專利名稱：基于超聲跟蹤技術(shù)的寬帶聲電光偏轉(zhuǎn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于超聲跟蹤技術(shù)的寬帶聲電光偏轉(zhuǎn)器，屬于光電子器件。
背景技術(shù)：
基于體波聲電光技術(shù)的光電子器件廣泛應(yīng)用于光纖通信、光纖傳感和調(diào)制技術(shù) 中。體波聲電光偏轉(zhuǎn)器同時利用聲光效應(yīng)和電光效應(yīng)，相關(guān)研究和應(yīng)用在國內(nèi)外均有過相 關(guān)報道。如紐約理工大學(xué)的Hyuk Lee等人對具有均勻強度響應(yīng)的掃描聲電光偏轉(zhuǎn)器的研 究報道(Applied Physics Letter, V. 49，N. 1，P. M-25，1986)、北京工業(yè)大學(xué)俞寬新等人 的研究工作《反常聲電光偏轉(zhuǎn)器》(應(yīng)用聲學(xué)，V. 15，N. 6，P. 7，1996)等。體波聲電光偏轉(zhuǎn)器的工作原理為將頻率變化、功率固定的驅(qū)動電信號加到換能 器上，利用聲光效應(yīng)進行激光偏轉(zhuǎn)。當(dāng)驅(qū)動電信號的頻率偏離器件中心頻率時，由于動量失 配造成衍射效率下降，再將適當(dāng)?shù)闹绷鞲邏杭拥诫姌O上，利用電光效應(yīng)補償動量失配，使衍 射效率回升，從而擴大器件的帶寬。目前，傳統(tǒng)的聲電光偏轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)見圖2所示，它由聲電光晶體1、激光器2、一對 電光電極3、高壓直流電流4、電聲換能器7和高壓信號發(fā)生器8組成。在聲電光晶體1的 上晶面上只粘一片電聲換能器7。上述單片換能器結(jié)構(gòu)意味著器件換能器的超聲主方向是 固定不變的，當(dāng)驅(qū)動電信號的頻率偏離器件的中心頻率時，超聲主方向無法實現(xiàn)對滿足動 量匹配的超聲方向的自動跟蹤，因此單片換能器結(jié)構(gòu)的聲電光偏轉(zhuǎn)器其所具有的頻率特性 曲線為單峰曲線，雖然當(dāng)驅(qū)動電信號的頻率偏離器件的中心頻率時，可通過外加電場對動 量失配進行調(diào)整，但是單峰頻率特性曲線說明此種結(jié)構(gòu)無法從根本上實現(xiàn)寬帶設(shè)計，獲得 真正意義上的寬帶聲電光偏轉(zhuǎn)器。超聲跟蹤技術(shù)一般用于聲光器件的設(shè)計中，是通過一組同相或反相驅(qū)動的換能器 設(shè)計，使器件的頻率特性曲線成為雙峰曲線，從而解決聲光器件的設(shè)計中有兩個重要設(shè)計 參數(shù)衍射效率和器件的工作帶寬之間的矛盾。通過對換能器的數(shù)目和尺寸進行優(yōu)化設(shè)計， 超聲跟蹤技術(shù)可以在保證通頻帶內(nèi)不均勻性為3dB前提下有效擴大器件的帶寬，并同時獲 得較高的衍射效率，從而提高器件的性能。綜上所述可得，傳統(tǒng)的聲電光偏轉(zhuǎn)器和基于超聲跟蹤技術(shù)的聲光器件均有其不足 之處聲電光偏轉(zhuǎn)器在傳統(tǒng)聲光器件基礎(chǔ)上，通過外加電場產(chǎn)生的電光效應(yīng)，在一定程度上 改善了器件的性能，但是其頻率特性曲線依然為單峰曲線，器件帶寬并沒有得到質(zhì)的改善； 基于超聲跟蹤技術(shù)優(yōu)化設(shè)計的聲光器件，其器件的頻率特性曲線變?yōu)殡p峰曲線，在一定程 度上解決了器件的帶寬和衍射效率的矛盾，但是其沒有利用電光效應(yīng)，因此其器件性能還 可以通過外加電場而獲得進一步提升的空間。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠有效擴大聲電光偏轉(zhuǎn)器的帶寬 的基于超聲跟蹤技術(shù)的寬帶聲電光偏轉(zhuǎn)器。