實驗名稱：基于古斯-漢欣效應的電光開關研究

　　測試設備：高壓放大器、信號發生器、示波器、可調諧激光器等。

　　實驗過程：

　　圖一：實驗裝置圖

　　实验装置图如图一所示，波长为860.00nm的激光从可调谐激光器出射后，经过一偏振片和两个直径为0.1mm的小孔得到TE偏振和准直的激光再入射到双面金属包覆波导的上层金属膜上。偏振片、两个小孔之间大致相距0.5m，且在光路中插入一平面镜，以使光路更为紧凑。PMN-PT透明陶瓷大小为5.62mm*4.2mm*3.00mm(l*w*h)，并将由其构成的双面金属包覆波导固定在一个倍角转台上，实物照片见图3.13，在双面金属包覆波导的上下两金属膜上通过导电银胶分别引出电极。外加载电压先由一个可编程信号发生器产生一个所需的小电压信号，再由高壓放大器进行放大，最后加载到双面金属包覆波导的两个电极上。一个三孔阵列，其小孔直径为0.1mm，小孔间的距离为0.4mm，三孔阵列在反射光方向精确放置，以使无外加载电压时，反射光能从通道1通过。在实验过程中，信号发生器产生的电压信号和反射光强大小信号均由数字示波器接收并测量。

　　實驗結果：

　　圖二：反射光強及GH位移與外加載電壓之間的實驗結果圖，小圖分別爲外加載電壓爲0V，500V，650V時的反射光斑

　　爲了測量出光波信號分別從通道2、3中通過所需的電壓，我們先在反射光方向不放置三孔陣列和光電二極管，而是放置一位置靈敏器(PSD)測量出反射光GH位移大小與外加載電壓下之間的關系。反射光強及GH位移與外加載電壓之間關系的實驗結果如圖二所示，外加載電壓範圍爲0-650V，間隔爲50V。實驗中，入射角固定在反射光強最大的位置，此處入射光幾乎沒被耦合入導波層，所以GH位移最�。�可作爲測量GH位移的基准點。信號發生器的電壓信號設爲頻率1Hz的矩形波，由于信號頻率較低，所以無須高速PSD也可測量GH位移的大小。因爲外加載任何電壓後，導波層PMN-PT透明陶瓷的折射率都會變大，而厚度都會變小。在外加載電壓較低時，超高階導模會向左移動，這是因爲此時逆壓電效應占主導，從而導致△N<0。當外加載電壓超過400V後，超高階導模開始向右移動，因爲有效折射率與電光效應成二次關系，當外加載電壓較高時，電光效應開始占主導，從而導致△N>0。在實驗原理部分可知，不管超高階導模是左移還是右移，均可使反射光強的GH位移發生變化。當外加載電壓從0V加大至200後，GH位移從0μm增大到290μm，再加大至400V時，則GH位移減小至32μm，外加載電壓繼續加大至650V，GH位移再次增大至830μm。圖二中的三個小圖分別爲外加載電壓爲0V，500V，650V時的反射光斑，從中可證實理論結果，即GH位移越大，其反射光強越�。�且光斑半徑會變大。當外加載電壓爲830V時(圖二中未給出)，反射光的GH位移達到最大值爲1040mm，此時反射光的反射率只有0.11，太大的GH位移已不適合用于制作電光開關，因爲反射光斑會嚴重變形甚至分裂。

　　圖三：電光開關的周期調制實驗結果圖，調制周期爲20微秒。

　　當設信號發生器的頻率爲50kHz時，基于GH位移效應的電光開光實驗響應結果如圖三所示。當無外加載電壓時(圖三中未顯示)，反射光從通道1出射，其插入損耗爲0.22dB，而通道2，3相對于通道1的串擾分別爲-29.8dB和-32.7dB。如圖三(a)所示，當信號發生器産生的電壓信號峰—峰值爲179mV，偏置電壓爲80mV時，經電壓放大器放大後，加載在PMN-PT透明陶瓷上的電壓爲537V，此時反射光能從通道2出射，其插入損耗在開啓狀態和關閉狀態分別爲3.77dB和36.5dB，通道1，3相對于通道2的串擾分別爲-29.2dB和-37.4dB。類似地，當信號發生器産生的電壓信號峰-峰值爲214mV時，經電壓放大器放大後其外加載電壓爲642V，此時反射光能從通道3出射，其插入損耗在開啓狀態和關閉狀態分別爲6.12dB和41.2dB(見圖三(b))，通道1，3相對于通道2的串擾分別爲-32.6dB和-31.3dB。通道2，3中的開關時間如圖三(c)所示，其開啓時間(定義爲光強從最大值的10%增加到90%所需的時間)分別爲0.42μs和0.28μs，而關閉時間(定義爲光強從最大值的90%減小到10%所需的時間)分別爲0.94μs和1.63μs。

　　图：ATA-67100高壓放大器指标参数

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