專利名稱：電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器的制作方法及利用此分束器的分束方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非線光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及非線光學(xué)中的二次電光效應(yīng)與光學(xué)分束技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光學(xué)分束器是一種把輸入光分成一維或二維陣列輸出光束或光斑的光學(xué)器件，其 在光計(jì)算、光纖通信、光盤存儲(chǔ)、光電技術(shù)、光學(xué)圖象處理及精密測(cè)量等現(xiàn)代科技的許多領(lǐng) 域中廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的光學(xué)分束器利用光波經(jīng)過(guò)不同折射率的介質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生反射和折射的性質(zhì) 制作而成。這種分束器的缺點(diǎn)是一次只能分出兩束出射光波。要想得到幾十束出射光波， 則需要進(jìn)行多次分光，因此這種分束器的體積較大、能量損耗多、均勻性差、調(diào)試?yán)щy，并且 不能對(duì)分束與否進(jìn)行簡(jiǎn)單的控制。雙折射光學(xué)分束器是利用光學(xué)材料的雙折射性質(zhì)制作而成的一種分束器，根據(jù)雙 折射晶體的雙折射特性，當(dāng)一束光入射到雙折射晶體表面時(shí)，它的兩個(gè)相互正交的偏振分 量將以不同的折射規(guī)律折射。雙折射光學(xué)分束器正是利用了不同偏振狀態(tài)的光波經(jīng)過(guò)介質(zhì) 時(shí)因折射率不同而產(chǎn)生的分光效應(yīng)把入射光分開，利用雙折射效應(yīng)人們已經(jīng)制作了握拉斯 頓棱鏡、菲涅耳棱鏡等偏振分光棱鏡，并在實(shí)際中廣泛應(yīng)用。但這種偏振分束器二次只能把 入射光分為兩束，且具有偏振性，不能實(shí)現(xiàn)多路同時(shí)輸出和分束與否的簡(jiǎn)單控制。二元光學(xué)分束器是一種純相位衍射的光學(xué)分束器，它基于光波的衍射理論，利用 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，并用超大規(guī)模電路制造工藝，在片基上刻蝕產(chǎn)生兩個(gè)或多個(gè)臺(tái)階深度的 浮雕結(jié)構(gòu)，形成純相位、同軸再現(xiàn)、具有極高衍射效率的一類衍射光學(xué)元件。它能夠?qū)⒁皇?入射的激光束轉(zhuǎn)換成強(qiáng)度均勻的光束列陣，還具有多重成像、光互連、光耦合以及光束復(fù)合 等功能。目前，人們提出了二元光學(xué)分束器的各種結(jié)構(gòu)與算法，如以求解非線性方程組的 方法設(shè)計(jì)的Dammarm體全息圖、以模擬退火等非線性優(yōu)化算法設(shè)計(jì)的相息體全息圖、基于 Talbot自成像效應(yīng)的Talbot分束體全息圖以及基于菲涅爾波帶片近軸衍射理論的位相型 菲涅爾透鏡陣列等。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的分束要求，可以選擇各種二元光學(xué)分束器的設(shè)計(jì)方 法。在計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，設(shè)計(jì)不同用途的二元光學(xué)分束器已不成困難，關(guān)鍵在于 二元光學(xué)分束器的工藝制作，這種分束器在實(shí)際應(yīng)用中受到加工工藝還不成熟的限制，其 成本較高，并且一旦分束器制作完成，其分束情況也就確定了下來(lái)，不能通過(guò)外界條件的 改變對(duì)分束情況加以控制。光纖耦合器也是一種分光裝置，它將光信號(hào)從一條光纖中分至多條光纖中，在以 太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)中起舉足輕重的作用。光纖耦合器主要分為兩種熔融拉錐型和平面 波導(dǎo)型。熔融拉錐型分束器制作方法簡(jiǎn)單，成本較低，技術(shù)成熟，但在高分路比下體積較大， 性能處于劣勢(shì)；平面波導(dǎo)型分束器是采用光刻技術(shù)，在介質(zhì)或半導(dǎo)體基板上形成光波導(dǎo)，實(shí) 現(xiàn)分支分配功能，它體積小，性能穩(wěn)定，但制作設(shè)備較為昂貴，技術(shù)門檻較高。對(duì)于光纖耦合器來(lái)說(shuō)，無(wú)論是熔融拉錐型和平面波導(dǎo)型都不能通過(guò)外界條件的改變控制其分束與否。