CN110543035A - 一种大口径低驱动电压的二维电光偏转装置 - Google Patents

一种大口径低驱动电压的二维电光偏转装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110543035A
CN110543035A CN201910704197.XA CN201910704197A CN110543035A CN 110543035 A CN110543035 A CN 110543035A CN 201910704197 A CN201910704197 A CN 201910704197A CN 110543035 A CN110543035 A CN 110543035A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
pmnt
ceramic body
electro
optical deflection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910704197.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110543035B (zh
Inventor
张学娇
张若凡
郭精忠
陈祥
幺周石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Institute of Space Radio Technology
Original Assignee
Xian Institute of Space Radio Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Institute of Space Radio Technology filed Critical Xian Institute of Space Radio Technology
Priority to CN201910704197.XA priority Critical patent/CN110543035B/zh
Publication of CN110543035A publication Critical patent/CN110543035A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110543035B publication Critical patent/CN110543035B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/055—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect the active material being a ceramic
    • G02F1/0551—Constructional details

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种大口径低驱动电压的二维电光偏转装置，包括：第一级电光偏转模块、半波片和第二级电光偏转模块；其中，所述第一级电光偏转模块包括第一Ti/Au电极、第二Ti/Au电极、第三Ti/Au电极、第四Ti/Au电极和第一PMNT/PLZT陶瓷体；所述第二级电光偏转模块包括第五Ti/Au电极、第六Ti/Au电极、第七Ti/Au电极、第八Ti/Au电极和第二PMNT/PLZT陶瓷体。本发明巧妙地利用电极的设计，充分利用了整个材料对光相位的调制，在低驱动电压下得到光束大范围的偏转。

Description

一种大口径低驱动电压的二维电光偏转装置
技术领域
本发明属于激光通信技术领域，尤其涉及一种大口径低驱动电压的二维电光偏转装置。
背景技术
与传统的微波通信相比，激光通信具有大通信容量、高传输速率、抗干扰性能力强、保密性好等优点，是今后军用、民用高容量通信方式的重要手段。近年来空间激光通信技术得到快速发展，国内外成功建立了星间、星地链路的演示验证系统。随着高分辨率观测技术和高数据率信息传输的迫切需求，建立起激光通信空间传输网络迫在眉睫。在激光通信组网中，实现一个用户对多用户之间的通信是其关键，特别是对空间大范围内的多个目标捕获和高精度跟踪。目前，激光终端采用的光束偏转机构多为机械式，体积大笨重，惯性大，难以满足卫星平台对小型化的需求，且难以实现多用户接入。如何实现多用户接入、降低激光通信终端的体积和重量以及快速建立捕跟链路是空间激光通信组网迫切需要解决的难题。发展各种快速、大范围和高偏转精度的光束快速操控技术成为了近年来国际激光技术领域最为活跃的研究方向之一。
