电光实验--谷开慧

1、 近代物理实验近代物理实验实验十四实验十四 铌酸锂晶体的电光调制铌酸锂晶体的电光调制主讲教师：谷开慧主讲教师：谷开慧授课班级：授课班级：07131-13307131-133实验目的实验目的 实验装置实验装置实验原理实验原理实验步骤实验步骤 注意事项注意事项 铌酸锂晶体电光调制铌酸锂晶体电光调制-主要内容主要内容一、铌酸锂晶体电光调制一、铌酸锂晶体电光调制-实验目的实验目的1 15 55 51 1了解了解电光调制的应用电光调制的应用5 52 2了解了解电光效应引起的电光效应引起的晶体晶体光学性质的变光学性质的变化和化和观察观察干涉现象干涉现象5 53 3掌握掌握电光调制的原理电光调制的原理5 5

2、4 4掌握掌握测量晶体半波电压的实验方法测量晶体半波电压的实验方法电光调制应用电光调制应用激激光光测测距距仪仪光光纤纤传传感感器器光电实训中心光电实训中心-相应实验相应实验电光调制应用电光调制应用-光通信光通信信息接收方信息接收方信息信息信息发送方信息发送方电信号电信号音频信号音频信号视频信号视频信号光通信图解光通信图解性能性能半波电压半波电压电光电光调制调制通过电压改变光波通过电压改变光波的某个参数（强度的某个参数（强度），实现把信息加），实现把信息加载在光波上载在光波上病人病人电光调制器电光调制器二、铌酸锂晶体电光调制二、铌酸锂晶体电光调制-实验装置实验装置He-He-NeNe激激光器光器

3、起偏器起偏器铌酸锂铌酸锂晶体晶体检偏检偏器器1/41/4波片波片He-NeLaserPolarizer Wave plate LiNbO3 crystal Polarizer调制器调制器modulator三、铌酸锂晶体电光调制三、铌酸锂晶体电光调制-实验原理实验原理1 15 55 51 1掌握掌握电光电光效应效应5 52 2掌握掌握半波电压概念半波电压概念5 53 3掌握掌握电光调制原理电光调制原理重点重点难点难点3 3、电光调制原理、电光调制原理电光调制：电光调制：就是基于电光效应来实现光强度的调制就是基于电光效应来实现光强度的调制光程差光程差晶体加电压晶体加电压半波电压半波电压光透射光透射

4、光强度光强度电光效应电光效应光程差光程差= =2V 将输入电压信号将输入电压信号光光强信号输出强信号输出四、铌酸锂晶体电光调制四、铌酸锂晶体电光调制-实验步骤实验步骤1 15 55 51 1调节光路调节光路5 52 2观察晶体的干涉图观察晶体的干涉图像像和电光效应现象和电光效应现象5 53 3调制法测量调制法测量半波电压半波电压重点和难点重点和难点1 1、调节光路、调节光路 调节激光管，使入射光平行于晶体的光轴，同时，使光束通过各光学元件中心。调节起偏器和检偏器正交，这时在白屏上可观察到单轴晶体的锥光干涉图样，如图所示：四、铌酸锂晶体电光调制四、铌酸锂晶体电光调制-实验步骤实验步骤n十字方向对

5、应于两个偏振片的偏振轴方向。n干涉图样中心与光点位置重合，它对应着 晶体的光轴方向2 2、观察晶体的干涉图观察晶体的干涉图像像和电光效应现象和电光效应现象 未加偏压时，呈现单轴晶体的锥光干涉图形，如图 加上直流偏压时，呈现双轴晶体的锥光干涉图样，说明单轴晶体在电场的作用下变成了双轴晶体，产生电光效应： 两个偏振片正交时和平行时，干涉图样是互补的； 改变直流偏压的极性时，干涉图样旋转90：四、铌酸锂晶体电光调制四、铌酸锂晶体电光调制-实验步骤实验步骤3 3、调制法测、调制法测半波电压半波电压值值 在晶体上同时加直流电压和交流正弦信号，改变直流电压观察示波器正弦信号输出情况测得半波电压的方法。当输