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的光學(xué)分束技術(shù)均不能通過(guò)改變外界條件而控制分束情況 的問(wèn)題，提出一種電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器的制作方法及利用此分束器的分束方法。電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器的制作方法，具體過(guò)程如下步驟一、具有相干性的第一光束2和第二光束3成夾角a入射至二次電光效應(yīng)材 料7的中心位置，在二次電光效應(yīng)材料7內(nèi)部形成光強(qiáng)分布不均勻的干涉條紋；步驟二、利用光折變效應(yīng)在二次電光效應(yīng)材料7中記錄第一幅體全息圖；步驟三、保持第一光束2相對(duì)于二次電光效應(yīng)材料7的方向和入射點(diǎn)不變，在入射 平面內(nèi)改變第二光束3的入射方向，在二次電光效應(yīng)材料7內(nèi)部形成光強(qiáng)分布不均勻的干 涉條紋；步驟四、利用光折變效應(yīng)在二次電光效應(yīng)材料7中記錄第二幅體全息圖；步驟五、返回執(zhí)行步驟三，直到完成記錄η幅體全息圖，記錄完η幅體全息圖的二 次電光效應(yīng)材料7即為制作完成的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10，所述η為入射 光束經(jīng)過(guò)電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器后分束的數(shù)目減1。利用上述制作方法獲得的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射的分束器實(shí)現(xiàn)分束的方 法的具體過(guò)程如下入射光束入射至電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10上，入射光束與第一光 束2同波長(zhǎng)、同偏振方向、同入射角度、同入射位置，在入射平面內(nèi)的電控二次電光效應(yīng)布 拉格衍射分束器10的兩側(cè)外加電壓V ；當(dāng)所述電壓V = 0時(shí)，入射光束不被分束；當(dāng)所述電壓V興0時(shí)，電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10記錄的體全息圖作 為折射率光柵，入射光束被分成η+1束出射光，所述η+1束出射光包括1束透射光和η束衍 射光束，所述η束衍射光束的衍射方向?yàn)橹谱麟娍囟坞姽庑?yīng)布拉格衍射分束器10時(shí)所 有第二光束3的出射方向。本發(fā)明還提供另一種電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器的制作方法，具體過(guò)程 如下步驟一一、m束具有相干性的光束入射至二次電光效應(yīng)材料7的中心位置，在二次 電光效應(yīng)材料7內(nèi)部形成光強(qiáng)分布不均勻的干涉條紋，所述m束具有相干性的光束在同一 入射平面內(nèi)并且不重合；步驟二二、利用光折變效應(yīng)在二次電光效應(yīng)材料7中記錄下體全息圖，記錄了體 全息圖的二次電光效應(yīng)材料7即為制作完成的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10。利用上述制作方法獲得的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射的分束器實(shí)現(xiàn)分束的方 法的具體過(guò)程如下入射光束入射至電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10上，入射光束與m束具有 相干性的光束中的任何一束光束的波長(zhǎng)、偏振方向、入射角度以及入射位置均相同，在入射 平面內(nèi)的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10的兩側(cè)外加電壓V ；
當(dāng)所述電壓V = 0時(shí)，入射光束不被分束；當(dāng)所述電壓V興0時(shí)，電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10記錄的體全息圖作 為折射率光柵，入射光束被分成m束出射光，所述m束出射光包括1束透射光和m-1束衍射 光束，所述m束出射光束的出射方向?yàn)橹谱麟娍囟坞姽庑?yīng)布拉格衍射分束器10時(shí)所有 記錄光束的出射方向。采用本發(fā)明方法制作的分束器具有體積小、成本低、加工簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快(納秒 量級(jí))的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使得其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊。本發(fā)明的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束方法，利用電場(chǎng)對(duì)二次電光效應(yīng)材料 10中體全息圖折射率的控制以及體全息圖的布拉格衍射，通過(guò)外加電場(chǎng)控制布拉格衍射的 有無(wú)，進(jìn)而控制入射光的分束與否，從而可以實(shí)現(xiàn)入射光束的電場(chǎng)可控分束。


