RU2604117C1 - Method of determining optical crystals with high electric conductivity electrooptical coefficient - Google Patents

Method of determining optical crystals with high electric conductivity electrooptical coefficient Download PDF

Info

Publication number
RU2604117C1
RU2604117C1 RU2015120785/28A RU2015120785A RU2604117C1 RU 2604117 C1 RU2604117 C1 RU 2604117C1 RU 2015120785/28 A RU2015120785/28 A RU 2015120785/28A RU 2015120785 A RU2015120785 A RU 2015120785A RU 2604117 C1 RU2604117 C1 RU 2604117C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
crystal
electric conductivity
optical
high electric
electro
Prior art date
Application number
RU2015120785/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Станислав Михайлович Шандаров
Виталий Иванович Быков
Константин Петрович Мельник
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР)
Priority to RU2015120785/28A priority Critical patent/RU2604117C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2604117C1 publication Critical patent/RU2604117C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1717—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with a modulation of one or more physical properties of the sample during the optical investigation, e.g. electro-reflectance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1717—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with a modulation of one or more physical properties of the sample during the optical investigation, e.g. electro-reflectance
    • G01N2021/1721—Electromodulation

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

FIELD: electronics.
SUBSTANCE: invention relates to optoelectronics and can be used in making optical devices based on optical crystals, having high electric conductivity. Method is implemented as follows: crystal with high electric conductivity is placed in one arm of Mach-Zehnder interferometer, holders (electrodes) are electrically insulated from crystal and alternating pulse voltage is applied to them. Using photodetector recording the change in interference pattern intensity and by measured change in interference pattern intensity electrooptic coefficient is calculated.
EFFECT: technical result is enabling measurement of electro-optical coefficient in crystals with high electric conductivity.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области оптоэлектроники и может быть использовано при изготовлении оптических приборов на основе оптических кристаллов, обладающих высокой электропроводностью.The invention relates to the field of optoelectronics and can be used in the manufacture of optical devices based on optical crystals with high electrical conductivity.

Известны способы определения электрооптического коэффициента. Суть первого способа в измерении изменения оптической интенсивности, вызванной приложенным постоянным электрическим полем, которое действует на нелегированный фоторефрактивный (ВТО) кристалл при определенном угле наклона относительно проходящего оптического луча. Электрооптический коэффициент рассчитывают исходя из изменений оптической интенсивности проходящего луча. [1]Known methods for determining the electro-optical coefficient. The essence of the first method is to measure the change in optical intensity caused by an applied constant electric field that acts on an undoped photorefractive (VTO) crystal at a certain angle of inclination relative to the transmitted optical beam. The electro-optical coefficient is calculated based on changes in the optical intensity of the transmitted beam. [one]

Наиболее близким к изобретению (прототипом) является способ, заключающийся в возбуждении кристалла монохроматическим поляризованным светом с последующим расчетом электрооптической константы по измеренному значению сигнала фотоприемника на частоте управляющего напряжения. При этом к кристаллу прикладывают переменное управляющее напряжение и выделяют плоскость поляризации, соответствующую максимуму сигнала фотоприемника на частоте управляющего напряжения. Далее определяют коэффициент модуляции m(T1) при температуре T1 и рассчитывают электрооптический модуль при температуре T1. [2]Closest to the invention (prototype) is a method consisting in the excitation of a crystal with monochromatic polarized light, followed by calculation of the electro-optical constant from the measured value of the photodetector signal at the frequency of the control voltage. In this case, an alternating control voltage is applied to the crystal and a plane of polarization corresponding to the maximum of the photodetector signal at the control voltage frequency is isolated. Next, the modulation coefficient m (T1) is determined at a temperature T1 and the electro-optical module is calculated at a temperature T1. [2]

Способы измерения электрооптического коэффициента [1-4] позволяют точно определять электрооптический коэффициент в нелинейных кристаллах с низкой электропроводностью, но при этом для кристаллов с высокой электропроводностью не годятся. Кристаллы с высокой электропроводностью, в случае применения выше указанных способов, будут нагреваться, за счет тока проводимости, что приведет к изменению физических параметров кристаллов и даже к их разрушению.Methods for measuring the electro-optical coefficient [1-4] allow you to accurately determine the electro-optical coefficient in nonlinear crystals with low electrical conductivity, but are not suitable for crystals with high electrical conductivity. Crystals with high electrical conductivity, in the case of applying the above methods, will be heated due to the conduction current, which will lead to a change in the physical parameters of the crystals and even to their destruction.

Техническим результатом является измерение электрооптического коэффициента у кристаллов с высокой электропроводностью. Способ осуществляется следующим образом:The technical result is the measurement of the electro-optical coefficient of crystals with high electrical conductivity. The method is as follows:

1. Кристалл с высокой электропроводностью помещают в одно из плеч интерферометра Маха-Цандера.1. A crystal with high electrical conductivity is placed in one of the arms of the Mach-Zander interferometer.