目前的光束快速操控技术的实现主要有以下几种技术途径：
1)液晶光学相控阵：Mcmanamon等首次提出并制作了4cm×4cm的液晶光学相控阵原型机，不仅可以实现光束偏转，而且具有可编程控制光束偏转角度、质量轻、成本低扫描速度快等优点，受到了学术界的广泛关注。2004年，美国洛克维尔科技公司在STAB项目中，采用液晶光学相控阵与双折射棱镜技术相结合的方式增加光束偏转角度。液晶光学相控阵具有偏转角度大、阵列像元数高、工艺成熟、扫描精度高等特点。然而，由于液晶取向变化的弛豫时间较长，导致响应带宽基本处于百Hz量级，使得基于液晶的光学相控阵在高速率光束扫描场合应用有限。
2)MEMS光学相控阵：在上世纪80年代开始被研究，仅能转动调节光束偏转方向，且不具备相位调制功能，偏转精度较差。2010年，McManamon基于电热双层电压片制作了上翘活塞式4×4微反射镜阵列装置。该装置的反射镜大小为0.9mm，其驱动器采用紧凑层叠结构，具有无侧向位移且垂直位移大的特点，因而实现了54％的高占空比，实现了±18°的二维光学视场扫描范围。2014年，Yoo等制备了具有32×32驱动单元的MEMS光学相控阵。采用高对比度光栅反射结构，该相控阵扫描角度为±2°，瞬时光束宽度为0.14°，响应时间为3.8μs。2017年，Wang等基于MEMS光学相控阵技术提出了一种微型反射镜阵列。为减小相邻反射镜间的串扰，该阵列将垂直的梳妆驱动器集成于微型反射镜下方，实现了微镜阵列2.4μm的倾斜，对于1550nm波长光束可实现±20°偏转，最快响应时间为2μs。基于MEMS的光学相控阵具有集成度高、功耗低、扫描速度快等优点，但是由于现有工艺尚不成熟，大阵列MEMS光学相控阵还未见报道。
3)波导光学相控阵：北京大学Zhao等采用绝缘体上硅技术，基于电光移相器设计了2×2的波导型光学相控阵原型机。该原型机仅需500μm长的电光移相器即可实现2π相位调制，且调制电压从0.4V到1.6V线性变化。其光束偏转范围为7.4°×3.7°，响应时间仅为4.2ns。但波导型相控阵技术入射面较窄，接收的入射光直径在微米量级，不能满足空间光通信系统中激光光束直径(1-10mm量级)的需求。
因此，研制兼具大通光口径、高调制带宽的光束操控器件是现在面临的一个难题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种大口径低驱动电压的二维电光偏转装置，该装置巧妙地利用电极的设计，充分利用了整个材料对光相位的调制，在低驱动电压下得到光束大范围的偏转。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种大口径低驱动电压的二维电光偏转装置，包括：第一级电光偏转模块、半波片和第二级电光偏转模块；其中，所述第一级电光偏转模块包括第一Ti/Au电极、第二Ti/Au电极、第三Ti/Au电极、第四Ti/Au电极和第一PMNT/PLZT陶瓷体，第一Ti/Au电极、第二Ti/Au电极、第三Ti/Au电极和第四Ti/Au电极分别间隔溅射于第一PMNT/PLZT陶瓷体的四个切割面；其中，第一PMNT/PLZT陶瓷体为正八面体；所述第二级电光偏转模块包括第五Ti/Au电极、第六Ti/Au电极、第七Ti/Au电极、第八Ti/Au电极和第二PMNT/PLZT陶瓷体，第五Ti/Au电极、第六Ti/Au电极、第七Ti/Au电极和第八Ti/Au电极分别间隔溅射于第二PMNT/PLZT陶瓷体的四个面；其中，第二PMNT/PLZT陶瓷体为正八面体；第一Ti/Au电极、第三Ti/Au电极、第五Ti/Au电极、第七Ti/Au电极相互平行，第二Ti/Au电极、第四Ti/Au电极、第六Ti/Au电极、第八Ti/Au电极相互平行，各电极之间两两无连接关系；第一Ti/Au电极和第五Ti/Au电极、第二Ti/Au电极和第六Ti/Au电极、第三Ti/Au电极和第七Ti/Au电极、第四Ti/Au电极和第八Ti/Au电极分别同平面；半波片的主轴方向平行于第一Ti/Au电极，半波片的中心位置与第一PMNT/PLZT陶瓷体和第二PMNT/PLZT陶瓷体的中心轴线共线。
上述大口径低驱动电压的二维电光偏转装置中，第一Ti/Au电极、第三Ti/Au电极、第六Ti/Au电极和第八Ti/Au电极均与信号源输出端的正极相连接，第二Ti/Au电极、第四Ti/Au电极、第五Ti/Au电极和第七Ti/Au电极均与信号源输出端的负极相连接。
上述大口径低驱动电压的二维电光偏转装置中，第一级电光偏转模块中，第二Ti/Au电极和第四Ti/Au电极均施加电压-V0/2，第一Ti/Au电极和第三Ti/Au电极均施加电压+V0/2；
根据电磁波理论，对于第一PMNT/PLZT陶瓷体内部没有自由电荷，则静电场满足拉普拉斯方程：
