物理晶体的电光效应

(3) 直流偏压U0在0伏附近或在Uπ附近变化时， 由于工作点不在线性工作区，输出波形将 失真。
(4) 当U0=Uπ/2, Um>Uπ时，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。因此，工作点虽然 选定在了线性区，输出波形仍然是失真的
电光介质获得的相位差，由г=πv/vπ，式 (15.1)表示输出光波是沿y方向的线偏振光

其光强为:
I0 2 v I (1 cos ) I 0 sin ( ) 2 2 v
，
上式说明光强收到外加电压的调制，称振 , 幅调制，I0为光强的幅值，当V=Vπ时，I =I0

铌酸锂晶体横调制 纵调制器件的调制度近似Гm，而与光 波在晶体中传播的距离无关。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Vπ都很高。由于Vπ与λ 成正比，当光 源波长较大时（例如 10.6μ m）， Vπ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，扎 入损耗较大；后者引起晶体电场不均匀。 解决上述问题的方案之一，是采用横调 制。
：
其中令电场强度为E=Ez,代入得电场感生的法 线椭球方程式
x y z 2 2 1 2 nx ny nz
2
2
2
1 3 ห้องสมุดไป่ตู้x n y n 0 n0 13 E z 2 3 nz ne ne 33 E z

应注意在这一情况下电场感生坐标系和 主轴坐标系一致，仍然为单轴晶体，但寻 常光和非常光的折射率都受到外电场的调 制。设入射线偏振光沿xz的角平分线方向 振动，两个本征态x和z分量的折射率差为
二、电光调制原理

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，射出晶体后的偏 振态由下式表示：
ˆ J 1 ei( / 2) i ( / 2 ) 2 e
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，也称为线性电光效应 或普克尔(Pokells)效应；
称为二次电光效应，也称平方电光效应或 克尔(Kerr)效应。一次电光效应存在于不具 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。 光在各向异性晶体中传播时，因光的传播方 向不同，光的折射率也不同。
1 3 3 n x n z ( n0 ne ) ( n0 13 ne 33 ) E 2
当晶体的厚度为L，则射出晶体后光波 的两个本征态的相位差为
2 2 2 n0 13 ne 33 (nx nz ) L ( n0 ne ) L EL 0 0 0 2
由二次项bE02引起折射率变化的效应，
通常用折射率球来描述 折射率球来描述折射 率与光的传播方向、 振动方向的光系，在 主轴坐标中，折射率 椭球及其方程为：
z
x y z 2 2 1 2 n1 n2 n3
式中n1,n2,n3为椭球三 个主轴方向上的折射 率，称为主折射率
n1 x
2
2
2
n3 n2 y
晶体的电光效应
班级：电科091 姓名：贺维康 学号：09461112
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)了解一种激光通信的方法。
实验原理
一、一次电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 的变化用下式表示： n=n0 +aE0 +bE02+……
当晶体加上电场后，折射率椭球的形状、大 小、方向都发生变化，椭球方程变为：
x 2 y 2 z 2 2 yz 2 xz 2 xy 2 2 2 2 2 1 2 n11 n 22 n33 n 23 n13 n12
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；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。
改变直流偏压对输出特性的影响 (1) 当U0=Uπ/2, Um<<Uπ时，将工作点选定 在线性工作区的中心处，此时可获得较高 效率的线性调制。 当Um<<Uπ时，这时调制器输出的信号和 调制信号虽然振幅不同，但是两者的频率 却是相同的，输出信号不失真，我们称为 线性调制。 (2) 当U0=0时，输出信号的频率是调制信号 频率的二倍，即产生“倍频”失真。
3 3
上式说明在横调制情况下，相位差由两 部分构成：晶体的自然双折射部分（式中 第一项）及电光双折射部分（式中第二 项）。通常使自然双折射项等于π/2的整数 倍。
横调制器件的半波电压为
d 0 V 3 3 L ne 33 n0 13
我们用到关系式E=V/d。由上式可知半波 电压Vπ与晶体长度比L/d成反比。因而可以 通过加大器件的长度比V/d来减小Vπ
如果在输出端放一个与y平行的偏振器，就 构成泡克耳斯盒。由检偏器输出的光波琼斯矩 阵为： 0 0 0 cos( / 2 ) （15.1） ˆ
J
,
xy
1 1 i sin( / 2 ) i sin( / 2 )
首先进行坐标变换，得到xy坐标系内琼斯 矩阵的表达式：
π ˆ 1 1 1 e i ( / 2 ) cos ( / 2 ) i ( / 2 ) R ( ) J i sin( / 2 ) 4 2 1 1 e