2. Держатели (электроды) изолируют от кристалла.2. Holders (electrodes) isolate from the crystal.

3. К электродам прикладывают переменное импульсное напряжение.3. An alternating impulse voltage is applied to the electrodes.

4. При помощи фотоприемника регистрируют изменение интенсивности интерференционной картины.4. Using a photodetector, a change in the intensity of the interference pattern is recorded.

5. По измеренной интенсивности рассчитывают электрооптический коэффициент.5. The electro-optical coefficient is calculated from the measured intensity.

Способ отличается от прототипа тем, что используют импульсное напряжение и электроды изолируют диэлектриком (слюда).The method differs from the prototype in that a pulse voltage is used and the electrodes are insulated with a dielectric (mica).

Данный способ реализован с помощью установки, схема которой показана на фиг. 1, где: 1 - гелий-неоновый лазер (λ=0,6328 мкм); 2 - полупрозрачное зеркало; 3 - непрозрачное зеркало; 4 - полупрозрачное зеркало; 5 - непрозрачное зеркало; 6 - фотоприемник; 7 - осциллограф; 8 - генератор импульсов; 9 - кристалл с высокой электропроводностью; 10 - слюдяные пластины; 11 - интерферометр Маха-Цандера.This method is implemented using the installation, a diagram of which is shown in FIG. 1, where: 1 - helium-neon laser (λ = 0.6328 μm); 2 - translucent mirror; 3 - opaque mirror; 4 - translucent mirror; 5 - opaque mirror; 6 - photodetector; 7 - an oscilloscope; 8 - pulse generator; 9 - a crystal with high electrical conductivity; 10 - mica plates; 11 - Mach-Zander interferometer.

На фиг. 2 представлена эквивалентная электрическая схема кристалла, изоляторов и электродов, подключенных к внешнему электрическому полю, где: 12 - емкость изоляции; 13 - емкость кристалла; 14 - сопротивление кристалла; 15 - емкость слюдяной пластины; 16 - держатели-электроды; 17 - кристалл.In FIG. 2 shows an equivalent electrical circuit of a crystal, insulators and electrodes connected to an external electric field, where: 12 - insulation capacity; 13 - crystal capacity; 14 - crystal resistance; 15 - the capacity of the mica plate; 16 - electrode holders; 17 is a crystal.

Установка работает следующим образом. Система зеркал 2, 3, 4, 5, из которых 3, 4 являются полупрозрачными, образует интерферометр Маха-Цандера. В одно из плеч интерферометра между зеркалами 2 и 4 устанавливают ячейку с образцом (кристаллом) 9. Луч He-Ne лазера (λ=0,6328 мкм) 1 делится на полупрозрачном зеркале 2, интерференционная картина образуется на полупрозрачном зеркале 5. Образец представляет собой прямоугольный параллелепипед. Его ориентируют таким образом, чтобы две грани были перпендикулярны лучу, а к двум другим противолежащим граням подведены электроды. Кристалл изолируют от электродов 10. На электроды подают импульсный электрический сигнал от источника напряжения 8. Изменение интенсивности интерференционной картины, связанной с действием переменного электрического поля на кристалл 9, регистрируют фотоприемником 6. Электрический сигнал с фотоприемника 6 поступает на вход осциллографа 7.Installation works as follows. The system of mirrors 2, 3, 4, 5, of which 3, 4 are translucent, forms a Mach-Zander interferometer. A cell with a sample (crystal) 9 is installed in one of the arms of the interferometer between mirrors 2 and 4. 9. The He-Ne laser beam (λ = 0.6328 μm) 1 is divided into a translucent mirror 2, the interference pattern is formed on a translucent mirror 5. The sample is rectangular box. It is oriented in such a way that two faces are perpendicular to the beam, and electrodes are connected to two other opposite sides. The crystal is isolated from the electrodes 10. A pulse electric signal from the voltage source is applied to the electrodes 8. A change in the intensity of the interference pattern associated with the action of an alternating electric field on the crystal 9 is recorded by a photodetector 6. The electrical signal from the photodetector 6 is fed to the input of the oscilloscope 7.

