晶体电光调制实验

实验9晶体电光调制实验实验一、晶体电光调制的基本原理及晶体透过率曲线的测定【实验目的】：1、 了解和掌握晶体的电光效应及晶体电光调制的基本原理；2、 建立和掌握晶体的半波电压a勺概念及测量方法。【实验蔑］：（1）晶体的电光效应电光效应:某些晶体（固体或液体）在外加电场中，随看电场强度工的改变，晶体的折射率会发生改变，这种现象即是电光效应。光在各向异住晶体中传播时，因光的传播方向不同或者是电矢量的振动方向不同，光的折射率也不同。通常用折射率椭球来描述折射率与光的传播方向、振动方向的关系，在主轴坐标中，折射率椭球方程为：式中山，n2,1】3为椭球三个主轴方向上的折射率，称为主折射率。当晶体上JLL电场后，折射率椭球的形状、大小、方位都发您化，椭球的方程变为：x2y2z22 2 2匝+函+福+扈"+函X"匝冷-只考虑一次电光效应，上两式相应项的系数之差和电场强度的一次方成正比。电光效应根据施加的电场方向与通光方向相对关系，可分为纵向电光效应和横向电光效应。利用纵向电光效应的调制，叫做纵向电光调制；利用横向电光效应的调制，叫做横向电光调制。把加在晶体上的电场方向与光在晶体中的传播方向平行时产生的电光效应，称为纵向电光效应；加在晶体上的电场方向与光在晶体里传播方向垂直时产生的电光效应，称为横向电光效应（以LiNbO3晶体为代表）o本实验中，我们只做LiNbO3晶体的横向电光强度调制实验。UNbO3晶体属于三角晶系，3m晶美，主轴Z方向有一个三次旋转轴，光轴与Z轴重合，是单轴晶体，折射率椭球熟定转椭球。

电光调制原理激光调制：信息加载于激光辐射的过程。激光调制器：完成E述过程的装置。解调：由已调制的激光辐射还原出所加载信息的过程。载波：起到携带低频信号的作用的激光。调制信号：起控制作用的低顷信号。已调波(调制光)：被调制的载波。强度调制：根据光载波电场振幅的平方比例与调制信号，使输出的激光与蠲寸的强度按照调制信号的规律变化。电光调制是激光调制的一种，它根据所加的电场方向不同，分为纵向电光调制和横向电光调制。本实验,我们用LiNbO3晶体做横向调制实验。(1)横向电光调制圆里图如下:入肘元束•,19-轴“快“轴入肘元束•,19-轴“快“轴(平行千/轴)其中起偏器的偏振方向平行于电光晶体的X轴,检偏器的偏振方向平行于Y轴。因此入射光经起偏器后变为振动方向平行于X轴的线偏振光，它在晶体的感应轴X'和Y'车虹的投影的振幅和位相均相等，设分别为(将位于晶体表面z=0的光波表示为:)E、，(O)=AEy，(O)=A所以，入射光的强度是IocEE=2A2当光通过长为I的电光晶体后，X'和Y'两分量之间就产生位相差5,即E/(I)=AEv，(I)=Ae~i5通过检偏器出射的光，是这两分量在Y辄EM投影之和（Ey）o=$（eJ）其对应的输出光强11,可写成I1oc2A2siii2|光强透过率T为T=¥=siii2|I>25=YnoY22V：由此可见，6和V有关，当电压增加到某一值时，X；Y'方向的偏振光经过晶体后产生?的光程差，位相差5=tt,T=1Q。%,这一电压叫半波电压,通常用V”或V入表示。2临是描述晶体电光效应的重要参数，在实验中，这个电压越小越好，如果V”小，需要的调制信号电压也小，根据半波电压值，我们可以估计出电光效应控制透过强度所需电压。有以E各式可得T=siii2法（Vo+临sinwt）改变V。和Vm输出特性，透过率将I目应地发生变化。对单色光，T将仅随晶体上所加电股化，如下图所示。T与V的关系是非线住9勺，若工作点选择不合适，会使输出信号发生畸变。但在岑附近有Tffl以直线部分，为线性工作区，当v=鲫，6亏，T=60%。(2)改变直流偏压选择工作点对输出持性的影响当V。=¥,临VVV.时，工作点选定在线性工作区的中心处,此时可获得较高性^的线性调制。当V。=?,电时，调制器0勺工作点虽然选定在线性工作区的中心，但不满足小信号调制的要求,输出波形仍然失真。当Vo=0,电VVVn时，输出光是调制信号频率的两倍，即产生“倍频"失真。4) V。在零伏附近或在V.附近变化时，由于工作点不在线性工作区，输出波形将分别出现E下失真。综上所述，电光调制是利用晶体的双折射现象，将入射的线偏振光分解为。光和E光，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形成的相差6,再利用光的相干圆里两束光叠加，从而实现光强度的调制。【实验装置】:WGX-20型晶体电光调制实验装置由晶体电光调制电源，调制器,氮氛激光器，搀枚【实验内容】：1、调整光路一观康晶体的会聚偏振光干涉图样(1)调节仪器，进行消光；

放上驼酸锂晶体，调节光路，使光束都通过晶体，从晶体出来的反I寸像与激光器的出射光束重合；观察晶体的清晰单轴锥光干涉图；(4)旋转起偏器和检偏器，使其平行，调出互未卜的单轴锥光图，如下:图四图五图四图五图七在晶体上ilh直流偏压后，出现电致双折射现象，如下图所示:图七图六两偏振片正交时和平行时干涉图样互补。只改变直流偏压的大小，干涉图样不旋转，只是双曲线分开的距离发生变化。这说明，外加电场只改变感应主轴方向的主折射率的大小，折射率椭球旋转的角度与电场大小无关。2、测定锭酸锂晶体的透过率曲线(T-U曲线)本实验有两种测量锯酸锂晶体半波电压的方法，我们只使用了其中的一种:极值法。极值法：晶体上只加直流电压，不加交流信号，把直流电压从小至吠逐渐改变，输出的光强将会出现极大值和极小值，相邻极小值和极大值对应的直流电压之差即是半波电压见。【实验数据及处理】:实攵据如下:极大值456488436极小值121913差值444469423平均值445.3所以，我们测得驼酸锂晶体的半波电压值为:445.3mv。实验二、改变工作点一观察晶体的调制特性【实验目的】：1、 改变加在晶体上的直流电压工4乍点，通过双踪示波器可直观的观察到原调制信号和经通讯后、经接收器解调放大后的信号，通过对二信号波形的比较，加深对晶体的调制特性理解；2、 熟悉并掌握晶体电光调制电源的及示波器的使用方法。【实验蔑】:见：实验一【实验装置】:见：实验一【实验内容】：1、 连接装置电缆；2、 选择正弦波信号；3、 改变直流偏压选择不同:□乍点，观察正弦波电压的调制特I生。4、 用1/4波片改变工作点，观察晶体调制恃性。【实验现象】:由于实验仪器和我们的调节问题，导致我们观察到的波形无法稳定下来，难以描下来，但大概与理论波形相16。实验三、光通讯演示实验由于实验仪器出现故障，此实验我们没做。【思考问题】：1、 本实验没用会聚透镜，为什么能够看到锥光干涉图？如何根据锥光干涉图调整光路？答：此实验虽然没有会聚透镜，但我们在实验中进行了消光和调光束平行，实6彩果是一样的。我们可以根据书中给出的锥光干涉图来进行标准调整，如：调出图五所示的图样,即调出上下左右四个"花瓣2、 比较本实验中给出的两种测量半波电压的精度。并说明影响精度的原因。答：调制法比极值法更