利用電控二次電光效應實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法
【專利摘要】利用電控二次電光效應實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法，屬于光學【技術領域】。為了解決現(xiàn)有光開關技術不能實現(xiàn)寬波段范圍、快速響應的問題，具體方法為：使用二次電光效應鉭鈮酸鉀晶體，當需要激光照射時，晶體上不施加外電場，激光直接透過晶體；當不需要激光照射時，在晶體與入射激光相垂直的兩個方向上施加外電場，并通過二次電光效應使得入射激光中偏振方向平行于外加電場方向的偏振分量經過晶體后依次發(fā)生偏振，最終偏離原傳播方向，達到開光的目的。采用本發(fā)明方法制作的光學開關具有體積小、成本低、加工簡單、響應速度快（納秒量級）的優(yōu)點，這些優(yōu)點使得其應用前景非常廣闊。
【專利說明】利用電控二次電光效應實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光學【技術領域】，涉及一種利用電控二次電光效應實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法。
【背景技術】
[0002]光開關是光學信息傳輸和信息處理核心技術。目前光開關主要有機械光開關、熱光光開關、液晶光開關、氣泡光開關、聲光光開關和電控全息光開關等。
[0003]機械式光開關主要由移動光纖、移動套管、移動準直器、移動反光鏡、移動棱鏡以及移動耦合器組成。經過多年的發(fā)展機械式光開關已比較成熟，其優(yōu)點是介入損耗較低
2dB)、隔離度高(>45dB)、不受入射光偏振和波長的影響。但其開關時間較長(一般為毫秒量級)、體積較大的缺點使其不易做成大型的光開關矩陣，因此，傳統(tǒng)的機械光開關難以適應高速度、大容量光信息傳輸與信息處理的發(fā)展需求。近年來隨著微加工技術的不斷發(fā)展，人們制作出通過靜電或其他控制力使微鏡或光閘產生機械運動，從而改變光的傳播方向、實現(xiàn)開關功能的微光電機械開關。這種光開關既具有傳統(tǒng)機械光開關的介入損耗低、隔離度高等優(yōu)點，同時又具有體積小易于集成等優(yōu)點，并且由于光微電機械開關技術可以利用類似于IC的工藝成批加工生產，因此，盡管制造過程比較復雜，但是可以通過批量生產，降低單個器件的成本，增強其競爭力。由于其開關特性與光信號的波長、偏振、格式、調制方式、傳輸方向等無關，并且在損耗、擴展性上優(yōu)于其他類型的光開關，與未來光網(wǎng)絡發(fā)展所要求的透明性和可擴展等趨勢相符合，有可能成為核心光交換器件中的主流。以二維微光機電8X8光開關為例，其芯片上集成了的微反射鏡陣列，可通過施加靜電力控制各個微反射鏡的旋轉。但由于開關是靠鏡面轉動來實現(xiàn)，所以任何機械摩擦、磨損或震動都可能損壞光開關，且其開關速度也受到限制。目前提供此類光開關的公司有0ΜΜ、ΙΜΜ、朗訊、北電、Memscap> Calient 等公司。
[0004]熱光開關是一種利用材料折射率隨著材料的溫度發(fā)生變化，進而改變光學線路的器件。典型的熱光開關為1X1、1X2、2X2等光開關，更大的光開關可由1X2光開關元件在同一晶片上集成完成。熱光開關主要有兩種基本類型:數(shù)字型熱光開關(Digialthermo-optical switch)和干涉型光開關(Interiferometric thermo-optical switch)。