式中，Φ为电势，ρ为电荷密度，ε陶瓷的介电常数；
建立笛卡尔坐标系oxyz，以第一PMNT/PLZT陶瓷体的八边形中心为原点，以第一PMNT/PLZT陶瓷体八面体的中心轴为y轴，以与第三Ti/Au电极和第四Ti/Au电极之间面垂直的方向为x轴，以与第一Ti/Au电极和第四Ti/Au电极之间面垂直的方向为z轴；
根据第二Ti/Au电极和第四Ti/Au电极均施加电压-V0/2与第一Ti/Au电极和第三Ti/Au电极均施加电压+V0/2，对第一PMNT/PLZT陶瓷体施加电场，则y轴方向的电场强度为常数，对拉普拉斯方程求解，则得到：
Φ＝Cxz；
式中，x,z为笛卡尔坐标，C为边界条件确定的常数；
又第一PMNT/PLZT陶瓷体的边界条件为：
式中，R0为是第一PMNT/PLZT陶瓷体八边形面的半径；
因此，第一PMNT/PLZT陶瓷体内部的电势为：
则，第一PMNT/PLZT陶瓷体内部的电场E为电势的负梯度函数，即表示为：
式中，分别为两个方向的单位矢量；
第一PMNT/PLZT陶瓷体为各项同性介质，施加电场后表现为二次电光效应，其折射率椭球表示为：
式中，nx为第一PMNT/PLZT陶瓷体在x方向的折射率，ny为第一PMNT/PLZT陶瓷体在y方向的折射率，nz为第一PMNT/PLZT陶瓷体在z方向的折射率，γ33和γ13是横磁模和横电模对应测量的电光系数,横电模和横磁模分别平行和垂直于电场方向，n0是PMNT在无外加电压下的折射率；
若有一束偏振方向与z轴一致的偏振光从左侧入射至第一级电光偏转模块的左侧端面，沿z轴方向的折射率为：
其中，Ez为z轴方向的电场强度；
另外，由菲涅尔折射定律知在小角度近似下，光经过某一长度为l的折射率梯度介质，在介质边界出射的偏转角度表示为：
则通过长度为l的第一PMNT/PLZT陶瓷体，在右侧出射面，光的偏转角度θx为：
因此，偏转面为x0y平面，光通过第一级偏转装置后，入射至半波片，传播光偏振方向旋转90°，进而入射至第二级电光偏转装置。
上述大口径低驱动电压的二维电光偏转装置中，对于第二级电光偏转模块，第五Ti/Au电极和第七Ti/Au电极均施加电压-V0/2，第六Ti/Au电极和第八Ti/Au电极均施加电压+V0/2，第二级电光偏转模块与第一级电光偏转模块结构完全相同，施加电压相反；第二级电光偏转模块可以看成第一级电光偏转模块以y轴为中心旋转了90°，出射后的偏转面翻转90°，为z0y平面，沿z轴偏转，光的偏转角度θz为：
因此通过整个电光偏转装置，实现了xz两维偏转。
上述大口径低驱动电压的二维电光偏转装置中，电光系数γ13＝66×10-16m2/V2,n0＝2.45,R0＝3mm,l＝3mm时，电压V0为0-100V时，光在x轴和z轴的偏转范围均为210μrad×210μrad；驱动电压为0-150V时，光在x轴和z轴的偏转范围均为480μrad×480μrad。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明巧妙地利用电极的设计，充分利用了整个材料对光相位的调制，在低驱动电压下得到光束大范围的偏转；
(2)本发明采用八面体电极结构，能够充分利用电光陶瓷的电光效应；利用电光陶瓷材料，为各项同性介质，无需半波片调整偏振方向已适应两级联晶体的晶轴方向，采用单块材料便可以实现两维偏转；采用PMNT/PLZT电光透明陶瓷，电光系数大，驱动电压低。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的电光偏转器电极设计结构示意图；
图2是本发明实施例提供的大口径低驱动电压的二维电光偏转装置的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图2是本发明实施例提供的大口径低驱动电压的二维电光偏转装置的示意图。如图2所示，该大口径低驱动电压的二维电光偏转装置包括：第一级电光偏转模块、半波片11和第二级电光偏转模块；其中，
所述第一级电光偏转模块包括第一Ti/Au电极1、第二Ti/Au电极2、第三Ti/Au电极3、第四Ti/Au电极4和第一PMNT/PLZT陶瓷体9，第一Ti/Au电极1、第二Ti/Au电极2、第三Ti/Au电极3和第四Ti/Au电极4分别间隔溅射于第一PMNT/PLZT陶瓷体9的四个切割面；其中，第一PMNT/PLZT陶瓷体9为正八面体；
所述第二级电光偏转模块包括第五Ti/Au电极5、第六Ti/Au电极6、第七Ti/Au电极7、第八Ti/Au电极8和第二PMNT/PLZT陶瓷体10，第五Ti/Au电极5、第六Ti/Au电极6、第七Ti/Au电极7和第八Ti/Au电极8分别间隔溅射于第二PMNT/PLZT陶瓷体10的四个面；其中，第二PMNT/PLZT陶瓷体10为正八面体；
