶体放置在分光板之后,打开激光器,晶体上未加电压时调整检偏器和起偏器正交或平行,探测到的光强信号分别为I
文档编号G01J4/00GK1389720SQ0213525
公开日2003年1月8日 申请日期2002年7月12日 优先权日2002年7月12日
发明者尹鑫, 王继扬, 张少军, 蒋民华 申请人:山东大学