专利名称：基于超声跟踪技术的宽带声电光偏转器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于超声跟踪技术的宽带声电光偏转器，属于光电子器件。
背景技术：
基于体波声电光技术的光电子器件广泛应用于光纤通信、光纤传感和调制技术 中。体波声电光偏转器同时利用声光效应和电光效应，相关研究和应用在国内外均有过相 关报道。如纽约理工大学的Hyuk Lee等人对具有均勻强度响应的扫描声电光偏转器的研 究报道(Applied Physics Letter, V. 49，N. 1，P. M-25，1986)、北京工业大学俞宽新等人 的研究工作《反常声电光偏转器》(应用声学，V. 15，N. 6，P. 7，1996)等。体波声电光偏转器的工作原理为将频率变化、功率固定的驱动电信号加到换能 器上，利用声光效应进行激光偏转。当驱动电信号的频率偏离器件中心频率时，由于动量失 配造成衍射效率下降，再将适当的直流高压加到电极上，利用电光效应补偿动量失配，使衍 射效率回升，从而扩大器件的带宽。目前，传统的声电光偏转器的结构见图2所示，它由声电光晶体1、激光器2、一对 电光电极3、高压直流电流4、电声换能器7和高压信号发生器8组成。在声电光晶体1的 上晶面上只粘一片电声换能器7。上述单片换能器结构意味着器件换能器的超声主方向是 固定不变的，当驱动电信号的频率偏离器件的中心频率时，超声主方向无法实现对满足动 量匹配的超声方向的自动跟踪，因此单片换能器结构的声电光偏转器其所具有的频率特性 曲线为单峰曲线，虽然当驱动电信号的频率偏离器件的中心频率时，可通过外加电场对动 量失配进行调整，但是单峰频率特性曲线说明此种结构无法从根本上实现宽带设计，获得 真正意义上的宽带声电光偏转器。超声跟踪技术一般用于声光器件的设计中，是通过一组同相或反相驱动的换能器 设计，使器件的频率特性曲线成为双峰曲线，从而解决声光器件的设计中有两个重要设计 参数衍射效率和器件的工作带宽之间的矛盾。通过对换能器的数目和尺寸进行优化设计， 超声跟踪技术可以在保证通频带内不均勻性为3dB前提下有效扩大器件的带宽，并同时获 得较高的衍射效率，从而提高器件的性能。综上所述可得，传统的声电光偏转器和基于超声跟踪技术的声光器件均有其不足 之处声电光偏转器在传统声光器件基础上，通过外加电场产生的电光效应，在一定程度上 改善了器件的性能，但是其频率特性曲线依然为单峰曲线，器件带宽并没有得到质的改善； 基于超声跟踪技术优化设计的声光器件，其器件的频率特性曲线变为双峰曲线，在一定程 度上解决了器件的带宽和衍射效率的矛盾，但是其没有利用电光效应，因此其器件性能还 可以通过外加电场而获得进一步提升的空间。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够有效扩大声电光偏转器的带宽 的基于超声跟踪技术的宽带声电光偏转器。[0008]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案本实用新型包括声电光晶体、激光器、位于所述声电光晶体晶面上的电声换能器、 一对电光电极、高频位号发生器和高压直流电源；其特征在于所述电声换能器为基于声跟 踪技术设置的一组同相或反相驱动的电声换能器；该组由两片以上电声换能器组成。所述声电光偏转器为反常声电光偏转器或正常声电光偏转器。 所述声电光偏转器为一维声电光偏转器或多维声电光偏转器。所述所述声电光偏转器的电声换能器为单通道或多通道。本实用新型的有益效果如下1)本实用新型能够有效扩大声电光偏转器的带宽，实现了真正意义上的宽带设 计。2)多片电声换能器增加了电声换能器的总长度，从而提高了本声电光偏转器的衍 射效率，实现了器件整体性能的提升。3)本声电光偏转器在特定环境下还可以用做调制器使用，如其工作在驱动电信 号频率固定、强度随时间变化的情况时，该器件表现为调制器的功能，此时通过调整外加电 压，还可以实现对器件中心频率的调整，从而增加器件使用的灵活性。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为传统的声电光偏转器的结构示意图。在图1中，1声电光晶体、2激光器、3电光电极、4高压直流电源、5—级衍射光、6 零级衍射光、7电声换能器、8高频位号发生器。
具体实施方式
