晶体电光调制实验 精选文档.ppt

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1、晶体电光调制实验 本讲稿第一页，共二十三页晶体电光调制实验1 1实验前言实验前言实验前言实验前言2 2实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器3实验目的实验目的实验目的实验目的4 4实验原理实验原理实验原理实验原理5 5实验内容及操作实验内容及操作实验内容及操作实验内容及操作6 6实验总结实验总结实验总结实验总结本讲稿第二页，共二十三页一、实验前言一、实验前言 电光效应：某些晶体在外加电场中，随着电场强度E的改变，晶体的折射率会发生改变的现象。如何实现调制：本实验要求用用激光作为信息载体，所以必须要考虑如何将信息加到激光上。由激光负载信息通过一定的通道送到接收器，再由光接收器鉴别并还原成原来的信息。其

2、中，1、将信息加载在激光上的过程是调制;2、送达目的之后，由光电转换从中分离出原信号的过程是解调；3、激光称为载波，用来控制的信号称为调制信号。强度调制：原理：光载波电场振幅的平方比例于调制信号作用：保证输出的激光辐射强度按照调制信号的规律变化（注：光接收器大多是直接响应其所接收的光强度变化）本讲稿第三页，共二十三页二、实验仪器（材料）二、实验仪器（材料）铌酸锂晶体 电光调制电源 半导体激光器 偏振器 四分之一波片 接收放大器 双踪示波器（后来添上）本讲稿第四页，共二十三页三、实验目的三、实验目的1.掌握晶体电光调制的原理和实验方法2.观察晶体电光效应引起的晶体会聚偏振光的干涉现象3.学会利用

3、实验装置测量晶体的半波电压4.了解电光效应及其应用本讲稿第五页，共二十三页四、实验原理四、实验原理1.电光效应：某些晶体在外加电场中，随着电场强度E的改变，晶体的折射率会发生改变的现象。横向电光效应：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。（本实验用到的铌酸锂晶体即属此类）电场引起的折射率的变化：其中a和b为常数，为=0时的折射率）本讲稿第六页，共二十三页I.未加电场时：光在各向异性晶体中传播时，由于光传播方向不同或者电矢量的振动方向不同，光的折射率也不同。通常用折射率椭球来描述折射率与光的传播方向、振动方向的关系，即方程为（其中、为椭球三个主轴方向上的折射率，即主折射率

4、）本讲稿第七页，共二十三页II.加电场之后：当在晶体上加上电场后，折射率椭球的形状、大小、方位都发生变化，椭球的方程变为 图 晶体折射率椭球交叉项由电场引起，表示变形后的椭球主轴与原先的主轴不重合本讲稿第八页，共二十三页2.双折射现象：对于各向异性晶体，一束光射入晶体后，可以观察到有两束折射光的现象。寻常光线寻常光线(o光光)-服从折射定律，沿各方向服从折射定律，沿各方向的光的传播速度相同，各向折射率的光的传播速度相同，各向折射率相同，且在入射面内传播相同，且在入射面内传播非常光线非常光线(e光光)-不服从折射定律，沿各方不服从折射定律，沿各方向的光的传播速度不同，各向折射向的光的传播速度不同

5、，各向折射率率 不同，且不一定在入射面内传不同，且不一定在入射面内传播播注：注：注：注：o o光和光和光和光和e e光都是线偏振光。光都是线偏振光。光都是线偏振光。光都是线偏振光。本讲稿第九页，共二十三页3 3、电光调制原理、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。本讲稿第十页，共二十三页附加：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

6、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。本讲稿第十一页，共二十三页五、实验内容及操作五、实验内容及操作1.1.光路系统的调解：光路系统的调解：光路系统的调解：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 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判断是否平行的方法判断是否平行的方法判断是否平行的方

7、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 本讲稿第十二页，共二十三页附图：实验设计本讲稿第十三页，共二十三页2.观察晶体的会聚偏振光干涉图型和电光效应现象：在晶体盒前插入毛玻璃片，检偏器后放上像屏。光强调到最大，I.当晶体偏压为零时，可观察到单轴锥干涉图，如下图II.晶体加上偏压时呈现双轴锥光干涉图，如下图，说明单轴晶体在电场的作用下变成了双轴晶体，产生电光效应：本讲稿第十四页，共二十三页3.静态状态下静态状态