[0005]最簡單的數(shù)字型熱光開關，也稱為Y型分支熱光開關。最基本的數(shù)字型熱光開關由在硅基底或SiO2基底上生成矩形波導制作而成。其輸入和輸出波導均為單模波導。根據(jù)模式分離原則，當Y分支的兩分波導支臂中光的有效折射率存在差異時，輸入的光波將向有效折射率大的分支臂傳播，并且會由與此臂相連的輸出端輸出，這時的Y分支被稱為非對稱Y分支。因此，當其中一個分支上由沉積Ti或Cr形成的微加熱器通電加熱時，在該加熱器下面波導的折射率由于溫度的變化而減小，相應的光功率被轉向另一分支，即處于開的狀態(tài)。同時，在有源加熱器的分支則處于關的狀態(tài)，反之依然。
[0006]干涉式光開關主要利用M-Z干涉原理。兩束光通過兩個分開的波導后合并，在兩個波導臂上鍍有金屬薄膜加熱器形成相位延時器，通過控制加熱器實現(xiàn)干涉的相長或相消，達到開關的目的。當加熱器未加熱時，輸入信號經過兩路波導的光程相同，在交叉輸出端口發(fā)生相干相長，而輸出在直通的輸出端口發(fā)生相干相消，輸入信號將在交叉輸出端口輸出。如果加熱器加熱，輸入信號經過兩路波導的光程不同，在交叉輸出端口發(fā)生相干相消，而輸出在直通的輸出端口發(fā)生相干相長，輸入信號將在直通的輸出端口輸出。干涉式熱光開關結構緊湊，但對光波長敏感，需要進行精密溫度控制。目前，NTT Electronics,JDSU,Corning、阿爾卡特等公司在從事這個方面的研究。
[0007]熱光開關雖然也是光開光的一個研究方向，但由于其開光原理為加熱改變光路，所以響應時間慢是其天生的缺點，這就使得它的發(fā)展受到了限制。
[0008]液晶光開關的原理是通過電場控制液晶分子的方向實現(xiàn)光開關功能。當光輸入液晶內，液晶會根據(jù)施加電壓的大小與方向來改變取向，進而改變入射光的偏振狀態(tài)，例如入射光是水平偏振的線偏振光，經過液晶中的傳輸會變成垂直偏振的線偏振光。利用電場對這種偏振狀態(tài)的影響，可以實現(xiàn)入射開關的兩個狀態(tài)。在開關速度方面，電控液晶光開關的交換速度可達亞微秒量級，通過加熱液晶可以提高速度，但會使設備功耗增加。未來有希望通過新型液晶的開發(fā)達到納秒量級。整個液晶光開關由于沒有需要運動的機械部分，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了很大提高。但對于液晶光開光來說，微秒量級的開關速度相對其他類型光開光來說還是有些慢。目前，Spectraswitch公司已經開發(fā)出WaveWalker系列液晶光開關產品，其1X2和2X2光開關陣列介入損耗小于ldb，極化損耗約為0.2db，交換時間為4ms左右，交換波長的范圍為C波段。Chorum公司開發(fā)的液晶開關已經有1X2，1X8，2X2上路/下路和8X8上路/下路開關陣列，并且其光開關響應時間已經能達到毫秒量級，且具有低串擾、高消光比、低介入和極化損耗等特點。Corning、Chorum、Kent、Optronics公司也都在積極的投資于液晶光開關產品的開發(fā)。
[0009]氣泡光開關是Aglient (安捷倫)公司結合噴墨打印和硅平面光波導兩種技術開發(fā)出的一種二維交叉連接光開關。利用這種光開光他們實現(xiàn)了對光傳播路徑的改變。該光開關由多個交叉的硅波導和位于每個交叉點的微型管道組成，微型管道內部填充了一種折射率匹配的液體用以允許缺少條件下的無交換傳輸。其工作原理如下:當入射光照入硅波導并且需要進行交換操作時，入射光路上相應的熱敏硅片通過加熱就會在其周圍的液體中產生一個小氣泡，小氣泡將會把入射波導中的光信號全反射，從而實現(xiàn)光開關所需要的“關”狀態(tài)；當不加熱時，入射波導中的光信號即可無阻的通過，這時光開關處于“開”狀態(tài)。Aglient公司目前已經利用這種技術制造出了 32 X 32和32 X 16端口的光開關子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)還可以連接起來組成更大的交換陣列。