晶体的电光效应实验.ppt

现在学习的是第1页，共10页实验目的实验目的研究研究LNLN晶体（晶体（LiNbO3LiNbO3，铌酸酸锂）的一次电光效应特性，了解电场对）的一次电光效应特性，了解电场对晶体的作用机理。晶体的作用机理。掌握电光调制的工作原理及光路调整方法。掌握电光调制的工作原理及光路调整方法。了解了解LNLN晶体横向电光效应在光通信中的应用，并通过实验对光通信晶体横向电光效应在光通信中的应用，并通过实验对光通信中的调制、传输、解调过程有一个感性认识。中的调制、传输、解调过程有一个感性认识。现在学习的是第2页，共10页电光效应电光效应对晶体外加电场产生的人为双折射的现象。对晶体外加电场产生的人为双折射的现象。不少有机和无机晶体都能产生电光效应。不少有机和无机晶体都能产生电光效应。电光效应分为：电光效应分为：一次电光效应（普克尔斯效应）一次电光效应（普克尔斯效应）二次电光效应（克尔效应）二次电光效应（克尔效应）-+现在学习的是第3页，共10页。电光晶体电光晶体+。-P1P2KK 普克尔斯盒普克尔斯盒一次电光效应一次电光效应透明电极透明电极K和和K单轴晶体单轴晶体光沿光轴方向，不双折射。光沿光轴方向，不双折射。沿光轴加电场沿光轴加电场晶体变双轴晶体晶体变双轴晶体原光轴方向附加了双折射效应原光轴方向附加了双折射效应+-P1P2aba a光和光和b b光折射率差正比于电场强度光折射率差正比于电场强度现在学习的是第4页，共10页l 当两端面电压为当两端面电压为0 0时，透射光强为时，透射光强为0 0；l 当两端面电压变化时，透射光强变化。当两端面电压变化时，透射光强变化。l 当两端面电压为半波电压时，透射光强最大。当两端面电压为半波电压时，透射光强最大。制作光开关制作光开关电光调制电光调制+-P1P2ab现在学习的是第5页，共10页+-P1P2ab透射光强正比于端电压的余弦函数透射光强正比于端电压的余弦函数在在0.5U0.5U/2/2处（处（Q Q点），透射光强近似与端电点），透射光强近似与端电压成线性关系。压成线性关系。若以若以Q Q点为偏置点，可将电压信号转为波形点为偏置点，可将电压信号转为波形相似的光强信号，实现线性电光调制。相似的光强信号，实现线性电光调制。现在学习的是第6页，共10页实验仪器实验仪器1 1.偏振片偏振片2 2 套套2 2.电光晶体及附件电光晶体及附件1 1 套套3.3.半导体激光器半导体激光器1 1 套套4 4.激光功率指示计激光功率指示计1 1 套套5 5.导轨导轨1 1 根根6 6.滑块滑块6 6 个个7.7.白屏白屏1 1 个个8.8.扩束镜扩束镜1 1 套套9.9.1/41/4波片波片1 1 套套1010.光电二极管探头光电二极管探头1 1 套套1111.双踪示波器双踪示波器1 1台台1212.音频信号源音频信号源1 1个个现在学习的是第7页，共10页实验内容实验内容1 1.验证验证LNLN晶体由单轴晶体变为双轴晶体（用会聚偏振光实验）。晶体由单轴晶体变为双轴晶体（用会聚偏振光实验）。将激光器、起偏器、扩束镜、将激光器、起偏器、扩束镜、LNLN晶体、检偏器、白屏依次摆放，使扩束镜紧晶体、检偏器、白屏依次摆放，使扩束镜紧靠靠LNLN晶体晶体 。2 2.研究研究LNLN晶体的电光特性和特征参量。晶体的电光特性和特征参量。使系统按激光器、起偏器、检偏器、白屏排列使系统按激光器、起偏器、检偏器、白屏排列 。旋转起偏器、使透过起偏器的光尽量强一些，旋转检偏器使白屏上的光旋转起偏器、使透过起偏器的光尽量强一些，旋转检偏器使白屏上的光点尽量弱。