電光實驗--谷開慧

1、 近代物理實驗近代物理實驗實驗十四實驗十四 鈮酸鋰晶體的電光調(diào)制鈮酸鋰晶體的電光調(diào)制主講教師：谷開慧主講教師：谷開慧授課班級：授課班級：07131-13307131-133實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?實驗裝置實驗裝置實驗原理實驗原理實驗步驟實驗步驟 注意事項注意事項 鈮酸鋰晶體電光調(diào)制鈮酸鋰晶體電光調(diào)制-主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、鈮酸鋰晶體電光調(diào)制一、鈮酸鋰晶體電光調(diào)制-實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康? 15 55 51 1了解了解電光調(diào)制的應(yīng)用電光調(diào)制的應(yīng)用5 52 2了解了解電光效應(yīng)引起的電光效應(yīng)引起的晶體晶體光學(xué)性質(zhì)的變光學(xué)性質(zhì)的變化和化和觀察觀察干涉現(xiàn)象干涉現(xiàn)象5 53 3掌握掌握電光調(diào)制的原理電光調(diào)制的原理5 5

2、4 4掌握掌握測量晶體半波電壓的實驗方法測量晶體半波電壓的實驗方法電光調(diào)制應(yīng)用電光調(diào)制應(yīng)用激激光光測測距距儀儀光光纖纖傳傳感感器器光電實訓(xùn)中心光電實訓(xùn)中心-相應(yīng)實驗相應(yīng)實驗電光調(diào)制應(yīng)用電光調(diào)制應(yīng)用-光通信光通信信息接收方信息接收方信息信息信息發(fā)送方信息發(fā)送方電信號電信號音頻信號音頻信號視頻信號視頻信號光通信圖解光通信圖解性能性能半波電壓半波電壓電光電光調(diào)制調(diào)制通過電壓改變光波通過電壓改變光波的某個參數(shù)（強度的某個參數(shù)（強度），實現(xiàn)把信息加），實現(xiàn)把信息加載在光波上載在光波上病人病人電光調(diào)制器電光調(diào)制器二、鈮酸鋰晶體電光調(diào)制二、鈮酸鋰晶體電光調(diào)制-實驗裝置實驗裝置He-He-NeNe激激光器光器

3、起偏器起偏器鈮酸鋰鈮酸鋰晶體晶體檢偏檢偏器器1/41/4波片波片He-NeLaserPolarizer Wave plate LiNbO3 crystal Polarizer調(diào)制器調(diào)制器modulator三、鈮酸鋰晶體電光調(diào)制三、鈮酸鋰晶體電光調(diào)制-實驗原理實驗原理1 15 55 51 1掌握掌握電光電光效應(yīng)效應(yīng)5 52 2掌握掌握半波電壓概念半波電壓概念5 53 3掌握掌握電光調(diào)制原理電光調(diào)制原理重點重點難點難點3 3、電光調(diào)制原理、電光調(diào)制原理電光調(diào)制：電光調(diào)制：就是基于電光效應(yīng)來實現(xiàn)光強度的調(diào)制就是基于電光效應(yīng)來實現(xiàn)光強度的調(diào)制光程差光程差晶體加電壓晶體加電壓半波電壓半波電壓光透射光透射

4、光強度光強度電光效應(yīng)電光效應(yīng)光程差光程差= =2V 將輸入電壓信號將輸入電壓信號光光強信號輸出強信號輸出四、鈮酸鋰晶體電光調(diào)制四、鈮酸鋰晶體電光調(diào)制-實驗步驟實驗步驟1 15 55 51 1調(diào)節(jié)光路調(diào)節(jié)光路5 52 2觀察晶體的干涉圖觀察晶體的干涉圖像像和電光效應(yīng)現(xiàn)象和電光效應(yīng)現(xiàn)象5 53 3調(diào)制法測量調(diào)制法測量半波電壓半波電壓重點和難點重點和難點1 1、調(diào)節(jié)光路、調(diào)節(jié)光路 調(diào)節(jié)激光管，使入射光平行于晶體的光軸，同時，使光束通過各光學(xué)元件中心。調(diào)節(jié)起偏器和檢偏器正交，這時在白屏上可觀察到單軸晶體的錐光干涉圖樣，如圖所示：四、鈮酸鋰晶體電光調(diào)制四、鈮酸鋰晶體電光調(diào)制-實驗步驟實驗步驟n十字方向?qū)?/p>

