基于新型PMNT透明陶瓷的高功率电光器件研究

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现代材料加工业、军事、空间和医疗等应用领域对高峰值功率、短脉冲、高平均功率的激光光源具有迫切的应用需求。高速、高激光损伤阈值的激光光电器件是提升激光技术水平、发展激光通信和激光雷达等民用和军事应用的关键器件,是各发达国家竞相发展的前沿技术。本文通过跟踪国际高功率电光器件的发展动态,并结合电光陶瓷材料领域的最新研究进展,开展了基于新型铌镁酸铅钛酸铅(PMNT)电光陶瓷的高功率激光光电器件技术的研究。论文在对PMNT电光陶瓷的电控双折射效应、光散射效应、激光损伤阈值等基本特性进行充分研究的基础上,开展了基于PMNT电光陶瓷电控双折射效应的高功率调Q电光开关和偏振无关的电光调制器等相关器件技术的研究。建立了器件的理论模型,并进行仿真研究,搭建实验测试平台,对实验测试结果和器件特性等方面进行了详细的分析,获得大量详实的数据,为高功率电光器件的发展提供了很好理论基础与技术支撑。  本文涉及到的具体研究内容如下:  利用Fabry-Perot谐振腔的谐振效应,对新型(PMNT)电光陶瓷的不同偏振方向的电光系数进行了测量和表征,获得了详实的实验测量结果,其结果为γ33=21.06×10-16 m2/V2,γ31=-1.76×10-16 m2/V2。同时,论文也对这种新型电光陶瓷材料的激光损伤阈值进行了测量。对于基于电光散射效应的PMNT透明陶瓷,我们对其光散射特性、插入损耗和响应速度等特性也进行了详细的测试分析。以上研究为接下来器件的结构设计和特性表征提供参考,也为材料的性能优化提供了理论依据。  利用PMNT新型电光陶瓷的电控双折射效应对传输光束偏振方向的调控,构建了一种可应用于高功率激光系统的电光调Q开关,其半波电压为730 V,消光比大于30 dB,通光孔径为2.7 mm,响应速度小于1μs。同时对这种高功率调Q光开关进行了小型化设计和封装,获得了器件的实物原型(完成样机开发),推动了器件实用化的进程。  针对高功率应用需求,提出并设计了一种基于Sagnac环结构的空间结构高功率新型偏振无关电光调制器。建立相应理论模型,利用Matlab分析了不同分束比以及偏振态对于调制器输出特性的影响。在实验上,我们搭建器件的实验测量装置,对器件性能进行了详细的测试分析,测得器件的消光比为21.6dB,响应速度可达到180 ns。  
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