晶体电光调制实验 ppt
实验四、1.电光调制实验.
晶体的电光调制当给晶体或液体加上电场后，该晶体或液体的折射率发生变化，这种现象成为电光效应。
电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用，它有很短的响应时间（可以跟上频率为1010Hz 的电场变化），可以在高速摄影中作快门或在光速测量中作光束斩波器等。
在激光出现以后，电光效应的研究和应用得到迅速的发展，电光器件被广泛应用在激光通讯、激光测距、激光显示和光学数据处理等方面。
【实验目的】1.掌握晶体电光调制的原理和实验方法。
2.了解一种激光通信的方法。
【实验原理】1.一次电光效应和晶体的折射率椭球由电场所引起的晶体折射率的变化，称为电光效应。
通常可将电场引起的折射率的变化用下式表示：n = n 0 + aE 0 +bE 02+ (1)式中a 和b 为常数，n 0为不加电场时晶体的折射率。
由一次项aE 0 引起折射率变化的效应，称为一次电光效应，也称线性电光效应或普克尔（Pokells ）效应；由二次项bE 02引起折射率变化的效应，称为二次电光效应，也称平方电光效应或克尔（Kerr ）效应。
一次电光效应只存在于不具有对称中心的晶体中，二次电光效应则可能存在于任何物质中，一次效应要比二次效应显著。
光在各向异性晶体中传播时，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。
如图1，通常用折射率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，折射率椭球及其方程为1232222212=++n z n y n x （2）图 1主折射率椭球式中n 1、n 2、n 3为椭球三个主轴方向上的折射率，称为主折射率。
当晶体加上电场后，折射率椭球的形状、大小、方位都发生变化，椭球方程变成1222212213223233222222112=+++++n xy n xz n yz n z n y n x （3）晶体的一次电光效应分为纵向电光效应和横向电光效应两种。
纵向电光效应是加在晶体上的电场方向与光在晶体里传播的方向平行时产生的电光效应；横向电光效应是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。
晶体电光调制实验
2
•
l cos
2
(n"n' )
2
•
1 2
n03
s
in
2
2
(
1 ne2
1 )l
no2
其中，由于 o 光和 e 光的折射角相差很小，取2 为两束光的折射角的平均值。
干涉合成光强为：
Is I0 sin2 2(1 cos ) 2
I p I0[1 1 sin2 2(1 cos )] 2
图 3.晶体的锥光干涉图像
晶体加上偏压时呈现双轴锥光干涉图，如图 3 所示。由此可说明，单轴晶体在电场作用 下变成双轴晶体，即电致双折射现象。
3.测定铌酸锂的透过率曲线（T-U 曲线），求出半波电压和电光系数 22 。
取出镜头纸，光电三极管接收器对准激光光点，在起偏器前加减光片，加在晶体上的直 流电压从 0 开始，逐渐增大。晶体上只加直流电压，不加交流信号，把直流电压从小到大逐 渐改变，输出电流将出现极小值和极大值，两者分别对应的直流电压只差即为半波电压。整 个过程中，光强始终不超过 3.2。
记录晶体所加直流电压 u0 和光强 I，得到下表：
表1
u0 (V) I（cd) u0 (V) I（cd) u0 (V) I（cd) u0 (V) I（cd) u0 (V) I（cd) u0 (V) I（cd)
5
0.08 55 0.86 105 2.36 155 2.5 205 1.26 255 0.15
（四）测量电光调制后输出信号的带宽 调节直流电压，使经电光调制后的输出电压不失真，此时 u=40V，函数发生器输入信号
频率为 1kHz。调节函数发生器输入信号的频率，使得输出信号的幅度降为初始时的一半， 记下此时的频率。
电光调制器PPT幻灯片课件
电光调制
半波电压：是指调制器从关态到开态的驱动电压。 调制带宽：强度调制的调制带宽反映了器件工作的频率范围，它
的定义是调制深度落到其最大值的50%所对应的上下两频率之差。 调制带宽是量度调制器所能使光载波携带信息容量的主要参数。 特性阻抗：要获得好的特性阻抗就要减小电极和波导材料的电容。 透过率：调制器的输出光与输入光之比称为透过率。 消光比：消光比是衡量电光开关性能的指标。消光比越大越好， 因为切断时通过的光越小，切开效果越好。 插入损耗：插入损耗是反映调制器插入光路引起光功率损耗程度 的参数。对于外部调制器而言，必须保证器件的插入损耗最小。 品质因数：即驱动电压与电极长度的乘积。
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电光效应
利用泡克耳斯电光效应实现电光调制可以分为两种情况： 一是施加在晶体上的电场在空间上基本是均匀的。但在
时间上是变化的。当一束光通过晶体之后，可以使一个随 时间变化的电信号转换成光信号，由光波的强度或相位变 化来体现要传递的信息，这种情况主要应用于光通信、光 开关等领域。 一种是施加在晶体上的电场在空间上有一定的分布， 形成电场图像，即随X和y坐标变化的强度透过率或相位分 布，但在时间上不变或者缓慢变化，从而对通过的光波进 行调制。
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电光效应
电光调制的物理基础：电光效应 电光效应：当把电压加到电光晶体上时，电光晶体的折射率将
发生变化，结果引起通过该晶体的光波特性的变化，实现对光 信号的相位、幅度、强度以及偏振状态的调制。 电光效应包括克尔效应和泡克耳斯效应。 外加电场时晶体的折射率是电场E的函数，可表示为
n n0 aE bE2 ... 或 n n n0 aE bE 2 ...
