铌酸锂晶体横向电光调制实验

【实验报告】近代物理实验教程的实验报告

近代物理实验教程的实验报告 时间过得真快啊！我以为自己还有很多时间，只是当一个睁眼闭眼的瞬间，一个学期都快结束了，现在我们为一学期的大学物理实验就要画上一个圆满的句号了，本学期从第二周开设了近代物理实验课程，在三个多月的实验中我明白了近代物理实验是一门综合性和技术性很强的课程，回顾这一学期的学习，感觉十分的充实，通过亲自动手，使我进一步了解了物理实验的基本过程和基本方法，为我今后的学习和工作奠定了良好的实验基础。我们所做的实验基本上都是在物理学发展过程中起到决定性作用的著名实验，以及体现科学实验中不可缺少的现代实验技术的实验。它们是我受到了著名物理学家的物理思想和探索精神的熏陶，激发了我的探索和创新精神。同时近代物理实验也是一门包括物理、应用物理、材料科学、光电子科学与技术等系的重要专业技术基础物理实验课程也是我们物理系的专业必修课程。 我们本来每个人要做共八个实验，后来由于时间关系做了七个实验，我做的七个实验分别是：光纤通讯，光学多道与氢氘，法拉第效应，液晶物性，非线性电路与混沌，高温超导，塞满效应，下面我对每个实验及心得体会做些简单介绍： 一、光纤通讯：本实验主要是通过对光纤的一些特性的探究（包括对光纤耦合效率的测量，光纤数值孔径的测量以及对塑料光纤光纤损耗的测量与计算），了解光纤光学的基础知识。探究相位调制型温度传感器的干涉条纹随温度的变化的移动情况，模拟语电话光通信， 了解光纤语音通信的基本原理和系统构成。老师讲的也很清楚，本试验在操作上并不是很困难，很易于实现，易于成功。

二、光学多道与氢氘：本实验利用光学多道分析仪，从巴尔末公式出发研究氢氘光谱，了解其谱线特点，并学习光学多道仪的使用方法及基本的光谱学技术通过此次实验得出了氢原子和氘原子在巴尔末系下的光谱波长，并利用测得的波长值计算出了氢氘的里德伯常量，得到了氢氘光谱的各光谱项及巴耳末系跃迁能级图，计算得出了质子和电子的质量之比。个人觉得这个实验有点太智能化，建议锻炼操作的部分能有所加强。对于一些仪器的原理在实验中没有体现。如果有所体现会比较容易使学生深入理解。数据处理有些麻烦。不过这也正是好好提高自己的分析数据、处理数据能力的好时候、更是理论联系实际的桥梁。 三、法拉第效应：本实验中，我们首先对磁场进行了均匀性测定，进一步测量了磁场和励磁电流之间的关系，利用磁场和励磁电流之间的线性关系，用电流表征磁场的大小；再利用磁光调制器和示波器，采用倍频法找出ZF6、MR3－2样品在不同强度的旋光角θ和磁场强度B的关系，并计算费尔德常数；最后利用MR3样品和石英晶体区分自然旋光和磁致旋光，验证磁致旋光的非互易性。 四p液晶物性：本实验主要是通过对液晶盒的扭曲角，电光响应曲线和响应时间的测量，以及对液晶光栅的观察分析，了解液晶在外电场的作用下的变化，以及引起的液晶盒光学性质的变化，并掌握对液晶电光效应测量的方法。本实验中我们研究了液晶的基本物理性质 和电光效应等。发现液晶的双折射现象会对旋光角的大小产生的影响，在实验中通过测量液晶盒两面锚泊方向的差值，得到液晶盒扭曲角的大小为125度；测量了液晶的响应时间。观察液晶光栅的衍射现象，在“常黑模式”和“常白模式”下分别测量了液晶升压和降压过程的电光响应曲线，求得了阈值电压、饱