第一Ti/Au电极1、第三Ti/Au电极3、第五Ti/Au电极5、第七Ti/Au电极7相互平行，第二Ti/Au电极2、第四Ti/Au电极4、第六Ti/Au电极6、第八Ti/Au电极8相互平行，各电极之间两两无连接关系；
第一Ti/Au电极1和第五Ti/Au电极5、第二Ti/Au电极2和第六Ti/Au电极6、第三Ti/Au电极3和第七Ti/Au电极7、第四Ti/Au电极4和第八Ti/Au电极8分别同平面；
半波片11的主轴方向平行于第一Ti/Au电极1，半波片的中心位置与第一PMNT/PLZT陶瓷体9和第二PMNT/PLZT陶瓷体10的中心轴线共线。
第一Ti/Au电极1、第三Ti/Au电极3、第六Ti/Au电极6和第八Ti/Au电极8均与信号源输出端的正极相连接，第二Ti/Au电极2、第四Ti/Au电极4、第五Ti/Au电极5和第七Ti/Au电极7均与信号源输出端的负极相连接。
图1是本发明实施例提供的电光偏转器电极设计结构示意图。根据图1的启示，第一级电光偏转模块中，第二Ti/Au电极2和第四Ti/Au电极4均施加电压-V0/2，第一Ti/Au电极1和第三Ti/Au电极3均施加电压+V0/2；
根据电磁波理论，对于第一PMNT/PLZT陶瓷体9内部没有自由电荷，则静电场满足拉普拉斯方程：
式中，Φ为电势，ρ为电荷密度，ε陶瓷的介电常数；
建立笛卡尔坐标系oxyz，以第一PMNT/PLZT陶瓷体9的八边形中心为原点，以第一PMNT/PLZT陶瓷体9八面体的中心轴为y轴，以与第三Ti/Au电极3和第四Ti/Au电极4之间面垂直的方向为x轴，以与第一Ti/Au电极3和第四Ti/Au电极4之间面垂直的方向为z轴；
根据第二Ti/Au电极2和第四Ti/Au电极4均施加电压-V0/2与第一Ti/Au电极1和第三Ti/Au电极3均施加电压+V0/2，对第一PMNT/PLZT陶瓷体9施加电场，则y轴方向的电场强度为常数，对拉普拉斯方程求解，则得到：
Φ＝Cxz；
式中，x,z为笛卡尔坐标，C为边界条件确定的常数；
又第一PMNT/PLZT陶瓷体9的边界条件为：
式中，R0为是第一PMNT/PLZT陶瓷体9八边形面的半径；
因此，第一PMNT/PLZT陶瓷体9内部的电势为：
则，第一PMNT/PLZT陶瓷体9内部的电场E为电势的负梯度函数，即表示为：
式中，分别为两个方向的单位矢量；
第一PMNT/PLZT陶瓷体9为各项同性介质，施加电场后表现为二次电光效应，其折射率椭球表示为：
式中，nx为第一PMNT/PLZT陶瓷体9在x方向的折射率，ny为第一PMNT/PLZT陶瓷体9在y方向的折射率，nz为第一PMNT/PLZT陶瓷体9在z方向的折射率，γ33和γ13是横磁模和横电模对应测量的电光系数,横电模和横磁模分别平行和垂直于电场方向，n0是PMNT在无外加电压下的折射率；
若有一束偏振方向与z轴一致的偏振光从左侧入射至第一级电光偏转模块的左侧端面，沿z轴方向的折射率为：
其中，Ez为z轴方向的电场强度；
另外，由菲涅尔折射定律知在小角度近似下，光经过某一长度为l的折射率梯度介质，在介质边界出射的偏转角度表示为：
则通过长度为l的第一PMNT/PLZT陶瓷体9，在右侧出射面，光的偏转角度θx为：
因此，偏转面为x0y平面，光通过第一级偏转装置后，入射至半波片，传播光偏振方向旋转90°，进而入射至第二级电光偏转装置。
对于第二级电光偏转模块，第五Ti/Au电极5、第七Ti/Au电极7处施加电压-V0/2，第六Ti/Au电极6、第八Ti/Au电极8处施加电压+V0/2，第二级电光偏转模块与第一级电光偏转模块结构完全相同，施加电压相反。第二级电光偏转模块可以看成第一级电光偏转模块以y轴为中心旋转了90°，则相当于整个坐标系xcyczc旋转90°，出射后的偏转面翻转90°，为z0y平面，沿z轴偏转，光的偏转角度为
因此通过整个电光偏转装置，实现了xz两维偏转。
电光系数γ13＝66×10-16m2/V2,n0＝2.45,R0＝3mm,l＝3mm时，电压V0为0-100V时，光在x轴和z轴的偏转范围均为210μrad×210μrad；驱动电压为0-150V时，光在x轴和z轴的偏转范围均为480μrad×480μrad。
本实施例采用八面体电极结构，能够充分利用电光陶瓷的电光效应；利用电光陶瓷材料，为各项同性介质，无需半波片调整偏振方向已适应两级联晶体的晶轴方向，采用单块材料便可以实现两维偏转；采用PMNT/PLZT电光透明陶瓷，电光系数大，驱动电压低。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种大口径低驱动电压的二维电光偏转装置，其特征在于包括：第一级电光偏转模块、半波片(11)和第二级电光偏转模块；其中，
