3晶体的电光效应与电光调制_实验报告.doc

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=V/2带入上式可得做近似计算得即TVmsinwt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VmV，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；VmV时，将V0=0带入到上式得 即Tcos2wt，可以看出输光是调制信号的二倍，即产生倍频失真。当V0=V，VmV时。经过类似推到，可得 即依然看到的是倍频失真的波形。2) 用/4波片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/4波片来实现，实验中在晶体与检偏器之间加入/4波片，调整/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100150V时取最小值，在800850V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/mV1000.3018000.6521050.2988050.6571100.2978100.6511150.2998150.651200.3018200.651250.3038250.6491300.3028300.6451350.3038350.6431400.3038400.6431450.3028450.6431500.3038500.642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好。其中，动态法比极值法更精确。5.讨论实验中观察到的输出波形和畸变产生的原因：根据理论计算，当V=0时，T应当为极小值（T=0），然而从实验测量出的T-V图中可以发现，当V=0时，T不为零，且极小值也不出现在V=0处，对此我们可以归纳出以下几种可能原因：（1）由于在调试前后两个偏振片过程中，难以保证其起偏方向完全垂直，这就导致了极小值点偏离V=0点。（2）由于工艺上的原因，前后两个偏振片即使在完全垂直的情况下，也不可能完全消光，总会有光线透过，因此，极小值点之值大于零。输出波