實驗二晶體的電光調(diào)制實驗

1、實驗二 晶體的電光調(diào)制實驗、實驗?zāi)康?掌握晶體電光調(diào)制的原理和實驗方法。2、了解一種激光通信的方法。二、實驗原理一次電光效應(yīng)和晶體的折射率橢球射率的變由電場所引起的晶體折射率的變化，稱為電光效應(yīng)。通常可將電場引起的胡 化用下式表示：n=n0+aE0+bE02+ 式中a和b為常數(shù)，nO為不加電場時晶體的折射率。由一次項 引起折射率變化的效應(yīng)，稱為一次電光效應(yīng)，也稱線性電光效應(yīng)或普克爾（Pokells）效應(yīng)；由二次項引起折射率變化的效應(yīng)，稱為二次電光效應(yīng)，也稱平方電光效應(yīng)或克爾 （Kerr）效應(yīng)。一次電光效應(yīng)只存在于不對稱中 的晶體中，二次電光效應(yīng)則可能存在于任何物質(zhì)中，一次效應(yīng)要比二次效應(yīng)顯著。

2、光在各向異性晶體中傳播時，因光的傳播方向不同或者是電矢量的振動方向不同，光的折射率也不同。如圖丨，通常用折射率球來描述折射率與光的傳播方向、振動方向的關(guān)系。在主軸坐標中，折射率橢球及其方程為式中nl、n2、n3為橢球三個主軸方向上的折射率，稱為主折射率。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2 2 2必 X Z 2yz 2xz 2xyn 211 n 222 n 233 n 223 n 213 n 212晶體的一次電光效應(yīng)分為縱向電光效應(yīng)和橫向電光效應(yīng)兩種。縱向電光效應(yīng)是電光效應(yīng)是加在晶體上的由場一方向與光在晶體一里傳播的方向平行時產(chǎn)生的電光效應(yīng)；橫向電光效應(yīng)是

3、加在晶體上的電場方向與光在晶體里傳播方向垂直時產(chǎn)生的電光效應(yīng)。通常KD*P（磷酸二氘鉀）類型的晶體用它的縱光效應(yīng)，LiNbO3 （鈮酸鋰）類型的晶體用它的橫向電光效應(yīng)。本實驗研究鈮酸鋰晶體的一次電光效應(yīng)，用鈮酸鋰晶體的橫向調(diào)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(diào)制器的工作點，觀察相應(yīng)的輸出特性的變化。 2電光調(diào)制原理要用激光作為傳遞信息的工具，首先要解決如何將傳輸值號加到激光輻射上的問題，我們把信息加載于激光輻射放過程稱為激光調(diào)制，把完成這一過程的裝置稱為激光調(diào)制器。由已調(diào)制的激光輻射還原出所加載信息的過程則稱為解調(diào)。因為激光實際上只起到了“攜帶” 低頻信號的作用，所以稱

4、為載波，而起控制作用的低頻信號是我們所需要的，稱為調(diào)制信號，被調(diào)制的載波稱為已調(diào)波或調(diào)制光。按調(diào)制的性質(zhì)而言，激光調(diào)制與無線電波調(diào)相類似丁調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及脈沖調(diào)制等形式，但激光調(diào)制多釆用強度調(diào)制。強度調(diào)制是根據(jù)光載波 電場振幅的平方比例于調(diào)制信號，使輸出的激光輻射的強度按照調(diào)制信號的規(guī)律變化。激光調(diào)制之所以常釆用強度調(diào)制形式，主要是因為光接收器一般都是直接地響應(yīng)其所接受的光強度變化的緣故。激光調(diào)制的方法很多，如機械調(diào)制、電光調(diào)制、聲光調(diào)制、磁光調(diào)制和電源調(diào)制等。其 中電光調(diào)制器開關(guān)速度快、結(jié)構(gòu)簡單。因此，在激光調(diào)制技術(shù)及混合型光學雙穩(wěn)器件等方面有廣泛的應(yīng)用。電光調(diào)制根據(jù)所施加的電場方向的不