8、下信号输出与输入的关系，由所得关系曲线可得，在一个周期内，输出会出现一个最大值，此时电压为 。当v大概在趋向 的区间时，输出波形和输入信号的频率基本相同，此时即线性调制状态。数据见下表，相应的曲线如下图所示 光强0.200.250.330.420.520.610.720.790.860.950.991.041.031.000.990.930.870.770.700.590.500.390.310.23电压4 102030405060708090100110115120130140150160170180190200210220本讲稿第十五页，共二十三页本讲稿第十六页，共二十三页4.4.4.4.

9、1/41/41/41/4波片改变特性波片改变特性波片改变特性波片改变特性 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。结果：当波片的快慢轴平行于晶体的感应轴方向时，输出光线性调制；当波片的快慢轴分别平行于晶体的x,y轴时，输出光失真，出现失真。本讲稿第十七页，共二十三页5.光通讯（语音信号传递）光通讯（语音信号传递）此时，选择开关中的“音频”键，其他信号被切断，输出装在电源里的“音乐”片信号由扬声器输出时由扬声器输出时：改变直流偏压的大小，则会听到音乐的音质有变化，说明音乐也有失真和不失真。用不透明的物体遮光，则音乐停止，不遮光，则音乐又响起，

10、由此说明激光可以携带信号，实现光通讯。由示波器输出时由示波器输出时：光强信号接在CH1通道，调制信号接在CH2通道。本讲稿第十八页，共二十三页 此时，由示波器可观察到，当输出信号（相当于音频输出信号即扬声器）最大时，输出波形和调制信号的频率相似，图形趋近于相同，相关数据 由此，可以看到我们听到的音乐信号的波形，它是由振幅相的不同频率的正弦波迭加而成的。abCdCH299173233341CH10.640.380.220.70本讲稿第十九页，共二十三页 其中，CH2通道即表示调制信号的通道，图形保持在一个相对稳定的范围，如图m所示，而CH1则随着调制信号的变化而变化，且成周期性的变化。例如，b组

11、数据对应的图像为图n。由于实验的误差较大，只能近似把图m与图n看成相等，即此时的失真程度最小。图m 图n本讲稿第二十页，共二十三页六、实验总结六、实验总结通过实验，我们了解到：1、什么是电光效应2、什么是电光调制3、激光通信基本原理本讲稿第二十一页，共二十三页注意事项：注意事项：1 1 1 1He-NeHe-NeHe-NeHe-Ne激光管出光时，电极上所加的直流电压高激光管出光时，电极上所加的直流电压高激光管出光时，电极上所加的直流电压高激光管出光时，电极上所加的直流电压高达千伏，要注意人身安全。达千伏，要注意人身安全。达千伏，要注意人身安全。达千伏，要注意人身安全。2 2 2 2晶体又细又长

12、，容易折断，电极是真空镀晶体又细又长，容易折断，电极是真空镀晶体又细又长，容易折断，电极是真空镀晶体又细又长，容易折断，电极是真空镀的铝膜，操作时要注意，晶体电极上面的的铝膜，操作时要注意，晶体电极上面的的铝膜，操作时要注意，晶体电极上面的的铝膜，操作时要注意，晶体电极上面的铝条不能压的太紧或给晶体施加压力，以铝条不能压的太紧或给晶体施加压力，以铝条不能压的太紧或给晶体施加压力，以铝条不能压的太紧或给晶体施加压力，以免压断晶体。免压断晶体。免压断晶体。免压断晶体。3 3 3 3光电三极管应避免强光照射，以免烧坏光电三极管应避免强光照射，以免烧坏光电三极管应避免强光照射，以免烧坏光电三极管应避免强光照射，以免烧坏。本讲稿第二十二页，共二十三页恳请各位老师提出宝贵建议谢 谢！本讲稿第二十三页，共二十三页