本发明专利技术涉及一种基于古斯汉欣位移效应的光束平移电控制装置及方法，属于激光控制技术领域。本发明专利技术在一棱镜底面和一电光材料铌酸锂晶片下表面分别镀上金属膜，调节棱镜底面和铌酸锂晶片表面平行并用金属支架固定，形成由上层金属膜－空气隙－铌酸锂晶片－下层金属膜组成的双面金属包覆波导。激光入射到波导表面时，在满足相位匹配的条件下耦合进入导波层，激发导模共振增强反射光的侧向位移。在上下两层金属膜上镀上电极外接直流电压源，调节电压，利用铌酸锂的电光效应和压电效应改变导波层参数，引起反射光古斯汉欣位移变化，从而实现对光束平移的控制。本发明专利技术对光束平移的控制可以达到很高的稳定性和精确度，而且可应用于一般环境。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种激光
装置和方法，特别是一种基于古斯汉欣位 移效应的光束平移电控制装置及方法。
技术介绍
光束平移控制被广泛应用于工业加工和信息存储领域，随着激光应用的发展 和技术革新，激光光束的高频高精度控制已经成为激光应用一个必不可少的环 节。光束移动控制在工业加工领域一般采用机械移动光源的方式进行，方法简单 直观，通过控制机械传动直接实现光束移动。但这种方法缺点也是显而易见，其 振动噪声往往比较大，加工精密程度受到极大的限制。在信息存储领域，特别是 光学存储介质的读取和写入装置中，光束移动控制一般通过移动光路中一个或多 个光学部件(棱镜、折射光栅等)来改变光束的位置。这种方法可以实现光束微 小位移的控制，但仍然没有脱离机械控制光路元件的方法，控制的稳定性和操作 的简易程度受到一定限制。经过对现有技术文献的检索发现，Li-Gang Wang等人在《Physical Review A》Vol. 77， 023811 (2008)上发表"Control of the Goos-服nchen shift of a light beam via a coherent driving field"(通过相干驱动场控制光束古斯 汉欣位移，物理评论A， Vol. 77， 023811 (2008))—文，从理论上提出，可以 利用外加相干光场改变空腔结构中的二能级原子介质，从而实现对光束古斯汉欣 位移的控制。这种方法好处就在于可以不用改变装置结构的几何外形和空间位 置，对光束平移的控制可以达到很高的稳定性和精确度。其困难之处就在于二能 级原子介质对实验条件和环境要求很高，难以应用于一般环境。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于古斯汉欣位移效应的 光束平移电控制装置及方法，通过将电光材料铌酸锂晶体引入双面金属包覆波导 中，利用铌酸锂晶体的电光效应和压电效应，采用外加电压调节波导的导波层参数，从而实现对光束平移的控制。本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术所涉及的基于古斯汉欣位移效应的光束平移电控制装置，包括棱镜、 上层金属膜、铌酸锂晶片、下层金属膜、空气隙、直流电压源，棱镜位于铌酸锂 晶片上方，棱镜底面镀有上层金属膜，铌酸锂晶片下表面镀有下层金属膜，棱镜 底面与铌酸锂晶片表面平行，两者通过金属支架刚性固定，棱镜与铌酸锂晶片之 间为空气隙，形成由上层金属膜一空气隙一铌酸锂晶片一下层金属膜组成的双面 金属包覆波导结构，上层金属膜和下层金属膜上镀有电极外接直流电压源。本专利技术所涉及的基于古斯汉欣位移效应的光束平移电控制方法，包括如下步骤第一步，在一抛光的棱镜底面和一铌酸锂晶片下表面分别镀上两层金属膜， 调节棱镜底面与铌酸锂晶片表面平行，并用金属支架将两者刚性固定，棱镜与铌 酸锂晶片之间为空气隙，形成由上层金属膜一空气隙一铌酸锂一下层金属膜组成 的双面金属包覆波导结构；第二步，将光束入射到棱镜底面的上层金属膜，在满足相位匹配的条件下， 光束能量耦合进入双面金属包覆波导结构中引起反射光相对于入射光产生相位 突变，导致反射光的古斯汉欣位移大大增强；第三步，在两层金属膜上镀上电极外接直流电压源，由于铌酸锂晶体具有电 光效应和压电效应，通过改变外加电压调节导波层参数，从而实现对反射光的侧 向位移的控制。所述上层金属膜，上层金属膜选用对工作波长吸收较小的贵金属， 一般选用 金或银。其厚度的设计跟工作波长、金属在工作波长下的介电常数以及导波层的 厚度有关，可以预先进行理论模拟。厚度一般为20nm 25 nm。所述空气隙，其厚度一般为0. 1 rnm 0. 