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

　　實驗裝置圖如圖一所示，波長為860.00nm的激光從可調諧激光器出射后，經過一偏振片和兩個直徑為0.1mm的小孔得到TE偏振和準直的激光再入射到雙面金屬包覆波導的上層金屬膜上。偏振片、兩個小孔之間大致相距0.5m，且在光路中插入一平面鏡，以使光路更為緊湊。PMN-PT透明陶瓷大小為5.62mm*4.2mm*3.00mm(l*w*h)，并將由其構成的雙面金屬包覆波導固定在一個倍角轉臺上，實物照片見圖3.13，在雙面金屬包覆波導的上下兩金屬膜上通過導電銀膠分別引出電極。外加載電壓先由一個可編程信號發生器產生一個所需的小電壓信號，再由高壓放大器進行放大，最后加載到雙面金屬包覆波導的兩個電極上。一個三孔陣列，其小孔直徑為0.1mm，小孔間的距離為0.4mm，三孔陣列在反射光方向精確放置，以使無外加載電壓時，反射光能從通道1通過。在實驗過程中，信號發生器產生的電壓信號和反射光*小信號均由數字示波器接收并測量。

　　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，小圖分別為外加載電壓為0V，500V，650V時的反射光斑

　　為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，外加載電壓范圍為0-650V，間隔為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位移最小，可作為測量GH位移的基準點。信號發生器的電壓信號設為頻率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。因為外加載任何電壓后，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，這是因為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后，超高階導模開始向右移動，因為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后，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為外加載電壓為0V，500V，650V時的反射光斑，從中可證實理論結果，即GH位移越大，其反射光強越小，且光斑半徑會變大。當外加載電壓為830V時(圖二中未給出)，反射光的GH位移達到最大值為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，因為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，調制周期為20微秒。

　　當設信號發生器的頻率為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，其插入損耗為0.22dB，而通道2，3相對于通道1的串擾分別為-29.8dB和-32.7dB。如圖三(a)所示，當信號發生器產生的電壓信號峰—峰值為179mV，偏置電壓為80mV時，經電壓放大器放大后，加載在PMN-PT透明陶瓷上的電壓為537V，此時反射光能從通道2出射，其插入損耗在開啟狀態和關閉狀態分別為3.77dB和36.5dB，通道1，3相對于通道2的串擾分別為-29.2dB和-37.4dB。類似地，當信號發生器產生的電壓信號峰-峰值為214mV時，經電壓放大器放大后其外加載電壓為642V，此時反射光能從通道3出射，其插入損耗在開啟狀態和關閉狀態分別為6.12dB和41.2dB(見圖三(b))，通道1，3相對于通道2的串擾分別為-32.6dB和-31.3dB。通道2，3中的開關時間如圖三(c)所示，其開啟時間(定義為光強從最大值的10%增加到90%所需的時間)分別為0.42μs和0.28μs，而關閉時間(定義為光強從最大值的90%減小到10%所需的時間)分別為0.94μs和1.63μs。

　　圖：ATA-7100高壓放大器指標參數

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