电光效应和电光调制

电光效应和电光调制 当给晶体或液体加上电场后，该晶体或液体的折射率发生变化，这种现象成为电光效应。1875年克尔（Kerr）发现了第一个电光效应。即某些各向同性的透明介质在外电场作用下变为各向异性，表现出双折射现象，介质具有单轴晶体的特性，并且其光轴在电场的方向上，人们称这种光电效应为克尔效应。1893年普克尔斯（Pokells）发现，有些晶体，特别是压电晶体，在加了外电场后，也能改变它们的各向异性性质，人们称此种电光效应为普克尔斯效应。电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用，它有很短的响应时间（可以跟上频率为1010Ｈｚ的电场变化），因此被广泛用于高速摄影中的快门，光速测量中的光束斩波器等。由于激光的出现，电光效应的应用和研究得到了迅速发展，如激光通信、激光测量、激光数据处理等。 一．实验目的 1．掌握晶体电光效应和电光调制的原理和实验方法。 2．观察电光效应所引起的晶体光性的变化和会聚偏振光的干涉现象。 3．学会用简单的实验装置测量LN（LiNbO3铌酸锂）晶体半波电压。观察电光调制的工作性质。 二．仪器用具 电光效应实验仪，电光调制电源,LN晶体横向电光调制器，接收放大器,He-Ne激光器,二踪示波器和万用表。 三．实验装置与原理 （一）实验装置 （1）电光效应实验仪面板如图所示。 （2）晶体电光调制电源：调制电源由-200V—+200V之间连续可调的直流电源、单一频率振荡器（振荡频率约为1kHz）、音乐片和放大器组成，电源面板上有三位半数字面板表，可显示直流电压值。晶体上加的直流电压的极性可以通过面板上的“极性”键改变，直流电压的大小用“偏压”旋钮调节。调制信号可由机内振荡器或音乐片提供，此调制信号是用装在面板上的“信号选择”键来选择三个信号中的任意一个信

电光调制实验实验报告

电光调制实验实验报告 【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 【实验仪器】 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 【实验内容及步骤】 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。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、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。 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。

1.电光调制

实验十电光调制 一、实验目的： 1.了解电光调制的工作原理及相关特性； 2.掌握电光晶体性能参数的测量方法； 二、实验原理简介： 某些光学介质受到外电场作用时，它的折射率将随着外电场变化，介电系数和折射率都与方向有关，在光学性质上变为各向异性，这就是电光效应。 电光效应有两种，一种是折射率的变化量与外电场强度的一次方成比例，称为泡克耳斯（Pockels）效应；另一种是折射率的变化量与外电场强度的二次方成比例，称为克尔（Kerr）效应。利用克尔效应制成的调制器，称为克尔盒，其中的光学介质为具有电光效应的液体有机化合物。利用泡克耳斯效应制成的调制器，称为泡克耳斯盒，其中的光学介质为非中心对称的压电晶体。泡克耳斯盒又有纵向调制器和横向调制器两种，图1是几种电光调制器的基本结构形式。 图1：几种电光调制器的基本结构形式 a) 克尔盒 b) 纵调的泡克耳斯盒 c) 横调的泡克耳斯盒

