电光调制实验

四、实验内容
一、调整光路系统，观察干涉图样
1、调节三角导轨底角螺丝，使其稳定于调节台上。在导轨上放置 好半导体光源部分滑块，将小孔光栏置于导轨上，在整个导轨上 拉动滑块，近场远场都保证整个光路基本处于一条直线，即使光 束通过小孔。上起偏振器，使其表面与激光束垂直，且使光束在 元件中心穿过。再放上检偏器，使其表面也与激光束垂直，转动 检偏器，使其与起偏器正交。 2、将铌酸锂晶体置于导轨上，调节晶体使其x轴在铅直方向，使 其通光表面垂直于激光束（这时晶体的光轴与入射方向平行，呈 正入射），这时观察晶体前后表面查看光束是否在晶体中心，若 没有，则精细调节晶体的二维调整架，保证使光束都通过晶体， 且从晶体出来的反射像与半导体的出射光束重合。 3. 拿掉四分之一波片，在晶体盒前端插入毛玻璃片，检偏器后放 上像屏。光强调到最大，此时晶体偏压为零。这时可观察到晶体 的单轴锥光干涉图，即一个清楚的暗十字线，它将整个光场分成 均匀的四瓣，如果不均匀可调节晶体上的调整架。 4. 旋转起偏器和检偏器，使其两个相互平行，此时所出现的单轴 锥光图与偏振片垂直时是互补的。
三、改变直流偏压，选择不同的工作点，观察正 弦波电压的调制特性。
四、用波片来改变工作点，观察输出特性。
在上述实验中，去掉晶体上加的直流偏压，把波片置入晶 体和偏振片之间，绕光轴缓慢旋转时，可以看到输出波形 随着发生变化。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“倍频”失真。因此，把波片 旋转一周时，出现四次线性调制和四次“倍频”失真。
五、光通讯的演示
按下电源面板上信号选择开关中的“音频”键，此时，正 弦信号被切断，输出装在电源里的“音频”片信号。输出 信号通过放大器的扬声器播放，改变工作点，此时，所听 到的音质不同，通过通光和遮光，演示激光通讯。
五、注意事项
1、调节过程中必须避免激光直射人眼，以免对 眼睛造成危害。 2、调节四维调整架时要轻调，不可用力太大， 以免损坏调整架。 3、为防止强激光束长时间照射而导致光敏管 疲劳或损坏，调节使用后需要随即用塑盖将光 电接收孔盖好。 4、光电探测器是半导体器件应避免强光照射以 免烧坏。做实验时光强应由弱到强缓慢改变， 当出现饱和时可降低光强。
y 0
=
A 2
(eiδ −1)
∗ A δ I1 ∝ ( Ey ) i( Ey ) = ( e−iδ −1)( eiδ −1) = 2A2 sin2 0 0 2 2 2
由上式，光强透过率T为
T= I1 δ = sin2 Ii 2
δ=
2π
λ
(nx' − ny' ) l =
六、思考题
1、如何保证光束正入射于晶体的端面，怎样判 断？不是正入射时有何影响？ 2、起偏器和检偏器既不正交又不平行时，会出 现何种情况？ 3、1/4波片改变工作点，观察调制现象时为何只 出现线性调制和倍频失真，而没有其它失真？
π
2Vπ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(V0 +Vm sinωt )
V 其中 V 是直流偏压，
0
m
sin ωt 是交流调制信号，m 是 V
其振幅， ω 是调制频率，从上式可以看出，改 变 V 或 V 输出特性，透过率将相应的发生变化。
0 m
由于对单色光，π n γ 为常数， 因而T将仅随晶体
λ
3 0 22
上所加电压变化，如图四所示，T与V的关系是 非线性的，若工作点选择不适合，会使输出信 号发生畸变。但在 Vπ 附近有一近似直线部分，
2π
λ
3 n0γ22V
l d
由此可见，δ和V有关，当电压增加到某一值时，X’ 、Y’方向的偏振光经过晶体后产 生 λ 的光程差，位相差 δ = π , T = 100 0 0 ，这一电压叫半波电压，通常用 Vπ 或 Vλ 表示。
2
2
将半波电压代入透射率公式可以写成
T = sin2
π
2Vπ
V = sin2
6. 晶体加上偏压时呈现双轴锥光干涉图，说明单轴晶体在电场作用 下变成双轴晶体，即电致双折射。 7.改变晶体所加偏压极性，锥光图旋转90度。
直流偏压为0
改变晶体所加偏压极性， 锥光图旋转90度
二、用调制法测量半波电压
晶体上直流电压和交流正弦信号同时加上，当直流电压调 到输出光强出现极小值或极大值对应时，输出的交流信号 出现倍频失真，通过示波器可看出。出现相邻倍频失真对 应的直流电压之差就是半波电压。 具体做法是：把电源前面板上的调制信号“输出”接到双 踪 示波器的y1上，经放大后的调制器的输出信号接到示波器 的y2上，把y1,y2上的信号做比较，将检偏器旋转90度，当 晶体上加的直流电压缓慢增加到半波电压时，输出出现倍 频失真；改变晶体上电压的极性后，电压加到半波电压时， 又出现倍频失真，相继两次出现倍频失真时对应的直流电 压值之差就是半波电压。
I ∝ E • E∗ = Ex' (0) + Ey (0) = 2 A2
2 2
当光通过长为l的电光晶体后， X′和Y′两分量之间就产生位相差δ，即
E x ' (l ) = A E y ' (l ) = Ae − iδ
通过检偏器出射的光，是这两分量在Y轴上的投影之和
(E )
其对应的输出光强 I1 ，可写成
调制器的工作点虽然选定在线性工作区的中心，但不满足小信 号调制的要求 （3）当 V
0
= 0 , Vm 〈〈VΠ 时，输出光是调制信号频率的二倍，即产生
“倍频”失真。 （4）直流偏压V0在零伏附近或在 Vπ 附近变化时，由于工作点不 在线性工作区，输出波形将分别出现上下失真。
综上所述，电光调制是利用晶体的双折射现象，将入射的线 偏振光分解成o光和e光，利用晶体的电光效应有电信号改变 晶体的折射率，从而控制两个振动分量形成的像差，在利用 光的相干原理两束光叠加，从而实现光强度的调制。
入射光经起偏器后变为振动方向平行于X轴的线偏振光，它在 晶体的感应轴 X 和 Y 轴上的投影的振幅和位相均相等，设分别
' '
为
ex' = A0 cosωt e y' = A0 cosωt
或用复振幅的表示方法，将位于晶体表面（z=0）的光波表示 为
E x' (0) = A E
y'
(0) = A
所以,入射光的强度是
大学物理实验
电光调制
一、实验目的
1、掌握晶体电光调制的原理和实验方法
2、学会利用实验装置测量晶体的半波电压，计算晶 体的电光系数
3、观察晶体电光效应引起的晶体会聚偏振光的干涉现象
电光晶体 半导体 激光器 光电探 测器
小孔光阑 电光晶体 调制、接 受电源 检偏器与 1/4波片 起偏器
三、实验原理
2
这一直线部分称作线性工作区，由上式可以看 出：当 V = 1 Vπ 时， δ = π , T = 50 。
0
2
2
0
改变直流偏压选择工作点对输出特性的影响
（1）当 V
0
=
VΠ 2
，V
m
〈〈VΠ 时,
将工作点选定在线性工作区的中心处,此时,可获得较高频率 的线性调制 （2）当 V
0
=
Vπ , Vm > Vπ 时 2