圖1為具體實(shí)施方式
一的的流程圖。圖2為具體實(shí)施方式
一中電控二次電光效應(yīng) 布拉格衍射分束器制作方法的光路圖。圖3為具體實(shí)施方式
十中電控二次電光效應(yīng)布拉格 衍射分束器制作方法的光路圖。圖4為利用電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射的分束器的分束 方法的原理圖。圖5和圖6為具體實(shí)施方式
十七的分光實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；其中圖5為無(wú)外加電 壓的分光實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，圖6為外加750V電壓的分光實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。圖7和圖8為具體實(shí)施方 式十八的分光實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；其中圖7為無(wú)外加電壓的分光實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，圖8為外加750V電 壓的分光實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。圖9和圖10具體實(shí)施方式
十九的分光實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；其中圖9為無(wú)外 加電壓的分光實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，圖10為外加750V電壓的分光實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，一種電控二次電光效應(yīng)布拉格 衍射分束器的制作方法，具體過(guò)程如下步驟一、具有相干性的第一光束2和第二光束3成夾角a入射至二次電光效應(yīng)材 料7的中心位置，在二次電光效應(yīng)材料7內(nèi)部形成光強(qiáng)分布不均勻的干涉條紋；步驟二、利用光折變效應(yīng)在二次電光效應(yīng)材料7中記錄第一幅體全息圖；步驟三、保持第一光束2相對(duì)于二次電光效應(yīng)材料7的方向和入射點(diǎn)不變，在入射 平面內(nèi)改變第二光束3的入射方向，在二次電光效應(yīng)材料7內(nèi)部形成光強(qiáng)分布不均勻的干 涉條紋；步驟四、利用光折變效應(yīng)在二次電光效應(yīng)材料7中記錄第二幅體全息圖；步驟五、返回執(zhí)行步驟三，直到完成記錄η幅體全息圖，記錄完η幅體全息圖的二 次電光效應(yīng)材料7即為制作完成的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10，所述η為入射 光束經(jīng)過(guò)電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器后分束的數(shù)目減1。η次入射第二光束3方向均不相同，在電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器制作 過(guò)程中可以通過(guò)各全息圖的曝光時(shí)間來(lái)控制分束器在分束過(guò)程中各個(gè)出射光束的光強(qiáng)。在所有透明的光學(xué)材料中某些材料加上電場(chǎng)后，其折射率會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象 稱為電光效應(yīng)。電光效應(yīng)分為兩種一種是一次電光效應(yīng)，也稱線性電光效應(yīng)或普克爾斯 (Pokels)效應(yīng)，是指折射率的變化與電場(chǎng)成正比的一種電光效應(yīng)。另一種是二次電光效應(yīng)， 也稱為平方電光效應(yīng)或克爾(Kerr)效應(yīng)，是指折射率的變化與電場(chǎng)平方成正比的一種電 光效應(yīng)。二次電光效應(yīng)寫成公式為