這種開關具有毫秒的交換速度，并且具有對偏振相關損耗和偏振模色散不敏感的優(yōu)點。由于光開關本身沒有活動部件，可以滿足電信應用中時間可靠性的要求，同時這種光開關也可以很容易的進行大批量生產。這種光開關還可應用在光分插復用設備中，實現(xiàn)任意一根光纖上/下路的開關陣列，也可以用于光交叉連接設備中。由于子系統(tǒng)中任意一根波導可以連接到另外一根波導上，所以，由這種光開關組成的網(wǎng)絡具有很好的重構性。但是由于這種光開關也是采用加熱原理，因此開關速度很難進一步提聞。
[0010]聲光光開關是利用聲光效應(Acousto-Optic effect)制作而成的一種光開關。當超聲波在液體材料內傳播時，材料的折射率在超聲波的作用下將發(fā)生相應變化，從而形成折射率光柵，當有光波入射時，如果入射光波滿足其光柵衍射條件，即被其衍射，從而實現(xiàn)光開關。LMGR公司聲稱已經開發(fā)出沒有機械傳動裝置的光纖線性聲光開關，通過計算機控制聲光偏轉裝置，能在幾個微秒時間內將輸入信號送到輸出端，并且其轉向器可以任意轉向。Brimrose公司也開發(fā)一種聲光開關,這種聲光開關的交換速度約為525ns,相對損耗約為2.5dB。利用聲光效應制作的光開關，目前最大端口為256X256，由于其不需要機械的運動部分，所以可靠性得到了很好的保證，但這種光開關的成本太高，不利于實際應用推廣。目前供應商有 Gooch and Housego、Light Management、Brimicom 等公司。
[0011]全息光開關是利用光折變效應，通過激光將全息光柵寫入二次電光效應晶體中(如KLTN),然后利用二次電光效應晶體的電控開關特性實現(xiàn)對入射光開關控制的一種光開關。其工作原理是:當晶體上不施加外電場時，光柵不顯現(xiàn)，此時光線直接通過晶體；施加外電場時，光柵被顯現(xiàn)，其對特定波長光衍射，從而實現(xiàn)光開關。這種光開關的開關速度可達到納秒量級。利用這種技術可以很容易地組成上千個端口的光交換系統(tǒng)。開發(fā)出全息光開關技術的TrellisPhotonics公司聲稱，他們研究的240X240端口的交換系統(tǒng)具有低于4dB的介入損耗，并且端到端的重復性也比較好，這種技術可以跟三維微機電光開關技術相媲美。但是由于目前還沒有很好的辦法解決全息光柵的擦除問題，因此還很難實際應用。

【發(fā)明內容】

[0012]本發(fā)明為了解決目前沒有合適的激光開關技術能實現(xiàn)寬波段、快響應的問題，提出了一種全新的利用電控二次電光效應實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法。
[0013]本發(fā)明的目的是通過如下技術方案實現(xiàn)的:
技術方案一:
步驟一、將兩塊利用提拉法生長出的鉭鈮酸鉀OOVxNbxO3;簡稱KTN)晶體沿[100]、
[010]和[001]晶軸方向切割成長方體，之后對各個面進行拋光；
步驟二、將兩塊晶體的[100]、[010]和[001]晶軸與直角坐標系的x，y，Z軸相對應，z軸為整個光學系統(tǒng)中兩塊晶體的光學對稱軸，沿z值增大方向依次為第一塊晶體、第二塊晶體；
步驟三、分別在第一塊晶體的兩個相對應的平行于x-z面的表面和第二塊晶體的兩個相對應的平行于y-ζ面的表面上鍍上金屬電極并引出金屬導線，使得施加在第一塊晶體和第二塊晶體上的外電場方向相互垂直；
步驟四、通過控制環(huán)境溫度，使得晶體的溫度高于晶體從鐵電相到順電相的居里溫度1-20攝氏度范圍內；
