[发明专利]一种基于三维光线追迹的晶体电光调制方法

说明书

本发明涉及一种基于三维光线追迹的晶体电光调制方法，包括：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；根据晶体的通光口径，晶体两端电压，晶体的电光系数确定折射率变化；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，并根据入射角和方位角计算入射光矢量和折射光矢量；再根据菲涅尔方程，计算两条折射光线的折射率以及在晶体内传播时产生的相位差；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，再根据折射光矢量计算出折射光线的偏振方向矢量，以确定偏振方向矢量与光轴面的夹角；根据相位差和偏振方向矢量与光轴面的夹角，计算出晶体电光调制的光强。

技术领域

本发明属于激光雷达成像技术领域，具体涉及一种基于三维光线追迹的晶体电光调制方法。

背景技术

电光调制是基于线性电光效应（普克尔效应）即光波导的折射率正比于外加电场变化的效应。电光效应导致的相位调制器中光波导折射率的线性变化，使通过该波导的光波有了相位移动，从而实现相位调制。晶体中沿其光轴传播的光场的空间和偏振特性以一种特殊的方式耦合。当晶体作为固体激光材料被使用时，可以观察到许多特殊现象，如果沿光轴产生激光光束，其锥光干涉将决定其空间结构和偏振态，从而这就为控制光束的空间和偏振特性提供了一种可能性。

现有技术中利用光线追迹来描述偏振光在晶体内的传播过程。通常用琼斯矩阵和穆勒矩阵来描述偏振光在二维坐标系统中传播时的偏振态变化，然而这两种方法对于存在入射角的三维成像场景并不适用。现有技术还提出了利用三维相干矩阵对偏振光在各向异性介质中传播的偏振态进行求解，然而对于双轴晶体的电光特性并未分析。

因此，如何解决现有技术不能分析任意入射条件的光线在电光晶体中传播规律和偏振态变化过程，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为实现本发明目的提供的一种基于三维光线追迹的晶体电光调制方法，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，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；

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。

在其中一些具体实施例中，晶体采用铌酸锂晶体，铌酸锂晶体的折射率椭球方程如下式所示：

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