晶体的电光效应-精选精品教育文档
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? 激光调制之所以常采用强度调制形式，主 要是因为光接收器一半都是直接地响应其 所接受的光强度变化的缘故。
? 激光调制的方法很多，如机械调制、电光调 制、声光调制和电源调制等。其中电光调制 器开关速度快、结构简单。因此，在激光调 制技术及混合型光学双稳器件等方面有广泛 的应用。
? 电光调制根据所施加的电场方向的不同，可 分为纵向电光调制和横向电光调制。
? 横向电光效应是加在晶体上的电场方向与 光在晶体里传播的方向垂直时产生的电光 效应。
二、电光调制原理
? 要用激光作为传递信息的工具，首先要解 决如何将传输信号加到激光辐射上去的问 题，我们把信息加载于激光辐射的过程称 为激光调制，把完成这一过程的装置称为 激光调制器。
? 由已调制的激光辐射还原出所加载信息的 过程称为解调。
，
I?
I0 2
(1? cos ? ) ?
I
0
sin
2
(
?v
2v?
)
? 上式说明光强受到外加电压的调制，称振 幅调制，为光强的幅值，当 V ? V?时I ?? I0.
·
本实验研究铌酸锂晶体的一次电光效 应，用铌酸锂晶体的横向调制装置测 量铌酸锂晶体的半波电压及电光系数， 并用两种方法改变调制器的工作点， 观察相应的输出特性的变化。
? 光在各向异性晶体中创博时，因光的传播方 向不同或者是电矢量的振动方向不同，光的 折射率也不同。
? 通常用折射率球来描述折射率与光的传播方 向、振动方向的关系。
? 在主轴坐标中，折射率椭球及其方程为：
x2 y2 z2 n12 ? n22 ? n32 ? 1
式中n1,n2,n3为椭球三个主轴
方向上的折射率，
铌酸锂晶体横调制
? 纵调制器件的调制度近似为，与外加电压振幅成 正比，而与光波在晶体中传播的距离（即晶体沿
光轴 z的厚度 L，又称作用距离）无关。这是纵调
制的重要特性。纵调制器也有一些缺点。首先， 大部分重要的电光晶体的半波电压都很高。由于 与成正比，当光源波长较长时（例如10.6μm）， 更高，使控制电路的成本大大增加，电路体积和 重量都很大。其次，为了沿光轴加电场，必须使 用透明电极，或带中心孔的环形金属电极。前者 制作困难，插入损耗较大；后者引起晶体中电场 不均匀。解决上述问题的方案之一，是采用横调 制。
表示： n=n0+aE0+bE02+‥‥‥
式中a和b为常数，n0为不加电场时晶体的折 射率
? 由一次项aE0引起折射率变化的效应，称为 一次电光效应，也称线性电光效应或普克尔 效应;
? 由二次项bE02引起折射率变化的效应，称为 二次电光效应，也称平方电光效应或克尔效 应。
? 一次电光效应只存在于不具有对称中心的晶 体中，二次电光效应则可能存在于任何物质 中，一次效应要比二次效应显著。
KDP晶体纵调制
? 设电光晶体是与xy平行的晶片，沿z方向的
厚度为L，在z方向加电压（纵调制），在
输入端放一个与x方向平行的起偏振器，
入射光波沿z方向传播，且沿x方向偏振，
射入晶体后，它分解成方向的偏振光（如
图下图所示），射出晶体后的偏振态由式
表示：
J??? ?
1 2
????ee?ii((??//22))
??? ?
y
?
x
?
图 2.1 xy 坐标系和 ?? 标系（感生坐标系）
? 首先进行坐标变换，得到 xy坐标系内琼斯矩阵的
表达式：
R
π ( 4
)
J???
?
1 2
?????11
11????????ee?ii((??//22))
????
?
?????ciossin(?(?/
2) / 2)
????