步驟五、當需要外界激光照射時，兩塊晶體上不施加外電場，激光沿z軸正方向入射，直接透過兩塊晶體；當不需要外界激光照射，在第一塊晶體和第二塊晶體上施加外電場(電場在200-1500伏特/毫米范圍內)，在外電場的作用下，外界激光通過第一塊晶體時，外界激光中偏振方向平行于y軸的偏振成分將偏離未加電場時的方向，實現(xiàn)X軸方向的偏轉，外界激光中偏振方向平行于X軸的偏振成分照射到第二塊晶體上，實現(xiàn)ι軸方向的偏轉。
[0014]技術方案二:
步驟一、將一塊利用提拉法生長出的鉭鈮酸鉀晶體沿[100]、[010]和[001]晶軸方向切割成長方體，之后對各個面進行拋光；
步驟二、將晶體的[100]、[010]和[001]晶軸與直角坐標系的X，y, Z軸相對應，沿Z軸方向依次放置，Z軸為整個光學系統(tǒng)中晶體的光學對稱軸，將晶體從垂直于Z軸方向平分成兩部分，分別命名為晶體前部分，晶體后部分，沿Z值增大方向依次為晶體前部分、晶體后部分；
步驟三、分別在晶體前部分的兩個相對應的平行于X-Z面的表面和晶體后部分的兩個相對應的平行于y-z面的表面上鍍上金屬電極并引出金屬導線，使得施加在晶體前部分和晶體后部分上的外電場方向相互垂直；
步驟四、通過控制環(huán)境溫度，使得晶體的溫度高于晶體從鐵電相到順電相的居里溫度1-20攝氏度范圍內。
[0015]步驟五、當需要外界激光照射時，晶體上不施加外電場，激光沿z軸正方向入射，直接透過兩部分晶體；當不需要外界激光照射，在晶體前部分和晶體后部分上施加外電場(電場在200-1500伏特/毫米范圍內)，在外電場的作用下，外界激光通過晶體前部分時，夕卜界激光中偏振方向平行于y軸的偏振成分將偏離未加電場時的方向，實現(xiàn)X軸方向的偏轉，從側面出射，外界激光中偏振方向平行于X軸的偏振成分照射到晶體后部分上，實現(xiàn)y軸方向的偏轉。
[0016]對于以上兩種利用電控二次電光效應實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法，在實際應用中各有特點，利用兩塊鉭鈮酸鉀晶體實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法，可以根據(jù)實際需要在第一塊晶體和第二塊晶體之間加入反射鏡等光學器件，使得光路得到相應的調整，為實際應用增加了光路設計選擇；利用一塊鉭鈮酸鉀晶體實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法，由于采用一塊晶體，所以整體結構緊湊，減小了光學系統(tǒng)的體積。
[0017]采用本發(fā)明方法制作的光學開關具有體積小、成本低、加工簡單、響應速度快(納秒量級)的優(yōu)點，這些優(yōu)點使得其應用前景非常廣闊。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為【具體實施方式】一的原理圖。
[0019]圖2為【具體實施方式】十的原理圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。
[0021]【具體實施方式】一:結合圖1說明本實施方式，利用電控二次電光效應實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法，具體過程如下:
步驟一、將兩塊利用提拉法生長出的居里溫度在室溫附近(溫度在10-30攝氏度范圍)的鉭鈮酸鉀晶體沿[100]、[010]和[001]晶軸方向切割成長方體，之后對各個面進行拋光。鉭鈮酸鉀晶體的溫度要控制在高于其居里溫度20度范圍內。
[0022]步驟二、將兩塊晶體的[100]、[010]和[001]晶軸與直角坐標系的x，y, z軸相對應，沿Z軸方向依次放置，這時Z軸為整個光學系統(tǒng)中兩塊晶體的光學對稱軸，沿Z值增大方向依次為第一塊晶體4、第二塊晶體5。
