电光调制实验

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。如图四所示
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。如图五所示
3.观察晶体电光效应引起的晶体会聚偏振光的干涉现象
【实验使用仪器与材料】
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
【实验步骤】
一、调整光路系统
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。
【实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）】
实验数据拍照记录：
（不加毛玻璃）
（加毛玻璃）起偏器和检偏器不垂直
起偏器和检偏器垂直
【实验结果与分析】
按照实验操作得到的实验结果符合理论情况
1.第一个实验操作符合理论的光的干涉图像
2.加了毛玻璃后，光线会被折射，当起偏器和检偏器垂直，光无法穿过检片器，光屏无图像，一旦二者不垂直，由于光被折射，所以无法在光屏后出现光的干涉图像
2．调制法
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。这种方法比极值法更精确，因为用极值法测半波电压时，视觉很难准确的定位极大和极小值，因而误差较大。
另一种是施加在晶体上的电场在空间上有一定的分布，形成电场图像，随X和Y坐标变化的强度透过率或相位分布，但在时间上不变或者缓慢变化，从而对通过的光波进行调节；
3.知道电光调制原理：晶体的折射率因外加电场而发生变化的现象称为电光效应，电光调制原理电光调制是利用某些晶体材料在外加电场作用下折射率发生变化的电光效应而进行工作的。根据加在晶体上电场的方向与光束在晶体中传播的方向不同，可分为纵向调制和横向调制。电场方向与光的传播方向平行，称为纵向电光调制；电场方向与光的传播方向垂直，称为横向电光调制。横向电光调制的优点是半波电压低、驱动功率小，应用较为广泛；
实验证明，通过晶体上加直流偏压可以改变调制器的工作点，也可以用 波片选择工作点，其效果是一样的，但两种方法的机理是不同的。
5．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。音频讯号接到示波器上，可以看到我们听到的音乐信号的波形，它是由振幅不同的不同频率的正弦波叠加而成的。也可以用光缆把输出信号和接收器连接起来，实现模拟激光光纤通讯。调制信号也可以用录音机输出的电信号，把它接到电源面板上的“输入”端，这时要按下信号选择开关中的“外调”键，其他信号源被切断，输出录音机放出的音频信号。
3．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。
电源面板上的信号选择琴键开关可以提供三种不同的调制信号，按下“正弦”键，机内单一频率的正弦波振荡器工作，此信号经放大后，加到晶体上。同时，通过面板上的“输出”孔，输出此信号，把它接到双踪示波器的y1上，作为参考信号。改变直流偏压，使调制器工作在不同的状态，把被调制信号经光电转换，放大后接到双踪示波器y2上，和y1上的参考信号比较。工作点选定在曲线的直线部分，即 附近时线性调制；工作点选在曲线的极小值（或极大值）附近时，输出信号“倍频”失真；工作点选定在极小值（或极大值）附近时输出信号失真，观察时调制信号幅度不能太大，否则调制信号本身失真，输出信号的失真无法判断有什么原因引起，把观察到的波形描下来，并和前面的理论分析做比较。做这步实验时把电源上的调制幅度、调制器上的输入光强、放大器的输出、示波器的增益(或衰减)这四部分调好，才能观察到很好的输出波形。
二、依据 晶体的透过率曲线(即T-V曲线)，选择工作点。测出半波电压，算出电光系数，并和理论值比较。我们用两种测量方法：
1．极值法
晶体上只加直流电压，不加交流信号，并把直流偏压从小到大逐渐改变时，示波器上可看到输出光强出现极小值和极大值。
具体做法：取出毛玻璃，撤走白屏，接收器对准出光点，加在晶体上的电压从零开始，逐渐增大这时可看到示波器上光强极大和极小有一明显起落，直流偏压值由电源面板上的三位半数字表上读出。先测对应于V0>0时，当光强最大时，测一组最大值，然后改变极性，最大时再测一组数据，两个极大之间对应的电压之和就是半波电压的两倍，多次测量取平均值，可以减少误差。
放上起偏振器，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，即，使检偏器的主截面与起偏器的主截面垂直，这时光点消失，即所谓的消光状态。
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.根据光电效应，光子射到接收器后，1.通过这次实验我掌握了晶体电光调制的原理和实验方法，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，并观察到晶体电光效应引起的晶体会聚偏振光的干涉现象。
2.如何调制：一种是施加在晶体上的电场在空间上基本是均匀的，但在时间上是变化的。当一束光通过晶体之后，可以使一个随时间变化的电信号转化为光信号，由于光波的强度或相位发生变化来体现要传递的信息
4．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。
4.了解电光效应的应用：光雷达、光存储、光通信等激光应用中的关键元件
5.认识到电光调制实验仪作为高等院校新一代的物理实验仪器，在基础物理实验和相关专业的实验中用以研究电场和光场相互作用的物理过程，也适用于光通讯与光信息处理的实验研究。
广州大学学生实验报告
院（系）名称
班别
姓名
专业名称
学号
实验课程名称
实验项目名称
实验时间
实验地点
实验成绩
指导老师签名
内容包含：实验目的、实验使用仪器与材料、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）、实验结果与分析、实验心得
【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
图四图五
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。如图六所示
7.改变晶体所加偏压极性，锥光图旋转90度。如图七所示
图六图七
8只改变偏压大小时，干涉图形不旋转，只是双曲线分开的距离发生变化。这一现象说明，外加电场只改变感应主轴方向的主折射率的大小、折射率椭球旋转的角度和电场大小无关。