所述第一级电光偏转模块包括第一Ti/Au电极(1)、第二Ti/Au电极(2)、第三Ti/Au电极(3)、第四Ti/Au电极(4)和第一PMNT/PLZT陶瓷体(9)，第一Ti/Au电极(1)、第二Ti/Au电极(2)、第三Ti/Au电极(3)和第四Ti/Au电极(4)分别间隔溅射于第一PMNT/PLZT陶瓷体(9)的四个切割面；其中，第一PMNT/PLZT陶瓷体(9)为正八面体；
所述第二级电光偏转模块包括第五Ti/Au电极(5)、第六Ti/Au电极(6)、第七Ti/Au电极(7)、第八Ti/Au电极(8)和第二PMNT/PLZT陶瓷体(10)，第五Ti/Au电极(5)、第六Ti/Au电极(6)、第七Ti/Au电极(7)和第八Ti/Au电极(8)分别间隔溅射于第二PMNT/PLZT陶瓷体(10)的四个面；其中，第二PMNT/PLZT陶瓷体(10)为正八面体；
第一Ti/Au电极(1)、第三Ti/Au电极(3)、第五Ti/Au电极(5)、第七Ti/Au电极(7)相互平行，第二Ti/Au电极(2)、第四Ti/Au电极(4)、第六Ti/Au电极(6)、第八Ti/Au电极(8)相互平行，各电极之间两两无连接关系；
第一Ti/Au电极(1)和第五Ti/Au电极(5)、第二Ti/Au电极(2)和第六Ti/Au电极(6)、第三Ti/Au电极(3)和第七Ti/Au电极(7)、第四Ti/Au电极(4)和第八Ti/Au电极(8)分别同平面；
半波片(11)的主轴方向平行于第一Ti/Au电极(1)，半波片的中心位置与第一PMNT/PLZT陶瓷体(9)和第二PMNT/PLZT陶瓷体(10)的中心轴线共线。
2.根据权利要求1所述的大口径低驱动电压的二维电光偏转装置，其特征在于：第一Ti/Au电极(1)、第三Ti/Au电极(3)、第六Ti/Au电极(6)和第八Ti/Au电极(8)均与信号源输出端的正极相连接，第二Ti/Au电极(2)、第四Ti/Au电极(4)、第五Ti/Au电极(5)和第七Ti/Au电极(7)均与信号源输出端的负极相连接。
3.根据权利要求2所述的大口径低驱动电压的二维电光偏转装置，其特征在于：第一级电光偏转模块中，第二Ti/Au电极(2)和第四Ti/Au电极(4)均施加电压-V0/2，第一Ti/Au电极(1)和第三Ti/Au电极(3)均施加电压+V0/2；
根据电磁波理论，对于第一PMNT/PLZT陶瓷体(9)内部没有自由电荷，则静电场满足拉普拉斯方程：
式中，Φ为电势，ρ为电荷密度，ε陶瓷的介电常数；
建立笛卡尔坐标系oxyz，以第一PMNT/PLZT陶瓷体(9)的八边形中心为原点，以第一PMNT/PLZT陶瓷体(9)八面体的中心轴为y轴，以与第三Ti/Au电极(3)和第四Ti/Au电极(4)之间面垂直的方向为x轴，以与第一Ti/Au电极(3)和第四Ti/Au电极(4)之间面垂直的方向为z轴；
根据第二Ti/Au电极(2)和第四Ti/Au电极(4)均施加电压-V0/2与第一Ti/Au电极(1)和第三Ti/Au电极(3)均施加电压+V0/2，对第一PMNT/PLZT陶瓷体(9)施加电场，则y轴方向的电场强度为常数，对拉普拉斯方程求解，则得到：
Φ＝Cxz；
式中，x,z为笛卡尔坐标，C为边界条件确定的常数；
又第一PMNT/PLZT陶瓷体(9)的边界条件为：
式中，R0为是第一PMNT/PLZT陶瓷体(9)八边形面的半径；
因此，第一PMNT/PLZT陶瓷体(9)内部的电势为：
则，第一PMNT/PLZT陶瓷体(9)内部的电场E为电势的负梯度函数，即表示为：
式中，分别为两个方向的单位矢量；
第一PMNT/PLZT陶瓷体(9)为各项同性介质，施加电场后表现为二次电光效应，其折射率椭球表示为：
式中，nx为第一PMNT/PLZT陶瓷体(9)在x方向的折射率，ny为第一PMNT/PLZT陶瓷体(9)在y方向的折射率，nz为第一PMNT/PLZT陶瓷体(9)在z方向的折射率，γ33和γ13是横磁模和横电模对应测量的电光系数,横电模和横磁模分别平行和垂直于电场方向，n0是PMNT在无外加电压下的折射率；
若有一束偏振方向与z轴一致的偏振光从左侧入射至第一级电光偏转模块的左侧端面，沿z轴方向的折射率为：
其中，Ez为z轴方向的电场强度；
另外，由菲涅尔折射定律知在小角度近似下，光经过某一长度为l的折射率梯度介质，在介质边界出射的偏转角度表示为：
则通过长度为l的第一PMNT/PLZT陶瓷体(9)，在右侧出射面，光的偏转角度θx为：
因此，偏转面为x0y平面，光通过第一级偏转装置后，入射至半波片，传播光偏振方向旋转90°，进而入射至第二级电光偏转装置。
