基于电光效应的一维高速空间光调制器

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空间光调制器是一种对入射光场信息处理、调制的核心器件。空间光调制器可以用来调制光场的强度、相位、偏振等重要信息。它是构成实时光学信息处理、光互联、光计算等系统的重要器件。其在光场调控、信息处理以及显微成像等诸多领域都有重要应用。传统的空间光调制器主要有液晶空间光调制器和数字微镜空间光调制器这两种。传统空间光调制器最大的局限性在于其调制速率较慢,这极大的限制了空间光调制器在高速场景下的进一步应用。本文介绍的高速空间光调制器基于铌酸锂晶体电光效应,由于电光效应在理论上仅存在飞秒量级的时间延迟,因此可以达到很高的调制速度。本文重点介绍了高速铌酸锂空间光调制器的制备过程和相关实验这两个部分。我们研制的高速铌酸锂空间光调制器的结构核心为带梳状金属电极的铌酸锂薄晶体,其正面为32个通道的平行条状金属电极,背面为一整块的金属接地大电极。铌酸锂晶体薄片表面的电极是用光刻结合蒸镀方式来制作。最后把端面抛光后的铌酸锂晶体粘合在PCB电路板支撑底座上制成高速相位型铌酸锂调制器器件。高速铌酸锂调制器的相关实验主要是调制器调制速率测量实验和多通道并行数据传输系统的图像传输实验。在调制器调制速率测量实验中,对金属电极外加兆赫兹高频电压后,利用铌酸锂晶体的电光效应和双折射效应来调控出射光的相位和偏振信息,在偏振片后探测出射光强信号。我们分别用Comsol和Matlab模拟了铌酸锂晶体中的电场分布情况和出射光强理论变化曲线。实验测得出射光强变化与理论吻合且其调制速度可以达到5 MHz。图像传输实验传输了一张共有60×112个像素点的彩色图片,图片中每个像素点的值取为0到255的整数,对应一个八位二进制数。而后分别单独调控调制器中八个通道的外加电压来编码不同的光强出射图案。实验中成功传输该鹦鹉图片且传输误码率仅为0.067%。
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