[0023]步驟三、分別在第一塊晶體4的兩個相對應的abhe和cdfg面和第二塊晶體5的兩個相對應的i jkl和mnop面上鍍上金屬電極并引出金屬導線，為施加外電場做準備，并使得施加在第一塊晶體4和第二塊晶體5上的外電場方向相互垂直。
[0024]步驟四、通過控制環(huán)境溫度，使得晶體的溫度高于晶體從鐵電相到順電相的居里溫度1-20攝氏度度范圍內。
[0025]步驟五、當需要外界激光I照射時，第一塊晶體4的abhe和cdfg面及第二塊晶體5的i jkl和mnop面之間不施加外電場，即V=O,入射激光沿著z軸正方向從adfe面入射到第一塊晶體4上，透過第一塊晶體4和第二塊晶體5后，沿z軸方向出射；當不需要外界激光I照射時，在第一塊晶體4的abhe和cdfg面及第二塊晶體5的i jkl和mnop面之間施加外電場，即V古0，在外電場的作用下，晶體通過二次電光效應產生線性變化的折射率梯度。對于第一塊晶體4來說,夕卜界激光I中偏振方向平行于y軸的偏振成分2,通過二次電光效應在y方向上產生較大線性變化的折射率梯度，偏振方向平行于I軸的偏振成分2在傳播過程中將不斷偏轉，最終偏轉離開原傳播方向，從側面出射；外界激光I中偏振方向平行于X軸的偏振成分3，由于其在透過第一塊晶體4時，相對應的線性變化折射率梯度較小，因此其偏轉角度很小，最終，偏振方向平行于y軸電場方向的偏振成分2和偏振方向平行于X軸方向的偏振成分3分開。所以通過第一塊晶體4后偏振方向平行于y軸的偏振成分2偏離未加外電場時的方向，實現(xiàn)X軸方向的偏轉，而偏振方向平行于X軸的偏振成分3的偏轉角度很小，這樣只有偏振方向平行于X軸的偏振成分3照射到第二塊晶體5上，這時由于第二塊晶體5上施加的外電場平行于X軸，所以在外電場作用下偏振方向平行于X軸的偏振成分3會實現(xiàn)y軸方向的偏轉，不再會有激光沿原方向傳播。
[0026]【具體實施方式】二:本實施方式是對【具體實施方式】一的進一步說明，步驟一中所用第一塊晶體4的尺寸為5.00 (ab) X 2.00 (ae) X 1.50 (ad)立方毫米，第二塊晶體5的尺寸為 5.00 (ij) X 2.00 (il) X1.50 (im)立方毫米。
[0027]【具體實施方式】三:本實施方式是對【具體實施方式】一的進一步說明，步驟一中所用鉭鈮酸鉀晶體的居里溫度為20攝氏度，晶體溫度為22攝氏度。
[0028]【具體實施方式】四:本實施方式是對【具體實施方式】一的進一步說明，步驟三中在鉭鈮酸鉀晶體表面涂銀膠作為電極或鍍金屬鈦作為電極，這樣可以保證在外電場的作用下，通過二次電光效應，在電場方向上產生線性變化的折射率梯度。
[0029]【具體實施方式】五:本實施方式是對【具體實施方式】一的進一步說明，步驟五中所用激光器為是半導體激光器，它輸出光的波長為532.0納米,光強為1.00毫瓦。
[0030]【具體實施方式】六:本實施方式是對【具體實施方式】的進一步說明，步驟五中所用激光器為是氦-氖激光器，它輸出光的波長為632.8納米,光強為1.00毫瓦。
[0031]【具體實施方式】七:本實施方式是對【具體實施方式】一和【具體實施方式】五的進一步說明，【具體實施方式】一的步驟五中第一塊晶體4的兩個相對應的abhe和cdfg面及第二塊晶體5的兩個相對應的ijkl和mnop面之間施加外電場為600V/mm,偏振方向平行于y軸電場方向的偏振成分2和偏振方向平行于X軸方向的偏振成分3偏離未施加外電場時光束6傳播方向1.7度。
[0032]【具體實施方式】八:本實施方式是對【具體實施方式】一和【具體實施方式】五的進一步說明，【具體實施方式】一的步驟五中第一塊晶體4的兩個相對應的abhe和cdfg面及第二塊晶體5的兩個相對應的ijkl和mnop面之間施加外電場為1100V/mm,偏振方向平行于y軸電場方向的偏振成分2和偏振方向平行于X軸方向的偏振成分3偏離未施加外電場時光束6傳播方向1.9度。