当不给克尔盒加电压时，盒中的介质是透明的，各向同性的非偏振光经过P后变为振动方向平行P光轴的平面偏振光。通过克尔盒时不改变振动方向。到达Q时，因光的振动方向垂直于Q光轴而被阻挡（P、Q分别为起偏器和检偏器，安装时，它们的光轴彼此垂直。），所以Q没有光输出；给克尔盒加以电压时，盒中的介质则因有外电场的作用而具有单轴晶体的光学性质，光轴的方向平行于电场。这时，通过它的平面偏振光则改变其振动方向。所以，经过起偏器P产生的平面偏振光，通过克尔盒后，振动方向就不再与Q光轴垂直，而是在Q光轴方向上有光振动的分量，所以，此时Q就有光输出了。Q的光输出强弱，与盒中的介质性质、几何尺寸、外加电压大小等因素有关。对于结构已确定的克尔盒来说，如果外加电压是周期性变化的，则Q的光输出必然也是周期性变化的。由此即实现了对光的调制。 泡克耳斯盒里所装的是具有泡克耳斯效应的电光晶体，它的自然状态就有单轴晶体的光学性质，安装时，使晶体的光轴平行于入射光线。因此，纵向调制的泡克耳斯盒，电场平行于光轴，横向调制的泡克耳斯盒，电场垂直于光轴。二者比较，横调的两电极间距离短，所需的电压低，而且可采用两块相同的晶体来补偿因温度因素所引起的自然双折射，但横调的泡克耳斯盒的调制效果不如纵调的好，目前这两种形式的器件都很常用。 图2：纵调的泡克耳斯电光调制器 图2为纵调的泡克耳斯电光调制器。在不给泡克耳斯盒加电压时，由于P产生的平面偏振光平行于光轴方向入射于晶体，所以它在晶体中不产生双折射，也不分解为o、e光。当光离开晶体达到Q时，光的振动方向没变，仍平行于M。因M垂直于N，故入射光被Q完全阻挡，Q无光输出。 当给泡克耳斯盒加以电压时，电场会使晶体感应出一个新的光轴OG。OG的方向发生于同电场方向相垂直的平面内。由于这种电感应，便使晶体产生了一个附加的各向异性。使晶体对于振动方向平行于OG和垂直于OG的两种偏振光的折射率不同，因此这两种光在晶体中传播速度也就不同。当它们达到晶体的出射端时，它们之间则存在着一定的相位差。合成后，总光线的振动方向就不再与Q的光轴N垂直，而是在N方向上有分量，因此，这时Q则有光输出。泡克耳斯效应的时间响应也特别快，而且φ与U成线性关系，所以多用泡克耳斯盒来作电光调制器。

电光调制实验实验报告

广东第二师范学院学生实验报告 院（系）名称物理系班 别11物理 本四B 姓名 专业名称物理教育学号 实验课程名称近代物理实验（2） 实验项目名称电光调制实验 实验时间2014年12月 18日实验地点物理楼五楼 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 3. 观察晶体电光效应引起的晶体会聚偏振光的干涉现象 【实验仪器】 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 【实验内容及步骤】 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。 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. 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

晶体电光调制实验

晶体电光调制与光通信实验 实验人： 合作人: （物理科学与工程技术学院，光信息科学与技术 2011 级 1 班，学号11343026） 一．实验目的 1.掌握晶体电光调制的原理和实验方法。 2.学会用简单的实验装置测量晶体半波电压、电光常数的实验方法。 3.观察电光效应所引起的晶体光学特性的变化和会聚偏振光的干涉现象。 二．实验原理 1.电光效应 当给晶体或液体加上电场后，该晶体或液体的折射率发生变化，这种现象成为电光效应。 电场引起的折射率的变化： +++=2 00bE aE n n 其中a 和b 为常数， 0n 为0E =0时的折射率。 光在各向异性晶体中传播时，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。在主轴坐标中，折射率椭球及其方程为： 1 2 3 22 2 22 1 2 =+ + n z n y n x 式中1n 、2n 、3n 为椭球三个主轴方向上的折射率，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，椭球方程变成： 1 222212 213 223 233 2 222 2 211 2 =+ + + + + n xy n xz n yz n z n y n x 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方向垂直时产生的电光效应，本实验研究铌酸锂晶体的一次电光效应。铌酸锂晶体属于三角晶系，3m 晶类，主轴z 方向有一个三次旋转轴，光轴与z 轴重合，是单轴晶体，折射率椭球是旋转椭球，其表达式为 1 22 20 2 2=+ +e n z n y x 加上电场后折射率椭球发生畸变，当x 轴方向加电场，光沿z 轴方向传播时，晶体由单轴晶变为双轴晶，垂直于光轴z 轴方向的折射率椭球截面由圆变为椭圆，此椭圆方程为 1 2)1 ( )1 ( 222 2220 2 2220 =-++-xy E y E n x E n x x x γγγ 2.电光调制原理

