一种应力补偿温度对晶体光折射率影响的方法
【专利摘要】本发明提供了一种应力补偿温度对晶体光折射率影响的方法，在光学器件上加入温度监测系统，温度监测系统实时的监控光学器件的工作温度；然后将温度监测系统实时的监控光学器件的工作温度传回到晶体的控制系统；控制系统通过读出的工作温度值，根据温度对光折变指数的影响的图形中温度T与光折变指数Δn对应的关系，求出器件在该工作温度条件下的光折变系数的值；然后对应于正常情况下晶体的应力σ与光折变指数Δn的对应图像中的光折变指数Δn，求出该光折变指数Δn对应的应力σ值，通过控制系统，在器件上加上相应的应力σ值。通过本发明，能够设计出更精确，更为实用的应力光学器件，使得器件的使用范围更广，其性能更为可靠。
【专利说明】一种应力补偿温度对晶体光折射率影响的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及晶体光折变，尤其涉及应力补偿调整温度对晶体光折变影响的方法。
【背景技术】
[0002] 光折变效应指光致晶体折射率发生变化的效应，它是光感应空间电荷场通过电光 效应使介质中光辐照区域内折射率发生变化的现象。由于光折变材料具有显著的电光特 性、非局域响应及高增益等特点，因此，它已广泛应用于光学信息处理、存储等方面。利用 光折变效应已制成了多种用途的光折变非线性器件，光折变非线性光学已发展成为当今非 线性光学中的一个重要分支。值得注意的是，温度与光折变效应密切相关，信息的输入、 读出等都受到温度的影响。常用的压电晶体，在应力作用下，晶体会产生光折变效应，而且， 应力与光折变呈现出特定的关系，即对于不同的晶体在一定的应力作用下，其对应的光折 变都会呈现出一定的值。设计的光折变器件都是按照常温下晶体温度与光折变之间的关系 设计的，但是，器件不会常处于常温下工作或者处于一个恒定的温度上工作，温度的变化对 应力与光折变关系有着严重的影响，它们之间不再呈现原有的关系，这就说明目前设计使 用的光折变器件在精度上还有一定的不足。
[0003] 常用的压电晶体，对于不同的晶体在一定的温度条件下，其对应的光折变都会呈 现出一定的值。但是，器件不会常处于常温下工作或者处于一个恒定的温度上工作，温度的 变化对应力与光折变关系有着严重的影响，它们之间不再呈现原有的关系。目前所使用的 晶体光学器件还没有考虑器件使用时在其特定的工作环境的温度对器件的性能的影响，因 此在设计器件时所考虑的晶体应力与光折变的关系在实际应用中就发生了变化，这给器件 在使用过程中的精确性提出了严峻的考验。
【发明内容】
[0004] 本发明公开了一种通过应力的补偿来调节温度对晶体光折变的影响的方法。晶体 在不同的温度环境下工作时，其光折变是不一样的，这对于设计光折变器件有很大的阻碍 作用，因此需要寻找方法来消除温度的影响。本发明通过应力补偿来调节温度的影响。在 晶体上加一定的应力值，则晶体的光折变也对应特定的值，即晶体的光折变与所加应力呈 现一种特定的对应关系，因此通过调节在晶体上所加应力的大小来消除温度对光折变的影 响，使晶体的应力与光折变关系得到修正，从而能精确的使器件在使用环境中按设计的晶 体光折变与温度之间的关系运行，以使晶体器件的精度更高。
[0005] -种应力补偿温度对晶体光折射率影响的方法，包括如下步骤：
[0006] 在光学器件上加入温度监测系统，温度监测系统实时的监控光学器件的工作温 度；
[0007] 然后将温度监测系统实时的监控光学器件的工作温度传回到晶体的控制系统；
[0008] 控制系统通过读出的工作温度值，根据温度对光折变指数的影响的图形中温度T 与光折变指数△ η对应的关系，求出器件在该工作温度条件下的光折变系数的值；然后对 应于正常情况下晶体的应力σ与光折变指数Λη的对应图像中的光折变指数Λη，求出该 光折变指数Λ η对应的应力〇值，通过控制系统，在器件上加上相应的应力〇值。
[0009] 作为本发明的进一步改进，所述温度采用热力学温标。
[0010] 作为本发明的进一步改进，所述温度监测系统为一组热电偶。
[0011] 作为本发明的进一步改进，晶体的控制系统为应力控制系统。
[0012] 本发明的有益效果是：
[0013] 通过本发明，能够设计出更精确，更为实用的应力光学器件，使得器件的使用范围 更广，其性能更为可靠。
[0014] 1、本发明充分考虑了晶体光学器件的使用环境温度对器件的影响，这对器件更为 精确的设计提供了可行性；
[0015] 2、本发明通过应力补偿的方式有效的解决了温度对晶体光折变的影响，使得温度 与光折变的关系能够按照设计的关系运行；
[0016] 3、本发明方法简单实用，对器件本身的设计形状大小以及器件的运行都没有影 响，只是通过程序进行控制，操作方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本发明铌酸锂晶体的应力σ与光折变指数λ η的对应关系；
[0018] 图2是本发明铌酸锂晶体温度对光折变指数的影响；
[0019] 图3是本发明钨酸镉晶体的应力σ与光折变指数Λ η的对应关系；
[0020] 图4是本发明钨酸镉晶体温度对光折变指数的影响。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0022] 本发明是基于目前光学晶体应用其温度与光折变的关系所设计制造的光学器件 中存在的不足所设计的一种补偿方法。在正常情况下，晶体的应力σ与光折变指数Λη的 对应关系如图1所示（图中采用铌酸锂晶体为例），他们存在一一对应的关系，但是这是不 考虑温度的影响。温度对光折变指数的影响如图2所示，因此，当器件在温度不同的条件下 工作时，其应力与光折变的关系必然发生变化，这对于器件在工作中的应用精确性有很大 影响，因此，在器件的使用过程中对其加一个应力补偿来消除温度对器件的影响，使器件能 在设计的对应关系下工作。
