物理試驗晶體的電光效應課件

1、近代物理實驗晶體的電光效應電科091郭鑫09461111實驗目的(1)掌握晶體電光調制的原理和實驗方法(2)學會測量晶體半波電壓、電光常數(shù)的實 驗方法(3)了解一種激光通信的方法實驗原理一一次電光效應和晶體的折射率橢球由電場所引起的晶體折射率的變化，稱為電光效應。通?？蓪㈦妶鲆鸬恼凵渎实淖兓孟率奖硎荆?n=n0+aE0+bE02+式中a和b為常數(shù)，n0為不加電場是晶體的折射率。一次項aE0引起的折射率變化的效應，稱為一次電光效應，也稱線性電光效應或普克爾效應；由二次項bE02引起折射率變化的效應，稱為二次電光效應，也稱平方電光效應或克爾效應。一次電光效應只存在于不具有對稱中心的晶體中，二次

2、電光效應則可能存在于任何物質中，一次效應要比二次效應顯著。如圖，通常用折射率球來描述折射率于光的傳播方向、振動方向的關系，在主軸坐標中，折射率橢球及其方程為: x3x2x1式中n1，n2，n3為橢圓球三個主軸方向上的折射率，為主折射率。 當晶體加上電場后，折射率橢球的形狀、大小、方位都發(fā)生變化，橢球方程變成 晶體的第一次電光效應分為縱向電光效應和橫向電光效應兩種。本實驗研究鈮酸鋰晶體的一次電光效應，用鈮酸鋰晶體的橫向調制裝置測量鈮酸鋰晶體的半波電壓及電光系數(shù)，并用兩種方法改變調制器的工作點，觀察相應的輸出特性的變化。二、電光調制原理 我們把信息加載于激光輻射的過程稱為激光調制，把完成這一過程的

3、裝置稱為激光調制器。 因為激光實際上只起“攜帶”低頻信號作用，所以稱為載波，而起控制作用的低頻信號時我們所需的，稱為調制信號，被調制的載波稱為已調波或調制光。 激光調制之所以常采用強度調制形式，主要是因為光接收器一般都是直接地響應其所接收的光強度變化的緣故。 激光調制的方法有很多，如機械調制，電光調制，聲光調制，磁光調制和電源調制等，一幫采用電光調制，電光調制根據(jù)所施加的電場方向的不同，分為縱向電光調制和橫向電光調制。有KDP晶體縱調制和鈮酸鋰晶體橫調制兩種經(jīng)典的調制，本實驗采用鈮酸鋰晶體橫調制。 電光效應引起的相位差正比于電場的強度E和作用距離L（即晶體沿光軸Z的厚度）的乘積EL，E正比與電

4、壓V，反比于電極間距離d，因此 LV/d 鈮酸鋰晶體具有很高的的電光系數(shù)，=30.810-12m/v,常常用來做成橫制器。為單軸負晶體。 nx=ny=n0=2.297,nz=ne=2.208令電場強度為E=Ez,代入得電場感生的法線橢球方程式：其中 應注意在這一情況下電場感生坐標系和主軸坐標系一致，仍然為單軸晶體，但尋常光和非常光的折射率都受到外電場的調制。設入射線偏振光沿xz的角平分線方向振動，兩個本征態(tài)x和z分量的折射率差為： 當晶體的厚度為L，則射出晶體后光波的兩個本征態(tài)的相位差為：上式說明在橫調制情況下，相位差由兩部分構成：晶體的自然雙折射部分（式中第一項）及電光雙折射部分（式中第二項

5、）。通常使自然雙折射項等于/2的整數(shù)倍。橫調制器件的半波電壓為我們用到關系式E=V/d。由上式可知半波電壓V與晶體長度比L/d成反比。因而可以通過加大器件的長度比V/d來減小V實驗器材 電光調制電源組件 光接收放大器組件 He-Ne激光器組件 電光調制晶體組件 器偏起組件 檢偏器組件實驗內容（1）測定鈮酸鋰晶體的透過率曲線（即TU曲線），計算半波電壓U。 晶體上只加直流電壓，不加交流信號，把直流電壓從小到大逐漸改變，輸出的光強將會出現(xiàn)極小值和極大值，相鄰極小值和極大值對應得直流電壓之差既是半波電壓U 。加在晶體上的電壓在電源面板上的數(shù)字表讀出，每隔5V增大一次，再讀出相應的光強值，數(shù)據(jù)填入表。 (2) 觀察電光調制箱內置波形信號，以及 解調信號實驗光路如圖。（3）用1/4波片改變工作點，觀察輸出特性。（4）光通訊的演示。兩極值的差U=0.55-0.29=0.26v注意事項（1）He-Ne激光管出光時，電極上所加的直流高壓，要注意人身安全。（2）晶體又細又長，容易折斷，晶體電極上面的鋁條不能壓的太緊或給晶體施加壓力，以免壓斷晶體。（3）電源的旋鈕順時針方向為增益加大的方向，因此，電源開關打開前，所以旋鈕應該逆時針方向旋轉到頭，關儀器錢，所有旋鈕逆時針方向旋轉到頭后再關電源。感想 這個實驗需要有耐心和一定的