提高效率的铌酸锂单晶体弹光调制器设计与实验验证

本文主要探讨了一种新型的光学器件——基于铌酸锂（LiNbO3）晶体的压电弹光双效应单晶体弹光调制器的设计与实现。传统的Kemp型弹光调制器存在调制效率低、加工复杂和体积较大的问题，因此，研究者提出利用铌酸锂晶体的独特性质来改进这一情况。铌酸锂是一种具有压电效应的晶体，其内部结构使得它在受到电信号激励时，能够同时表现出光学和机械的响应，即压电弹光效应。 作者首先依据压电振动理论和晶体光学原理，深入分析了晶体物理量（如电场、应力和光强度）随空间变化的规律，探讨了调制电压、相位差和振动振幅之间的相互关系。通过优化晶体的切割角度和通光方向，选择了41mm x 7.7mm x 17.1mm（x x y x z）的晶体尺寸，其中x切面切割角为0°，光轴沿z方向，这样设计可以确保在施加特定频率（73.71kHz）的电压时，晶体能产生沿x方向的伸缩振动。 实验部分是文章的核心内容，通过在x-z面上施加与晶体谐振基频一致的电压，实现了有效且高效的调制。结果显示，在对633nm激光进行半波调制时，所需的调制电压仅为1.6V，这比基于钽酸锂（LiTaO3）且未进行切型优化的单晶体弹光调制器的调制电压显著降低，下降了大约4倍。这一改进表明，通过合理的材料选择和晶体设计，可以在保持高效性能的同时，显著减小能耗和设备体积。 本文的关键技术包括铌酸锂晶体的选择、压电效应的应用、切割型别优化以及光路设计，这些都是提高弹光调制器性能的重要因素。这项工作为高性能、小型化的光学调制器设计提供了一个新的可能，对于光学通信、光信号处理等领域有着重要的应用前景。