^n =-nlgeff￡l (εν-\) E2其中，Δη為折射率的變化值，η0為未發(fā)生變化前的折射率，geff為二次電光系數(shù)， ε ^為真空中的介電系數(shù)，ε r為相對(duì)介電系數(shù)，E為晶體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度。本發(fā)明正是利用了其中的二次電光效應(yīng)，通過(guò)外加電場(chǎng)對(duì)二次電光材料的折射率 進(jìn)行控制，最終實(shí)現(xiàn)了電控分束器。二次光電效應(yīng)材料7包括無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料，例如鉭鈮酸鉀鋰，鉭鈮酸鉀鈉為 無(wú)機(jī)二次光電效應(yīng)材料，熱交聯(lián)聚氨酯為有機(jī)二次光電效應(yīng)材料。當(dāng)選定了二次電光效應(yīng) 材料7后，二次電光效應(yīng)材料7的光學(xué)性質(zhì)即已確定，這時(shí)可以根據(jù)材料性質(zhì)與分束要求對(duì) 其設(shè)計(jì)曝光時(shí)間，通過(guò)控制各體全息圖的曝光時(shí)間，達(dá)到需要的分束效果。
具體實(shí)施方式
二、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一的進(jìn)一步說(shuō)明，步驟一中具有 相干性的第一光束2和第二光束3為同一束光經(jīng)過(guò)分束后形成的兩束具有相干性的光束。
具體實(shí)施方式
三、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
二的進(jìn)一步說(shuō)明，步驟一中具有 相干性的第一光束2和第二光束3的獲得方法具體為激光器1發(fā)出的光經(jīng)過(guò)分束器4后 被分成兩束光，其中一束光經(jīng)過(guò)第一反射鏡5的反射作為第一光束2入射至二次電光效應(yīng) 材料7的中心位置，另一束光經(jīng)過(guò)第二反射鏡6的反射作為第二光束3入射至二次電光效 應(yīng)材料7的中心位置。
具體實(shí)施方式
四、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一的進(jìn)一步說(shuō)明，步驟一中第一 光束2和第二光束3成一定夾角入射，所述夾角在10°至20°之間。
具體實(shí)施方式
五、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
三的進(jìn)一步說(shuō)明，步驟三中改變 第二光束3的入射方向的方法具體為改變第二反射鏡6的位置和角度，使得經(jīng)過(guò)第二反射 鏡6反射的第二光束3入射方向改變。
具體實(shí)施方式
六、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一、二或三的進(jìn)一步說(shuō)明，以制作 一個(gè)1束光入射分為5束光出射的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器為例說(shuō)明第一光 束2的光強(qiáng)為50. 00毫瓦每平方厘米，第二光束3的光強(qiáng)為50. 00毫瓦每平方厘米，第一光 束2與第二光束3之間的夾角分別為-20° ,-IO0、10°和20°，二次電光效應(yīng)材料7尺寸 為5. 00X 3. 00X 1. 50立方毫米。第一光束2與第二光束3之間的夾角正負(fù)規(guī)定順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?，逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)樨?fù)。
具體實(shí)施方式
七、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
三的進(jìn)一步說(shuō)明，激光器1為半 導(dǎo)體激光器，半導(dǎo)體激光器1的輸出波長(zhǎng)為532. 0納米。
具體實(shí)施方式
八、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
六的進(jìn)一步說(shuō)明，第一光束2始 終垂直于二次電光效應(yīng)材料7的5. 00毫米X 3. 00毫米的入射面入射至二次電光效應(yīng)材料 7的中心。
具體實(shí)施方式
九、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一、二、三、四、五、六、七和八的進(jìn) 一步說(shuō)明，二次電光效應(yīng)材料7為摻雜錳的鉭鈮酸鉀鋰，錳離子濃度為100摩爾鉭鈮酸鉀鋰 分子中摻雜0. 5摩爾錳離子。
具體實(shí)施方式
十、結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束 器的另一種制作方法，具體過(guò)程如下
步驟一一、m束具有相干性的光束入射至二次電光效應(yīng)材料7的中心位置，在二次 電光效應(yīng)材料7內(nèi)部形成光強(qiáng)分布不均勻的干涉條紋，所述m束具有相干性的光束在同一 入射平面內(nèi)并且不重合；步驟二二、利用光折變效應(yīng)在二次電光效應(yīng)材料7中記錄下體全息圖，記錄了體 全息圖的二次電光效應(yīng)材料7即為制作完成的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10。
具體實(shí)施方式
