可调谐法布里-珀罗谐振腔目前是在光通信、传感器和激光器等领域被广泛应用的光学器件。按照调谐方式可分为光纤型F-P腔、微机械型F-P腔和电光型F-P腔, 每种均有相应的优点和优势领域。综述了可调谐F-P腔的研究进展, 包括器件结构、性能参数两方面, 并分析了各类可调谐F-P腔器件的性能差异和未来的应用前景。

分析了电光削波器半波电压的关键影响因素，发现使用具有较大有效电光系数的电光晶体、合理设计晶体的横纵比是降低器件半波电压的有效手段；在此基础上，设计并制备出低半波电压的铌酸锂电光削波器。采用沿铌酸锂晶体x轴通光、z轴加电的横向电光工作模式，并利用双晶匹配的方式消除自然双折射的影响。匹配后两块晶体通光面的光学质量良好，直流高压下测得的半波电压约为900 V，动态消光比达200∶1。使用幅值为800 V、脉宽为0.95 ns、重复频率为1 Hz的脉冲高压驱动电光削波器工作时，从1064 nm连续激光中获得了脉宽为1.46 ns、重复频率为1 Hz的激光脉冲输出。

提出了一种基于电光效应的新型光参量放大方案,理论分析了磷酸二氘钾(DKDP)晶体增益带宽随氘化率的变化特性,研究了70%和95%氘化率的DKDP晶体在不同电场强度下的增益带宽变化特性。在885 nm中心波长处,对70%氘化率的DKDP晶体施加大小为1.67×10 5 V/m的场强时,增益带宽可从90 nm拓宽至124 nm;在808 nm中心波长处,对95%氘化率的DKDP晶体施加大小为1×10 5 V/m的场强时,增益带宽可从52 nm拓宽至68 nm。结果表明,在光学参量放大系统中,通过线性电光效应可以有效拓宽系统的增益带宽,同时可通过电光调制调节增益谱的中心波长,以进行连续波长调谐,在高能超短激光系统中具有很大的应用前景。

设计了一种四电极八边形结构的铌酸锂电光偏转器。仿真分析了四电极八边形结构和理想电极结构偏转器的电场分布特性,讨论了结构参数对偏转器电场分布、场强梯度和有效通光口径比的影响,并给出了四电极八边形偏转器结构参数的选取方法。仿真结果表明,在相同的晶体和施加电压下,近轴区域内四电极八边形结构与理想电极结构偏转器的电场分布一致,场强误差小于10%。根据分析结果,制备了八边形铌酸锂晶体电光偏转器。实验结果表明,该偏转器的偏转灵敏度为0.312 μrad/V,与理论计算结果(0.340 μrad/V)相吻合。

钽铌酸钾(KTN)电光偏转器件具有角度大、电压低、无惯性和体积小等优点,近年来获得广泛关注。回顾了国内外KTN晶体器件及其应用的研究现状,阐述了基于该晶体空间电荷、组分梯度和温度梯度的电光偏转的基本原理,讨论了器件的特征参数和偏转性能的主要影响因素,介绍了几种基于KTN电光偏转的元器件及应用实例,总结了目前需要解决的问题及未来的发展趋势。

太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)广泛应用于材料、 生物医学、 化学、 药学、 安检等诸多领域。 传统扫描式THz-TDS技术需要通过改变探测光延时逐点扫描并重构时域信号, 仅适合于具有较高重复频率且稳定的太赫兹辐射源情形下的样品探测。 在低重复频率或涨落较大的太赫兹辐射源情形下和不可逆过程中样品的探测, 扫描式THz-TDS不再适用, 需要使用单发THz-TDS技术, 单发THz-TDS技术原则上仅需要一个激光脉冲就可以获取一个完整的太赫兹时域脉冲波形。 介绍几种主要的单发THz-TDS探测技术, 这些技术都利用了电光晶体的泡克尔斯效应, 通过测量探测光的某个物理量的变化来提取太赫兹信号。 根据探测方法不同可分为光谱编码、 空间编码和互相关等技术。 在光谱编码技术中, 探测光不同频率成分在时间上发生分离, 不同时间成分分别被太赫兹脉冲不同时刻电场调制, 通过测量探测光各个频率被太赫兹脉冲调制前后的光谱的变化提取太赫兹脉冲波形。 该方法光路简单, 测量结果直观, 有较高的信噪比, 但其时间分辨率较低, 且被测太赫兹信号容易产生失真。 为提高被测信号的时间分辨率, 有人提出了空间编码技术, 即不同位置探测光分别被太赫兹脉冲不同时刻电场调制, 通过测量探测光各个位置太赫兹脉冲调制前后的光强变化提取太赫兹脉冲波形。 根据不同空间展开方法可分为一维空间编码技术和二维空间编码技术。 空间编码技术中虽然有较高的时间分辨率, 但由于探测光在空间展开能量分散使得其信噪比相对较低。 此外, 还有一种较高时间分辨率的技术即互相关技术, 可分为共线互相关和非共线互相关技术。 在非共线互相关技术中, 被太赫兹脉冲调制的激光啁啾脉冲与短脉冲互相关作用产生二次谐波, 通过太赫兹脉冲调制前后二次谐波空间分布变化来提取太赫兹信号; 在共线互相关技术中被太赫兹脉冲调制的啁啾脉冲与短脉冲共线入射到光谱仪, 通过干涉条纹提取太赫兹信号, 该技术提高了时间分辨率和信噪比, 但光路布置复杂, 不能进行实时监测。 回顾了这几种单发THz-TDS探测技术的发展历程, 综述探测技术的原理、 实验方案和测量结果, 并讨论了这些探测技术的优势和不足。

利用晶体的双折射、双反射现象及电光效应,设计了一种具有集成结构的2×4的90°空间光学桥接器,其由一块电控双折射晶体和一块检偏双折射晶体构成。电控双折射晶体通过4次全内双反射和电光调制实现信号光与本振光的分束和耦合,通过调节电控双折射晶体的控制电压和检偏双折射晶体的双折射效应,输出了4路具有90°相移的信号光与本振光混合光束。该桥接器具有结构简单紧凑、损耗小、性能稳定等优点,适用于空间相干通信系统。

综述了现有各种光学电功率传感器的传感机理和主要特点, 提出了电功率传感器研究中存在的问题、方法和研究方向。光学电功率传感器一般具有测量范围大、响应频带宽和电气绝缘能力强等优点。根据光载波中是否含有电功率调制信号, 可将光学电功率传感器分为直接调制型和间接调制型两类；与光学电压、电流传感信号相比, 直接调制型光学电功率传感信号更加微弱, 且其有功功率传感信号为直流信号, 易与光载波强度波动混淆。对于单晶体型电功率传感器, 一般要求传感介质兼具线性电光、磁光效应, 或者具有双横向电光Pockels或Kerr效应；此外, 选择传感介质时应全面考虑其多重光学效应及其相互关系, 并应考虑如何避免或抑制传感信号的温度漂移。光学电功率传感器在智能电网、微波功率及电磁脉冲功率测量等领域具有潜在的应用前景。

中国科学院“计划”、装备预先研究项目基金;