[0033]【具體實施方式】九:本實施方式是對【具體實施方式】一和【具體實施方式】六的進一步說明，【具體實施方式】一的步驟五中第一塊晶體4的兩個相對應的abhe和cdfg面及第二塊晶體5的兩個相對應的ijkl和mnop面之間施加外電場為1200V/mm,偏振方向平行于y軸電場方向的偏振成分2和偏振方向平行于X軸方向的偏振成分3偏離未施加外電場時光束6傳播方向1.8度。
[0034]【具體實施方式】十:結合圖2說明本【具體實施方式】，本【具體實施方式】與【具體實施方式】一的不同點是:將兩塊晶體用一塊晶體替代，具體過程如下:
步驟一、將一塊利用提拉法生長出的居里溫度在室溫附近(溫度在10-30攝氏度范圍)的鉭鈮酸鉀晶體沿[100]、[010]和[001]晶軸方向切割成長方體，之后對各個面進行拋光。
[0035]步驟二、將晶體的[100]、[010]和[001]晶軸與直角坐標系的x，y, z軸相對應，沿z軸方向依次放置，這時z軸為整個光學系統(tǒng)中晶體的光學對稱軸，將晶體從垂直于z軸方向平分成兩部分，分別命名為晶體前部分9、晶體后部分10。沿z值增大方向依次為晶體前部分9、晶體后部分10。
[0036]步驟三、分別在晶體前部分9的兩個相對應的a, b, h, g'面和e' f' l' k'面與晶體后部分10的兩個相對應的b, c cl' e面和h, i, j, k,面鍍上金屬電極并引出金屬導線，為施加外電場做準備，并使得施加在晶體前部分和晶體后部分上的外電場方向相互垂直。
[0037]步驟四、通過控制環(huán)境溫度，使得晶體的溫度高于晶體從鐵電相到順電相的居里溫度1-20攝氏度度范圍。
[0038]步驟五、當需要外界激光I照射時，晶體前部分9的兩個相對應的a, h' h' g'面和e' f' ? k'面及晶體后部分10的兩個相對應的b, c d, e'面和h, i, j' k'面之間不施加外電場，即V=0，由于晶體的折射率不發(fā)生變化，所以從被探測目標來的光沿著z軸正方向從a, g' ? f'面入射到晶體前部分9上，透過晶體前部分9和晶體后部分10后，沿z軸方向出射；當需要激光I照射時，在晶體前部分9的兩個相對應的a b, h, g'面和e, f, I, k,面及晶體后部分10的兩個相對應的b, c d, e'面和h, i, j' k'面之間施加外電場，即V古O時，在外電場的作用下，晶體通過二次電光效應產生線性變化的折射率梯度。對于晶體前部分9來說,外界激光I中偏振方向平行于y軸的偏振成分7,通過二次電光效應在y方向上產生較大線性變化的折射率梯度，偏振方向平行于I軸的偏振成分7在傳播過程中將不斷偏轉，最終偏轉離開原傳播方向，從側面出射；外界激光I中偏振方向平行于X軸的偏振成分8，由于其在透過晶體前部分9時，相對應的線性變化折射率梯度較小，因此其偏轉角度很小，最終，偏振方向平行于y軸電場方向的偏振成分7和偏振方向平行于X軸方向的偏振成分8分開。所以通過晶體前部分9后偏振方向平行于y軸的偏振成分7偏離未加外電場時的方向，實現(xiàn)X軸方向的偏轉，而偏振方向平行于X軸的偏振成分8的偏轉角度很小,這樣只有偏振方向平行于X軸的偏振成分8照射到晶體后部分10上，這時由于晶體后部分10施加的外電場平行于X軸，所 以在外電場作用下偏振方向平行于X軸的偏振成分8會實現(xiàn)y軸方向的偏轉，不再會有激光沿原方向傳播。
[0039]【具體實施方式】十一:本實施方式是對【具體實施方式】十的進一步說明，步驟一中所用晶體前部分9的尺寸為5.0 (a, b, ) X 3.50 (a, g' ) X 3.350 (a, f,)立方毫米，晶體后部分 10 的尺寸為 2.50(1/ C ) X 3.50 (b' l./ ) X 3.50(1/ e')立方毫米。
[0040]【具體實施方式】十二:本實施方式是對【具體實施方式】十的進一步說明，步驟一中所用鉭鈮酸鉀晶體的居里溫度為20攝氏度，晶體溫度為22攝氏度。
