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声光调制器偏振特性的实验研究
第32卷增刊2006年8月光学技术
OPTICALTECHNIQUE
V01.32Suppl.August2006
文章编号:
1002—1582(2006S0000.00
声光调制器偏振特性的实验研究。
卢向东,张丽娟,欧伟英
(桂林电子科技大学电子工程系,广西桂林541004
摘要:
声光调制器利用声光晶体的声光效应付输入信号进行外调制。
另外,实验结果也说明:
由声光调制器出射的衍射光存在偏振态的改变。
旋转起偏器的透振方向,拉曼一纳斯衍射的一级衍射光的偏振态发生转变;且各级衍射光的偏振度随着透振方向的改变而发生周期性的转变。
关键词:
声光调制器;拉曼一纳斯衍射;偏振态
中图分类号:
TN65文献标识码:
A
Theexperimentalstudyofpolarizationcharacteristics
inacousto.opticmodulator
LUXiang—dong,ZHANGLi-juan,ouWei—ying
(DepartmentofElectronicEngineering,GuilinUniversityofElectronicTechnology,Guilin541004,China
Abstract:
Imputsigrlalisexternallymodulatedbyacousto-opticmodulatorwithacousto-opticaleffectofacousto-opticcrys—tal.Ontheotherhand,theexperimentalresultsalsoshowthatthepolarizationsofthediffractionlightoutputtingfromacousto-opticmodulatoralwayschange.Whenrotatingpolarizationorientationofpolarizer.thepolarizationof1stdiffractionlightwillvaryinRaman—Nathdiffraction.Atthe
sametime,degreesofpolarization(DOPofeverydiffractionorderperiodicallyalterwithchangeofpolarizationorientation.
Keywords:
acousto-optic
modulator;l隐man—hathdiffraction;polarization0
1引言
外调制技术包括电光调制,声光调制,磁光调制等。
由于声光调制具有工作电压低,调制速度较快等优势,使其愈来愈受到人们的重视。
一直以来,人们偏重于研究声光效应的衍射特性应用[1—3],而很少有人研究衍射光的偏振状态。
i身t/],JlI[4]等人曾研究过Ge晶体在10.6/_tm波段的衍射光,只是仅对入射线偏振光的透振方向与人射面夹角为45钆隋形的偏振旋转特性进行了探讨。
因为声光调制器的衍射光具有偏振性,因此有必要从实验上深切研究声光调制器的偏振态问题。
通过实验分析,发此刻线偏振光入射情形,拉曼一纳斯(Raman—Nath衍射光的偏振态随着入射光透振方向的改变而转变,同时也在实验中观看到了偏振旋转特性HJ。
2测量原理
声光调制器是通过声光晶体的声光效应进行调制的。
依照声波频率的高低和声波和光波作用长度的不同,声光互作用能够
分为拉曼一纳斯(Raman.
Nath衍射和布拉格(Brag
衍射两种类型。
当超声波频
率较低,光波平行声波表面
入射(即垂直于声场传播方
向,声光互作用长度较
短15J时,产生拉曼一纳斯衍
射,如图1所示。
其衍射特
性遵从如下的拉曼一纳斯
(Raman—Nath方程L6j:
JL
工
ki
L么/Y’
.上/2L/2
图1拉曼一纳斯衍射原理图
枣。
(z=c[E州(z一Em+l(z]+国。
(m一2口E。
(z(1rC=一nan/20COSOi
式中:
_《D=丌Ao/咒^2cosoi
【口=(nA/aosinoi
靠为本底折射率,An为声致折射转变,L为换能长
!
