基于周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体的准相位匹配线性电光效应,利用邦加球理论,晶体 在不同占空比和温度下,探索了输出激光偏振态随外加电场的演变规律。研究结果发现,激光偏振的演变对外加电场E0、 晶体占空比D和温度T0非常敏感;若T0为273 K, D为0.25、0.5和0.75, 随着E0的增加,输出偏振态成周期性演变; 当D为0.5,且T0为263 K、293 K和313 K时,输出偏振态的演变表现为无规则性。合理选择一定的外加电场、 占空比和温度,可以实现任意偏振光。这些结果有助于PPLN偏振控制器的优化设计。

系统研究了基于周期性极化铌酸锂(PPLN)的Solc型平顶滤波器的温度与电场调谐特性，并给出两种调谐方式的调谐率与优缺点。研究了占空比为0.5的PPLN Solc型平顶滤波器的透射谱对温度的依赖关系，发现透射谱的平顶状并没有因为温度改变而破坏，同时最大透射率也没有衰减，当温度从268 K~328 K变化时，中心透过波长从1570~1528 nm连续变化。进一步研究基于占空比为0.75的PPLN滤波器的电场调谐特性，发现Solc型滤波器透射谱在外加电场作用下依然保持平顶状，且中心波长随外电场变化成线性关系。由于电场调谐源于电光效应，其响应速度可达亚纳秒，拥有温度调谐方式无法比拟的快速响应速度，但受限于击穿电压的限制，其调谐范围比温度调谐要小。

数值研究了掺氧化镁铌酸锂晶体中高强度近红外飞秒激光脉冲的线性电光效应。研究结果发现，当在垂直于晶体光轴的方向上施加一定外电场使光脉冲实现最强的电光耦合时，输出脉宽在正常色散区随着输入光强的增大而增大；而在较强反常色散区，输出脉宽随着输入光强增大而减小。对中心波长λ0=1.6335 μm的光脉冲，线性电光效应可使输出脉宽产生压缩。当输入脉宽T0=5 fs和光强I0=20 GW/cm2时，最小输出脉宽为输入脉宽T0的0.76倍。而当T0>5 fs时，最小输出脉宽小于0.76 T0。若在晶体光轴方向上施加另一个电场对光脉冲进行相位调制，则最小输出脉宽的光脉冲中心波长发生蓝移或红移；随着外电场的增大，蓝移或红移量相应增大。

系统研究入射光为不同偏振态时的准相位匹配线性电光效应。在准相位匹配条件满足时, 若入射光为线偏振光, 则o光与e光能够彻底耦合, 出射光仍为线偏振光, 且其偏振方向可以通过外加电场调节到任意角度; 若入射光为椭圆偏振光, 则o光与e光不能彻底耦合, 输出光为与输入光同椭圆率的椭圆偏振光, 其椭圆方位角可以通过调节外加电场旋转到任意角度; 若入射光为圆偏振光, 则o光与e光之间没有能量耦合, 输出光仍为圆偏振光。准相位匹配条件满足的线性电光效应在保偏的偏振旋转器中有重要应用。在准相位匹配条件不满足时, o光与e光由于相位失配而没有能量耦合, 输出光的偏振态取决于o光与e光的初始相位差和双折射(自然双折射和电光双折射)引起的附加相位差, 特别是极化占空比为0.5时, 电光效应引起的双折射总效果为零。

提出一个基于级联铌酸锂泡克耳斯效应的偏振转换器。偏振转换器由3个附有横向电极的铌酸锂晶体组成,通过调节3个外加电场可以将任意偏振态的入射光转换为任何想要的偏振态的光输出。利用线性电光效应的折射率椭球和耦合波理论研究入射光通过偏振转换器的偏振态变化,并举例说明偏振转换器如何将某一椭圆偏振光转换为任意偏振角的线偏振光、右(或左)旋圆偏振光和任意椭圆率的椭圆偏振光。

利用LiNbO3晶体电光系数之间的关系，提出一种全新的温度不敏感偏振无关电光调制器。该调制器采用2块LiNbO3晶体紧密相贴的结构，2块晶体加同一横向电压，电极设计和制作相当简单，无偏振片，无偏振损耗。采用线性电光效应的耦合波理论对光在调制器中的传播进行研究，理论计算表明：光通过调制器后，其输出强度不依赖于入射光的偏振状态；另外，数值计算结果表明：当温度在-20℃到60℃之间变化时，调制器输出光强的扰动不超过1.5%。

从经典的极化理论出发, 分析了直流电场、低频调制电场和光波电场共同存在时硅材料折射率的变化, 从理论上揭示了场致线性电光效应的物理实质。以近本征硅材料为样品, 采用金属-绝缘体-半导体样品结构, 搭建了由塞纳蒙(Senarmont)补偿器改进成的横向电光调制系统。在硅材料空间电荷区内观测到显著的线性电光调制效应, 系统的半波电压小于170 V, 从实验上直接证实了硅材料中内建电场诱导的场致线性电光效应的存在。此外还观测到由克尔效应引起的二次电光调制信号, 以及由场致光整流效应引起的、随线偏振光的方位角的二倍余弦变化的电信号。实验结果与经典极化理论的预期完全一致, 也间接证实了硅材料中场致线性电光效应的存在。

提出一种全新的偏振无关强度调制器设计原理．这种调制器只需要一个电光晶体，不需要辅助偏振片，电极设计和制作相当简单．采用线性电光效应耦合波理论对光在调制器中的传播行为进行详细的研究，经过理论计算，发现光通过调制器后，出射的调制光强不依赖于入射光的偏振状态．最后，以4mm晶系中的SBN和KNSBN为例，给出调制器在横向应用时电光晶体优化切割方案．

利用线性电光效应的耦合波理论,对单轴晶体铌酸锂电光调制器的温度特性进行了研究。通过计算机进行数值计算,详细分析出射光光强随入射光方向、温度的变化关系。发现在某些入射光方向上,出射光光强不随温度的变化而变化,并且在该方向附近,角度在一定范围内是可调的,温度的稳定性可以保持。进一步还发现,当极角θ固定在0°,方位角在0～π/2,温度在243～343 K范围内变化时,调制器的温度稳定性相当好；另外,当固定在π/8,θ在0～0.0032π范围内变化时,调制器的温度稳定性也很好,出射光强对入射光强之比几乎不随温度而变化。这一结果表明,可以通过调节入射光的方向来保证调制器的温度稳定性,而这些方向是可利用线性电光效应的耦合波理论计算得出的。

提出一种新颖的温度不敏感电光振幅调制器和保偏可变光衰减器的设计方案。整个装置由一对电光晶体、一个起偏器和一对准直系统组成。采用线性电光效应的耦合波理论对调制器进行详细研究,发现一束线偏振光经过调制器后,其光场振幅直接受到调制,而相位变化如同经历一个各向同性介质,相位和偏振态都没有改变。这种调制器的优点是不存在自然双折射引起的相位延迟,没有“零场泄漏”,温度稳定性好,插入损耗小等。同时可以用作保偏可调光衰减器和电光探测器。