折射率椭球方程可以描述光波在晶体 中的传播特性。
晶体电光调制实验
晶体电光调制实验【实验目的】1. 掌握晶体电光调制的原理和实验方法。
2. 学会用简单的实验装置测量晶体半波电压、电光常数的实验方法。
3. 观察电光效应所引起的晶体光学特性的变化和会聚偏振光的干涉现象。
【实验仪器】晶体电光调制电源、铌酸锂(LiNbO 3)电光晶体、He-Ne 激光器及可调电源、可旋转偏振片、格兰棱镜、光电接收器、有源音响【实验原理】1．一次电光效应和晶体的折射率椭球当给晶体或液体加上电场后，该晶体或液体的折射率发生变化，这种现象成为电光效应。
电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用，它有很短的响应时间（可以跟上频率为1010Hz 的电场变化），可以在高速摄影中作快门或在光速测量中作光束斩波器等。
在激光出现以后，电光效应的研究和应用得到迅速的发展，电光器件被广泛应用在激光通讯、激光测距、激光显示和光学数据处理等方面。
光在各向异性晶体中传播时，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。
在主轴坐标中，折射率椭球及其方程为1232222212=++n z n y n x （1）式中n1、n2、n3为椭球三个主轴方向上的折射率，称为主折射率。
当晶体加上电场后，折射率椭球的形状、大小、方位都发生变化，椭球方程变成1222212213223233222222112=+++++n xy n xz n yz n z n y n x（2）晶体的一次电光效应分为纵向电光效应和横向电光效应两种。
纵向电光效应是加在晶体上的电场方向与光在晶体里传播的方向平行时产生的电光效应；横向电光效应是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，本实验研究铌酸锂晶体的一次电光效应。
铌酸锂晶体属于三角晶系，3m 晶类，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，折射率椭球是旋转椭球，其表达式为1222022=++e n z n y x （3）式中n0和ne 分别为晶体的寻常光和非常光的折射率。
晶体电光调制实验-实验讲义
晶体电光调制实验仪1．实验仪器1．晶体电光调制电源输出正弦波调制幅度：0～300V连续可调，频率1K输出直流偏置电压：0～600V ,连续可调2．铌酸锂(LiNbO3)电光晶体尺寸5×1.7×50mm 镀银电极3．He-Ne激光器及可调电源波长632.8nm，＜1.5mW，电流连续可调4．可旋转偏振片最小刻度值1°5．光电接收器PIN光电池6．有源音响漫步者2．实验目的1．掌握晶体电光调制的原理和实验方法。
2．学会用简单的实验装置测量晶体半波电压、电光常数的实验方法。
3．观察电光效应所引起的晶体光学特性的变化和会聚偏振光的干涉现象。
3．实验原理当给晶体或液体加上电场后，该晶体或液体的折射率发生变化，这种现象称为电光效应。
电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用，它有很短的响应时间（可以跟上频率为1010Hz的电场变化），可以在高速摄影中作快门或在光速测量中作光束斩波器等。
在激光出现以后，电光效应的研究和应用得到迅速的发展，电光器件被广泛应用在激光通讯、激光测距、激光显示和光学数据处理等方面。
4.1 一次电光效应和晶体的折射率椭球由电场所引起的晶体折射率的变化，称为电光效应。
通常可将电场引起的折射率的变化用下式表示：n = n0 + aE0 +bE0^2+ (1)式中a和b为常数，n0为不加电场时晶体的折射率。
由一次项aE0引起折射率变化的效应，称为一次电光效应，也称线性电光效应或普克尔（Pokells）效应；由二次项引起折射率变化的效应，称为二次电光效应，也称平方电光效应或克尔（Kerr）效应。
一次电光效应只存在于不具有对称中心的晶体中，二次电光效应则可能存在于任何物质中，一次效应要比二次效应显著。
光在各向异性晶体中传播时，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。
如图1，通常用折射率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，折射率椭球及其方程为1232222212=++n zn yn x（2）式中n 1、n 2、n 3为椭球三个主轴方向上的折射率，称为主折射率。
电光调制课件
实验步骤２
• 实验过程——判断电光调制现象 １、插入起偏器 (P)，调节起偏器的镜片架转角， 使透光轴与垂直方向约成 P＝45。 ２、插入检偏器(A)转动检偏器，使激光点消失，光 强指示接近于0，表示此时检偏器与起偏器的光轴 己处于正交状态(P A)． ３、将电光晶体插入光具座，使激光束透过，适当 调节电光晶体平台上三个调节螺丝，使反射光斑 打在激光器光源输出口附近，此时激光束基本正 射透过。调节电光晶体旋转镜片架角度，使接收 光强趋近于0(达到最小，应该在0.1以下)。此时 从示波器观察应出现倍频现象，即解调信号频率 是调制信号频率的两倍。 特别注意：在这个环节中，要保证每个光学器件加 入光路时反射点都要几乎原路返回，且不可相交。