十一、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
十的進(jìn)一步說(shuō)明，步驟一一中m 束具有相干性的光束彼此成一定夾角入射，所述夾角在10°至20°之間。
具體實(shí)施方式
十二、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
十或十一的進(jìn)一步說(shuō)明，二次 電光效應(yīng)材料7為摻雜錳的鉭鈮酸鉀鋰，錳離子濃度為100摩爾鉭鈮酸鉀鋰分子中摻雜0. 5 摩爾錳離子。
具體實(shí)施方式
十三、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
十、十一和十二的進(jìn)一步說(shuō)明， 二次電光效應(yīng)材料7尺寸為5. 00 X 3. 00 X 1. 50立方毫米；m束具有相干性的光束于二次電 光效應(yīng)材料7的5. 00毫米X 3. 00毫米的入射面入射至二次電光效應(yīng)材料7的中心，每相 鄰兩束光束之間的夾角均為10°，m束光束的光強(qiáng)均為40. 00毫瓦每平方厘米。
具體實(shí)施方式
十四、結(jié)合圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，利用電控二次電光效應(yīng)布拉格衍 射分束器的分束方法的具體過(guò)程如下步驟A、根據(jù)分束的多少制作電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10 ；步驟B、在步驟A獲得電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10的兩端外加電壓V， 使得入射光束經(jīng)過(guò)分束器后衍射出多束光。衍射后的各個(gè)出射光束的強(qiáng)度可以通過(guò)調(diào)整記錄體全息圖時(shí)的曝光時(shí)間、各記錄 光束的光強(qiáng)、外加電場(chǎng)大小加以控制。通過(guò)控制電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10兩側(cè)的外加電壓來(lái)控制入射光 的分束情況。如不需要分束，則不在電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10的兩端施加電 壓，這時(shí)電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10的折射率光柵不顯現(xiàn)，入射光直接透射過(guò) 電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10不會(huì)產(chǎn)生衍射。如需要進(jìn)行分束，把加在電控二次 電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10的兩端的電壓調(diào)整到適當(dāng)值，這時(shí)電控二次電光效應(yīng)布拉 格衍射分束器10的折射率光柵被顯現(xiàn)，入射光就被衍射到在制作過(guò)程中，記錄折射率光柵 所用記錄光束的所有方向，實(shí)現(xiàn)分束。
具體實(shí)施方式
十五、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
十四的進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施方 式中的步驟A中，采用具體實(shí)施方式
一中的制作方法制作電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分 束器10 ；獲得能夠分出n+1束光束的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10 ； 在步驟B中，在電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10的兩端外加電壓V，使得入 射光束經(jīng)過(guò)電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10后衍射出多束光，具體過(guò)程為入射光束入射至電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10上，入射光束與第一光 束2同方向、同波長(zhǎng)、同偏振方向、同入射角度、同入射位置，在入射平面內(nèi)的電控二次電光 效應(yīng)布拉格衍射分束器10的兩側(cè)外加電壓V ；當(dāng)所述電壓V = 0時(shí)，入射光束不被分束；當(dāng)所述電壓V興0時(shí)，電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10記錄的體全息圖作 為折射率光柵，入射光束被分成n+1束出射光，所述n+1束出射光包括1束透射光和η束衍射光束，所述η束衍射光束的衍射方向?yàn)橹谱麟娍囟坞姽庑?yīng)布拉格衍射分束器10時(shí)所 有第二光束3的出射方向。
