25.晶体电光效应(1)

晶体电光效应

一、实验目的

1测量LN 晶体的半波电压； 2、观察电光调制器的工作性质。

、实验原理

电场施加在晶体上，会使晶体的折射率发生变化，这种现象称之为电光效应。下图为晶 体电光调制原理示意图。

图中起偏器P 偏振化方向平行于晶体的 x 轴，且与检偏器正交，波长为 入的光束沿z 轴(光

轴)入射，电场方向平行于 x 轴，x'、y 为晶体的感应轴，与 x 、y 轴成n / 4角。当光束通 过长为I 的晶体后，偏振光 x'、y'两分量间产生位相差

，

2

2 3 I g n )l

n 。22V

(1)

y

d

O 光折射率，电光系数及厚度，V 为施加的直流电压。当s = n V n ,因此时偏振光x'.y'两分量间产生的光程差为 入/2。由式

偏振光x' .y'两分量复振幅可分别写为

E x'(l) A Ey(l)

Ae i

通过检偏器的出射光，是此两分量在 y 轴上投影之和

(E y )o

(AM/2)(e i 1)

相应的输出光强I 可写成

2

* A i

i 2 2

I o (E y )o (E y )o (_2)[(e

1)(e 1)] 2A sin /2

光强透过率

式中n 0,「22和d 分别为晶体的 时，施加的电压称为半波电压 (1)

则位相差可表为

V ( /2n 3 22)牛

LNHHft-

Z Z 1

和4疚广

-激进器A 卩備据片nm 列澤

由上式知透过率与电压的关系是非线性的。 为了进行线性调制，在调制光路中加入一个—波

4

片，使其光轴与0P 成45。，则

即T x V m sin ® t ，此时调制器输出波形频率和调制频率相同，即线性调制。

三、实验仪器

LN 晶体横向电光调制器，电光效应仪，示波器。

四、实验步骤

I 。・ 2/ 、

匚

sin

sin 2(

、

I o

1

sin 2[1(

2 2V

V

)] 1

[1 sin(—)] 2 V

式中为V o 直流偏压，V m sin ® t 为交流调制信号。从上式可知，改变 随之变化。当 V o = V n /2，且V m <

⑺

V o 或V m ，输出特性将

I o I i

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1光路的调节

1 •首先将起偏器P与检偏器A调节成相互垂直(即偏振方向相互正交) ，此时透过A

的光强应为最小(如果P和A都是理想的话，则应无光通过)。

2•将装有LN晶体的支架放在P与A之间，调节LN支架，使LN晶体的光轴(z轴)与激光束平行。方法为：在A之后放一白纸，可看到，由于锥光干涉产生的十字阴影，使激光束处在黑十字阴影的正中时，就可以认为大体调好了。

3. 调节LN晶体的感应主轴X’和y与P和A的偏振方向成45o夹角。调节方法可参

考如下步骤：首先在晶体上加上直流电压(约50V),然后使P和A向同一方向转过同样的

角度，直到通过A的光强为最小时为止，记下此时P和A度盘上的角度值。这时外加电压的变化不能改变透过A的光强。这样P和A的方向与X’和y ’轴平行。然后当需要测量半波电压时，就使P和A向同一方向转过450,这样就调节完了。

4. 将入/4波片加入光路，在P和A的方向与X，和丫/轴平行的状态下，当晶体上不加电压时，旋转入/4波片，使透过A的光强最小，此时波片的光轴与P平行或者成900。记下此时波片刻度盘上的角度值。

5. 当需要将调制器的工作点放在如图3中的B点处，就将入/4波片旋转450。

2、测LN晶体的半波电压。

在示波器上观察被交变电压调制的光强波形,

(1)在光路调好的前提下，将光电探测器接于④T光电输入端，开关指向光功率。

(2 )将LN接于②T输出端。

(3)打开电源开关①，则②③④数显表亮。

(4)调节直流电压从0伏到约300V,每步间隔10V,记录每步光功率I o显示)及V (直流电压)数据。根据此组数据画出

LN晶体I。一V曲线图，由图确定LN晶体的半波电压。

2. 观察电光调制器的工作性质。

(1 )将②T输出端直流电压调为零，再将

LN接于③T输出端。

(2)将示波器连接于④T监测端，开关指

向调解。

(3 )将入/4波片加入光路，调节交变电压, 看一看在什么情况下会发生畸变，畸变波形的特点是什么?

(4)调节交变电压至一合适值，分别将工作点调到图3中的B点和O点处，在不同工作点上观察输出光强的波形。看看会发生什么现象？

3.语音信号传递

（1）将③T输出端交流电压调为零，再将LN接于⑤T输出端。

（2）将示波器连接于④T监测端，同时将开关置“解调、喇叭”位置。

（3）调制信号⑤T信号源开关置“内”位置，就可在示波器上看到语音信号的波形，同时听到语音信号。

将⑤T信号源开关置“外”位置，从⑤T外接信号端输入自备的音频信号（收音机或录音机信号）。就可在示波器上看到音频信号的波形，同时听到自备的音频信号。

五、数据表格

六、数据处理方法和要求

根据数据，以V为横坐标、Io为纵坐标作图，依次读出峰值与谷值对应的电压值V1 ,V2 , 则相邻值的差即为半波电压。用逐差法处理，求半波电压。

七、注意事项

1、开机、关机前及更换LN晶体所加电压时，均应将②和③中的电压调节旋纽逆时针旋到底，使②和

③的数显表指示为零，避免触电。

2、连接晶体的电缆线两夹头不允许短接，避免造成仪器短路。

3、220V,50Hz电源应稳定，如果有较大的波动，需配置交流稳压器及房间内不能有强空气对流，否则会引起氦氖激光器输出功率的波动，对测量半波电压不利。

八、思考题

1、从加直流电压前后屏上显现的晶体出射光强的变化，可判定晶体产生电光效应，其理由何在。

2、电光晶体调制器应满足什么条件方能使输出波形不失真。