4.根据权利要求3所述的大口径低驱动电压的二维电光偏转装置，其特征在于：对于第二级电光偏转模块，第五Ti/Au电极(5)和第七Ti/Au电极(7)均施加电压-V0/2，第六Ti/Au电极(6)和第八Ti/Au电极(8)均施加电压+V0/2，第二级电光偏转模块与第一级电光偏转模块结构完全相同，施加电压相反；第二级电光偏转模块可以看成第一级电光偏转模块以y轴为中心旋转了90°，出射后的偏转面翻转90°，为z0y平面，沿z轴偏转，光的偏转角度θz为：
因此通过整个电光偏转装置，实现了xz两维偏转。
5.根据权利要求3所述的大口径低驱动电压的二维电光偏转装置，其特征在于：电光系数γ13＝66×10-16m2/V2,n0＝2.45,R0＝3mm,l＝3mm时，电压V0为0-100V时，光在x轴和z轴的偏转范围均为210μrad×210μrad；驱动电压为0-150V时，光在x轴和z轴的偏转范围均为480μrad×480μrad。
CN201910704197.XA 2019-07-31 2019-07-31 一种大口径低驱动电压的二维电光偏转装置 Active CN110543035B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910704197.XA CN110543035B (zh) 2019-07-31 2019-07-31 一种大口径低驱动电压的二维电光偏转装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910704197.XA CN110543035B (zh) 2019-07-31 2019-07-31 一种大口径低驱动电压的二维电光偏转装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110543035A true CN110543035A (zh) 2019-12-06
CN110543035B CN110543035B (zh) 2023-06-06

Family

ID=68710178

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910704197.XA Active CN110543035B (zh) 2019-07-31 2019-07-31 一种大口径低驱动电压的二维电光偏转装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110543035B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113359112A (zh) * 2020-02-20 2021-09-07 上海禾赛科技有限公司 光学组件、包括其的激光雷达以及光束扫描方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1469145A (zh) * 2002-06-04 2004-01-21 �����ֿ�ͨ�Ź�˾ 四端口偏振保持环行器
US20090015904A1 (en) * 2007-07-13 2009-01-15 Oki Electric Industry Co., Ltd. Optical deflector
US20090232166A1 (en) * 2006-10-23 2009-09-17 John Martin Ley Electro-optic deflector
CN102173312A (zh) * 2011-03-10 2011-09-07 西安空间无线电技术研究所 大型空间组装式天线反射器模块单元及其组装方法
CN103713403A (zh) * 2013-11-19 2014-04-09 哈尔滨工业大学 基于顺电相钽铌酸钾晶体电控偏转特性的二维光学扫描系统及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1469145A (zh) * 2002-06-04 2004-01-21 �����ֿ�ͨ�Ź�˾ 四端口偏振保持环行器
US20090232166A1 (en) * 2006-10-23 2009-09-17 John Martin Ley Electro-optic deflector
US20090015904A1 (en) * 2007-07-13 2009-01-15 Oki Electric Industry Co., Ltd. Optical deflector
CN102173312A (zh) * 2011-03-10 2011-09-07 西安空间无线电技术研究所 大型空间组装式天线反射器模块单元及其组装方法