[0041]【具體實施方式】十三:本實施方式是對【具體實施方式】十的進一步說明，步驟三中在鉭鈮酸鉀晶體表面鍍金屬鈦作為電極，這樣可以保證在外電場的作用下，通過二次電光效應，在電場方向上產生線性變化的折射率梯度。
[0042]【具體實施方式】十四:本實施方式是對【具體實施方式】十的進一步說明，步驟五中所用激光器為是半導體激光器，它輸出光的波長為532.0納米,光強為1.00毫瓦。
[0043]【具體實施方式】十五:本實施方式是對【具體實施方式】十的進一步說明，步驟五中所用激光器為是氦-氖激光器，它輸出光的波長為632.8納米,光強為1.00毫瓦。
[0044]【具體實施方式】十六:本實施方式是對【具體實施方式】十和【具體實施方式】十四的進一步說明，步驟五中晶體前部分9的兩個相對應的a b, h, g'面和e, f, I, k,面及晶體后部分的兩個相對應的b c d e面和h i j k面之間施加外電場為600V/mm,偏振方向平行于y軸電場方向的偏振成分7和偏振方向平行于X軸方向的偏振成分8偏離未施加外電場時的光束11傳播方向1.7度。
[0045]【具體實施方式】十七:本實施方式是對【具體實施方式】十和【具體實施方式】十四的進一步說明，步驟五中晶體前部分9的兩個相對應的a, b, h, g'面和e f ? k'面及晶體后部分的兩個相對應的b c d e面和h i j k面之間施加外電場為1100V/mm,偏振方向平行于y軸電場方向的偏振成分7和偏振方向平行于X軸方向的偏振成分8偏離未施加外電場時的光束11傳播方向1.9度。
[0046]【具體實施方式】十八:本實施方式是對【具體實施方式】十和【具體實施方式】十五的進一步說明，步驟五中晶體前部分9的兩個相對應的a b, h, g'面和e, f, I, k,面及晶體后部分的兩個相對應的k C cT e1面和i1 ^ k1面之間施加外電場為1200V/mm，偏振方向平行于y軸電場方向的偏振成分7和偏振方向平行于X軸方向的偏振成分8偏離未施加外電場時的光束11傳播方向1.8度。
【權利要求】
1.利用電控二次電光效應實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法，其特征在于所述方法步驟如下: 步驟一、將兩塊利用提拉法生長出的鉭鈮酸鉀OOVxNbxO3;簡稱KTN)晶體沿[100]、[010]和[001]晶軸方向切割成長方體，之后對各個面進行拋光； 步驟二、將兩塊晶體的[100]、[010]和[001]晶軸與直角坐標系的x，y，Z軸相對應，z軸為整個光學系統(tǒng)中兩塊晶體的光學對稱軸，沿z值增大方向依次為第一塊晶體、第二塊晶體； 步驟三、分別在第一塊晶體的兩個相對應的平行于x-z面的表面和第二塊晶體的兩個相對應的平行于y-ζ面的表面上鍍上金屬電極并引出金屬導線，使得施加在第一塊晶體和第二塊晶體上的外電場方向相互垂直； 步驟四、通過控制環(huán)境溫度，使得晶體的溫度高于晶體從鐵電相到順電相的居里溫度1-20攝氏度范圍內； 步驟五、當需要外界激光照射時，兩塊晶體上不施加外電場，激光沿z軸正方向入射，直接透過兩塊晶體；當不需要外界激光照射，在第一塊晶體和第二塊晶體上施加外電場，在外電場的作用下，外界激光通過第一塊晶體時，外界激光中偏振方向平行于y軸的偏振成分將偏離未加電場時的方向，實現(xiàn)X軸方向的偏轉，外界激光中偏振方向平行于X軸的偏振成分照射到第二塊晶體上，實現(xiàn)ι軸方向的偏轉。
2.根據(jù)權利要求1所述的利用電控二次電光效應實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法，其特征在于所述步驟一中，所用鉭鈮酸鉀晶體的居里溫度為20攝氏度，晶體溫度為22攝氏度。
