Comparative study of measurement methods for electro-optic coefficients : application in LiNbO3
Etude comparée des méthodes de mesure des coefficients électro-optique : application à LiNbO3
Abstract
The thesis presents a study and the development of optical arrangements and measurement techniques for the determination of electro-optic coefficients (E/O). This work belong to the optoelectronics area in which electro-optic applications are numerous and promising (in fields such as optical transmission, parallel processors, ...). The crystal under study is the lithium niobate, very often used for bulk modulators and in integrated optics. Nevertheless, its ferroelectric, thermo-optic and electro-optic behaviour is very complex and, as yet, not perfectly know. To determine the electro-optic coefficients, we have considered various kinds of methods, based on optical arrangements using either one beam, such as the compensator setting configurations, or two beams, such as the interferometric methods. To extract the E/O coefficient, we can perform measurements of the beam intensities, the half-wave voltage or the shift of the minimum transmitted intensity value. These methods are used with static (DC) and/or dynamic (AC) applied voltages. The report describes for each method the principle, the experimental results obtained for the rc coefficient of LiNbO3, and then a critical analysis of the results whith a view to the accuracy. After a brief presentation of the thermo-optic (T/O) effect, comparisons and discussion of the results follow. The consequences of the TIO effect on the validity of the measurement are also considered. In the last pan of this report, we describe the one beam F,IO null-setting method developped in the laboratory. In addition, we present the control and âc\ruiSition systems which enabled an automaûc executing of the experiment
Le travail présenté dans ce mémoire a pour but essentiel l'étude et la mise au point de montages et techniques de mesure des coefficients électro-optiques (e/o). Il se situe dans le domaine de l'optoélectronique au sens large, dans lequel les applications de l'électro-optique sont très nombreuses et sont encore appelées à se développer (transmission optique, processeurs parallèles...). D'autre part, le matériau choisi pour illustrer l'étude, le niobate de lithium est le cristal le plus souvent utilisé dans les modulateurs de volume et en optique intégrée. Toutefois, son comportement ferroélectrique, thermo-optique et électro-optique complexe n'est toujours pas complètement compris. Pour la détermination des coefficients électro-optiques, nous avons étudié différentes méthodes de mesure reposant sur des montages à une onde de type polarisation linéaire ou à compensation et sur des montages à deux ondes de type interférométrique. Les différentes grandeurs caractéristiques permettant l'obtention des coefficients électro-optiques sont les intensités optiques transmises, la tension de demi-onde et la position du point de transmission minimale en fonction des champs électriques appliqués. Les méthodes développées pour la mesure de ces grandeurs ont été mises en oeuvre en statique et/ou en dynamique. Ce mémoire présente pour chacune de ces méthodes le principe, les résultats expérimentaux obtenus pour le coefficient rc du LiNbO3, et puis une analyse critique de ceux-ci en vue de la précision. Après avoir introduit la notion de l'effet t/o sur la validité des mesures sont aussi envisagées. Dans le dernier chapitre de ce mémoire est décrit le banc e/o à une onde conçu et réalisé au laboratoire dans le cadre de ce travail. En particulier, il est présente l'ensemble d'acquisition et le contrôle permettant un suivi automatisé de la mesure
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