具體實(shí)施方式
十六、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
十四的進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施方 式在步驟A中，采用具體實(shí)施方式
十所述的制作方法制作電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分 束器10 ；獲得能夠分出m錳束光束的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10 ；在步驟B中，在電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10的兩端外加電壓V，使得入 射光束經(jīng)過(guò)電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10后衍射出多束光具體過(guò)程為入射光束入射至電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10上，入射光束與m束具有 相干性的光束中的任何一束光束的波長(zhǎng)、偏振方向、入射角度以及入射位置均相同，在入射 平面內(nèi)的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10的兩側(cè)外加電壓V ；當(dāng)所述電壓V = 0時(shí)，入射光束不被分束；當(dāng)所述電壓V興0時(shí)，電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10記錄的體全息圖作 為折射率光柵，入射光束被分成m束出射光，所述m束出射光包括1束透射光和m-1束衍射 光束，所述m束出射光束的出射方向?yàn)橹谱麟娍囟坞姽庑?yīng)布拉格衍射分束器10時(shí)所有 記錄光束的出射方向。
具體實(shí)施方式
十七、結(jié)合圖1、圖2、圖4、圖5和圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式 是采用具體實(shí)施方式
一所述的制作方法制作能夠分出5束光束的電控二次電光效應(yīng)布拉 格衍射分束器10的方法。本實(shí)施方式中采用的激光器1是半導(dǎo)體激光器，它輸出光的波 長(zhǎng)為532. 0納米，第一光束2的光強(qiáng)為50. 00毫瓦每平方厘米，第二光束3的光強(qiáng)為50. 00 毫瓦每平方厘米，第一光束2與第二光束3偏振方向均在入射平面內(nèi)。第一光束2與第二 光束3之間的角度分別為-20° (度)、_10° (度)、10° (度)、20° (度)。二次電光效 應(yīng)材料7尺寸為5. 00X3. 00X1. 50立方毫米，第一光束2垂直入射二次電光效應(yīng)材料7的 5. 00毫米X 3. 00毫米面，3. 00毫米方向在入射平面內(nèi)。二次電光效應(yīng)材料7選用摻雜錳 的鉭鈮酸鉀鋰作為記錄介質(zhì)，其中錳離子濃度為100摩爾鉭鈮酸鉀鋰分子中摻雜0. 5摩爾 錳離子。所述二次電光效應(yīng)材料7被第一光束2和不同角度的第二光束3照射后，在二次 電光效應(yīng)材料7內(nèi)建立體全息圖，通過(guò)控制各個(gè)體全息圖的曝光時(shí)間最終達(dá)到各衍射光的 光強(qiáng)一致，且所有出射的5束光強(qiáng)度相等。記錄了體全息圖的二次電光效應(yīng)材料7即為制 作完成的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10。分束過(guò)程中用與第一光束2同波長(zhǎng)、同 偏振方向、同入射角度、同入射位置的激光束照射電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10。 這時(shí)可以通過(guò)外加電壓即可控制電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10的分束情況。當(dāng) 不需要分束時(shí)，無(wú)外加電壓，這時(shí)只有一束透射光從分束器出射，如圖5所示。當(dāng)需要分束 時(shí)，晶體3. 00毫米方向外加750伏特電壓，就有5束光從分束器出射，衍射光束與透射光束 之間的夾角分別為-20° (度)、_10° (度)、10° (度)、20° (度)。如圖6所示。
具體實(shí)施方式
十八、結(jié)合結(jié)合圖1、圖2、圖4、圖7和圖8說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí) 施方式與具體實(shí)施方式
