一种线性的电光晶体半波电压快速测量装置及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电光晶体的应用领域，尤其涉及一种线性的电光晶体半波电压快速测 量装置及其方法。
【背景技术】
[0002] 电光晶体是具有电光效应的晶体材料，外加电场引起晶体折射率发生变化的现象 称为电光效应。电光晶体折射率的改变将产生新的折射率主轴，导致入射光在新折射率主 轴上的偏振分量之间的相差发生变化。当该相差为180°即半个光程差时，对应的外加电 压称为电光晶体的半波电压。半波电压是电光晶体的一个重要物理参数，决定了在激光通 信、激光测距、激光调Q、光学数据处理等各个应用领域内电光器件的调制电压、调制深度以 及功耗等诸多性能。
[0003] 目前测量半波电压的方法主要有极值法和倍频法等[参见文献：郭明磊，韩 新风，章毛连等，电光调制晶体半波电压倍频测量方法的讨论，应用光学，2010,31(1)， 105-109]。极值法在电光晶体后加入偏振片，测量输出光强随直流偏压的变化曲线。根据 马吕斯定律，曲线上极大值和极小值所对应的直流偏压值之差即为半波电压。但是极大值 和极小值准确定位的难度及光源、光学器件引起的光强不稳定，导致其测量误差较大。倍 频法利用半波电压附近光强处于极值的特点，对晶体施加一定幅度的调制电压后可以观察 到倍频的光强信号，通过比较倍频信号的对称性来获得半波电压数值。该方法受调制信号 的影响较大，而且需要在半波电压的附近来选择调制信号，对于数值高的半波电压测量很 难实现。其他的方法还包括利用锁相电路增加测试精度等，但总体而言目前的各类方法都 基于光强测量，由于光强与相差之间的非线性关系，导致光强极值附近相差测量的误差被 放大，而且容易受激光功率波动的影响。虽然调制方法可以减弱功率波动影响，但所需的调 制电路复杂，易引入附加误差，导致半波电压测量的精度和速度无法进一步提高。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种线性的电光晶体半波电压快速测 量装置及其方法，实现对电光晶体半波电压的快速、精密测量。
[0005] 本发明解决技术问题所采用的方案是：一种线性的电光晶体半波电压快速测量 装置，包括从左至右依次并排设置的起偏器、扩束镜、检偏器和成像屏，所述起偏器和扩束 镜之间设置有电光晶体；一激光光源经所述起偏器射入至电光晶体，所述电光晶体两端分 别连接至一外部电压的正极和负极；一位于所述扩束镜和检偏器之间的用于形成干涉条纹 的晶体斜劈，所述晶体斜劈为带有劈角的双折射晶体，且呈四棱锥状；一用于采集干涉条纹 的光强数据的线阵相机，所述线阵相机设置于所述成像屏的右侧，所述线阵相机的输出端 连接至一计算机处理系统。
[0006] 进一步的，所述晶体斜劈的劈角为Γ。
[0007] 进一步的，所述起偏角器的通光轴角度为45°。
[0008] 一种线性的电光晶体半波电压快速测量装置的测量方法，包括以下步骤：
[0009] 步骤Sl :将激光光源经所述起偏器后入射至电光晶体上，所述外部电压之间形成 电场通过电光效应使电光晶体的折射率变化，出现感应电光轴，通光产生相位延迟；
[0010] 步骤S2 :设定所述起偏器的通光轴角度，使得入射光的偏振面与所述感应电光轴 为 45° ;
[0011] 步骤S3 :所述感应电光轴经所述扩束镜扩大形成光斑入射至所述晶体斜劈，再经 过检偏器在成像屏上形成对应所述的电光晶体相位延迟的干涉条纹；
[0012] 步骤S4 :采用所述线阵相机对所述干涉条纹进行采集，记录所述干涉条纹的光强 数据；
[0013] 步骤S5 :经所述计算机处理系统对所述光强数据进行滤波和除背景处理，得到光 强曲线的波峰波谷位置，通过调整外加电压，得到不同外加电压下的干涉条纹，计算出电光 晶体的相位延迟量；
[0014] 步骤S6 :当所述外加电压使电光晶体引入的相位延迟量为180°时，对应的电压 值为电光晶体的半波电压。
[0015] 进一步的，所述晶体斜劈的劈角为Γ。
[0016] 进一步的，所述激光光源为波长为808nm的LD激光光源。
[0017] 进一步的，所述线阵相机的像素为1280*1024的CXD相机。
[0018] 与现有技术相比，本发明有以下有益效果：采用与光强无关的相差测量技术，使测 试结果不受激光功率波动的影响；采用单次曝光技术提高测试速度；避免使用外调制的非 线性光学器件而简化测试系统，保证线性测量过程提高稳定可靠性。在本发明中我们提出 了一种基于双折射晶体斜劈偏光干涉的半波电压测量技术。通过晶体斜劈引入的偏光干涉 将电光晶体引起的相位延迟转换成亮暗条纹的移动，通过线阵相机对条纹移动量的测量获 得相位延迟信息，从而获得半波电压。该方法只需要单次曝光即可进行相位延迟测量，测 试过程中无机械旋转或光学器件调制器件，测量结果与光强波动无关。对相位延迟和半波 电压测量的精度来自于条纹定位的精度和相机的像素的比值，可以大幅减小系统的测量误 差，提高测量的稳定性。
【附图说明】
[0019] 下面结合附图对本发明专利进一步说明。
[0020] 图1为本发明实施例测量装置的结构示意图。
[0021] 图2为本发明实施例的晶体斜劈的结构示意图。
[0022] 图3本发明实施例的相位延迟量测量结果的线性特征。
[0023] 图中:1-激光光源；2-起偏器；3-电光晶体；4-扩束镜；5-晶体斜劈；6-检偏器； 7_成像屏；8-线阵相机；9-计算机。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0025] 如图1~3所示，本实施例提供的一种线性的电光晶体半波电压快速测量装置，包 括从左至右依次并排设置的起偏器2、扩束镜4、检偏器6和成像屏7,所述起偏器2和扩束 镜4之间设置有电光晶体3 ;-激光光源1经所述起偏器2射入至电光晶体3,所述电光晶 体3两端分别连接至一外部电压的正极和负极；一位于所述扩束镜4和检偏器6之间的用 于形成干涉条纹的晶体斜劈5,所述晶体斜劈5为带有劈角的双折射晶体，且呈四棱锥状； 一用于采集干涉条纹的光强数据的线阵相机8,所述线阵相机8设置于所述成像屏7的右 侦牝所述线阵相机8的输出端连接至一计算机9。
[0026] 在本实施例中，所述晶体斜劈5的劈角为Γ。