系统进入消光的状态点尽量弱。系统进入消光的状态 。将将LNLN晶体放置于起偏器与检偏器之间晶体放置于起偏器与检偏器之间 。将晶体驱动电压调至最低，状态开关打到直流状态。调整将晶体驱动电压调至最低，状态开关打到直流状态。调整LNLN晶体的角度和方位，晶体的角度和方位，尽量使白屏上的激光光斑最暗尽量使白屏上的激光光斑最暗 。取下白屏换上功率计探头，记下此时的光功率值取下白屏换上功率计探头，记下此时的光功率值P Pmin min 缓慢调高驱动电压，记录电压值和激光功率值，每缓慢调高驱动电压，记录电压值和激光功率值，每50V50V记录一次。特别注记录一次。特别注意记录最大功率值意记录最大功率值P Pmaxmax和对应的电压值和对应的电压值V V/2/2 。求出系统消光比求出系统消光比M=PM=Pmaxmax/P/Pminmin和半波电压和半波电压V V/2/2 ，画出电压与输出功率的对，画出电压与输出功率的对应曲线应曲线 。取下取下LNLN晶体，旋转检偏器，记录系统输出最大的光功率晶体，旋转检偏器，记录系统输出最大的光功率PoPo，计算，计算LNLN晶体的透晶体的透过率过率T=PT=Pmaxmax/Po /Po。现在学习的是第8页，共10页实验内容实验内容3.3.研究静态工作点对调制波形的影响研究静态工作点对调制波形的影响 将功率指示计探头取下，换上光电二极管探头将功率指示计探头取下，换上光电二极管探头。将驱动信号波形插座和接受信号波形插座分别与双踪示波器将驱动信号波形插座和接受信号波形插座分别与双踪示波器CH1CH1和和CH2CH2通道连接，光电二极管探头与信号输入插座连接。通道连接，光电二极管探头与信号输入插座连接。将状态开关置于正弦波位置，幅度调节钮旋至最大。将状态开关置于正弦波位置，幅度调节钮旋至最大。示波器置于双踪同时显示，以驱动信号波形为触发信号，正弦波频率示波器置于双踪同时显示，以驱动信号波形为触发信号，正弦波频率约为约为1KHZ1KHZ。旋转电压调节旋钮改变静态工作点，观察示波器上的波形变化。特别注意，接收旋转电压调节旋钮改变静态工作点，观察示波器上的波形变化。特别注意，接收信号波形失真最小、接受信号幅度最大，出现倍频失真时的静态工作点电压。对信号波形失真最小、接受信号幅度最大，出现倍频失真时的静态工作点电压。对照上一个实验中的曲线图，理解静态工作点对调制波形的影响。照上一个实验中的曲线图，理解静态工作点对调制波形的影响。现在学习的是第9页，共10页实验内容实验内容4 4.感性认识感性认识1/41/4波片对静态工作点的影响和作用波片对静态工作点的影响和作用 在起偏器与在起偏器与LNLN晶体间放入晶体间放入1/41/4波片。分别将静态工作电压置于倍频失真点、波片。分别将静态工作电压置于倍频失真点、接收信号波形失真最小、接收信号波形幅度最大点（参考上一步骤的参数），接收信号波形失真最小、接收信号波形幅度最大点（参考上一步骤的参数），旋转旋转/4/4波片，观察接收波形的变化情况，体会波片，观察接收波形的变化情况，体会1/41/4波片对静态工作点的影波片对静态工作点的影响和作用。响和作用。5 5.感性认识光通信中的调制、传输、解调过程感性认识光通信中的调制、传输、解调过程音频信号的调制与传输。将音频信号接入音频插座，状态开关置于音频状态。观音频信号的调制与传输。将音频信号接入音频插座，状态开关置于音频状态。观察示波器上的波形，打开后面的喇叭开关，监听音频调制与传输效果。察示波器上的波形，打开后面的喇叭开关，监听音频调制与传输效果。现在学习的是第10页，共10页