本文采用电光系数的粉末测试方法，探索发现了新型电光晶体KLi(HC3N3O3)·2H2O。根据粉末样品的红外反射光谱和拉曼光谱，计算获得晶格振动对电光系数的贡献值，再加上粉末倍频效应推算的有效非线性光学系数，最终计算出KLi(HC3N3O3)·2H2O的电光系数为2.37 pm/V，与商用电光晶体β-BBO相当。采用水溶液法进行晶体生长，测试不同原料生长晶体时的过热和过冷曲线，优化生长工艺，获得35 mm×25 mm×10 mm透明晶体。采用X射线定向技术辅以压电系数测量，确定了晶体形貌与各向异性生长速率的对应关系。

BaTiO3凭借其较高的电光系数、优良的压电性质和非线性光学性质, 成为制备高性能电光调制器的关键材料。其制备方法、实验条件和衬底的选择等决定了薄膜的质量、生长取向和电光系数等, 进而影响电光调制器的传播损耗、半波电压、消光比等性能。本文从电光调制器的工作原理出发, 围绕BaTiO3薄膜的制备方法、实验条件和薄膜衬底等, 探讨了成膜的取向和质量的影响因素, 分析了各个BaTiO3薄膜制备方法的优缺点, 论述了波导的结构及参数, 并展望了未来优化BaTiO3薄膜制备和波导制作工艺的方向。

本文系统地研究了(1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PZN-PT)单晶的光学透过率与结晶取向和组分的关系, 发现四方相单晶的透过率明显大于三方相和准同型相界(MPB)。［001］方向极化的四方相PZN-12%PT单晶在0.5～5.8 μm的波段范围内, 未镀增透膜的晶片透过率约为65％; 准同型相界处PZN-8%PT单晶沿［011］方向极化的单晶透过率高于［001］和［111］方向。随着PT含量变高, 单晶带隙逐渐变小。本文中还测量不同组分单晶的折射率, 和大多数ABO3型钙钛矿结构化合物相似, PZN-PT单晶的折射率较大, 随着波长的减小其值迅速增大。晶体的色散现象明显, 拟合得出各组分晶体的色散方程。利用塞纳蒙补偿法和双光束干涉法测量了电光系数, PZN-PT单晶的电光系数较大, 在准同型相界附近其值达到极大, ［001］方向极化PZN-8%PT单晶有效电光系数为460 pm/V, 比广泛应用的铌酸锂高出20倍。四方相PZN-12%PT单晶有效电光系数为138 pm/V, 在20～80 ℃范围内其值变化不大。良好的透光性能和优异的电光性质, 使PZN-PT单晶可以满足高速低功耗电光器件的要求。

直接从二阶非线性极化出发,得到了任意方向通光的铌酸锂晶体的横向介电张量矩阵,不仅证明了二阶非线性极化系数更能准确地反映泡克尔斯效应的物理本质,而且得出无论从哪个方向通光,偏振态只能在垂直于赤道平面与邦加球的交线上旋转,而不能沿赤道旋转。然后针对铌酸锂晶体具体不同的通光方向与加压方向利用四元数的方法进行探讨,得出只有在z方向通光,x或y方向加电场时晶体的偏振旋转轴不会受到自然双折射的影响,同时分析了输入偏振态对电光效应的影响。最后进行了铌酸锂晶体电光效应的实验,证实了上述理论分析的正确性。该理论分析与实验为光学传感器及其他应用提供了依据。

在弹光调制测晶体电光系数系统中, 对弹光调制器工作控制和调制信号数据处理进行了优化设计, 并实现一种灵敏度高、测量快速、成本低和系统集成度高的晶体电光系数测量方案.针对弹光调制及调制信号的特点, 采用现场可编程门阵列完成弹光调制器的工作控制和测量数据的提取.现场可编程门阵列提供弹光调制器工作电压信号, 控制模数转换器的采样频率, 同时产生正弦和余弦参考序列来提取直流项、一倍频项的同向分量和正交分量, 并输入计算机中求解得出晶体电光系数.对铌酸锂样品进行了测试, 实验结果表明系统重复度和灵敏度为0.0016×10－12 m/V, 测量速率为1ms/数据点.较其他晶体电光系数测量方法, 本文方法具有更高的测量灵敏度和更快的测量速率, 为实现弹光调制测量晶体电光系数的智能系统奠定了基础.

为了实现对晶体电光系数高速率、高精度和高灵敏的测量, 提出了一种基于弹光调制的电光系数测量新方案。运用低通滤波和数字锁相技术分别提取出调制信号的直流项和一倍频项数据, 进而解调出晶体的电光系数。详细分析了该新方案的原理, 搭建了实验系统, 并对铌酸锂(LiNbO3)晶体样品的电光系数进行了测试。实验结果表明, 系统测量精度为2.3%, 灵敏度为1.7×10－14 m/V, 测量速率为每数据点100 ms。

分析了改进后的共面插指电极在高场强下的电场分布，验证了插指电极结构用于制作电光聚合物薄膜器件的可行性。基于插指电极薄膜器件在极化过程中电场分布的不均匀性，建立了关于电极间距、聚合物厚度、电场分布的三维模型，得到了不同极化电压下的平均场强。为了测试插指电极薄膜器件的电光系数，对三明治结构器件的椭偏透射测量电光系数方法做了改进。在相同电场下，对比了共面插指电极薄膜器件与三明治结构薄膜器件的电光系数，结果表明薄膜器件结构的变化不会引起薄膜本身电光系数的改变。

以亚毫米尺度的铌镁酸铅钛酸铅(PMN-PT)透明陶瓷片为导波层制备了对称金属包覆波导，并利用自由空间耦合技术激发了波导中的超高阶导模。根据衰减全反射（ATR）峰的移动，得到了在波导两侧所施加电压与光强反射率的关系，从而计算了PMN-PT透明陶瓷片的二次电光系数。

利用旋涂法制取了掺杂型非线性光学聚喹啉材料的高分子材料薄膜，并用平板电场极化法对NLO聚喹啉材料的高分子材料薄膜进行了极化。然后，利用锁相放大器测量并给出了该高分子材料的线性电光系数(r33)衰减曲线，唯象地引入双指数衰减模型的常数项，并据此模型得到了新的拟合曲线。提出了永久线性电光系数r33(∞)系数和稳定性比ζ的参数描述及其物理依据。完成了1 300 nm和1 550 nm波长快速老化模型测量实验，分析了实验观察到的电光(EO)系数随时间衰减的现象及变化规律。利用此实验直接测量极化聚合物薄膜的电光系数，对于二阶聚合物的筛选和波导器件的制作具有指导意义。

聚合物波导器件的稳定性是影响其实用化的一个关键问题。聚合物波导器件的热稳定性是由波导层(聚合物材料)的热稳定性决定的。采用侧链型和交联型聚氨酯材料分别制成波导电光调制器研究波导器件的热稳定性,热稳定性的判断依据是通过对聚合物调制器升温过程中测量器件的电光性能的变化。研究结果显示两种器件在常温时具有相同的电光性能,在器件升温过程中发现交联型聚氨酯调制器比侧链型聚氨酯调制器有优异的热稳定性。