3晶体的电光效应与电光调制_实验报告

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1、晶体的电光效应与光电调制实验目的：1)研究铌酸锂晶体的横向电光效应，观察锥光干涉图样，测量半波电压；2)学习电光调制的原理和试验方法，掌握调试技能；3)了解利用电光调制模拟音频通信的一种实验方法。实验仪器：1)晶体电光调制电源2)调制器3)接收放大器实验原理简述：某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将随着外加电场的变化而变化，这种现象称为光电效应。晶体外加电场后，如果折射率变化与外加电场的一次方成正比，则称为一次电光效应，如果折射率变化与外加电场的二次方成正比，则称为二次电光效应。晶体的一次光电效应分为纵向电光效应和横向电光

2、效应1、电光调制原理1)横向光电调制如图入射光经过起偏器后变为振动方向平行于x轴的线偏振光，他在晶体感应轴x’,y’上的投影的振幅和相位均相等，分别设为用复振幅表示，将位于晶体表面（z=0）的光波表示为所以入射光的强度为当光通过长为l的电光晶体后，x’,y’两分量之间产生相位差通过检偏器出射的光，是这两个分量在y轴上的投影之和其对应的输出光强It可写为由以上可知光强透过率为相位差的表达式当相位差为π时由以上各式可将透过率改写为可以看出改变V0或Vm，输出特性将相应变化。1)改变直流电压对输出特性的影响把V0=Vπ/2带入上式

3、可得做近似计算得即T∝Vmsinwt时，调制器的输出波形和调制信号的波形频率相同，即线性调制如果Vm＞Vπ，不满足小信号调制的要求，所以不能近似计算，此时展开为贝塞尔函数，即输出的光束中除了包含交流信号的基波外，还有含有奇次谐波。由于调制信号幅度比较大，奇次波不能忽略，这时，虽然工作点在线性区域，但输出波形依然会失真。当V0=0或π；Vm《Vπ时，将V0=0带入到上式得即T∝cos2wt，可以看出输光是调制信号的二倍，即产生倍频失真。当V0=Vπ，Vm《Vπ时。经过类似推到，可得即依然看到的是倍频失真的波形。1)用λ/4波片

4、来进行光学调制由上面的分析可知，在电光调制中，直流电压V0的作用是使晶体在x’,y’两偏振方向的光之间产生固定的相位差，从而使正弦调制工作在光强调制曲线图上的不同点。在实验中V0的作用可以用λ/4波片来实现，实验中在晶体与检偏器之间加入λ/4波片，调整λ/4波片的快慢轴方向使之与晶体的x’,y’轴平行，转动波片，可以使电光晶体工作在不同的工作点上。原始数据、数据处理及误差计算：1.研究LN单轴晶体的干涉：（1）单轴锥光干涉图样：调节好实验设备，当LN晶体不加横向电压时，可以观察到如图现象，这是典型的汇聚偏振光穿过单轴晶体后形

5、成的干涉图样。（2）晶体双轴干涉图样：打开晶体驱动电压，将状态开关打在直流状态，顺时针旋转电压调整旋钮，调整驱动电压，将会观察到图案由一个中心分裂为两个，这是典型的汇聚偏振光穿过双轴晶体后形成的干涉图样，它说明单轴晶体在电场的作用下变成了双轴晶体2.动态法观察调制器性能：（1）实验现象：当V1=143V时，出现第一次倍频失真：当V2=486V时，信号波形失真最小，振幅最大（线性调制）：当V3=832V时，出现第二次倍频失真：（2）调制法测定LN晶体的半波电压：晶体基本物理量5mm30mm632.8nm2.286第一次倍频失真

6、对应的电压V1=143V，第二次倍频失真对应的电压V3=832V。故。由得：3.电光调制器T-V工作曲线的测量：（1）原始数据：电压V/V功率P/mV电压V/V功率P/mV00.3165500.507500.36000.5511000.2966500.5831500.2967000.6052000.3037500.6262500.3168000.6363000.3358500.6443500.3669000.6424000.4069500.6374500.44410000.6275000.474依据数据作出电光调制器P-V工

7、作曲线：（2）极值法测定LN晶体的半波电压：从图中可以看到，V在100~150V时取最小值，在800~850V时取最大值。分别在这两个区域内每隔5V测量一次，原始数据如下：电压V/V功率P/mV电压V/V功率P/mV1000.3018000.6521050.2988050.6571100.2978100.6511150.2998150.651200.3018200.651250.3038250.6491300.3028300.6451350.3038350.6431400.3038400.6431450.3028450.64

8、31500.3038500.642比较数据可以得出，极小值大致出现在，极大值大致出现在，由此可得由得：4.测量值与理论值比较：晶体基本物理量：5mm30mm632.8nm2.286算出理论值。与理论值相比，调制法测量结果相对误差约6.1%，极值法测量结果误差约7.1%，实验值与理论值符合较