[0023] 本发明具体的操作方法是在光学器件上加一组热电偶，能够实时的监控器件的工 作温度，然后将这个温度传回到晶体所加应力的控制系统，通过读出的温度值，然后根据图 2的关系，了解器件在实时工作条件下的光折变系数与设计时的光折变系数的差值，然后对 应于图1中的应力值，最后，通过控制系统，在器件上加上相应的应力值。
[0024] 本申请中所说明的晶体光折变与温度和应力的关系都是以铌酸锂晶体为例，对于 其他的不同的晶体，只要能够精确的测量出该晶体三者之间的关系就能很好的运用本申请 所描述的方法来消除晶体工作环境中温度变化对晶体光折变的影响。
[0025] 在以下实施实例中，均设定为晶体在常温条件下工作时温度与光折变之间的关系 为标准，通过补偿方法调节在其他温度条件下的二者之间的关系。以下实施例子请结合图 1和图2。图1和图2均以银酸裡晶体为例。
[0026] 实施例1
[0027] 采用较为常用的铌酸锂晶体制备成运用其应力与光折变性能的光学器件，首先测 试该器件常温下工作情况设定该器件应力与光折变的对应关系，然后通过计算出的补偿关 系，测定其在300K情况下工作，由于器件在设计温度条件下工作，因此补偿应力值为0。
[0028] 实施例2
[0029] 我们采用较为常用的铌酸锂晶体制备成运用其应力与光折变性能的光学器件，首 先我们测试该器件常温下工作情况设定该器件应力与光折变的对应关系，然后通过我们计 算出的补偿关系，测定其在400K情况下工作，从图2我们知道光折变指数为7. 8,对应于图 1，补偿应力应该为0. 43MPa，最终确定当我们用该补偿方法，其光折变指数为我们设计的 值。
[0030] 实施例3
[0031] 我们采用较为常用的铌酸锂晶体制备成运用其应力与光折变性能的光学器件，首 先我们测试该器件常温下工作情况设定该器件应力与光折变的对应关系，然后通过我们计 算出的补偿关系，测定其在500K情况下工作，从图2我们知道光折变指数为8. 3,对应于图 1，补偿应力应该为〇· 49MPa。
[0032] 实施例4
[0033] 我们采用较为常用的铌酸锂晶体制备成运用其应力与光折变性能的光学器件，首 先我们测试该器件常温下工作情况设定该器件应力与光折变的对应关系，然后通过我们计 算出的补偿关系，测定其在600K情况下工作，从图2我们知道光折变指数为8. 9,对应于图 1，补偿应力应该为〇· 79MPa。
[0034] 实施例5
[0035] 我们采用钨酸镉晶体制备成运用其应力与光折变性能的光学器件，首先我们测试 该器件常温下工作情况设定该器件应力与光折变的对应关系，然后通过我们计算出的补偿 关系，测定其在500K情况下工作，从图4我们知道光折变指数为5. 3,对应于图3,补偿应力 应该为0. 22MPa。
[0036] 实施例6
[0037] 我们采用钨酸镉晶体制备成运用其应力与光折变性能的光学器件，首先我们测试 该器件常温下工作情况设定该器件应力与光折变的对应关系，然后通过我们计算出的补偿 关系，测定其在600K情况下工作，从图4我们知道光折变指数为6. 0,对应于图3,补偿应力 应该为0. 39MPa。
[0038] 本发明有效的解决了光学器件使用环境温度对光学器件应力与光折变关系的影 响，能够更为精确的控制二者的关系，使他们一直按照我们设计的对应关系运行，这对光学 器件的使用提供了更为广阔的空间。
[0039] 本发明主要通过程序设计来实现应力较为精确的补偿，这对器件的形状等的设计 没有影响，对器件的运行环境也没用影响，因此该方法简单、方便，没有什么附加不利的影 响。
[0040] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的 保护范围。
【权利要求】
1. 一种应力补偿温度对晶体光折射率影响的方法，其特征在于： 在光学器件上加入温度监测系统，温度监测系统实时的监控光学器件的工作温度； 然后将温度监测系统实时的监控光学器件的工作温度传回到晶体的控制系统； 控制系统通过读出的工作温度值，根据温度对光折变指数的影响的图形中温度T与光 折变指数△ η对应的关系，求出器件在该工作温度条件下的光折变系数的值；然后对应于 正常情况下晶体的应力σ与光折变指数Λη的对应图像中的光折变指数Λη，求出该光折 变指数Λ η对应的应力〇值，通过控制系统，在器件上加上相应的应力〇值。
2. 根据权利要求1所述的一种应力补偿温度对晶体光折射率影响的方法，其特征在 于：所述温度采用热力学温标。
3. 根据权利要求1所述的一种应力补偿温度对晶体光折射率影响的方法，其特征在 于：所述温度监测系统为一组热电偶。
4. 根据权利要求1所述的一种应力补偿温度对晶体光折射率影响的方法，其特征在 于：晶体的控制系统为应力控制系统。
【文档编号】G02F1/35GK104090446SQ201410301617
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】刘向力, 罗政纯, 吴凌 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院