与空间坐标轴z轴重合，选取空间坐标轴 X和y分别与晶轴X轴和Y轴重合，则电光晶体的折射率椭球表示为
[0034] 其中，n。和分别表示折射率的两个本征值，E3为沿z轴方向施加的电场强度。
[0035] 将（2)式空间坐标绕z轴逆时针方向旋转45°，方程变化为
[0037] 由（3)式可以看出施加纵向电场后，DKDP不再是单轴晶体，在垂直于z轴的平面 内快轴和慢轴方向取X'和y'方向，与原坐标X和y方向呈45°，如附图4所示，施加纵向 电场后，两折射率为
[0039] 因此，对于厚度为1的DKDP在E3电场作用下对波长为A的入射光产生的相位延 迟为
[0041] 通常把相位延迟达到JT时对应的电压称之为半波电压V11，由（5)式可得该电光 调制器的半波电压为
[0043] 由（6)式可以看出，该类型电光调制器的半波电压仅由入射光波长A、折射率Ilci 和电光系数T63决定。因此，只要施加的电场不至于将晶体击穿，该类型电光调制器能够加 工得尽量薄，具有通光长度短，通光面积大和结构紧凑的优点，能够更好的运用于成像系统 中。
[0044] 以波长为632. 8nm的入射光为例，DKDP晶体对于该波长的折射率n。= 1. 51 和I= 1.47,其半波电压为3. 67X10 3V。对于具有一定视场角0的入射光，根据文 献[李克武，王志斌，张瑞，于慧.液晶可变延迟器的双折射色散研究[J]，中国激光， 2015, 42 (1) : 0108001]，存在的静态相位延迟为
[0046] 为了消除不同视场的入射光在相同调制电压下，整个通光面上调制不均匀的缺 陷，第一电极的基底选择不具有旋光的MgF2正单轴晶体，选用Z切割晶片，同样沿其光轴Z 通光，其厚度d满足
[0047] (ner -n0r )d+(ne-n0)I= 0 (8)
[0048] 其中n。'和ne'分别表示MgF2折射率的两个本征值，针对632. 8nm的入射光，折 射率n。' = 1. 377和ne' = 1. 389。当Z切割MgFwsB片厚度d满足（8)式，第一电极能够 有效补偿不同视场角入射光的静态相位延迟，使相同调制电压下，电光调制器对较大视场 范围内入射光相位延迟相等。
[0049] 在保证晶体不被击穿和加工精度的前提下，一般我们设计的纵向电光调制器， DKDP晶片的直径为25mm，厚度为I. 5mm。针对632. 8nm的入射光，第一电极基底MgF2圆形 晶片厚度为5_刚好补偿不同视场角入射光存在的静态相位延迟。1%匕圆形晶片直径为 27mm，镀置的ITO透明电极薄膜的直径为25. 5mm，外围镀置I. 5mm的环形铜衆电极用于焊接 导线，以便于施加调制电压。
[0050] 第二电极基底选择各项同性的石英玻璃，其折射率为1. 46,直径也为27mm，镀置 和第一电极相同尺寸的ITO和铜浆电极。将两电极面涂覆折射率为1. 47的光学凝胶，然后 紧贴DKDP晶体，放入加工好的尼龙装持盒，电极板边缘与装持盒壁用绝缘胶进行密封。配 置高压驱动电路，高压驱动器输出电压幅值范围一般为O~15kV，并且可选择脉冲、方波、 正弦或直流电压等输出模式，并用计算机控制输出模式及交接驱动输出电压值。这样便完 成了电光调制器的设计。
[0051] 此处所说明的附图及实施例仅用以说明本发明技术方案而非对其限制；尽管参照 较佳实施例对本发明进行了较详细的说明，所属领域的技术人员应当理解；依然可以对本 发明的【具体实施方式】进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明方案的 精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
【主权项】