CN103713403A (zh) * 2013-11-19 2014-04-09 哈尔滨工业大学 基于顺电相钽铌酸钾晶体电控偏转特性的二维光学扫描系统及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王伟: "新型可调电光偏转器", 《压电与声光》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113359112A (zh) * 2020-02-20 2021-09-07 上海禾赛科技有限公司 光学组件、包括其的激光雷达以及光束扫描方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110543035B (zh) 2023-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Tailoring terahertz wavefront with state switching in VO2 Pancharatnam–Berry metasurfaces
US7072086B2 (en) Digital focus lens system
US4564267A (en) Variable-focal-length lens
TW314602B (zh)
Ding A Review of Multifunctional Optical Gap-Surface Plasmon Metasurfaces.
JP2003172912A (ja) 液晶可変波長フィルタ装置およびその駆動方法
WO2021236226A1 (en) Solid- state tip-tilt-phased array
Winker et al. Liquid crystal beam directors for airborne free-space optical communications
CN104330931A (zh) 一种红外液晶相控阵芯片
Cheng et al. Optical beam steering using liquid-based devices
WO2010006337A2 (en) Method and apparatus for modulating light
Yang et al. Polarization beam splitter with disparate functionality in transmission and reflection modes
Zhang et al. Multi-focus optical fiber lens based on all-dielectric metasurface
CN110543035B (zh) 一种大口径低驱动电压的二维电光偏转装置
Hong et al. A beam deflector with dielectric metasurfaces in the terahertz region
CN109597160B (zh) 一种基于v形光学天线超构表面的解复用器件及其工作方法
CN109387949B (zh) 一种基于偏振调节的光束控制装置
Li et al. Active metasurfaces based on phase transition material vanadium dioxide
Fuhao et al. Research status and trend analysis of beam deflection technology based on space laser communication
Wu et al. Cascade conical refraction for annular pumping of a vortex Nd: YAG laser and selective excitation of low-and high-order Laguerre–Gaussian modes
CN204129390U (zh) 基于电控液晶红外汇聚平面微透镜的红外波束控制芯片
JP2015011075A (ja) 光アッテネータ
Fan et al. Terahertz meta-polarizers for simultaneous control of the amplitude, phase, and polarization
CN204129389U (zh) 基于电控液晶红外发散平面微柱镜的红外波束控制芯片
US7379231B2 (en) Ferroelectric Light Control Device

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant