Electrical Engineering Dictionary - part 133

phase matching

the condition that the

phase of the nonlinear polarization bears a
spatially fixed relation to that of the optical
field generated by the polarization. This con-
dition is a requirement for high efficiency in
nonlinear optical generation processes.

phase modulation

a type of angle modu-

lation whereby information is encoded onto
a carrier wave by modifying its phase angle
as a function of time in proportion to the in-
telligence signal amplitude.

phase modulator

a device that alters the

phase of a signal.

phase noise

frequency variation in a car-

rier signal that appears as energy at frequen-
cies other than the carrier frequency.

phase only binary filter

transmission or

reflection phase plate in which neighboring
regions differ in phase shift by pi radians.

phase parameter

complex parameter rep-

resenting corrections to the gain and phase of
a Gaussian beam.

phase plane

a two-dimensional state

space.

phase plate

transparent medium that in-

troduces different phase shifts to different
transverse regions of an optical wave for the
purpose of introducing or reducing phase or
amplitude structure on the wave; often hav-
ing only two phase shift values differing by
π.

phase portrait

many different trajectories

of a second-order dynamical system plotted
in the phase plane.

phase response

the way in which a system

alters the phase of an input sinusoid.

phase ripple

the variation in phase re-

sponse across the operating bandwidth of an
optical or electrical device.

phase sensitive detection

See

synchronous

detection

.

phase sensitive measurement

measure-

ment in which the phase of an AC signal is
tracked in a feedback loop in order to improve
detection sensitivity. The most common ex-
amples are phase-locked loops in control sys-
tems and lock-in amplifier measurements in
electronics. In the latter, a small AC sig-
nal is added to the bias voltage supply, and
this signal is then detected in any measured
quantity with an amplifier whose phase can
be varied to “lock onto” that of the initial AC
signal. This effectively mixes the two AC
signals, and their difference (at DC) is used to
characterize the measurement. The effective
bandwidth is determined by the bandwidth at
the DC level.

phase sequence

describes the rotational

orientation of the voltage phasors in a 3-
phase electrical power system. A positive
phase sequence, designated by the nomen-
clature ABC, indicates a 3-phase connection
in which the B phase voltage lags the A phase
voltage by 120 degrees, and the C phase volt-
age leads the A phase voltage by 120 degrees.
A negative phase sequence, designated by
ACB, reverses this relationship so that the
B phase leads the A phase, and the C phase
lags the A phase. See also

phase sequence

indicator

.

phase sequence indicator

device used

to detect the phase sequence of a 3-phase
electrical power system.

See also

phase

sequence

.

phase shift

a time displacement of a wave-

form with respect to another waveform of the
same frequency.

phase shifter

a device that changes the

phase angle between two buses in a power
system. Conventional phase shifters are spe-
cial autotransformers in with each phase volt-
age in connected in series with a variable
component of voltage from another phase.

c

2000 by CRC Press LLC

By adjusting the variable component, the
phase angle can be changed. Newer phase
shifters are built with power electronic de-
vices. Phase shifters are often used in an-
tenna arrays.

phase spectrum

the phase angle of the

Fourier transform

6

F (ω), −∞ < ω < ∞

of a signal

f (t). For example, the phase

spectrum of a rectangular pulse of unit width
is given in the figure.

See also

Fourier

transform

.

Phase spectrum.

phase velocity

the velocity, at a given

frequency, and for a given mode, of an
equiphase surface in the direction of prop-
agation. In other words, it is the velocity at
which an observer travelling in the propaga-
tion direction should move in order to see
the phase unchanged. It can be greater than
the speed of light, since no transportation of
energy is actually involved.

phase-controlled converter

converter in

which the power devices are turned off at the
natural crossing of zero voltage in AC to DC
conversion applications.

phase-controlled oscillator

a voltage

controlled oscillator whose output frequency
is determined by some type of phase dif-
ference detecting circuitry. See also

phase

error

.

phase-locked loop (PLL)

(1) a circuit for

synchronizing a variable local oscillator with
the phase of a feedback portion of that oscil-
lator so as to operate at a constant phase angle
relative to the reference signal source. May
be categorized as 1st, 2nd, 3rd, and so on,
order loops according to the number of inte-
grators in the so-called loop filter. The num-
ber of integrators is one less than the order of
the loop. This loop is used for demodulators,
frequency synthesizers, and timing recovery
circuits.

(2) a closed-loop feedback control system

where the feedback signal is a phase variation
of the signal frequency rather than a voltage
or a current.

phase-only filter

an optical mask imposes

a pattern of phase variations over an image
passing through it; used frequently in image
correlators.

phase-matching conditions

in waveg-

uides formed by two or more different me-
dia, the phase-matching condition states the
phase velocity along the propagation direc-
tion in the different media should be the same.

phase-shift keying (PSK)

an informa-

tion encoding method that uses changes in
the phase of the signal carrier.

phase-shifting mask

a mask that contains

a spatial variation not only in intensity trans-
mittance but phase transmittance as well.

phase-to-phase fault

a fault with two

transmission lines being short circuited.

phased array

See

phased array antenna

.

phased array antenna

an antenna com-

posed of an aperture of individual radiating
elements. Beam scanning is implemented by
changing the phases of the signals at the an-
tenna elements with the weights remaining
fixed as the beam is steered.

c

2000 by CRC Press LLC

phasor

a complex number representing

the amplitude and phase of a sinusoidal func-
tion.

phoneme

the smallest units in phonemics.