收稿日期:
2006.06.15E-mail:
1u403@163.ooi'n
作者简介:
卢向东(1977一,男.广西壮族自治区人,桂林电子科技大学电子工程系讲师.硕士。
要紧从事光通信、光子晶体和光学器件面的研究。
395
光学技术第32卷
度,Ao为光在真空中波长,以为声波波长,Oi为人射角,E。
为第m级衍射光的光场复振幅。
因为声光晶体一样为各向异性,例如本实验中所利用的声光晶体为钼酸铅晶体属于单轴晶体(其折射率为:
/,/。
=2.386,咒。
=2.262,因此E。
电场在平行于入射面分量和垂直于入射面分量的解是不同的,衍射光的偏振态也因此将会发生改变。
依照偏振理论,椭圆偏振光的轨迹方程为:
(彘2+(最2.2(彘l、‰et,/cos艿:
si勘c2,由于线偏振光(艿=0。
和圆偏振光(艿=90。
且Eo:
=Eo。
是椭圆偏振光的特例,其轨迹方程一样能够利用(2来表示,因此该方程是偏振理论的普适方程。
各个参数如图2所示,其中:
占=疋一曲(3为了进一步求解z轴与Y轴间相位差艿的关系,引入椭圆方程的三个重要参数口(长轴,b(短轴,缈(长轴与z轴之间的夹角,其参数如图2所示。
‘Y
辰一、,xf/“P/L2Eov石V工/o
/一、、~—.一,
J
通过坐标变换能够推导出两坐标间各参数间的关系为:
{(tan2/3cos8=‘an2缈(4sin2flsin8=sin2Z
一其中:
sin2x=一+口。
2+ab6。
(一号≤z≤号。
由(4式通过推导可得:
卜一[+属瓣]㈣
【ced2/;=i1+-tsain2nZ;z
由此可见,假设在实验中测出口和口,b值,那么z轴与y轴之间的相位差艿就能够够由上式求出,同时,代人如下的关系式:
jE虬0.t肌枷<口臼脚l(6【E5y+E3。
=口2+62J即能够进一步求出Eo。
Eoy的值。
3实验数据分析
为了研究声光调制器的偏振特性,实验中采纳TSGMN一3/Q型声光调制器,该类型调制器属于高速脉冲型调制器。
所用声光调制器由声光介质(钼酸铅晶体、压电换能器(铌酸锂晶体和阻抗匹配网络组成。
声光介质两通光面镀有633nm波长的光学增透膜。
第一查验衍射光是不是遵循偏振理论。
为此,把实验所测得的光功率值s二(OOa2、s:
Ili。
(∞b2和口值代人推导式(5和(6,计算得出相应的光功率值S(平行于水平方向和S。
(平行于竖直方向值,并与实验所测的S:
和S。
进行比较。
由于S(o。
E6。
和s:
(ooE02,
的计算是基于椭圆偏振理论,若是计算值与测量值吻合,那么说明出射的衍射光为偏振光(椭圆偏振光,线偏振光或圆偏振光。
表1z和y方向光功率实验值与计算值比较
P.厂审/.SSSS59628.4Mw1.7,uw28.504tlw1595口w30600.270mw0.148mw0.272mwO152mw70100O.50mw0.03mw0.505mw0.034mw8000.00mw1.04mw000mw1.04mw1351150.088mw0058mw0088mw0.050mw以拉曼一纳斯衍射的+1级衍射光为例,理论
值和实验值比较如表1所示,其中Pl表示起偏器的透振方向与z方向的夹角。
由表一能够看出,基于偏振理论算出的光功率值与实际所测的光功率值相差很小,从而证明线偏振光入射经声光晶体衍射后,其出射的衍射光遵循偏振理论的轨迹方程。
同时也暗示了其偏振状态发生改变。
第二研究当入射光为线偏振光,透振方向P1连续改变时,拉曼一纳斯衍射的+1级衍射光艿的变化关系。
起偏器的透振方向P.从0。
开始,每旋转5。
测量一次,直到旋至180。
为止。
利用推导式(5能够算出z轴与Y轴的相位差艿,利用偏振度概念式:
P=(J『I'D-aX—J曲/(J一十J曲计算出相应透振方向P】的偏振度,并画出相应的转变曲线图,如图3所示。
由图3(a能够看出,z轴和Y轴的相位差艿与起偏器的透振方向Pl有关。
在透振方向为80。
和170。
的位置上,其相位差为零,说明出射的+1级衍射光仍为线偏振光,可是其+1级衍射光的偏振向与原入射线偏振光的偏振向发生了改变(见表
增刊卢向东,等:
声光调制器偏振特性的实验研究
图3拉曼一纳斯+1级衍射光相位差艿和偏振度P与起偏器透振方向P1的关系图
1,即具有偏振旋转性,从而从实验上验证了文献[4]的理论是正确的。
图3(a图也同时说明:
+1级衍射光要具有偏振旋转性是有条件的,也确实是说只在某些透振方向上才会有这种性质。
不知足偏振旋转性的衍射光占绝大部份,其相位差在50。
~90。
之间转变,而且有必然的振荡性质。
说明+1级衍射光的相位差对透振方向超级灵敏,这有助于在小角度范围内实现持续改变衍射光的偏振态。
从b图可以看出,衍射光在大部份透振方向上都是椭圆偏振光,仅在靠近0。
、90。
和180。
透振方向的地址能够得到偏振度等于1的线偏振光。
为了研I
/一JW
究拉曼一纳
斯衍射各级
次衍射光的
偏振问题,最
后测量了三
个级次(0级,
±1级的衍
射光功率值,图40级和±级衍射光偏振度P从偏振度(如与透振方向PI的关系图
图4所示的角度进一步研究其偏振特性。
图4中的虚线,点划线和实线别离表示0级,一1级和+l级衍射光的偏振度曲线图。
由图4明显看出,各个衍射级次的偏振度随透振方向的改变周期性转变。