? 如果在输出端放一个与 y 平行的检偏振器，就构
? 因为激光实际上只起到了“携带”低频信 号的作用，所以称为载波，而起控制作用 的低频信号是我们所需要的，称为调制信 号，被调制的载波称为已调波或者调制光。
? 按调制的性质而言，激光调制与无线电波 调制相类似，可以采用连续的调幅、调频、 调相以及脉冲调制等形式，但激光调制多 采用强度调制。
? 强度调制是根据光载波电场振幅的平方比 例于调制信号，使输出的激光辐射的强度 按照调制信号的规律变化。
晶体的电光效应
电科091 孙秋梅 09461105
实验目的：
? （1）掌握晶体电光调制的原理和实验方法。 ? （2）学会测量晶体半波电压、电光常数的
实验方法。 ? （3）了解一种激光通光效应和晶体的折射率椭球 ? 由电场所引起的晶体折射率的变化，称为
电光效应。 ? 通常可将电场引起的折射率的变化用下式
称为主折射率。
? 当晶体加上电场后，折射率椭球的 形状、大小、方位都发生变化，椭 球方程变为：
x2 y2 z2 2 yz 2xz 2xy n121 ? n222 ? n323 ? n223 ? n123 ? n122 ? 1
? 晶体的一次电光效应分为纵向电光效应和 横向电光效应两种。
? 纵向电光效应是加在晶体上的电场方向与 光在晶体里传播的方向平行时产生的电光 效应。
? 电极D1、D2与光波传播
方向平行。外加电场则 P 与光波传播方向垂直。
Q ITO1 ITO2 A
KD*P 电极引线 绝缘环
? 电光效应引起的相位差正比于电场强度E和
作用距离L（即晶体沿光轴z的厚度）的乘积
EL、E正比于电压V，反比于电极间距离d，
因此
? ? LV
d
? 对一定 ? 的 ，外加电压V与晶体 长宽比L/d成反比，加大 L/d可使得 V下降。电压 V下降不仅使控制电路
成本下降、而且有利于提高开关速
度。铌酸锂晶体具有优良的加工性
能及很高的电光系数，
r33=30.8*10-12m/V, 常常用来做成 横制器。铌酸锂为单轴负晶体，有
nx=ny=n0=2.297,n z=ne2.208
? 令电场强度为 E=Ez，得到电场感生的法线 椭球方程式： x2 y2 z2 nx2 ? ny 2 ? nz2 ? 1
成泡克耳斯盒。由检偏器输出的光波琼斯矩阵为：
J?, xy ? ????10
0 1
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2) / 2)
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i
0 sin(?
/
2)
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其中为两个本征态通过厚度为 L的电光介质获得的
相位差
? 由 ? ? ?V V? 上式表示输出光波是沿y方
向的线偏振光，其光强为
? 激光调制的方法很多，如机械调制、电光调 制、声光调制和电源调制等。其中电光调制 器开关速度快、结构简单。因此，在激光调 制技术及混合型光学双稳器件等方面有广泛 的应用。
? 电光调制根据所施加的电场方向的不同，可 分为纵向电光调制和横向电光调制。
? 横向电光效应是加在晶体上的电场方向与 光在晶体里传播的方向垂直时产生的电光 效应。
二、电光调制原理
? 要用激光作为传递信息的工具，首先要解 决如何将传输信号加到激光辐射上去的问 题，我们把信息加载于激光辐射的过程称 为激光调制，把完成这一过程的装置称为 激光调制器。
? 由已调制的激光辐射还原出所加载信息的 过程称为解调。
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? 上式说明光强受到外加电压的调制，称振 幅调制，为光强的幅值，当 V ? V?时I ?? I0.