1. 一种大通光孔径和大视场角的纵向电光调制器，其特征在于：包括第一电极（I)、电 光晶体（2)、第二电极（3)、装持盒（4)、高压驱动器（5)和控制计算机（6)，所述第一电极 ⑴和第二电极⑶的直径相同，且均大于电光晶体⑵的直径，所述第一电极⑴、电光晶 体⑵和第二电极（3)依次紧贴装入装持盒⑷内，所述第一电极⑴和第二电极⑶紧 贴电光晶体（2)的一面上均镀置有圆形氧化铟锡透明电极薄膜（7)，外边缘处均镀置有环 形导电铜浆（8)，所述导电铜浆（8)与氧化铟锡透明电极薄膜（7)连接，所述氧化铟锡透明 电极薄膜（7)的直径大于电光晶体（2)的直径且小于第一电极（1)的直径，所述第一电极 (1)和第二电极⑶上的导电铜浆⑶均通过通电导线（9)与高压驱动器（5)连接，所述高 压驱动器（5)与控制计算机（6)连接。2. 根据权利要求1所述的一种大通光孔径和大视场角的纵向电光调制器，其特征在 于：所述电光晶体（2)选用电光系数较大的DKDP负单轴晶体作为电光晶体，Z切割DKDP圆 形晶片，沿光轴Z通光；所述第一电极（1)选用MgF2E单轴晶体作为基底，Z切割MgF2圆形 晶片，沿光轴Z通光，该晶片直径大于DKDP圆形晶片的直径，厚度与DKDP晶片厚度的比值 等于波长入射光DKDP的双折射率差值和MgF2的双折射率差值的比值；所述第二电极（3)选 用各向同性的石英玻璃作为基底，石英玻璃直径与MgF2圆形晶片直径相同，厚度为2mm。3. 根据权利要求2所述的一种大通光孔径和大视场角的纵向电光调制器，其特征在 于：所述DKDP圆形晶片的直径为25mm，厚度为I. 5mm，所述MgF2圆形晶片的直径为27mm，厚 度为5_，氧化铟锡透明电极薄膜（7)的直径为25. 5_，导电铜浆（8)的圆环宽度为1. 5_， 石英玻璃的折射率为1. 46,入射光波长为632. 8nm。4. 根据权利要求1所述的一种大通光孔径和大视场角的纵向电光调制器，其特征在 于：所述装持盒（4)采用耐磨、抗蠕变、耐高温和击穿电压较高的绝缘材料尼龙来加工制 作。5. 根据权利要求1所述的一种大通光孔径和大视场角的纵向电光调制器，其特征在 于：所述第一电极（1)和第二电极（3)分别通过折射率为1. 47的光学凝胶与电光晶体（2) 紧贴。6. 根据权利要求1所述的一种大通光孔径和大视场角的纵向电光调制器，其特征在 于：所述通电导线（9)穿过装持盒（4)与导电铜浆（8)焊接，且与装持盒（4)通过绝缘胶 (10)密封。7. 根据权利要求1所述的一种大通光孔径和大视场角的纵向电光调制器，其特征在 于：所述高压驱动器（5)输出电压幅值范围为0~15KV，可选择脉冲、方波、正弦或直流电 压输出模式，其输出模式及驱动输出电压值均由控制计算机（6)编程可控。8. 根据权利要求1-7中任一项所述的一种大通光孔径和大视场角的纵向电光调制器， 其特征在于：所述电光调制器装调好后，未施加电场时，在针对设计的入射光波长入射时在 较大视场角范围内相位延迟为〇，不存在静态相位延迟。
【专利摘要】本发明涉及光偏振态调制技术领域，更具体而言，涉及一种大通光孔径和大视场角的纵向电光调制器；提供一种通光孔径大、视场角大、通光长度短、结构紧凑、相位延迟随调制电压可变和调制均匀的电光调制器；选用电光系数较大的电光单轴晶体作为通光晶体，利用电光晶体的纵向电光效应来制作电光调制器，采用双折射光程差值与电光晶体双折射光程差值互逆的单轴晶体来消除大视场角入射光可能引入的静态相位延迟，镀置透明电极并进行封装，配置的高压驱动可根据应用场合和欲对入射光达到的调制效果选择脉冲、方波、正弦或直流电压等输出模式灵活设计，为偏振光调制器件的设计提供新的理论和方法；本发明主要应用在脉冲激光光源、偏振成像和光通信等方面。
【IPC分类】G02F1/03
【公开号】CN105223709
【申请号】CN201510797214
【发明人】李克武, 王志斌, 李晓, 陈媛媛, 李晋华, 张瑞
【申请人】中北大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年11月18日