6、出的交流信号出现相邻倍频失真对应的直流电压之差就是半波电压。四、铌酸锂晶体电光调制四、铌酸锂晶体电光调制-实验步骤实验步骤V=0伏或V= VV=0伏左右V= V/2输入输入输出输出1 1、电光效应、电光效应（1 1）电光效应定义：）电光效应定义：晶体或液体因外加电场使其折射率n发生变化的现象 称为电光效应。（例如铌酸锂晶体）。横向电光效应横向电光效应a、纵向电光效应纵向电光效应b、横向电光效应横向电光效应（2 2）电光效应分类：）电光效应分类：光光 电电光光电电1、调节过程中必须避免激光直射人眼，以免对眼睛造成危害。 2、调节四维调整架时要轻调，不可用力太大，以免损坏调整架。3、He-Ne激光

7、电源为高压，一定注意安全，关闭时正负极放电处理。五、铌酸锂晶体电光调制五、铌酸锂晶体电光调制-注意事项注意事项思考题：思考题：1 1、半波电压大小与哪些物理量有关？、半波电压大小与哪些物理量有关？2 2、纵向电光效应同横向电光效应的区别？、纵向电光效应同横向电光效应的区别？3 3、计算电光系数、计算电光系数 若 由测得的半波电压 可求得电光系数 。220632.8,2.00,54.3,1.503nm dmm lmm n22)(22302ldnV 近代物理实验近代物理实验结束谢谢结束谢谢! !2 2、半波电压概念、半波电压概念)(22302ldnV（2）半波电压表达式：）半波电压表达式：（3 3

8、）半波电压与晶体的几何尺寸有关。）半波电压与晶体的几何尺寸有关。 （1）半波电压定义）半波电压定义：加在晶体上的电压增加到某一值时，经过晶体产生/2/2的光程差，位相差的光程差，位相差 ，光的透射率，光的透射率T=100%T=100%，这时的电压叫半波电压通常用 或 表示 。半波电压是表征电光调制时电压对光强影响大小的一个非常重要的物理量，越小越好。V2V（其中 分别为入射光的波长、晶体的厚度和长度、O光折射率和电光系数。） 022, , ,d l n电光晶体电光晶体dle e光光晶体的截面晶体的截面晶体的双折射现象晶体的双折射现象O O光光 晶体的双折射晶体的双折射：当一束单色光在各向异性晶

9、体的界面折射时，一般可以产生两束折射光，这种现象称为晶体的双折射。更具体地说，对于振动方向互相垂直的o光和e光，在晶体中有着不同的传播速度（或折射率），因而发生双折射现象。 光轴光轴晶体晶体光学光学光学光学电光晶体电光晶体a、纵向电光效应（光、纵向电光效应（光 电）电）缺点：1、电极需要安装在通光面上，为不影响光传播，电极需要做成特 殊的形状。b、横向电光效应（光、横向电光效应（光电）电）缺点：对温度敏感。电光晶体电光晶体（2 2）电光效应的分类）电光效应的分类v 电光振幅调制电光振幅调制 利用电光效应，使入射光在电光晶体两主轴方向的分量产生相位延迟，经线偏振器后输出光的振幅（或光强）与外加电

10、场强度有关，即将输入电压信号转换为光强信号输出，实现对光振幅（或强度）的调制。 v 电光调制在光通信中的应用 本系统是用光波传递声音信息，由激光器产生的激光经起偏器后成为线偏振光，再经过4波片变成圆偏振光，使得2个偏振分量(o光和e光)在进入电光晶体之前产生2的相位差，使调制器工作在近似线性区域。在激光通过电光晶体的同时，给电光晶体加一个外加电压，此电压是需要传输的声音信号。当给电光晶体加上电压后，晶体的折射率及其他光学性能发生变化，改变了光波的偏振状态，因此，圆偏振光变成椭圆偏振光，再经检偏器又成为线偏振光，光强被调制。此时的光波载有声音信息并在自由空间传播，在接收地用光电探测器接收被调制的光信号，然后进行电路转换，将光信号转换成电信号，用解调器将声音信号还原，最终完成声音信号的光传输。外加电压为被传输的声音信号，此信号可以是收录机的输出或磁带机输出，实际上就是一个随时间变化的电压信号。 v 晶体电光调制实验是利用晶体的双折射现象，将入射的线偏振光分解成振动方向垂直、传播速度不同的两个振动分量，利用晶体的电光效应由电信号改变晶体的折射率，从而控制两个振动分量间的位相差，再利用光的相干原理使两束光叠加，从而实现光强度的调制。 物理公式补充：物理公式补充：tVVVmitIITs