5、同，可分為縱向電光調(diào)制和橫向電光調(diào)制。用入/4波片進行光學調(diào)制上面分析說明電光調(diào)制器中直流偏壓的作用主要是在使晶體中x, y兩偏振方向的光之間產(chǎn)生固定的位相差，從而使正弦調(diào)制工作在光強調(diào)制曲線上的不同點。直流偏壓的作用可以用入/4波片來實現(xiàn)。在起偏器和檢偏器之間加入入/4片，調(diào)整入/4波片的快慢軸方向使之與晶體的x,y/軸平行，即可保證電光調(diào)制器工作在線性調(diào)制狀態(tài)下，轉(zhuǎn)動波片可使電光晶體處于不同的工作點上。三、實驗儀器電光調(diào)制電源組件、光接收放大器組件、He-Ne激光器組件、電光調(diào)制晶體組件、起偏器組件、檢偏器組件，二蹤示波器，光闌。四、實驗內(nèi)容1觀察正弦波電壓的調(diào)制特性 -改變直流偏壓，選擇

6、不同的工作點，觀察正弦波電壓的 調(diào)制特性。激光束與臺面平行，其它器件依次放入光路，并保持與激光束同軸等高。將晶體與電光調(diào)制箱連接，打開開關(guān)，調(diào)制切換選擇“內(nèi)”，輸出切換選擇“外”。電源面板上的信號選擇按鍵開關(guān)可以提供兩種不同的調(diào)制信號，按下“正弦”鍵，機內(nèi)單一頻率的正弦波振蕩器工作，產(chǎn)生正弦信號，此信號經(jīng)放大后，加到晶體上，同時，通過面板上 的“信號輸出”孔，輸出此信號，把它接到二蹤示波器的CH1上，作為參考信號。改變直流偏壓，使調(diào)制器工作在不同的狀態(tài)，把被調(diào)制信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，放大后接到二蹤示波器的CH2上，和CH1上的參考信號比較。選擇 5個不同的工作點 40V , 80V, 120V, 1

7、60V, 200V , 觀察 接收信號的波形并畫出圖形。工作點選定在曲線的直線部分，即U0=/2附近時是線性調(diào)制；工作點選作點選定在曲線的直線部分，即U0=/2附近時是線性調(diào)制；工作點選定在曲線的極小值（或極大值）時， 輸出信號出現(xiàn)“倍頻”失真；工作點選定在 極小值（或極大值）附近時輸出信號失真，觀 察時調(diào)制信號幅度不能太大，否則調(diào)制信號本身失真，輸出信號的失真無法判斷由什么原因引起的，把觀察到的波形描下來，并和前面的理論分析作比較做這一步實驗時，把電源上的調(diào)制幅度，調(diào)制器上的輸入光強，放大器的輸出，示波器上的增益（或衰減）這四部分調(diào)好，才能觀察到很好的輸出波形。2觀察輸出特性一用 1/4波片

8、改變工作點，觀察輸出特性在上述實驗中，去掉晶體上所加的 直流偏壓，把1/4波片置入晶體和偏振片之間，繞光軸緩慢旋轉(zhuǎn)時，可以看到輸出信號隨著 發(fā)生變化。當波片的快慢軸平行與感應(yīng)軸方向時輸出信線性調(diào)制；當波片的快慢軸分別平行于晶體的x, y軸時輸出光失真，出現(xiàn)“倍頻”失真因此，旋轉(zhuǎn)一周時，出現(xiàn)四次線性 調(diào)制和四次“倍頻”失真。值得注意的是，不僅通過晶體上加直流偏壓可以改變調(diào)制器的工作點，也可以用1/4波片選擇工作點，其效果是一樣的，但這兩種方法的機理是不同的。3音頻信號的電光調(diào)制與解調(diào) -光通訊的演示將mp3音源于電光調(diào)制實驗箱的“外部輸入”連接，調(diào)制切換選擇“外”，輸出 切換選擇“內(nèi)，則首先可從實驗箱內(nèi)置的揚聲器聽到清晰的mp3播放的音樂。再將輸出切換選擇“外”，把提供的外置揚聲器（音箱）與接收探測器連接，則可聽到 mp3播出的音樂。適當調(diào)整“調(diào)制幅度”和“高壓調(diào)節(jié)”旋鈕，旋轉(zhuǎn)光路中的偏振片和Y波片，使音樂最清晰。如改變直流偏壓的大小，則會聽到音樂的音質(zhì)有變化，說明音樂也有 失真和不失真用不透明的物體遮光，則音樂停止，不遮光，則音樂又響起，由此說明激光 可以攜帶信號，實現(xiàn)光通訊 把音樂信號接到示波器上，可以看到我們聽到的音樂信號的波 形，它是由振