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1、 毕业设计（论文）资料设 计 题 目： 铌酸锂晶体光学性能 的仿真研究 系部： 电子与通信工程系 专 业： 应用物理学 学 生 姓 名：班 级：指导教师姓名：最终评定成绩毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使
2、用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 目 录第一部分 设计说明书一、设计说明书第二部分 过程管理资料一、 毕业设计（论文）课题任务书二、 本科毕业设计（论文）开题报告三、 本科毕业设计（论文）中期报告四、 毕业设计（论文）指导教师评阅表五、 毕业设计（论文）评阅教师评阅表六、 毕业设计（论文）答辩评审表
3、2011届本科生毕业设计（论文）资料第一部分 设计说明书（2011届）本科生毕业设计说明书铌酸锂晶体光学性能的仿真研究系部： 电子与通信工程系 专 业： 应用物理学 学 生 姓 名： o 班 级： 一班 学号 2007041115 指导教师姓名： o 职称 讲师 最终评定成绩 2011年5月 o本科生毕业设计铌酸锂晶体光学性能的仿真研究系 （部）：电子与通信工程系 专 业： 应用物理学 学 号： 2007041115 学生姓名： o 指导教师： o 讲师 2011年5月 长沙学院毕业设计(论文) 摘 要 线性电光效应在很多领域特别是光通信领域有着重要的应用，以它为物理基础的电光调制是目前应用最
4、广泛的光调制方式之一。电光调制器可以对光波进行调幅、调强、调频、调相和调偏振，应用领域非常广阔。 线性电光效应耦合波理论是本论文的基础，它是由She等人提出的一种全新的理论方法。这一理论的优点是给出了严格解，应用条件没有特殊限制，其外加电场方向、入射光方向及偏振方向都可以是任意的。 本文将准相位匹配的理论引入线性电光效应中，得到“准相位匹配”线性电光效应耦合波方程及其解析解，并将其应用于周期性的极化LiNb03晶体中(PPLN)。通过设定倒格矢参数，从而弥补晶体双折射时o光和e光折射率不同造成的相位失配，得到较高的电光效率。并利用Matlab进行数值仿真，研究了温度，波长，外加电场和晶体占空比
5、对电光效应转换效率的影响。模拟结果表明，“准相位匹配”概念在电光耦合中起重要作用，另外准相位匹配条件对温度和波长非常敏感，但允许入射光有较大的失配角。本文对设计电光调制晶体有一定的理论指导意义。 关键词：铌酸锂，电光效应，耦合波，转换效率ABSTRACTElectro-optic modulation，based on linear electro-optic effect，is one of widely used modulation technologiesElectro-optic modulator has been widely used for the modulation of
6、 the signals of light，including the modulation of amplitude，intensity, frequency phase and polarization. Our works presented in the thesis are based on the wave coupling theory of linear electro-optic effect, a new electromagnetic theory put forward by She et. al., whose advantage is with rigorous s
7、olution for a light wave with arbitrary polarization propagating along any direction under an arbitrary external electric field. The quasi-phase-matched (QPM) theory was applied to the electro-optic effect. We derived a general wave coupling equations of QPM linear electro-optic effect，and used resu
8、ltant equations to investigate the electro-optic effect in periodically poled LiNb03 (PPLN)By setting the parameters of PPLN grating, we compensated for the phase mismatched which is caused by different index of refraction of the o-ray and e-ray when birefringence happens. As a result, high conversi
9、on efficiency was obtained. By use of Matlab, the influence of temperature, wavelength, electric field intensity and duty cycle of PPLN on the conversion efficiency of the electro-optical effect were investigated numerically. The results indicate that the QPM condition plays an important role in ele
10、ctro-optic coupling；in addition，the coupling is very sensitive to the temperature and incident light wavelength，but has a large tolerance to the incident direction of light. Our research results will be useful for designing the electro-optic modulator.Keywords: LiNbO3, electro-optic effect, coupled
11、wave, conversion efficiency目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 电光效应的基本概念11.2 线性电光效应的应用21.3 电光效应研究的理论发展21.4 本论文的主要工作及其意义3第2章 LiNbO3的晶体结构和性质52.1 LiNbO3晶体结构52.2 LiNbO3晶体基本性质62.3 LiNbO3晶体特点62.4 周期性极化LiNbO3晶体（PPLN）的制备72.5 PPLN晶体的应用82.6 LiNbO3晶体折射率方程9第3章 线性电光效应的耦合波理论11第4章 LiNbO晶体电光效应理论174.1 LiNbO3晶体电光效应的折射率椭球分析法1
12、74.2 LiNbO3晶体电光效应线性耦合波理论分析法19第5章 PPLN结构参数设定225.1 相关参数说明225.2 PPLN结构参数225.3 有效电光系数设定23第6章 数值模拟与讨论256.1 温度T的改变对转换效率的影响256.2 波长的改变对转换效率的影响286.3 外电场E的改变对转换效率的影响306.4 晶体占空比D的改变对转换效率的影响30结 论32参考文献33附 录34致 谢41IV 长沙学院毕业设计(论文) 第1章 绪论1.1 电光效应的基本概念 光在各向异性介质中传播时将产生双折射现象，这种现象是由于晶体结构自身的各向异性所造成的，通常把这种现象称为自然双折射。而当各
13、向同性介质受到应力、电场、磁场等外界作用时，其结构将发生变化，使晶体的折射率重新分布，从而使光在其中的传播规律发生变化，产生感应双折射。这种感应双折射与自然双折射不同，它可以人为的通过外界作用加以控制，例如人们可以通过改变电场的大小或方向而有效地控制出射光的强度、方向或偏振态等，所以在光电子技术中获得了广泛的应用。其中电光效应就是应用最广泛的一种技术。在有些晶体内部由于自发极化存在着固有电偶极矩，当对这种晶体施加电场时，外电场使晶体中的固有偶极矩的取向倾向于一致或某种优势向，从而改变晶体的折射率，使本来是各向同性的介质产生双折射，而使本来是光学各向异性的晶体的双折射特性发生变化。这种因外加电场使光学性质发生变化的效应，称之为电光效应。光在介质中的传播受到介质折射率分布的制约，而介质的折射率分布又是由介质的相对介电常数决定。另一方面，当介质受到较强的直流电场或低频电场作用时将引起极化，其电位移矢量，所以极化强度将影响介质的相对介电常数，它是电场强度的函数。可见外加电场后使介质产生极化，从而使介质的折射率发生改变，进而