3面。所述铌酸锂晶片，其电光系数与压电系数与工作波长相关，其厚度一般为 0. 3 mm 0. 5 mm。所述下层金属膜，下层金属膜材料选择与上层金属膜相同。下层金属膜在波 导中只起到包覆层作用，因此厚度相对比较大， 一般大于200咖。所述光束入射角e ， 一般选择反射率最大值附近。所述光束的偏振方式，为TE偏振或TM偏振。 下面用高斯光束模型说明本专利技术的工作原理 考虑如下的一束高斯光束<formula>formula see original document page 6</formula> (1) 其中H。sec^， w。是光束的束腰半径，A是入射角，v^。是在入射角e。下 波矢的切向分量。对上式进行傅立叶展开<formula>formula see original document page 6</formula> (2)就得到入射光的傅立叶频谱A <formula>formula see original document page 6</formula>(3)光在界面反射以后，每个频谱分量的光都必须引入一项反射系数"^J，因此反 射光的电磁场分布由下式给出<formula>formula see original document page 6</formula> (4)上式的积分限在区间(-"p，"》，其中-,是空气中的波矢.在区间(-i^， ^》上计算这个积分就可以得到反射光的电磁场分布。找到| ^U^o)l的最大 值所在处就可以得到反射光古斯汉欣位移的值。当外加电压为U时，铌酸锂的电光效应导致其折射率变化为<formula>formula see original document page 6</formula>(5)其中"3为铌酸锂的0光折射率，^为电光系数，^为铌酸锂层的电场强度。同 时由于铌酸锂的压电效应，铌酸锂层以及空气层厚度变化分别为<formula>formula see original document page 6</formula> (6)<formula>formula see original document page 6</formula> (7)其中《为铌酸锂层未加电压时的厚度，《3为铌酸锂的压电系数。由(5-7)式可知，通过调节外加电压可改变波导的导波层参数，使(4)式中反 射系数H^J发生变化影响反射光的电磁场分布^，从而实现对光束平移的控制。本专利技术激光入射到波导表面时，在满足相位匹配的条件下耦合进入导波层， 激发导模共振增强反射光的侧向位移。在上下两层金属膜上镀上电极外接直流电 压源，调节电压，利用铌酸锂的电光效应和压电效应改变导波层参数，引起反射 光古斯汉欣位移变化，从而实现对光束平移的控制，对光束平移的控制可以达到 很高的稳定性和精确度，具体参数见实施例部分，而且可以应用于一般环境。附图说明图1为本专利技术装置的结构以及方法原理其中l-棱镜，2-上层金属膜，3-铌酸锂晶片，4-下层金属膜，5-空气隙， 6-直流电压源。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的实施例作具体说明本实施例在以本专利技术技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护 范围不限于下述的实施例。实施例1如图1所示，本实施例所涉及的基于古斯汉欣位移效应的光束平移电控制装置，包括棱镜l、上层金属膜2、铌酸锂晶片3、下层金属膜4本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于古斯汉欣位移效应的光束平移电控制装置，其特征在于包括棱镜、上层金属膜、铌酸锂晶片、下层金属膜、空气隙、直流电压源，其中：棱镜位于铌酸锂晶片上方，棱镜底面镀有上层金属膜，铌酸锂晶片下表面镀有下层金属膜，棱镜底面与铌酸锂晶片表面平行，两者通过金属支架刚性固定，棱镜与铌酸锂晶片之间为空气隙，形成由上层金属膜－空气隙－铌酸锂晶片－下层金属膜组成的双面金属包覆波导结构，上层金属膜和下层金属膜上镀有电极外接直流电压源。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王毅，曹庄琪，李红根，沈启舜，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[]
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