基于钽铌酸钾二次电光效应的光束偏转原理、器件及应用

发布时间：2021-08-19 16:05

　　钽铌酸钾（KTN）电光偏转器件具有角度大、电压低、无惯性和体积小等优点,近年来获得广泛关注。回顾了国内外KTN晶体器件及其应用的研究现状,阐述了基于该晶体空间电荷、组分梯度和温度梯度的电光偏转的基本原理,讨论了器件的特征参数和偏转性能的主要影响因素,介绍了几种基于KTN电光偏转的元器件及应用实例,总结了目前需要解决的问题及未来的发展趋势。 

【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020,57(07)北大核心CSCD

【文章页数】：19 页

【部分图文】：

不同降温速度下的二次电光系数随温度的变化[34]

式中：r33为铁电相KTN晶体的线性电光系数；ne为非常光的折射率。由（12）式可见，偏转角度和偏转速度取决于空间电荷密度和电荷迁移速度，与外加电压无关。要提高电光偏转的响应速度，需提高温度使晶体工作在真正的顺电相，实验证明采用这种方法可将偏转速度从微秒级提高到纳秒级。如图10所示，在居里点为24℃的晶体上外加2000V的电压，将工作温度从26℃提高到31℃后，电光偏转的响应时间从1.5μs提高到了几纳秒。但是远离居里点在提高响应速度的同时会导致二次电光系数大幅下降，偏转角度减小，因此，如何平衡偏转角度与响应时间之间的关系，还有待于进一步研究。3.3 分辨率（可分辨点数）

要拓宽KTN偏转器的应用领域，需通过增大偏转角度或减小光束发散角来提高其分辨率。第3.1节中提到的增大偏转角度的几种方法对于提高分辨率同样有效，如Naganuma等[65]提出的在晶体入射端和出射端增加反射镜的方法[图8(a）]使分辨率提高到61。光束发散角的主要影响因素在于梯度折射率偏转引起的光束畸变，根据（7）式，KTN晶体的折射率变化沿电场方向呈抛物线规律分布，Imai等[72]也用马赫-曾德尔干涉技术从实验上证明了这一点，因此，KTN晶体可看作是梯度折射率透镜（GRIN），在光束偏转的同时，使光束发生了会聚[图12(a）]，这种光束畸变会降低器件分辨率。Sasaki等[73]采用光束整形的方法，在晶体入射端和出射端各增加一个凹柱面镜[图12(b）]，平行光入射后变为发散光，到晶体中间变为会聚光，在出射端恢复成平行光，利用这种方法将KTN偏转器的分辨率提高到原来的1.5倍。图1 2 KTN偏转光束追踪效果[73]。（a）光束畸变；（b）光束整形

【参考文献】：
博士论文
[1]双光子轴向随机扫描方法研究[D]. 杜睿.华中科技大学 2011

硕士论文
[1]用于三维成像激光雷达的钽铌酸钾晶体研究[D]. 帖栋修.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2018



本文编号：3351716