電光調(diào)制實驗實驗報告

1、廣東第二師范學院學生實驗報告院（系）名稱物理系班別11物理本四B姓名專業(yè)名稱物理教育學號實驗課程名稱近代物理實驗（2）實驗項目名稱電光調(diào)制實驗實驗時間2014年12月 18日實驗地點物理樓五樓實驗成績指導老師簽名內(nèi)容包含：實驗目的、實驗使用儀器與材料、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)整理與歸納（數(shù)據(jù)、圖表、計算等）、實驗結果與分析、實驗心得【實驗目的】1. 掌握晶體電光調(diào)制的原理和實驗方法2. 學會利用實驗裝置測量晶體的半波電壓，計算晶體的電光系數(shù)3. 觀察晶體電光效應引起的晶體會聚偏振光的干涉現(xiàn)象【實驗儀器】鈮酸鋰晶體，電光調(diào)制電源，半導體激光器，偏振器，四分之一波片，接收放大器，雙蹤示波器【實驗內(nèi)容及步

2、驟】一、調(diào)整光路系統(tǒng)1. 調(diào)節(jié)三角導軌底角螺絲，使其穩(wěn)定于調(diào)節(jié)臺上。在導軌上放置好半導體光源部分滑塊，將小孔光欄置于導軌上，在整個導軌上拉動滑塊，近場遠場都保證整個光路基本處于一條直線，即使光束通過小孔。放上起偏振器，使其表面與激光束垂直，且使光束在元件中心穿過。再放上檢偏器，使其表面也與激光束垂直，轉(zhuǎn)動檢偏器，使其與起偏器正交，即，使檢偏器的主截面與起偏器的主截面垂直，這時光點消失，即所謂的消光狀態(tài)。2. 將鈮酸鋰晶體置于導軌上，調(diào)節(jié)晶體使其x軸在鉛直方向，使其通光表面垂直于激光束（這時晶體的光軸與入射方向平行，呈正入射），這時觀察晶體前后表面查看光束是否在晶體中心，若沒有，則精細調(diào)節(jié)晶體的

3、二維調(diào)整架，保證使光束都通過晶體，且從晶體出來的反射像與半導體的出射光束重合。3. 拿掉四分之一波片，在晶體盒前端插入毛玻璃片，檢偏器后放上像屏。光強調(diào)到最大，此時晶體偏壓為零。這時可觀察到晶體的單軸錐光干涉圖，即一個清楚的暗十字線，它將整個光場分成均勻的四瓣，如果不均勻可調(diào)節(jié)晶體上的調(diào)整架。如圖四所示4. 旋轉(zhuǎn)起偏器和檢偏器，使其兩個相互平行，此時所出現(xiàn)的單軸錐光圖與偏振片垂直時是互補的。如圖五所示 圖四 圖五6. 晶體加上偏壓時呈現(xiàn)雙軸錐光干涉圖，說明單軸晶體在電場作用下變成雙軸晶體，即電致雙折射。如圖六所示7.改變晶體所加偏壓極性，錐光圖旋轉(zhuǎn)90度。如圖七所示 圖六 圖七8 只改變偏壓大

4、小時，干涉圖形不旋轉(zhuǎn)，只是雙曲線分開的距離發(fā)生變化。這一現(xiàn)象說明，外加電場只改變感應主軸方向的主折射率的大小、折射率橢球旋轉(zhuǎn)的角度和電場大小無關。二、 依據(jù)晶體的透過率曲線(即T-V曲線)，選擇工作點。測出半波電壓，算出電光系數(shù)，并和理論值比較。我們用兩種測量方法：1 極值法晶體上只加直流電壓，不加交流信號，并把直流偏壓從小到大逐漸改變時，示波器上可看到輸出光強出現(xiàn)極小值和極大值。 具體做法：取出毛玻璃，撤走白屏，接收器對準出光點，加在晶體上的電壓從零開始，逐漸增大這時可看到示波器上光強極大和極小有一明顯起落，直流偏壓值由電源面板上的三位半數(shù)字表上讀出。先測對應于V0>0時，當光強最大時