На Фиг. 2 представлена эквивалентная электрическая схема подключения кристалла. Проводимость и емкость кристалла (17) отображены в виде параллельно соединенных резистора (14) и конденсатора (13); изоляторы электродов в виде конденсаторов (15). Постоянный ток через такую схему не идет и оказать влияние на оптические свойства кристалла не может. При использовании импульса напряжения прямоугольной формы на оптические свойства кристалла оказывает действие только передний и задний фронт импульса за счет поляризации.In FIG. 2 shows an equivalent electrical circuit for connecting a crystal. The conductivity and capacitance of the crystal (17) are displayed as parallel-connected resistor (14) and capacitor (13); electrode insulators in the form of capacitors (15). Direct current does not flow through such a circuit and cannot affect the optical properties of the crystal. When using a rectangular voltage pulse, the optical properties of the crystal are affected only by the leading and trailing edges of the pulse due to polarization.

Электрическую емкость изоляторов, связанную в первую очередь с толщиной слюдяных пластинок (12, 15), делают намного больше емкости самого кристалла (Си>>Скр) для того, чтобы пренебречь падением напряжения на изоляторах.The electrical capacitance of insulators, which is primarily associated with the thickness of mica plates (12, 15), is made much larger than the capacitance of the crystal itself (C and >> C cr ) in order to neglect the voltage drop across the insulators.

Электрооптический коэффициент r рассчитывают по формуле [5]:Electro-optical coefficient r is calculated by the formula [5]:

Figure 00000001
Figure 00000001

где:Where:

Δφ - фазовый сдвиг за счет электрооптического эффекта,Δφ is the phase shift due to the electro-optical effect,

n - коэффициент преломления кристалла в выделенном направлении z,n is the refractive index of the crystal in the selected direction z,

U - амплитуда напряжения приложенного к кристаллу вдоль оси z,U is the amplitude of the voltage applied to the crystal along the z axis,

l - длина кристалла вдоль направления лазерного луча (ось x или y),l is the length of the crystal along the direction of the laser beam (x or y axis),

λ - длина волны излучения лазера,λ is the wavelength of the laser radiation,

d - толщина кристалла (вдоль оси z).d is the thickness of the crystal (along the z axis).

Измерив максимальную величину фазового сдвига Δφ, используя известные параметры кристалла и величину приложенного напряжения, определяют электрооптический коэффициент.By measuring the maximum value of the phase shift Δφ, using the known crystal parameters and the magnitude of the applied voltage, determine the electro-optical coefficient.

Список литературыBibliography

1. Moura A.L. Experimental determination of effective electro-optic coefficient and electric screening field factor in the electrically induced birefringent Bi12TiO20 crystal by using an oblique incidence setup / Moura A.L. Canabarro Α.Α., Soares W.C, de Lima Ε., Carvalho J.F., dos Santos P.V. // Optics Communications - 05/2013; 295, P:197-202.1. Moura A.L. Experimental determination of effective electro-optic coefficient and electric screening field factor in the electrically induced birefringent Bi12TiO20 crystal by using an oblique incidence setup / Moura A.L. Canabarro Α.Α., Soares W.C., de Lima Ε., Carvalho J.F., dos Santos P.V. // Optics Communications - 05/2013; 295, P: 197-202.

2. Горчаков B.K., Куцаенко B.B., Потапов В.Т. Способ измерения электрооптических констант // Патент России №1586417, 10.08.1999.2. Gorchakov B.K., Kutsenko B.B., Potapov V.T. A method of measuring electro-optical constants // Russian Patent No. 1586417, 08/10/1999.

3. Luennemann M. Electrooptic properties of lithium niobate crystals for extremely high external electric fields / Luennemann M., Hartwig U., Panotopoulos G., Buse K. // University of Bonn, Bonn, North Rhine-Westphalia, GermanyApplied Physics В (Impact Factor: 1.63). 03/2003; 76(4): 403-406.3. Luennemann M. Electrooptic properties of lithium niobate crystals for extremely high external electric fields / Luennemann M., Hartwig U., Panotopoulos G., Buse K. // University of Bonn, Bonn, North Rhine-Westphalia, Germany Applied Physics B ( Impact Factor: 1.63). 03/2003; 76 (4): 403-406.

4. Паргачев И.А., Краковский B.A. и др. Получение и электрофизические свойства кристаллов GTR-KTP // Доклады ТУСУРа, №2 (24), часть 2, декабрь 2011, с. 119-120.4. Pargachev I.A., Krakowski B.A. et al. Preparation and electrophysical properties of GTR-KTP crystals // Doklady TUSUR, No. 2 (24), part 2, December 2011, p. 119-120.

5. Ярив Α. Оптические волны в кристаллах / А. Ярив, П. Юх // Пер. с англ. - М.: Мир, 1987-616, 261 с.5. Yariv Α. Optical waves in crystals / A. Yariv, P. Yuh // Per. from English - M .: Mir, 1987-616, 261 p.