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本实验研究铌酸锂晶体的一次电光效 应，用铌酸锂晶体的横向调制装置测 量铌酸锂晶体的半波电压及电光系数， 并用两种方法改变调制器的工作点， 观察相应的输出特性的变化。
? 光在各向异性晶体中创博时，因光的传播方 向不同或者是电矢量的振动方向不同，光的 折射率也不同。
? 通常用折射率球来描述折射率与光的传播方 向、振动方向的关系。
? 在主轴坐标中，折射率椭球及其方程为：
x2 y2 z2 n12 ? n22 ? n32 ? 1
式中n1,n2,n3为椭球三个主轴
方向上的折射率，
铌酸锂晶体横调制
? 纵调制器件的调制度近似为，与外加电压振幅成 正比，而与光波在晶体中传播的距离（即晶体沿
光轴 z的厚度 L，又称作用距离）无关。这是纵调
制的重要特性。纵调制器也有一些缺点。首先， 大部分重要的电光晶体的半波电压都很高。由于 与成正比，当光源波长较长时（例如10.6μm）， 更高，使控制电路的成本大大增加，电路体积和 重量都很大。其次，为了沿光轴加电场，必须使 用透明电极，或带中心孔的环形金属电极。前者 制作困难，插入损耗较大；后者引起晶体中电场 不均匀。解决上述问题的方案之一，是采用横调 制。
表示： n=n0+aE0+bE02+‥‥‥
式中a和b为常数，n0为不加电场时晶体的折 射率
? 由一次项aE0引起折射率变化的效应，称为 一次电光效应，也称线性电光效应或普克尔 效应;
? 由二次项bE02引起折射率变化的效应，称为 二次电光效应，也称平方电光效应或克尔效 应。
? 一次电光效应只存在于不具有对称中心的晶 体中，二次电光效应则可能存在于任何物质 中，一次效应要比二次效应显著。
KDP晶体纵调制
? 设电光晶体是与xy平行的晶片，沿z方向的
厚度为L，在z方向加电压（纵调制），在
输入端放一个与x方向平行的起偏振器，
入射光波沿z方向传播，且沿x方向偏振，
射入晶体后，它分解成方向的偏振光（如
图下图所示），射出晶体后的偏振态由式
表示：
J??? ?
1 2
????ee?ii((??//22))
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图 2.1 xy 坐标系和 ?? 标系（感生坐标系）
? 首先进行坐标变换，得到 xy坐标系内琼斯矩阵的
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? 因为激光实际上只起到了“携带”低频信 号的作用，所以称为载波，而起控制作用 的低频信号是我们所需要的，称为调制信 号，被调制的载波称为已调波或者调制光。
? 按调制的性质而言，激光调制与无线电波 调制相类似，可以采用连续的调幅、调频、 调相以及脉冲调制等形式，但激光调制多 采用强度调制。
? 强度调制是根据光载波电场振幅的平方比 例于调制信号，使输出的激光辐射的强度 按照调制信号的规律变化。
晶体的电光效应
电科091 孙秋梅 09461105
实验目的：
? （1）掌握晶体电光调制的原理和实验方法。 ? （2）学会测量晶体半波电压、电光常数的
实验方法。 ? （3）了解一种激光通光效应和晶体的折射率椭球 ? 由电场所引起的晶体折射率的变化，称为
电光效应。 ? 通常可将电场引起的折射率的变化用下式
称为主折射率。
? 当晶体加上电场后，折射率椭球的 形状、大小、方位都发生变化，椭 球方程变为：
x2 y2 z2 2 yz 2xz 2xy n121 ? n222 ? n323 ? n223 ? n123 ? n122 ? 1
? 晶体的一次电光效应分为纵向电光效应和 横向电光效应两种。
? 纵向电光效应是加在晶体上的电场方向与 光在晶体里传播的方向平行时产生的电光 效应。
? 电极D1、D2与光波传播
方向平行。外加电场则 P 与光波传播方向垂直。
Q ITO1 ITO2 A
KD*P 电极引线 绝缘环
? 电光效应引起的相位差正比于电场强度E和
作用距离L（即晶体沿光轴z的厚度）的乘积
EL、E正比于电压V，反比于电极间距离d，
因此
? ? LV
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? 对一定 ? 的 ，外加电压V与晶体 长宽比L/d成反比，加大 L/d可使得 V下降。电压 V下降不仅使控制电路
成本下降、而且有利于提高开关速
度。铌酸锂晶体具有优良的加工性
能及很高的电光系数，
r33=30.8*10-12m/V, 常常用来做成 横制器。铌酸锂为单轴负晶体，有
nx=ny=n0=2.297,n z=ne2.208
? 令电场强度为 E=Ez，得到电场感生的法线 椭球方程式： x2 y2 z2 nx2 ? ny 2 ? nz2 ? 1
成泡克耳斯盒。由检偏器输出的光波琼斯矩阵为：
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其中为两个本征态通过厚度为 L的电光介质获得的
相位差
? 由 ? ? ?V V? 上式表示输出光波是沿y方
向的线偏振光，其光强为