由于是每5。
测量一次,测量距离比较大,使得±1级各自的两个极小点偏振度值不尽相同。
依据偏振理论和0级偏振度的关系图能够判断:
在测量距离足够小的情形下,各个级次偏振度P的转变周期应该是7c/2,即各个级次中两个极小点的偏振度应该相等。
同时该图也说明,拉曼一纳斯衍射各级衍射光的偏振度随着起偏器透振方向的改变而周期性改变,最大值为1,即衍射光中能够实现偏振旋转效应。
4结论
本文利用偏振理论,对钼酸铅晶体做成的声光调制器所产生的拉曼一纳斯衍射进行了实验测量和数据分析。
从实验上第一证明了衍射光是偏振光,验证了衍射光在必然条件下具有偏振旋转性。
同时指出衍射光大多数情形属于椭圆偏振光,其偏振度随着透振方向的改变周期性转变。
这些偏振特性为进一步开发声光调制器的新用途提供了较为重要的指导意义。
参考文献:
[1]ChangLC.Acoustoopticdevicesandapplications[J].IEEETramSonicsandUltrasonics.1976,SU23(1:
2--22.
[2]MaydanD.MieromachiningandilYlagerecordingonthinfilmsbylaserbeams[J].BellSysTechJ,1971,50(6:
1761~1789.[3]HechtDL.Spectrumanalysisusingacousto-optiedevices[C].SPIE,1976,90:
148~157.
[4]谢zlqq,冯志超.声光调制器阻碍激光束偏振旋转特性的研究[J].光电子激光.1990,1(5:
251--255.
[5]蓝信锯,等.激光技术(第二版[M],北京:
科学出版社,2005.37.
[6]黎永航,蔡懿,郑国梁,等.声光效应拉曼一纳斯方程矩阵级数解法及声光调制器优化设计[J].中国激光.2002,A29(7:
595~599
(上接第394页
参考文献:
[1]CaoH,ZhaoYG,OngHC.eta1.Ultravioletlasinginresonatorsformedbyscatteringinsemiconductorpolycrystallinefanls[j].ApPlPhysLett.1998.73:
3656.
[2]CaoH,XuJY,HangDz,eta1.Spatialconfinementofla.c,erlightinactiverandommedia[JJ.PhysRevLett。
2000,84:
5584.[3]CaoH,LingY,XuJY,eta1.Photonstatisticsofrandomlaserswithresonantfeedback[J].PhysRevLett,2001.86:
4524.[4]CaoH,ZhaoYG,(ngHC.eta1.Far—fieldcharacteristicsofran-domtasers[j].PhysRevB,1999。
59:
15107.
[5]CaoH.ZhaoYG。
HoST,eta1.Randomlaseractionin簧戚∞n.ductorI:
0wder[J].PhysRevLett.1999,82:
2278.
【6JWiersmaDiederikS.n_Iesmallestrandomlaser.Nature。
2000,406:
132[7]BudaAL.RamerMA,CaoH.eta1.ModeIforarandomk№r[J].PhysRevLett,2001.87:
215503.
[8]LingY,CaoH,BurinAL,eta1.Inv鹤tigationofrandomlasers、^rithresonantfeedbackPhysRevA.2001.64:
063808.
[9]ApalkomVM.RaikhME,ShapimB.Randomresonatorsandprelocalizaedmodesindisordereddielectricfilms【J].PhysRevLett.2000,89:
016802.
[10]LiuNian-hua,ZhuShi.yao,ChenHong,eta1.Superluminalpulsepropagationthroughone-dimensionalphotoniccrystals
withadis—
persivedefectPhysRevE.2002.65:
046607.
[11]XIEYing.Mao,LIUZheng-Dong,EffectofpumpalFeaoilLasingrllOdesinactiverandommedia[J].ChinPhysLetter,2005,22:
2827.
[12]YingmaoXie.ZhengdongLiu.AnewphysicalmodelOnlasinginactiverandommedia[J].PhysicsLettersA.2005.339---344.[13]周炳琨,高以智.陈倜熔.2000激光原理(第四版[M].北京:
国防工业出版社,123.
397
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