3.根據(jù)權利要求1所述的`利用電控二次電光效應實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法，其特征在于所述步驟三中，在鉭鈮酸鉀晶體表面涂銀膠作為電極或鍍金屬鈦作為電極。
4.根據(jù)權利要求1所述的利用電控二次電光效應實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法，其特征在于所述步驟五中，所用激光器為是半導體激光器或氦-氖激光器。
5.根據(jù)權利要求1所述的利用電控二次電光效應實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法，其特征在于所述步驟五中，施加外電場為600V/mm,偏振方向平行于y軸電場方向的偏振成分和偏振方向平行于X軸方向的偏振成分偏離未施加外電場時光束傳播方向1.7度。
6.利用電控二次電光效應實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法，其特征在于所述方法步驟如下: 步驟一、將一塊利用提拉法生長出的鉭鈮酸鉀晶體沿[100]、[010]和[001]晶軸方向切割成長方體，之后對各個面進行拋光； 步驟二、將晶體的[100]、[010]和[001]晶軸與直角坐標系的X，y, Z軸相對應，沿Z軸方向依次放置，z軸為整個光學系統(tǒng)中晶體的光學對稱軸，將晶體從垂直于z軸方向平分成兩部分，分別命名為晶體前部分，晶體后部分，沿z值增大方向依次為晶體前部分、晶體后部分； 步驟三、分別在晶體前部分的兩個相對應的平行于x-z面的表面和晶體后部分的兩個相對應的平行于y-ζ面的表面上鍍上金屬電極并引出金屬導線，使得施加在晶體前部分和晶體后部分上的外電場方向相互垂直； 步驟四、通過控制環(huán)境溫度，使得晶體的溫度高于晶體從鐵電相到順電相的居里溫度1-20攝氏度范圍內；步驟五、當需要外界激光照射時，晶體上不施加外電場，激光沿Z軸正方向入射，直接透過兩部分晶體；當不需要外界激光照射，在晶體前部分和晶體后部分上施加外電場，在外電場的作用下，外界激光通過晶體前部分時，外界激光中偏振方向平行于y軸的偏振成分將偏離未加電場時的方向，實現(xiàn)X軸方向的偏轉，從側面出射，外界激光中偏振方向平行于X軸的偏振成分照射到晶體后部分上，實現(xiàn)I軸方向的偏轉。
7.根據(jù)權利要求6所述的利用電控二次電光效應實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法，其特征在于所述步驟一中，所用鉭鈮酸鉀晶體的居里溫度為20攝氏度，晶體溫度為22攝氏度。
8.根據(jù)權利要求6所述的利用電控二次電光效應實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法，其特征在于所述步驟三中，在鉭鈮酸鉀晶體表面鍍金屬鈦作為電極。
9.根據(jù)權利要求6所述的利用電控二次電光效應實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法，其特征在于所述步驟五中，所用激光器為是半導體激光器或氦-氖激光器。
10.根據(jù)權利要求7所述的利用電控二次電光效應實現(xiàn)入射光偏轉的光開關方法,其特征在于所述步驟五中，施加外電場為600V/mm,偏振方向平行于y軸電場方向的偏振成分和偏振方向平行于X軸方 向的偏振成分偏離未施加外電場時的光束傳播方向1.7度。
【文檔編號】G02F1/03GK103605217SQ201310618933
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權日:2013年11月29日
【發(fā)明者】宮德維, 周忠祥 申請人:哈爾濱工業(yè)大學