用馬赫-曾德干涉法觀測(cè)光感應(yīng)折射率的微小變化楊立森陳寶

1、用馬赫-曾德干涉法觀測(cè)光感應(yīng)折射率的微小變化 楊立森 陳寶東（內(nèi)蒙古師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 呼和浩特，010022）,摘要:光折變晶體中的光感應(yīng)的折射率變化很小，一般在10－3以下。一般方法很難對(duì)其觀察和測(cè)量，馬赫-曾德干涉儀的原理提供了這種可能，它可以通過觀測(cè)馬赫-曾德干涉條紋的擺動(dòng)幅度可方便地觀察和測(cè)量折射率的微小變化。關(guān)鍵詞: 馬赫-澤德干涉儀; 光感應(yīng)折射率變化;光折變晶體;,1.引言 光

2、折變效應(yīng)[1](photorefractive effect)是光致折射率改變效應(yīng)(photoinduced refractive index change effect)的簡(jiǎn)稱。它是電光材料在光輻照下由光強(qiáng)的空間分布引起材料折射率相應(yīng)變化的一種非線性光學(xué)現(xiàn)象。 光折變效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，開創(chuàng)了用全光學(xué)方法制作波導(dǎo)與波導(dǎo)陣列的新方法，它具有實(shí)時(shí)、簡(jiǎn)便、低成本、快速等優(yōu)點(diǎn)。其主要原理是利用介質(zhì)的非線性光學(xué)效應(yīng)，通過入射光場(chǎng)的空間分布得到介

3、質(zhì)中折射率的空間分布，從而制作出波導(dǎo)、波導(dǎo)陣列乃至整個(gè)集成光路，達(dá)到導(dǎo)光和控光的目的[2]。 雖然對(duì)光折變材料的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，但是目前的光折變材料的光致折射率改變?nèi)匀缓艿?，?duì)其寫入的波導(dǎo)與波導(dǎo)陣列的實(shí)時(shí)觀測(cè)對(duì)構(gòu)造合格的光子元件顯得尤為重要，我們采用搭建的馬赫-曾德干涉儀，通過觀測(cè)馬赫-曾德干涉條紋的擺動(dòng)幅度可方便地觀察和測(cè)量折射率的微小變化。,2.實(shí)驗(yàn)裝置與測(cè)量原理 馬赫-曾德干涉儀是一種用分振幅法產(chǎn)生雙光束干

4、涉的儀器[3],由于兩光束分的很開，可以在任意一束光路中安放被測(cè)樣品。我們搭建的實(shí)驗(yàn)裝置和光路原理如圖1所示。,圖1 實(shí)驗(yàn)裝置,,,,式中λ為激光器的光波波長(zhǎng)，ｌ為晶體的厚度，Δφ代表晶體中折射率不均勻造成的附加相位差，A（x，y）為（x，y）點(diǎn)條紋的橫向移動(dòng)的距離，d為條紋間距。只要測(cè)量出A（x，y）和d，就可以得到 Δn,,,（a） （b）

5、 （c） 圖2 觀測(cè)圖案,3. 摻鐵鈮酸鋰(LiNbO3:Fe) 晶體中寫入波導(dǎo)的測(cè)量 在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置上，用532nm的綠激光經(jīng)柱面凸透鏡聚焦成條形光束輻照摻鐵鈮酸鋰晶體（摻鐵鈮酸鋰晶體的c軸垂直于條形光束放置），如果綠激光的偏振方向平行于晶體的c軸為e光輻照，如果綠激光的偏振方向垂直于晶體的c軸為o光輻照。由于鈮酸鋰晶體是自散焦晶體（也就是

6、光照的地方折射率變低），兩次條形光束輻照的中間地帶形成光波導(dǎo)。見圖3（a）。 將寫入波導(dǎo)的鈮酸鋰晶體再放入馬赫-曾德干涉儀的M1、L1的中間，由于摻鐵鈮酸鋰(LiNbO3:Fe) 晶體的局部寫入波導(dǎo)后，折射率發(fā)生了變化,所以計(jì)算機(jī)屏幕上呈現(xiàn)了豎直干涉條紋的局部擺動(dòng)，見圖3（b）。用光束分析儀的軟件測(cè)量出條紋各點(diǎn)擺動(dòng)的距離A和條紋間距d，帶入公式（1）求出折射率分布Δn (x,y)，見圖3（c）。,（a）

7、 （b） （c） （a）為 寫入波導(dǎo)的晶體 （b）寫入波導(dǎo)晶體的馬赫-曾德干涉圖樣 （c）晶體中的折射率分布，其中實(shí)線表示o光寫入波導(dǎo)的折射率，虛線表示e光寫入波導(dǎo)的折射率。 圖3 LiNbO3:Fe晶體中制作的一維波導(dǎo)的觀測(cè)圖樣及折射率分布,由以上的實(shí)驗(yàn)看出，馬赫-曾德干涉方法可以直接、快速和準(zhǔn)確

8、的觀測(cè)被測(cè)樣品中的折射率的微小變化及其分布。如果波導(dǎo)是在觀測(cè)的同時(shí)寫入，便可實(shí)時(shí)觀察樣品中的折射率的微小變化，是研究光折變光子晶格形成的好方法。,參考文獻(xiàn)：[1] 劉思敏，郭 儒，凌振芳編著。光折變非線性光學(xué)。中國(guó) 標(biāo)準(zhǔn)出版社，1992：172[2] 楊立森、陳曉虎、劉思敏等.（2+1）維光折變波導(dǎo)陣列的制作2002 光子學(xué)報(bào) 31（10） 1200～1204][3] 母國(guó)光，戰(zhàn)元令。光學(xué)