[0008]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案本實用新型包括聲電光晶體、激光器、位于所述聲電光晶體晶面上的電聲換能器、 一對電光電極、高頻位號發(fā)生器和高壓直流電源；其特征在于所述電聲換能器為基于聲跟 蹤技術(shù)設(shè)置的一組同相或反相驅(qū)動的電聲換能器；該組由兩片以上電聲換能器組成。所述聲電光偏轉(zhuǎn)器為反常聲電光偏轉(zhuǎn)器或正常聲電光偏轉(zhuǎn)器。 所述聲電光偏轉(zhuǎn)器為一維聲電光偏轉(zhuǎn)器或多維聲電光偏轉(zhuǎn)器。所述所述聲電光偏轉(zhuǎn)器的電聲換能器為單通道或多通道。本實用新型的有益效果如下1)本實用新型能夠有效擴大聲電光偏轉(zhuǎn)器的帶寬，實現(xiàn)了真正意義上的寬帶設(shè) 計。2)多片電聲換能器增加了電聲換能器的總長度，從而提高了本聲電光偏轉(zhuǎn)器的衍 射效率，實現(xiàn)了器件整體性能的提升。3)本聲電光偏轉(zhuǎn)器在特定環(huán)境下還可以用做調(diào)制器使用，如其工作在驅(qū)動電信 號頻率固定、強度隨時間變化的情況時，該器件表現(xiàn)為調(diào)制器的功能，此時通過調(diào)整外加電 壓，還可以實現(xiàn)對器件中心頻率的調(diào)整，從而增加器件使用的靈活性。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為傳統(tǒng)的聲電光偏轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1中，1聲電光晶體、2激光器、3電光電極、4高壓直流電源、5—級衍射光、6 零級衍射光、7電聲換能器、8高頻位號發(fā)生器。
具體實施方式
由圖1所示的實施例可知，在長方體聲電光晶體1的上晶面上粘貼一組同相或反 相驅(qū)動的電聲換能器7，該組由兩片以上的電聲換能器組成，在長方體聲電光晶體1的前后 兩個晶面上分別鍍有電光電極3，所述激光器2位于長方體聲電光晶體1的左邊，所述高頻 位號發(fā)生器8位于長方體5聲電光晶體1的上方，所述高壓直流電源5位于長方體聲電光 晶體1的前方；在本實施例中，激光器2的型號為FPHL-50型He-Ne激光器，高壓直流電源的型號 為WWL-LDG，高頻信號發(fā)生器的型號為XG-22。在本實施例中，電聲換能器的片數(shù)及每片的長度可根據(jù)實際要求進行設(shè)計，具體 步驟如下1)首先根據(jù)聲電光偏轉(zhuǎn)器件的聲電光工作模式確定其聲光互作用平面。2)在聲光互作用平面內(nèi)，根據(jù)聲電光偏轉(zhuǎn)器的中心頻率和器件的帶寬設(shè)計和通 帶內(nèi)均勻性要求，利用超聲跟蹤理論(詳見聲光器件的原理、設(shè)計和應(yīng)用，徐介平著，科學(xué) 出版社，1982)確定電聲換能器的片數(shù)以及每片換能器的長度。在本實施例中，若聲電光晶體1選用鈮酸鋰(LN)晶體時，即為超聲跟蹤鈮酸鋰 (LN)寬帶聲電光偏轉(zhuǎn)器。LN晶體為負單軸晶體，無旋光性，ο光和e光折射率曲面在光軸Z方向上相切。本實例中選擇LN晶體的M)Z平面作為聲光互作用平面，其中光沿Z軸方向附近傳播，聲波 沿X軸附近傳播，外加電場方向沿Y軸方向。選擇e —ο模式的反常聲光互作用幾何關(guān)系， 具體為入射光偏振方向為沿X軸方向偏振的e光，衍射光偏振方向為垂直于M)Z平面的0光。器件設(shè)計中心頻率為60MHz，換能器設(shè)計總片數(shù)為2片，換能器驅(qū)動方式為反相 驅(qū)動。根據(jù)超聲跟蹤理論計算結(jié)果，通帶內(nèi)不均勻度為3dB時，每片換能器的設(shè)計長度為 11. 7mm,換能器的中心間距13mm。器件的整體尺寸為長度30mm，寬度3mm，高度10mm。按照文獻(應(yīng)用聲學(xué)，V. 15，N. 6，P. 7，1996)中的測試方法，對器件在加直流高壓 情況下進行了帶寬測試。