十七的不同之處在于第一光束2與第二光束3之間的角度分別 為-20° (度)、10° (度)、20° (度)(順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?。所述二次電光效應(yīng)材料7被 第一光束2和不同角度的第二光束3照射后，在二次電光效應(yīng)材料7內(nèi)建立體全息圖，各對(duì) 應(yīng)光束與透射光束之間的夾角分別為-20° (度)、0° (度)、10° (度)、20° (度)。當(dāng) 不需要分束時(shí)，無(wú)外加電壓，這時(shí)只有一束透射光從分束器出射，如圖7所示。當(dāng)需要分束時(shí)，晶體3. 00毫米方向外加750伏特電壓，就有5束光從分束器出射，衍射光束與透射光束 之間的夾角分別為-20° (度)、10° (度)、20° (度)。如圖8所示。
具體實(shí)施方式
十九、結(jié)合圖1、圖2、圖4、圖9和圖10說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方 式是采用具體實(shí)施方式
十所述的制作方法制作能夠分出5束光束的電控二次電光效應(yīng)布 拉格衍射分束器10的方法。本實(shí)施方式中采用的激光器1是半導(dǎo)體激光器，它輸出光的 波長(zhǎng)為532. 0納米。入射光被分成5束具有相干性的光束于二次電光效應(yīng)材料7的5. 00 毫米X3. 00毫米的入射面入射至二次電光效應(yīng)材料7的中心，每相鄰兩束光束之間的夾 角均為10°，5束光束的光強(qiáng)均為40. 00毫瓦每平方厘米。二次電光效應(yīng)材料7尺寸為 5. 00X3. 00X1. 50立方毫米，二次電光效應(yīng)材料7選用摻雜錳的鉭鈮酸鉀鋰作為記錄介 質(zhì)，其中錳離子濃度為100摩爾鉭鈮酸鉀鋰分子中摻雜0.5摩爾錳離子。所述二次電光效 應(yīng)材料7被5束入射光照射后，在二次電光效應(yīng)材料7內(nèi)建立體全息圖，記錄了體全息圖 的二次電光效應(yīng)材料7即為制作完成的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10。分束過(guò) 程中入射光束入射至電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器10上，入射光束與5束具有相干 性的光束中的任何一束光束的波長(zhǎng)、偏振方向、入射角度以及入射位置相同。當(dāng)不需要分束 時(shí)，無(wú)外加電壓，這時(shí)只有一束透射光從分束器出射，如圖9所示。當(dāng)需要分束時(shí)，晶體3. 00 毫米方向外加750伏特電壓，就有5束光從分束器出射，衍射光束與透射光束之間的夾角分 別為-20° (度)、_10° (度)、10° (度)、20° (度)。如圖10所示。
權(quán)利要求
一種電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器的制作方法，其特征在于具體過(guò)程如下步驟一、具有相干性的第一光束(2)和第二光束(3)成夾角a入射至二次電光效應(yīng)材料(7)的中心位置，在二次電光效應(yīng)材料(7)內(nèi)部形成光強(qiáng)分布不均勻的干涉條紋；步驟二、利用光折變效應(yīng)在二次電光效應(yīng)材料(7)中記錄第一幅體全息圖；步驟三、保持第一光束(2)相對(duì)于二次電光效應(yīng)材料(7)的方向和入射點(diǎn)不變，在入射平面內(nèi)改變第二光束(3)的入射方向，在二次電光效應(yīng)材料(7)內(nèi)部形成光強(qiáng)分布不均勻的干涉條紋；步驟四、利用光折變效應(yīng)在二次電光效應(yīng)材料(7)中記錄第二幅體全息圖；步驟五、返回執(zhí)行步驟三，直到完成記錄n幅體全息圖，記錄完n幅體全息圖的二次電光效應(yīng)材料(7)即為制作完成的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器(10)，所述n為入射光束經(jīng)過(guò)電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器后分束的數(shù)目減1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器的制作方法，其特 征在于步驟一中具有相干性的第一光束(2)和第二光束(3)為同一束光經(jīng)過(guò)分束后形成的 兩束具有相干性的光束。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器的制作方法，其特 征在于具有相干性的第一光束(2)和第二光束(3)具體獲得方法為激光器(1)發(fā)出的一 束光經(jīng)過(guò)分束器(4)后被分成兩束光，其中一束光經(jīng)過(guò)第一反射鏡(5)的反射作為第一光 束(2)入射至二次電光效應(yīng)材料(7)的中心位置，另一束光經(jīng)過(guò)第二反射鏡(6)的反射作 為第二光束(3)入射至二次電光效應(yīng)材料(7)的中心位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器的制作方法，其特 征在于步驟一中第一光束(2)和第二光束(3)夾角a在10°至20°之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器的制作方 法，其特征在于二次電光效應(yīng)材料(7)為摻雜錳的鉭鈮酸鉀鋰，錳離子濃度為100摩爾鉭鈮 酸鉀鋰分子中摻雜0. 5摩爾錳離子。
