一种新的偏振无关电光调制器

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1、第35卷第4期光子学报VOl.35NO.4ZOO6年4月ACTAPHOTONICASINICAAprilZOO6一种新的偏振无关电光调制器e郑国梁余卫龙eeX中山大学光电材料与技术国家重点实验室9广州51OZ75X摘要提出一种全新的偏振无关强度调制器设计原理.这种调制器只需要一个电光晶体9不需要辅助偏振片9电极设计和制作相当简单.采用线性电光效应耦合波理论对光在调制器中的传播行为进行详细的研究9经过理论计算9发现光通过调制器后9出射的调制光强不依赖于入射光的偏振状态.最后9以4mm晶系中的SBN和KNSBN为例9给出调制

2、器在横向应用时电光晶体优化切割方案.关键词光电子学S电光调制器S偏振无关S线性电光效应耦合波理论中图分类号O436.4文献标识码AO光折射率XnOX相同9P是相位延迟片9用于补偿电0引言光晶体中O光与e光的折射率不同引起的相差.光偏振无关器件的研究引起了人们的极大的兴通过入射扩束准直系统后9光束均等地分布在P1和[19趣9这是由于偏振无关器件相对于偏振依赖器OAC1上9然后一起进入电光调制晶体9在电光晶体件来说在很多方面具有优越性C在光通信系统中如的另一端9让上下两束光都通过一个相位延迟片P9果使用偏振无关的器件9就可以

3、用普通的单模光纤然后上半部分通过PZ9下半部分经过OACZ9最后通来代替保偏光纤3不出现偏振依赖损耗3可以应用在过出射准直系统汇合输出.一些特殊的场合9例如在光通信应用中9由于在很多情况下入射光的偏振状态是动态变化的9这种器件可用作偏振无关可变光衰减器.现有的偏振无关调制器一般是波导型的9这种调制器的缺点是波导制造工艺复杂9价格昂贵9而且实际中的电极的制作误差经常使用得两束光的调制图1基本设计原理电压不同9达不到完全偏振无关的调制.ZOO3年9Fig.1ThebasicstructureOfthemOdulatOr[1S

4、hiZhuOyin等提出了一种三文治型的设计方2理论计算案9在一定程度上解决了问题9但是由于该方案仍然本文所设计的电光调制器9入射光不沿电光晶采用两个大小和晶轴取向都相同的电光晶体9对切[1O体的光轴传播9在此情况下9She等给出的线性割准确度要求非常高9同时电极也比较难制作.本电光效应的耦合波方程可以退化成文提出的一种全新的设计原理方法9它只需要一个dE1XrX电光晶体9而且对电极设计和制作没有特殊的要求9=-idZE1XrXdr偏振无关特性好.X1XdEZXrX=-id4EZXrXdr1设计装置式中9E1XrX和EZ

5、XrX是光场的两个垂直的分量9对图1是基本设计图9整个调制器由一对准直系应于晶体中的O光和e光9而dZ和d4为统一个电光晶体两个旋光晶体和两个相位补偿器OOdZ=reffZEO9d4=reff3EOXZX和一个相位延迟片构成.OAC1和OACZ是相同的Zn1ZnZ式中9O是光在真空中的波矢9reffiXi=Z93X是有效顺时针旋光晶体9它们使得光的偏振方向旋9P1Z电光系数9EO是外加场的振幅9n1和nZ分别为E1XrX和PZ是相位补偿器9其折射率为OAC1和OACZ的和EZXrX的折射率.若记E1XrXEZXrX和外加

6、场EO的方向为a9be国家自然基金(批准号:1O3741Z1)和广东省自然科学基金XEXXa和c9则有效电光系数表示成reffZ=jjEjrjli9j9(批准号:O31567)资助课题eeaclX9reff3=XEjjEXXbjrjlbclXX3XTel:OZO8411Z863Email:stilsOZZsu.edu.cni9j9收稿日期:ZOO41O15式中9rjl是电光张量元9Ejj和E是介电张量的对角元.514光子学报35卷式<1>的解可以方便求得并将结果考虑光频部此得到在出射系统处的光场为iZii<-d>Li分可

7、以得到EOut=eOriLiZ><1<>=E1eee9><4>i<-d>rEZ<>=EZeZ4将式<9>表示成光强形式式中1和Z分别对应两个光场的波矢.esinZ<1O>设入射光场的偏振状态是随机的表示为Zi从式<1O>可以知道输出光强不依赖于可见调Ein=ZE1Oa+ZEZOeb<5>制器是偏振无关的.式中a~b分别对应在电光晶体中的O光和e光的方向是两分量的相位差它是一个随机量.入射

8、光3忧化设计经扩束后记上下两部分光场为:E,=Ea+1Eeib和EI=EIa+EIeib易知从式<1O>可以看出要使调制器发挥最大性能Z1ZE,=E~.必须使得ld4-dZl最大.以4mm晶系为例进行优化设计其非零电光元是r13=rZ3r33和rZ3.光经过旋光晶体OA