Claims (1)

Способ определения электрооптического коэффициента низкоомных оптических кристаллов методом лазерной интерферометрии, включающий вычисление электрооптического коэффициента по измеренному максимальному фазовому сдвигу, возникающему в сигнальном луче интерферометра Маха-Цандера при подаче напряжения на противоположные грани кристалла, отличающийся тем, что для измерения используется ток поляризации, для чего на электроды держателя кристалла прикладывается переменное импульсное напряжение, а сам кристалл изолируется от электродов. A method for determining the electro-optical coefficient of low-resistance optical crystals by laser interferometry, including the calculation of the electro-optical coefficient from the measured maximum phase shift that occurs in the signal beam of the Mach-Zander interferometer when voltage is applied to opposite faces of the crystal, characterized in that the polarization current is used for measurement, for which an alternating pulse voltage is applied to the electrodes of the crystal holder, and the crystal itself is isolated from the electrode at.
RU2015120785/28A 2015-06-01 2015-06-01 Method of determining optical crystals with high electric conductivity electrooptical coefficient RU2604117C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015120785/28A RU2604117C1 (en) 2015-06-01 2015-06-01 Method of determining optical crystals with high electric conductivity electrooptical coefficient

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015120785/28A RU2604117C1 (en) 2015-06-01 2015-06-01 Method of determining optical crystals with high electric conductivity electrooptical coefficient

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2604117C1 true RU2604117C1 (en) 2016-12-10

Family

ID=57776687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015120785/28A RU2604117C1 (en) 2015-06-01 2015-06-01 Method of determining optical crystals with high electric conductivity electrooptical coefficient

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2604117C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2718139C1 (en) * 2019-07-17 2020-03-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Apparatus for determining quality of optical elements

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102621110A (en) * 2012-03-13 2012-08-01 中国科学院上海光学精密机械研究所 Electrooptic coefficient measuring device
JP2014066615A (en) * 2012-09-26 2014-04-17 Sigma Koki Co Ltd Electrooptical coefficient measuring method and electrooptical coefficient measuring apparatus

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102621110A (en) * 2012-03-13 2012-08-01 中国科学院上海光学精密机械研究所 Electrooptic coefficient measuring device
JP2014066615A (en) * 2012-09-26 2014-04-17 Sigma Koki Co Ltd Electrooptical coefficient measuring method and electrooptical coefficient measuring apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2718139C1 (en) * 2019-07-17 2020-03-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Apparatus for determining quality of optical elements

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Salvestrini et al. Analysis and control of the DC drift in LiNbO $ _ {3} $-based Mach–Zehnder modulators
EP2839314B1 (en) Electro-optic distance-measuring device
US20150070709A1 (en) Electro-optic modulator and electro-optic distance-measuring device
Li et al. Optical voltage sensor based on electrooptic crystal multiplier
Lucchetti et al. Liquid crystal cells based on photovoltaic substrates
RU2604117C1 (en) Method of determining optical crystals with high electric conductivity electrooptical coefficient
Zheng et al. Electro-optic sampling system with a single-crystal 4-N, N-dimethylamino-4′-N′-methyl-4-stilbazolium tosylate sensor
US6930475B2 (en) Method for the temperature-compensated, electro-optical measurement of an electrical voltage and device for carrying out the method
Valev et al. Differential detection for measurements of Faraday rotation by means of ac magnetic fields
Kamiya et al. High voltage measuring apparatus based on Kerr effect in gas
Denisova et al. Nonlinear orientation effect in liquid crystals to create a linear displacement sensor
US20180373083A1 (en) Electro-Optical Device for Detecting Local Change in an Electric Field
RU2777461C1 (en) Working node of the pulsed terahertz radiation detector
Schon et al. Electro-optic and Magneto-optic Sensors
RU2701783C2 (en) Information-measuring system for monitoring thickness and mass of dielectric flat products
Nawaf Investigation the performance of electro-optical AC voltage LiNbO3 sensor based on pockels effect
Jäger et al. Multiplexed single wavelength bio sensor for low cost applications
Kniazkov Estimation of electrooptic coefficients of LiNbO 3 and Sr x Ba (1− x) Nb 2 O 6 crystals by modulation of light reflection coefficient
Jin et al. Anomalous Electro-Optic Effect in Polar Liquid Films
Saadon et al. The electro-optic r22 coefficients and acoustic contributions in LiTaO3 crystal
RU151737U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING MICROWAVE RADIATION PARAMETERS
Takizawa et al. Electro-optic coefficient R51 of LiNbO3 crystal obtained from measurement of retardation induced by square of electric field
Poborska et al. Frequency dependence of the Kerr constant in Nynas Nytro 3000 oil determined by the polarimetric method
Banakhr et al. Electro-optic Kerr effect measurements of intense pulsed electric fields in water
Norgard et al. A laser diagnostic for detecting internal electric field and mechanical strain in a resonant piezoelectric transformer

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180602