由图1所示的实施例可知，在长方体声电光晶体1的上晶面上粘贴一组同相或反 相驱动的电声换能器7，该组由两片以上的电声换能器组成，在长方体声电光晶体1的前后 两个晶面上分别镀有电光电极3，所述激光器2位于长方体声电光晶体1的左边，所述高频 位号发生器8位于长方体5声电光晶体1的上方，所述高压直流电源5位于长方体声电光 晶体1的前方；在本实施例中，激光器2的型号为FPHL-50型He-Ne激光器，高压直流电源的型号 为WWL-LDG，高频信号发生器的型号为XG-22。在本实施例中，电声换能器的片数及每片的长度可根据实际要求进行设计，具体 步骤如下1)首先根据声电光偏转器件的声电光工作模式确定其声光互作用平面。2)在声光互作用平面内，根据声电光偏转器的中心频率和器件的带宽设计和通 带内均勻性要求，利用超声跟踪理论(详见声光器件的原理、设计和应用，徐介平著，科学 出版社，1982)确定电声换能器的片数以及每片换能器的长度。在本实施例中，若声电光晶体1选用铌酸锂(LN)晶体时，即为超声跟踪铌酸锂 (LN)宽带声电光偏转器。LN晶体为负单轴晶体，无旋光性，ο光和e光折射率曲面在光轴Z方向上相切。本实例中选择LN晶体的M)Z平面作为声光互作用平面，其中光沿Z轴方向附近传播，声波 沿X轴附近传播，外加电场方向沿Y轴方向。选择e —ο模式的反常声光互作用几何关系， 具体为入射光偏振方向为沿X轴方向偏振的e光，衍射光偏振方向为垂直于M)Z平面的0光。器件设计中心频率为60MHz，换能器设计总片数为2片，换能器驱动方式为反相 驱动。根据超声跟踪理论计算结果，通带内不均勻度为3dB时，每片换能器的设计长度为 11. 7mm,换能器的中心间距13mm。器件的整体尺寸为长度30mm，宽度3mm，高度10mm。按照文献(应用声学，V. 15，N. 6，P. 7，1996)中的测试方法，对器件在加直流高压 情况下进行了带宽测试。具体测试过程为保持驱动电信号电功率为0. 5w不变的条件下， 测量衍射效率随驱动电信号频率变化的响应曲线。当驱动电信号频率低于中心频率时，沿 +Y方向加直流电压，当驱动电信号频率高于中心频率时，沿-Y方向加直流电压。所加电压 的大小随频率偏差而变化，外加电压初始值为零，频率偏差每增加1MHz，电压加大80v。测量结果表明，通过超声跟踪设计的多片换能器结构，器件的带宽从37MHz扩大 到62MHz，比传统的单片结构的声电光偏转器带宽提高了 67%。本实用新型的工作原理如下将频率变化、功率固定的驱动电信号加到本偏转器的电声换能器7上，电声换能 器7由具有压电性能的晶片制成，产生频率随驱动电信号变化的超声波并耦合进入声电光 晶体1内。激光经过声电光晶体1时，和超声波相互作用产生一级衍射光5并由光电管探 测。衍射光方向随驱动电信号的频率变化而变化，利用声光效应实现激光偏转，由于电声换 能器7设计为多片结构，使本声电光偏转器的频率特性曲线从传统的单峰曲线变为双峰曲 线，实现了超声主方向对满足动量匹配方向的自动跟踪，扩大了器件的带宽；在此基础上， 当驱动电信号的频率偏离器件中心频率时，会由于动量失配造成衍射效率下降，将适当的 直流高压加到电光电极3上，利用电光效应补偿动量失配，使衍射效率回升，从而可以进一 步扩大器件的带宽。
权利要求1.一种基于超声跟踪技术的宽带声电光偏转器，包括声电光晶体(1)、激光器(2)、位 于所述声电光晶体(1)晶面上的电声换能器(7)、一对电光电极(3)、高频信号发生器(8)和 高压直流电源(4);其特征在于所述电声换能器(7)为基于超声跟踪技术设置的一组同相或 反相驱动的电声换能器；该组由两片以上电声换能器组成。
2.根据权利要求1所述的基于超声跟踪技术的宽带声电光偏转器，其特征在于所述声 电光偏转器为反常声电光偏转器或正常声电光偏转器。
3.根据权利要求1所述的基于超声跟踪技术的宽带声电光偏转器，其特征在于所述声 电光偏转器为一维声电光偏转器或多维声电光偏转器。
4.根据权利要求1所述的基于超声跟踪技术的宽带声电光偏转器，其特征在于所述声 电光偏转器的电声换能器为单通道或多通道。
专利摘要本实用新型涉及一种基于超声跟踪技术的宽带声电光偏转器，它包括声电光晶体、激光器、位于所述声电光晶体晶面上的电声换能器、一对电光电极、高频位号发生器和高压直流电源；所述电声换能器为基于声跟踪技术设置的一组同相或反相驱动的电声换能器；该组由两片以上电声换能器组成。本实用新型的优点如下本实用新型能够有效扩大声电光偏转器的带宽，实现了真正意义上的宽带设计；多片电声换能器增加了电声换能器的总长度，从而提高了本声电光偏转器的衍射效率，实现了器件整体性能的提升。
文档编号G02F1/33GK201926850SQ20102063896
公开日2011年8月10日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者安磊, 庞兆广, 杨靖 申请人:河北师范大学