5、，測一組最大值，然后改變極性，最大時再測一組數(shù)據(jù)，兩個極大之間對應的電壓之和就是半波電壓的兩倍，多次測量取平均值，可以減少誤差。2 調(diào)制法晶體上直流電壓和交流正弦信號同時加上，當直流電壓調(diào)到輸出光強出現(xiàn)極小值或極大值對應時，輸出的交流信號出現(xiàn)倍頻失真，通過示波器可看出。出現(xiàn)相鄰倍頻失真對應的直流電壓之差就是半波電壓。具體做法是：把電源前面板上的調(diào)制信號“輸出”接到雙蹤示波器的y1上，經(jīng)放大后的調(diào)制器的輸出信號接到示波器的y2上，把y1,y2上的信號做比較，將檢偏器旋轉(zhuǎn)90度，當晶體上加的直流電壓緩慢增加到半波電壓時，輸出出現(xiàn)倍頻失真；改變晶體上電壓的極性后，電壓加到半波電壓時，又出現(xiàn)倍頻失真，

6、相繼兩次出現(xiàn)倍頻失真時對應的直流電壓值之差就是半波電壓。這種方法比極值法更精確，因為用極值法測半波電壓時，視覺很難準確的定位極大和極小值，因而誤差較大。3 改變直流偏壓，選擇不同的工作點，觀察正弦波電壓的調(diào)制特性。電源面板上的信號選擇琴鍵開關可以提供三種不同的調(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，此信號經(jīng)放大后，加到晶體上。同時，通過面板上的“輸出”孔，輸出此信號，把它接到雙蹤示波器的y1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，放大后接到雙蹤示波器y2上，和y1上的參考信號比較。工作點選定在曲線的直線部分，即附近時線性調(diào)制；工作點選

7、在曲線的極小值（或極大值）附近時，輸出信號“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有什么原因引起，把觀察到的波形描下來，并和前面的理論分析做比較。做這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。4 用波片來改變工作點，觀察輸出特性。在上述實驗中，去掉晶體上加的直流偏壓，把波片置入晶體和偏振片之間，繞光軸緩慢旋轉(zhuǎn)時，可以看到輸出波形隨著發(fā)生變化。當波片的快慢軸平行于晶體的感應軸方向時，輸出光線性調(diào)制；當波片的快慢軸分別平行

8、于晶體的x,y軸時，輸出光失真，出現(xiàn)“倍頻”失真。因此，把波片旋轉(zhuǎn)一周時，出現(xiàn)四次線性調(diào)制和四次“倍頻”失真。實驗證明，通過晶體上加直流偏壓可以改變調(diào)制器的工作點，也可以用波片選擇工作點，其效果是一樣的，但兩種方法的機理是不同的。5 光通訊的演示按下電源面板上信號選擇開關中的“音頻”鍵，此時，正弦信號被切斷，輸出裝在電源里的“音頻”片信號。輸出信號通過放大器的揚聲器播放，改變工作點，此時，所聽到的音質(zhì)不同，通過通光和遮光，演示激光通訊。音頻訊號接到示波器上，可以看到我們聽到的音樂信號的波形，它是由振幅不同的不同頻率的正弦波疊加而成的。也可以用光纜把輸出信號和接收器連接起來，實現(xiàn)模擬激光光纖通訊。調(diào)制信號也可以用錄音機輸出的電信號，把它接到電源面板上的“輸入”端，這時要按下信號選擇開關中的“外調(diào)”鍵，其他信號源被切斷，輸出錄音機放出的音頻信號。原始記錄(數(shù)據(jù)、圖表、文字描述等) 【思考題】1. 如何保證光束正入射于晶體的端面，怎樣判斷？不是正入射時有何影響？答：經(jīng)過端面反射后的圓點與激光光源的圓點重合時光束正入射于晶體的端面。不是正入射時會使激光在光電晶體內(nèi)部發(fā)生全反射，經(jīng)過光電晶體出射的光香味發(fā)生改變不與檢偏器垂直。2. 起偏器和檢偏器既不正交又不平行時，會出現(xiàn)何種情況？答：光強調(diào)到最大時，晶體的偏壓不為零。觀察晶體的干涉圖不再為單軸錐圖樣，不再是十