6.一種電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器的制作方法，其特征在于具體過(guò)程如下 步驟一一、m束具有相干性的光束入射至二次電光效應(yīng)材料(7)的中心位置，在二次電光效應(yīng)材料(7)內(nèi)部形成光強(qiáng)分布不均勻的干涉條紋，所述m束具有相干性的光束在同一 入射平面內(nèi)并且不重合；步驟二二、利用光折變效應(yīng)在二次電光效應(yīng)材料(7)中記錄下體全息圖，記錄了體全 息圖的二次電光效應(yīng)材料(7)即為制作完成的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器的制作方法，其特 征在于步驟一一中m束具有相干性的光束中的任意兩束光束之間的夾角都在10°至20° 之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器的制作方法， 其特征在于二次電光效應(yīng)材料(7)為摻雜錳的鉭鈮酸鉀鋰，錳離子濃度為100摩爾鉭鈮酸 鉀鋰分子中摻雜0. 5摩爾錳離子。
9.利用權(quán)利要求1所述的制作方法獲得的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射的分束器實(shí) 現(xiàn)分束的方法，其特征在于具體過(guò)程如下入射光束入射至電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器(10)上，所述入射光束與第一光束(2)同方向、同波長(zhǎng)、同偏振方向、同入射角度、同入射位置，在入射平面內(nèi)的電控二次 電光效應(yīng)布拉格衍射分束器(10)的兩側(cè)外加電壓V;當(dāng)所述電壓V = 0時(shí)，入射光束不被分束；當(dāng)所述電壓V興0時(shí)，電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器(10)記錄的體全息圖作為 折射率光柵，入射光束被分成n+1束出射光，所述n+1束出射光包括1束透射光和η束衍射 光束，所述η束衍射光束的衍射方向?yàn)橹谱麟娍囟坞姽庑?yīng)布拉格衍射分束器(10)時(shí)所 有第二光束(3)的出射方向。
10.利用權(quán)利要求6所述的制作方法獲得的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射的分束器實(shí) 現(xiàn)分束的方法，其特征在于具體過(guò)程如下入射光束入射至電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器(10)上，入射光束與m束具有相 干性的光束中的任何一束光束的波長(zhǎng)、偏振方向、入射角度以及入射位置均相同，在入射平 面內(nèi)的電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器(10)的兩側(cè)外加電壓V;當(dāng)所述電壓V = 0時(shí)，入射光束不被分束；當(dāng)所述電壓V興0時(shí)，電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器(10)記錄的體全息圖作為 折射率光柵，入射光束被分成m束出射光，所述m束出射光包括1束透射光和m-1束衍射光 束，所述m束出射光束的出射方向?yàn)橹谱麟娍囟坞姽庑?yīng)布拉格衍射分束器(10)時(shí)所有 記錄光束的出射方向。
全文摘要
電控二次電光效應(yīng)布拉格衍射分束器的制作方法及利用此分束器的分束方法，涉及非線光學(xué)中的二次電光效應(yīng)與光學(xué)分束技術(shù)領(lǐng)域。解決了現(xiàn)有的光學(xué)分束技術(shù)均不能通過(guò)改變外界條件而控制分束情況的問(wèn)題。制作方法一具體為陸續(xù)利用具有相干性的兩束光束在不同夾角時(shí)通過(guò)光折變效應(yīng)在二次電光效應(yīng)材料內(nèi)記錄體全息圖，記錄過(guò)程中保持一束光束方向與位置不變。另一種制作方法，具體為m束具有相干性的光束彼此成一定夾角入射至二次電光效應(yīng)材料的中心位置，利用光折變效應(yīng)記錄下體全息圖。分束方法在分束器的兩端外加電壓V，通過(guò)電壓控制分束與否，使得入射光束經(jīng)過(guò)分束器后可被分成多束光。本發(fā)明適用于分束情況需要改變和控制的分束領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G03H1/04GK101943805SQ20101026438
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者周忠祥, 宮德維, 田 浩 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)