传统静电测量仪器存在成本高、精度低及使用复杂等难题, 本文提出了一种利用液晶材料的光电特性进行静电测量的简易方法。测量所使用的液晶器件采用多层基板叠加分压结构, 多层叠加基板的分压作用实现了对高压的测量和连续性测量。该静电测量装置可以实现高低压测量范围在器件的不同区域上同时测量。首先介绍了实现这种方法的器件和系统, 然后基于外部输入已知变化电压模拟不同带电人体, 通过理论分析和实验测试实现了液晶器件的标定, 最后利用人体实际测量以及施加另一组已知变化电压计算测量误差。实验数据结果表明, 液晶器件的测量误差不超过9%。基本满足静电测量的便捷、稳定可靠、精度高等要求。

硅基光波导移相器是硅基光电子系统的重要组成部分。透明导电氧化物(TCO)薄膜的介电常数受栅极电压作用会产生调谐,有望应用于下一代高速、低插入损耗且兼容CMOS的硅基光波导移相器中。TCO较高的光吸收系数限制了其在移相器中的应用。提出了一种基于高迁移率的透明导电氧化物的低插入损耗硅基光波导移相器,并证明了TCO材料迁移率与其损耗密切相关。通过理论计算和数值仿真,设计了一种基于高迁移率氧化镉(CdO)材料(μ=300 cm ²·V ^-1·s ^-1)的硅基光波导移相器。所得器件在1550 nm波长实现π相移时,器件长度为127 μm,插入损耗为1.4 dB,调制带宽可达到300 GHz。为发展高速硅基光波导移相器件提供了新思路。

为降低电光开关的插入损耗及简化其结构, 提出了一种利用包层各向异性的FBG(光纤布拉格光栅)制作光开关的新思路, 并用耦合模理论对其原理进行了分析; 同时, 提供了一种用掺镁 LiTaO3晶体作为光栅包层制作这种光开关的方法。仿真结果表明, 电场改变106 V/m时, 消光比可达到约42.32 dB。该光开关具有较高的消光比, 且相比于现有的FBG光开关, 具有更简单的结构。

以麦克斯韦方程组为依据推导了单色平面光波在电光晶体内传播时满足的无冗余本征方程, 将电光晶体光学特性的求解问题转换为求取二维矩阵的特征值问题；基于二维矩阵, 提出了晶体均匀性的表征方法；在此基础上, 推导了电光晶体的分布参数琼斯矩阵模型；进一步地, 把电场对晶体光学性质的影响看作微扰, 得到了琼斯矩阵的等效集中参数模型。

采用严格耦合波理论，数值计算了不同参量下周期性极化铌酸锂晶体的电光衍射性质.研究表明：周期性极化铌酸锂晶体的周期性畴反转结构在电场的作用下相当于折射率衍射光栅，衍射性质和晶体的几何结构、周期、施加电场和入射角密切相关.以布喇格角度入射并满足布喇格衍射条件时，0级衍射光能量随施加电场的增大周期性地转化到－1级的衍射光中，最大转化效率达100%，增大周期性极化铌酸锂晶体的长度可以有效地降低转换电压值；以布喇格角度入射但光传输不满足布喇格衍射条件时，0级衍射光和－1级衍射光不能进行100%的能量转换，同时调制的周期性受到破坏.以布喇格角的倍数角入射时，0级光能量可以转化到相应的其他较高衍射级次，其中奇倍数衍射级的最大转换效率可达100%.研究结果为基于PPLN的集成电光器件设计提供有价值的参考.

为了研究电场一定时, 光束在非近轴条件下铌酸锂晶体的电光效应, 采用折射率椭球张量的循环坐标变换方法, 理论上推导了光轴正交截面上折射率分布的解析式, 讨论了折射率、相位延迟以及透射率与光束入射方向之间的关系, 并且进行了实验验证, 取得了透过率随光束与光轴夹角α的实验数据。结果表明, y方向加电场时, 入射光小角度偏转将引起x方向感应折射率以及光束透射率的明显变化, 而y方向的感应折射率不变; 光束与光轴的夹角α对铌酸锂晶体电光性能的影响远远大于光矢在x-y平面与x轴正半轴的夹角β对其的影响; x方向加电场时感应折射率同y方向加电场时类似,但此时相位延迟更小, 在0°~0.4399°夹角范围内, 前者的透过率变化较后者慢, 并且在0.45°之后呈现出交替变化的规律, 当夹角为0.5°,0.680°等位置时,它们具有相同的透过率。这一结果对利用角度调节以改善铌酸锂晶体的电光性能具有一定的指导意义。

为了控制某一环境下光的强度, 提出了输出光强恒定的液晶自动调节系统, 并对系统的原理及功能进行了研究。介绍了液晶电光调制原理及光电传感器和单片机控制原理。对系统的开发进行了阐述, 详细介绍了构成系统的每一个模块的结构及工作原理。该系统具有以下4个功能: 维持特定空间光照强度不变, 调节特定空间内的光照强度, 显示当前工作状态, 测试液晶盒电光特性曲线。该系统适用于恒定光强环境和由光能转化的恒温系统。

为获得尽可能大的差频转换效率，基于准周期极化铌酸锂(QPPLN)光学超晶格，提出了级联电光和差频理论，用于高效的差频转换。其方法是沿QPPLN光学超晶格的y方向施加一个外加电场，用来控制能量在抽运光、信号光、o偏振的差频光和e偏振的差频光四个光波之间的转移。计算结果表明，在一个100 ℃，40 mm长的QPPLN光学超晶格中，当1550 nm信号光与1064 nm抽运光光强比值r<0.324时，对光强超过特定值的任意抽运光都可以通过施加一个适当的外加电场将抽运光完全转化为1550 nm信号光和3393.4 nm 差频光；当r≥0.324，只当抽运光光强落在一定范围内时，才可以通过施加外加电场使抽运光完全转化为信号光和差频光；超过该范围，外加电场不能增加差频光转换效率。计算结果还表明，电光调制差频转换效率对温度和畴构造误差都不敏感。