Phonemes are produced by different manners
of articulation (e.g., plosives, fricatives, vow-
els, liquids, nasals). The automatic speech
recognition on large lexicons is often based
on the recognition of units like phonemes in
order to break the complexity of the global
recognition process, from speech frames to
words and sentences.

phonemics

the study of sound units in the

framework of descriptive linguistics. Basi-
cally, unlike phonetics, the sounds are stud-
ied by taking into account the language and
not only observable features in the signal.

phones

the smallest units in phonetics,

where the emphasis is placed on observable,
measurable characteristics of the speech sig-
nal.

phonetic knowledge

knowledge of the

acoustic structure of phones. It is of funda-
mental importance for the design of effective
automatic speech recognition systems.

phonetics

the study of the acoustic sounds

where the emphasis is placed on observable,
measurable characteristics of the speech sig-
nal.

phonon

a quantized packet of energy as-

sociated with material lattice vibrations that
have been excited by an incident photon.

phonon maser

See

acoustic laser

.

phosphorescence

emission of light from a

long-lived electronically excited state. Phos-
phorescent emission is a quantum mechani-
cally forbidden transition between electronic
levels of different spin states.

photochemistry

chemical reactions that

occur as a result of electronically exciting at
least one of the reactant molecules with light.

photodetector

device capable of produc-

ing or modifying an electrical signal in pro-
portion to the amount of light falling on the
active area of the device.

photoelastic effect

mechanical strain in a

solid causes a change in the index of refrac-
tion that can affect the phase of a light wave
traveling in the strain medium.

photoelectric effect

the phenomenon

whereby light of sufficiently short wave-
length falls on the emitter electrode of a pho-
tocell and causes electrons to be emitted from
the electrode.

photogalvanic effect

See

photovoltaic

effect

.

photolithography

See

optical lithography

.

photoluminescence

the process by which

light is emitted from solids, atoms, gases, af-
ter excitation by an additional light source.
The input light excites electrons to higher
energy states, and as they relax they emit
light (through electron-hole recombination)
whose frequency is characteristic of the sta-
tistical properties of the carriers.

photomask

See

mask

.

photon

a minimum energy quantum of

light energy proportional to the frequency of
the radiation.

photon echo

(1) an optical field emitted by

a macroscopic polarization that has been gen-
erated by reversing the dephasing process in a
material having an inhomogeneously broad-
ened spectrum.

(2) complex output pulses that are gen-

erated when two intense input pulses interact

c

2000 by CRC Press LLC

with the same semiclassically described laser
medium.

photon lifetime

See

cavity lifetime

.

photon noise

fundamental noise due to

the quantum nature of light; a statistical vari-
ation in optical intensity due to measure-
ments of discrete number of photons.

photopic

formally, a description of lumi-

nances under which human cone cells are ac-
tive. Informally, describing daylight lumi-
nances.

photorefractive beam fanning

a pho-

torefractive phenomenon in which a beam of
coherent light is scattered into a fanned pat-
tern by a photorefractive crystal (e.g., barium
titanate, lithium niobate). When a laser beam
passes through a photorefractive crystal, sig-
nificant scattering often occurs. The scat-
tered light appears to be asymmetrical with
respect to the beam except for propagation
along the c-axis. For laser beams of moder-
ate power, the scattered light appears to de-
velop slowly in time and eventually reaches a
steady-state scattering pattern. This is known
as photorefractive beam fanning. The beam
fanning originates from an initial scattering
due to crystal imperfections. The initially
scattered light is amplified due to the physi-
cal overlap and the energy coupling between
the incident beam and the scattered beam.
Beam fanning often occurs in highly efficient
photorefractive media, even if the material is
near-perfect. Photorefractive beam fanning
plays an important role in the initiation of
many phase conjugators and resonators, even
through the fanning itself can be a source of
noise in many experimental measurements.

photorefractive crystal

crystalline solids

that exhibit photorefractive effect.

The

photorefractive effect is observed in many
electro-optic crystals, including BaTiO

3

,

KNbO

3

, LiNbO

3

, Sr

1

−x

Ba

x

xNb

2

O

6

(SBN),

Ba

2

−x

Sr

x

K

1

−y

Na

y

Nb

5

O

15

(KNSBN),

Bi

12

SiO

20

(BSO), Bi

12

GeO

20

(BGO), GaAs,

InP, CdTe, etc. These crystals are referred
to as photorefractive crystals. They are by
far the most efficient medium for the gen-
eration of phase conjugation and real-time
holography using relatively low intensity lev-
els (e.g., 1 W/cm

2

). In addition to the effi-

cient holographic response, beam coupling
known as two-wave mixing also occurs nat-
urally in photorefractive crystals.

photorefractive effect

in the broad sense,

any optical process in which the refractive in-
dex of a material system is modified by an op-
tical field. More precisely, a particular non-
linear optical process in which loosely bound
charges are redistributed within a crystalline
material in response to an incident light field,
thereby producing a static electric field, and
modifying the refractive index of the material
by the linear electro-optic effect. Changes in
refractive index upon exposure to a light pat-
tern in certain materials such as BSO, lithium
niobate, and barium titanate. A manifesta-
tion of the electro-optic effect on a micro-
scopic scale due to spatial charge transport.

photorefractive grating

a refractive in-

dex grating often produced by using the illu-
mination of two coherent laser beams, having
sufficient photon energy, in photorefractive
crystals.

photoresist

a photosensitive material that

forms a three-dimensional relief image by ex-
posure to light and allows the transfer of the
image into the underlying substrate (for ex-
ample, by resisting an etch).

photoresist contrast

a measure of the re-

solving power of a photoresist, the photore-
sist contrast is defined in one of two ways.
The measured contrast is the slope of the stan-
dard H-D curve as the thickness of resist ap-
proaches zero. The theoretical contrast is the
maximum slope of a plot of log-development
rate versus log-exposure energy (the theoret-
ical H-D curve). The photoresist contrast is
usually given the symbol

g.

c

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