晶體電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)講義

1、1晶體電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)講義引言激光是一種光頻電磁波，具有良好的相干性，與無(wú)線電波相似，可用來(lái)作為傳遞信息的載波。激光具有很高的頻率（約），可供利用的頻帶很寬，故傳遞信息的容量很大。再有，光具有極短的波長(zhǎng)13151010Hz:和極快的傳遞速度，加上光波的獨(dú)立傳播特性，可以借助光學(xué)系統(tǒng)把一個(gè)面上的二維信息以很高的分辨率瞬間傳遞到另一個(gè)面上，為二位并行光信息處理提供條件。所以激光是傳遞信息的一種很理想的光源。電光效應(yīng)在工程技術(shù)和科學(xué)研究中有許多重

2、要應(yīng)用，它有很短的響應(yīng)時(shí)間（可以跟上1010HZ的電場(chǎng)變化），可以在高速攝影中作快門或在光速測(cè)量中作光束斬波器等。在激光出現(xiàn)以后，電光效應(yīng)的研究和應(yīng)用得到迅速的發(fā)展，電光器件被廣泛應(yīng)用在激光通訊，激光測(cè)距，激光顯示和光學(xué)數(shù)據(jù)處理等方面。要用激光作為信息的載體，就必須解決如何將信息加到激光上去的問(wèn)題。例如激光電話，就需要將語(yǔ)言信息加在與激光，由激光“攜帶”信息通過(guò)一定的傳輸通道送到接收器，再由光接收器鑒別并還原成原來(lái)的信息。這種將信息加在

3、與激光的過(guò)程稱之為調(diào)制，到達(dá)目的地后，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換從中分離出原信號(hào)的過(guò)程稱之為解調(diào)。其中激光稱為載波，起控制作用的信號(hào)稱之為調(diào)制信號(hào)。與無(wú)線電波相似的特性，激光調(diào)制按性質(zhì)分，可以采用連續(xù)的調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及脈沖調(diào)制等形式。但常采用強(qiáng)度調(diào)制。強(qiáng)度調(diào)制是根據(jù)光載波電場(chǎng)振幅的平方比例于調(diào)制信號(hào)，使輸出的激光輻射強(qiáng)度按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。激光之所以常采用強(qiáng)度調(diào)制形式，主要是因?yàn)楣饨邮掌鳎ㄌ綔y(cè)器）一般都是直接地響應(yīng)其所接收的光強(qiáng)度變化的緣故。一

4、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握晶體電光調(diào)制的原理和實(shí)驗(yàn)方法2.學(xué)會(huì)利用實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量晶體的半波電壓，計(jì)算晶體的電光系數(shù)3.觀察晶體電光效應(yīng)引起的晶體會(huì)聚偏振光的干涉現(xiàn)象二實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器鈮酸鋰晶體，電光調(diào)制電源，半導(dǎo)體激光器，偏振器，四分之一波片，接收放大器，雙蹤示波器激光光源：半導(dǎo)體激光器，激光波長(zhǎng)：650～680nm，激光功率：0～2.5mW連續(xù)可調(diào)，偏置電壓：0～400V連續(xù)可調(diào)，調(diào)制方式:橫向調(diào)制；調(diào)制晶體：鈮酸鋰晶體50mm6mm1.

5、7mm；調(diào)制波形：1KHz正弦波或其他波形；三實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理某些晶體（固體或液體）在外加電場(chǎng)中，隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的改變，晶體的折射率會(huì)發(fā)生改變，這種現(xiàn)象E稱為電光效應(yīng)。通常將電場(chǎng)引起的折射率的變化用下式表示:，(1)0200nnaEbE??????????式中a和b為常數(shù)，為E0=0時(shí)的折射率。由一次項(xiàng)aE0引起折射率變化的效應(yīng)，稱為一次電光效應(yīng)，也稱線0n性電光效應(yīng)或普克爾電光效應(yīng)（pokells）；由二次項(xiàng)引起折射率變化的效應(yīng)，稱為二

6、次電光效應(yīng)，也稱平方電光效應(yīng)或克爾效應(yīng)（kerr）。由（1）式可知，一次電光效應(yīng)只存在于不具有對(duì)稱中心的晶體中，二次電光效應(yīng)則可能存在于任何物質(zhì)中，一次效應(yīng)要比二次效應(yīng)顯著。光在各向異性晶體中傳播時(shí)，因光的傳播方向不同或者是電矢量的振動(dòng)方向不同，光的折射率也不同。通常用折射率橢球來(lái)描述折射率與光的傳播方向、振動(dòng)方向的關(guān)系，在主軸坐標(biāo)中，折射率橢球方程為3，（5）22111221112132222122232233331323341424

7、3223515253616163213212111111111XYZnnnnEnnEEnnn??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????電光效應(yīng)根據(jù)施加的電場(chǎng)方向與通光方向相對(duì)關(guān)系，可分為縱向電光效應(yīng)和橫向電光效應(yīng)。利用縱向電光效應(yīng)的調(diào)制，叫做縱向電光調(diào)制；利用橫向電光效應(yīng)的調(diào)制，叫做橫向電光調(diào)制。晶體

8、的一次電光效應(yīng)分為縱向電光效應(yīng)和橫向電光效應(yīng)兩種。把加在晶體上的電場(chǎng)方向與光在晶體中的傳播方向平行時(shí)產(chǎn)生的電光效應(yīng)，稱為縱向電光效應(yīng)，通常以類型晶體為代表。加在晶體上的電場(chǎng)方向與光在晶體里傳播方向垂KDP?直時(shí)產(chǎn)生的電光效應(yīng)，稱為橫向電光效應(yīng)，以晶體為代表。3LiNbo這次實(shí)驗(yàn)中，我們只做晶體的橫向電光強(qiáng)度調(diào)制實(shí)驗(yàn)。晶體屬于三角晶系3m晶類，主3LiNbo3LiNbo軸Z方向有一個(gè)三次旋轉(zhuǎn)軸，光軸與Z軸重合是單軸晶體折射率橢球是旋轉(zhuǎn)橢球

9、，其表達(dá)式為:，(6)1222022???enznyx式中和分別為晶體的尋常光和非尋常光的折射率。加上電場(chǎng)后折射率橢球發(fā)生畸變，對(duì)于3m類晶體，onen由于晶體的對(duì)稱性，電光系數(shù)矩陣形式為，(7)????????????????????????00000000002251513313221322?????????ij當(dāng)X軸方向加電場(chǎng)，光沿Z軸方向傳播時(shí)，晶體由單軸晶體變?yōu)殡p軸晶體，垂直于光軸Z方向折射率橢球截面由圓變?yōu)闄E圓，此橢圓方程為