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。

传统静电测量仪器存在成本高、精度低及使用复杂等难题, 本文提出了一种利用液晶材料的光电特性进行静电测量的简易方法。测量所使用的液晶器件采用多层基板叠加分压结构, 多层叠加基板的分压作用实现了对高压的测量和连续性测量。该静电测量装置可以实现高低压测量范围在器件的不同区域上同时测量。首先介绍了实现这种方法的器件和系统, 然后基于外部输入已知变化电压模拟不同带电人体, 通过理论分析和实验测试实现了液晶器件的标定, 最后利用人体实际测量以及施加另一组已知变化电压计算测量误差。实验数据结果表明, 液晶器件的测量误差不超过9%。基本满足静电测量的便捷、稳定可靠、精度高等要求。

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。

硅基光波导移相器是硅基光电子系统的重要组成部分。透明导电氧化物(TCO)薄膜的介电常数受栅极电压作用会产生调谐,有望应用于下一代高速、低插入损耗且兼容CMOS的硅基光波导移相器中。TCO较高的光吸收系数限制了其在移相器中的应用。提出了一种基于高迁移率的透明导电氧化物的低插入损耗硅基光波导移相器,并证明了TCO材料迁移率与其损耗密切相关。通过理论计算和数值仿真,设计了一种基于高迁移率氧化镉(CdO)材料(μ=300 cm ²·V ^-1·s ^-1)的硅基光波导移相器。所得器件在1550 nm波长实现π相移时,器件长度为127 μm,插入损耗为1.4 dB,调制带宽可达到300 GHz。为发展高速硅基光波导移相器件提供了新思路。

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。