具體測試過程為保持驅(qū)動電信號電功率為0. 5w不變的條件下， 測量衍射效率隨驅(qū)動電信號頻率變化的響應(yīng)曲線。當(dāng)驅(qū)動電信號頻率低于中心頻率時，沿 +Y方向加直流電壓，當(dāng)驅(qū)動電信號頻率高于中心頻率時，沿-Y方向加直流電壓。所加電壓 的大小隨頻率偏差而變化，外加電壓初始值為零，頻率偏差每增加1MHz，電壓加大80v。測量結(jié)果表明，通過超聲跟蹤設(shè)計的多片換能器結(jié)構(gòu)，器件的帶寬從37MHz擴大 到62MHz，比傳統(tǒng)的單片結(jié)構(gòu)的聲電光偏轉(zhuǎn)器帶寬提高了 67%。本實用新型的工作原理如下將頻率變化、功率固定的驅(qū)動電信號加到本偏轉(zhuǎn)器的電聲換能器7上，電聲換能 器7由具有壓電性能的晶片制成，產(chǎn)生頻率隨驅(qū)動電信號變化的超聲波并耦合進入聲電光 晶體1內(nèi)。激光經(jīng)過聲電光晶體1時，和超聲波相互作用產(chǎn)生一級衍射光5并由光電管探 測。衍射光方向隨驅(qū)動電信號的頻率變化而變化，利用聲光效應(yīng)實現(xiàn)激光偏轉(zhuǎn)，由于電聲換 能器7設(shè)計為多片結(jié)構(gòu)，使本聲電光偏轉(zhuǎn)器的頻率特性曲線從傳統(tǒng)的單峰曲線變?yōu)殡p峰曲 線，實現(xiàn)了超聲主方向?qū)M足動量匹配方向的自動跟蹤，擴大了器件的帶寬；在此基礎(chǔ)上， 當(dāng)驅(qū)動電信號的頻率偏離器件中心頻率時，會由于動量失配造成衍射效率下降，將適當(dāng)?shù)?直流高壓加到電光電極3上，利用電光效應(yīng)補償動量失配，使衍射效率回升，從而可以進一 步擴大器件的帶寬。
權(quán)利要求1.一種基于超聲跟蹤技術(shù)的寬帶聲電光偏轉(zhuǎn)器，包括聲電光晶體(1)、激光器(2)、位 于所述聲電光晶體(1)晶面上的電聲換能器(7)、一對電光電極(3)、高頻信號發(fā)生器(8)和 高壓直流電源(4);其特征在于所述電聲換能器(7)為基于超聲跟蹤技術(shù)設(shè)置的一組同相或 反相驅(qū)動的電聲換能器；該組由兩片以上電聲換能器組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲跟蹤技術(shù)的寬帶聲電光偏轉(zhuǎn)器，其特征在于所述聲 電光偏轉(zhuǎn)器為反常聲電光偏轉(zhuǎn)器或正常聲電光偏轉(zhuǎn)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲跟蹤技術(shù)的寬帶聲電光偏轉(zhuǎn)器，其特征在于所述聲 電光偏轉(zhuǎn)器為一維聲電光偏轉(zhuǎn)器或多維聲電光偏轉(zhuǎn)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲跟蹤技術(shù)的寬帶聲電光偏轉(zhuǎn)器，其特征在于所述聲 電光偏轉(zhuǎn)器的電聲換能器為單通道或多通道。
專利摘要本實用新型涉及一種基于超聲跟蹤技術(shù)的寬帶聲電光偏轉(zhuǎn)器，它包括聲電光晶體、激光器、位于所述聲電光晶體晶面上的電聲換能器、一對電光電極、高頻位號發(fā)生器和高壓直流電源；所述電聲換能器為基于聲跟蹤技術(shù)設(shè)置的一組同相或反相驅(qū)動的電聲換能器；該組由兩片以上電聲換能器組成。本實用新型的優(yōu)點如下本實用新型能夠有效擴大聲電光偏轉(zhuǎn)器的帶寬，實現(xiàn)了真正意義上的寬帶設(shè)計；多片電聲換能器增加了電聲換能器的總長度，從而提高了本聲電光偏轉(zhuǎn)器的衍射效率，實現(xiàn)了器件整體性能的提升。
文檔編號G02F1/33GK201926850SQ20102063896
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者安磊, 龐兆廣, 楊靖 申請人:河北師范大學(xué)