选择不同工作点时的输出波形
IA
③ 工作点③ ② 工作点②
IA
① o
o
Uπ/2
Uπ
U
t
工作点①
t
选择工作点②(U＝U /2)时，输出波形最大且不失真。相位差在＝ /2或(U＝U /2 )附近时，光强IA与相位差(或电压U)呈线性关系，从 调制的实际意义上来说，电光调制器的工作点通常就选在该处附近。 选择工作点①(U＝0)或③ (U＝U)时，输出波形小且严重失真，同时 输出信号的频率为调制频率的两倍，即倍频现象。
2插入检偏器a转动检偏器使激光点消失光强指示接近于0表示此时检偏器与起偏器的光轴己处于正交状态p3将电光晶体插入光具座使激光束透过适当调节电光晶体平台上三个调节螺丝使反射光斑打在激光器光源输出口附近此时激光束基本正射透过
电光调制实验
Electro-optic modulation
实验目的
• 掌握晶体电光调制的原理和实验方法。 • 对电光调制原理中的有关物理量进行 定性或定量分析。
晶体电光调制实验 ppt
附加：实验设计原因
• 通过了解发现经激光通过晶体会产生双折射现象，而且产生晶体通电 会使光轴发生变化。本实验就是要把双折射现象现象出来。
• 因为o光e光的相位差一定，频率相同。所以通过干涉现象来观察双折 射现象。
五、实验内容及操作
1. 光路系统的调解：
I. 调解三角导轨底角螺丝，且使整个光路基本处于一条 直线，即保证光束通过各小孔
注：o光和e光都是线偏振光。
3、电光调制原理
• 晶体的一次电光效应分为纵向电光效应和横 向电光效应两种。
• 纵向电光效应是加在晶体上的电场方向与光 在晶体里传播方向平行时产生的电光效应。
• 横向电光效应是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。
• 通常，KD*P类型晶体用它的纵向电光效应， 铌酸锂类型晶体用它的横向电光效应。
电压 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 11 23 4 5 6 7 8 9 0 1 2 0 05 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0
4. 1/4波片改变特性
• 在实验中，去掉直流偏压，把四分之一波片置入 晶体和偏振片之间，缓慢转动波片，观察输出波 形的变化。
II. 将起偏器与检偏器调节成相互垂直（即偏振方向相互 正交），此时光点消失，即消光状态.
III. 将铌酸锂晶体放在起偏器于检偏器之间，调解晶体支 架，使晶体光轴即Z轴与激光束平行
判断是否平行的方法：
方一、将像屏放在检偏器之后，如果能观察到由于锥 光干涉产生的十字阴影，且激光束大致处在正中心时， 即可；方法二、观察晶体前后表面查看光束是否在晶 体中心，若没有，细调晶体的二维调整架即可。 IV. 具体元件及排列顺序见附图：实验设计
晶体电光调制实验
晶体电光调制实验【实验目的】1. 掌握晶体电光调制的原理和实验方法。
2. 学会用简单的实验装置测量晶体半波电压、电光常数的实验方法。
3. 观察电光效应所引起的晶体光学特性的变化和会聚偏振光的干涉现象。
【实验仪器】晶体电光调制电源、铌酸锂(LiNbO 3)电光晶体、He-Ne 激光器及可调电源、可旋转偏振片、格兰棱镜、光电接收器、有源音响【实验原理】1．一次电光效应和晶体的折射率椭球当给晶体或液体加上电场后，该晶体或液体的折射率发生变化，这种现象成为电光效应。
电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用，它有很短的响应时间（可以跟上频率为1010Hz 的电场变化），可以在高速摄影中作快门或在光速测量中作光束斩波器等。
在激光出现以后，电光效应的研究和应用得到迅速的发展，电光器件被广泛应用在激光通讯、激光测距、激光显示和光学数据处理等方面。
光在各向异性晶体中传播时，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。
在主轴坐标中，折射率椭球及其方程为1232222212=++n z n y n x （1）式中n1、n2、n3为椭球三个主轴方向上的折射率，称为主折射率。
当晶体加上电场后，折射率椭球的形状、大小、方位都发生变化，椭球方程变成1222212213223233222222112=+++++n xy n xz n yz n z n y n x（2）晶体的一次电光效应分为纵向电光效应和横向电光效应两种。
纵向电光效应是加在晶体上的电场方向与光在晶体里传播的方向平行时产生的电光效应；横向电光效应是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，本实验研究铌酸锂晶体的一次电光效应。
铌酸锂晶体属于三角晶系，3m 晶类，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，折射率椭球是旋转椭球，其表达式为1222022=++e n z n yx （3）式中n0和ne 分别为晶体的寻常光和非常光的折射率。