[发明专利]一种基于三维光线追迹的晶体电光调制方法

权利要求书

1.一种基于三维光线追迹的晶体电光调制方法，其特征在于，包括：

步骤S101：根据晶体的主轴折射率，确定晶体的种类、光轴朝向、通光方向及外加电压方向；

步骤S102：根据晶体的通光口径、电光系数和晶体两端电压确定由外加电压引起的折射率变化；

步骤S103：确定电光调制时激光射入晶体时入射角和方位角的变化范围，并根据所述入射角和方位角计算入射光矢量和折射光矢量；

步骤S104：根据所述折射光矢量，基于各向异性介质中的菲涅尔方程，计算由于双折射效应产生的折射光线的折射率以及在晶体内传播时产生的相位差；

步骤S105：当晶体通电后，晶体由单轴晶体变为双轴晶体，分别计算出两光轴的三维坐标，所述两光轴对称分布在Z轴的两侧，所述三维坐标分别记为N₁和N₂，表示如下：

；

；

其中，为所述两光轴分别与三维坐标系中Z轴的夹角；再根据所述折射光矢量计算出折射光线的偏振方向矢量，并确定所述偏振方向矢量与光轴面的夹角，根据下式确定所述折射光线的偏振方向矢量E：

；

；

式中，k为折射光矢量；k_a为折射光线A的折射光矢量；k_b为折射光线B的折射光矢量；所述偏振方向矢量E与光轴面的夹角根据下式确定：

；

式中，x是XOY平面的法线，为入射角，为方位角；

步骤S106：根据所述步骤S104得到的相位差和步骤S105确定的偏振方向矢量与光轴面的夹角，确定晶体电光调制的光强分布表达式，其中，所述晶体电光调制的光强根据下式确定：

；

式中，为相位差。

2.根据权利要求1所述的基于三维光线追迹的晶体电光调制方法，其特征在于，所述晶体采用铌酸锂晶体，所述铌酸锂晶体的折射率椭球方程如下式所示：

；

式中，X、Y、Z为所述铌酸锂晶体的折射率主轴，n_o为寻常光折射率，n_e为异常光折射率。

3.根据权利要求2所述的基于三维光线追迹的晶体电光调制方法，其特征在于，所述步骤S102中的折射率变化根据下式确定：

；

式中，d为晶体通光口径，V为晶体两端电压，为晶体的电光系数，n_o为寻常光折射率。

4.根据权利要求3所述的基于三维光线追迹的晶体电光调制方法，其特征在于，所述步骤S103中，在三维坐标系下根据下式确定入射光矢量k_i：

；

根据电磁场理论确定折射光矢量k，如下式所示：

；

式中，为入射角，为方位角，n_i为入射光的折射率，n为折射光的折射率。