5、應(yīng)于兩個偏振片的偏振軸方向。n干涉圖樣中心與光點位置重合，它對應(yīng)著 晶體的光軸方向2 2、觀察晶體的干涉圖觀察晶體的干涉圖像像和電光效應(yīng)現(xiàn)象和電光效應(yīng)現(xiàn)象 未加偏壓時，呈現(xiàn)單軸晶體的錐光干涉圖形，如圖 加上直流偏壓時，呈現(xiàn)雙軸晶體的錐光干涉圖樣，說明單軸晶體在電場的作用下變成了雙軸晶體，產(chǎn)生電光效應(yīng)： 兩個偏振片正交時和平行時，干涉圖樣是互補的； 改變直流偏壓的極性時，干涉圖樣旋轉(zhuǎn)90：四、鈮酸鋰晶體電光調(diào)制四、鈮酸鋰晶體電光調(diào)制-實驗步驟實驗步驟3 3、調(diào)制法測、調(diào)制法測半波電壓半波電壓值值 在晶體上同時加直流電壓和交流正弦信號，改變直流電壓觀察示波器正弦信號輸出情況測得半波電壓的方法。當(dāng)輸

6、出的交流信號出現(xiàn)相鄰倍頻失真對應(yīng)的直流電壓之差就是半波電壓。四、鈮酸鋰晶體電光調(diào)制四、鈮酸鋰晶體電光調(diào)制-實驗步驟實驗步驟V=0伏或V= VV=0伏左右V= V/2輸入輸入輸出輸出1 1、電光效應(yīng)、電光效應(yīng)（1 1）電光效應(yīng)定義：）電光效應(yīng)定義：晶體或液體因外加電場使其折射率n發(fā)生變化的現(xiàn)象 稱為電光效應(yīng)。（例如鈮酸鋰晶體）。橫向電光效應(yīng)橫向電光效應(yīng)a、縱向電光效應(yīng)縱向電光效應(yīng)b、橫向電光效應(yīng)橫向電光效應(yīng)（2 2）電光效應(yīng)分類：）電光效應(yīng)分類：光光 電電光光電電1、調(diào)節(jié)過程中必須避免激光直射人眼，以免對眼睛造成危害。 2、調(diào)節(jié)四維調(diào)整架時要輕調(diào)，不可用力太大，以免損壞調(diào)整架。3、He-Ne激光

7、電源為高壓，一定注意安全，關(guān)閉時正負(fù)極放電處理。五、鈮酸鋰晶體電光調(diào)制五、鈮酸鋰晶體電光調(diào)制-注意事項注意事項思考題：思考題：1 1、半波電壓大小與哪些物理量有關(guān)？、半波電壓大小與哪些物理量有關(guān)？2 2、縱向電光效應(yīng)同橫向電光效應(yīng)的區(qū)別？、縱向電光效應(yīng)同橫向電光效應(yīng)的區(qū)別？3 3、計算電光系數(shù)、計算電光系數(shù) 若 由測得的半波電壓 可求得電光系數(shù) 。220632.8,2.00,54.3,1.503nm dmm lmm n22)(22302ldnV 近代物理實驗近代物理實驗結(jié)束謝謝結(jié)束謝謝! !2 2、半波電壓概念、半波電壓概念)(22302ldnV（2）半波電壓表達(dá)式：）半波電壓表達(dá)式：（3 3

