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周期性极化铌酸锂(Periodically Poled Lithium Niobate:PPLN)已在非线性光学领域占据了重要地位,近年来,基于 PPLN电光效应的新型光学器件成为研究热点。当在 PPLN的极化方向施加电场时,PPLN成为折射率光栅,其电光衍射问题还缺乏较为系统的理论分析和电光衍射性质研究。本论文从铌酸锂晶体周期性畴反转结构的电光效应出发并结合光在铌酸锂晶体中传播的解析方法,得出了严格耦合波分析(Rigorous Coupled Wave Analysis:RCWA)方法对PPLN电光折射率光栅的衍射问题进行理论计算的适用条件,并详细推导了PPLN的RCWA方法。利用RCWA方法数值研究了在不同应用方式下 PPLN的电光衍射性质。在此基础上,结合ABCD定理,设计了一种能实现光路转换与光束动态调焦的集成电光器件,主要内容有: (1)介绍了畴反转结构电光器件的国内外研究现状和论文的章节安排。 (2)综合应用铌酸锂晶体周期性畴反转结构的电光效应和晶体折射率椭球方法,分析了 PPLN在极化方向施加电场时的电光效应,以及其电光衍射特性采用 RCWA方法进行数值计算的适用条件,并详细推导了PPLN的RCWA方法。 (3)采用RCWA方法,数值分析了四种应用方式下,PPLN的物理参数与几何参数包括电光系数、晶体长度、极化周期、占空比、入射角和温度等对其电光衍射效率的影响,研究了不同参数下的具体电光衍射性质。比较分析了空气中常用的掺镁7mol％和纯净 PPLN的电光衍射特性,提出了实现高衍射效率的方法。 (4)综合利用PPLN的电光衍射性质和透镜形畴反转结构的电光调焦性质,提出了一种可实现光路转换和光束动态聚焦的集成电光器件,对器件进行了具体设计,并采用光束传播法(Beam Propagation Method:BPM)进行了性能仿真。