电光效应下周期性极化铌酸锂晶体的手性及其在光隔离中的应用

作     者：石蕾 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈险峰

授予年度：2013年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：周期性极化铌酸锂 电光效应 手性 光隔离器 

摘      要：光隔离器又称光单向器，是一种只允许光单向通过的光无源器件，在光纤通信、光纤传感、光信息处理系统以及精密光学测量系统中具有重要的作用。其作用是防止光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源及光路系统产生不良影响。实现光隔离需要破坏时间反转对称性，目前光隔离器的实现主要是基于法拉第效应：在磁场的作用下，线偏振光通过磁光介质后其偏振面发生偏转，且光在介质中往返一次后其偏振面旋转的角度等于单程的两倍，即光的传播是不可逆的。 随着科技的发展，对基于非磁效应的光隔离器的需求日益增加。各种各样的机制也被相继提出，如基于左手周期材料、光子晶体和非线性光学过程等。但是在这些系统中，光隔离只发生在确定的能量范围。虽然基于反转不对称的可逆结构的光隔离器已被提出，如手性结构，但是显著的光隔离的发生只对特定的光子状态有效，不适用于任意的光子状态。 本文基于周期性极化畴反转铁电材料铌酸锂的电光效应，提出不同畴结构的周期极化铌酸锂晶体的手性及手性控制：在电光效应下，周期极化铌酸锂晶体显示出类似天然旋光效应的旋光能力;通过改变外加电场的方向，可以改变周期极化铌酸锂的手性。在准相位匹配条件下，每个畴相当于一个半波片。通过在传统的周期极化铌酸锂晶体上外加类四分之一波片的半个畴，可以改变反射光入射到周期极化铌酸锂晶体时的方位角，导致反射光通过周期极化铌酸锂晶体时传播路径发生变化，从而实现光偏振面旋转的积累。在适当的电压下，可以使反射光的出射偏振态与入射光的入射偏振态垂直，达到光隔离的目的。此外，当周期极化铌酸锂晶体具有奇数个畴时，光正向和方向通过晶体时其偏振面的旋转方向相反，显示出类似法拉第效应的旋光效应;基于此种旋光效应可以在具有奇数加半个畴的周期极化铌酸锂晶体中实现光隔离器。