8、）半波電壓與晶體的幾何尺寸有關(guān)。）半波電壓與晶體的幾何尺寸有關(guān)。 （1）半波電壓定義）半波電壓定義：加在晶體上的電壓增加到某一值時，經(jīng)過晶體產(chǎn)生/2/2的光程差，位相差的光程差，位相差 ，光的透射率，光的透射率T=100%T=100%，這時的電壓叫半波電壓通常用 或 表示 。半波電壓是表征電光調(diào)制時電壓對光強影響大小的一個非常重要的物理量，越小越好。V2V（其中 分別為入射光的波長、晶體的厚度和長度、O光折射率和電光系數(shù)。） 022, , ,d l n電光晶體電光晶體dle e光光晶體的截面晶體的截面晶體的雙折射現(xiàn)象晶體的雙折射現(xiàn)象O O光光 晶體的雙折射晶體的雙折射：當(dāng)一束單色光在各向異性晶

9、體的界面折射時，一般可以產(chǎn)生兩束折射光，這種現(xiàn)象稱為晶體的雙折射。更具體地說，對于振動方向互相垂直的o光和e光，在晶體中有著不同的傳播速度（或折射率），因而發(fā)生雙折射現(xiàn)象。 光軸光軸晶體晶體光學(xué)光學(xué)光學(xué)光學(xué)電光晶體電光晶體a、縱向電光效應(yīng)（光、縱向電光效應(yīng)（光 電）電）缺點：1、電極需要安裝在通光面上，為不影響光傳播，電極需要做成特 殊的形狀。b、橫向電光效應(yīng)（光、橫向電光效應(yīng)（光電）電）缺點：對溫度敏感。電光晶體電光晶體（2 2）電光效應(yīng)的分類）電光效應(yīng)的分類v 電光振幅調(diào)制電光振幅調(diào)制 利用電光效應(yīng)，使入射光在電光晶體兩主軸方向的分量產(chǎn)生相位延遲，經(jīng)線偏振器后輸出光的振幅（或光強）與外加電

10、場強度有關(guān)，即將輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為光強信號輸出，實現(xiàn)對光振幅（或強度）的調(diào)制。 v 電光調(diào)制在光通信中的應(yīng)用 本系統(tǒng)是用光波傳遞聲音信息，由激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)起偏器后成為線偏振光，再經(jīng)過4波片變成圓偏振光，使得2個偏振分量(o光和e光)在進入電光晶體之前產(chǎn)生2的相位差，使調(diào)制器工作在近似線性區(qū)域。在激光通過電光晶體的同時，給電光晶體加一個外加電壓，此電壓是需要傳輸?shù)穆曇粜盘?。?dāng)給電光晶體加上電壓后，晶體的折射率及其他光學(xué)性能發(fā)生變化，改變了光波的偏振狀態(tài)，因此，圓偏振光變成橢圓偏振光，再經(jīng)檢偏器又成為線偏振光，光強被調(diào)制。此時的光波載有聲音信息并在自由空間傳播，在接收地用光電探測器接收被調(diào)制的光信號，然后進行電路轉(zhuǎn)換，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，用解調(diào)器將聲音信號還原，最終完成聲音信號的光傳輸。外加電壓為被傳輸?shù)穆曇粜盘枺诵盘柨梢允鞘珍洐C的輸出或磁帶機輸出，實際上就是一個隨時間變化的電壓信號。 v 晶體電光調(diào)制實驗是利用晶體的雙折射現(xiàn)象，將入射的線偏振光分解成振動方向垂直、傳播速度不同的兩個振動分量，利用晶體的電光效應(yīng)由電信號改變晶體的折射率，從而控制兩個振動分量間的位相差，再利用光的相干原理使兩束光疊加，從而實現(xiàn)光強度的調(diào)制。 物理公式補充：物理公式補充：tVVVmitIITs