3晶体的电光效应与电光调制_实验报告

晶体的电光效应与光电调制 实验目的： 1) 研究铌酸锂晶体的横向电光效应，观察锥光干涉图样，测量半波电压； 2) 学习电光调制的原理和试验方法，掌握调试技能； 3) 了解利用电光调制模拟音频通信的一种实验方法。 实验仪器： 1) 晶体电光调制电源 2) 调制器 3) 接收放大器 实验原理简述： 某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将随着外加电场的变化而变化，这种现象称为光电效应。晶体外加电场后，如果折射率变化与外加电场的一次方成正比，则称为一次电光效应，如果折射率变化与外加电场的二次方成正比，则称为二次电光效应。晶体的一次光电效应分为纵向电光效应和横向电光效应 1、 电光调制原理 1) 横向光电调制 如图 入射光经过起偏器后变为振动方向平行于x 轴的线偏振光，他在晶体感应轴x ’,y’上的投影的振幅和相位均相等，分别设为 wt A e x cos 0'=wt A e y cos 0'= 用复振幅表示，将位于晶体表面（z=0）的光波表示为A E x =)0('A E y =)0(' 所以入射光的强度为22 '2 '2)0()0(A E E E E I y x i =+=?∝ 当光通过长为l 的电光晶体后，x’,y’两分量之间产生相位差A l E x =)('δi y Ae l E -=)(' 通过检偏器出射的光，是这两个分量在y 轴上的投影之和

() 12 45cos )()('0-= ?=-δ δi i y y e A e l E E 其对应的输出光强I t 可写为()()[] 2 sin 2*2200δ A E E I y y t =?∝ 由以上可知光强透过率为2 sin 2δ==i t I I T 相位差的表达式()d l V r n l n n y x 223 0'' 22λ π λ π δ= -= 当相位差为π时?? ? ??= l d r n V n 223 02λ 由以上各式可将透过率改写为()wt V V V V V T m sin 2sin 2sin 02 2 +==π π π π可以看出改变V0或 Vm ，输出特性将相应变化。 1) 改变直流电压对输出特性的影响 把V0=Vπ/2带入上式可得 ()?? ???? ???? ??+=+==wt V V wt V V V V V T m m sin sin 121sin 2sin 2sin 02 2 πππππ π 做近似计算得?? ???????? ??+≈ wt V V T m sin 121ππ 即T ∝Vmsinwt 时，调制器的输出波形和调制信号的波形频率相同，即线性调制 如果Vm ＞Vπ，不满足小信号调制的要求，所以不能近似计算，此时展开为贝塞尔函数，即输出的光束中除了包含交流信号的基波外，还有含有奇次谐波。由于调制信号幅度比较大，奇次波不能忽略，这时，虽然工作点在线性区域，但输出波形依然会失真。

晶体的电光效应 电子版实验报告

晶体的电光效应五、数据处理 1.研究LN单轴晶体的干涉： （1）单轴锥光干涉图样： 调节好实验设备，当LN晶体不加横向 电压时，可以观察到如图现象，这是典型的 汇聚偏振光穿过单轴晶体后形成的干涉图 样。 （2）晶体双轴干涉图样： 打开晶体驱动电压，将状态开关打在直 流状态，顺时针旋转电压调整旋钮，调整驱 动电压，将会观察到图案由一个中心分裂为 两个，这是典型的汇聚偏振光穿过双轴晶体 后形成的干涉图样，它说明单轴晶体在电 场的作用下变成了双轴晶体 2.动态法观察调制器性能： （1）实验现象： 当V1=143V时，出现第一次倍频失真：

当V 2=486V 时，信号波形失真最小，振幅最大（线性调制）： 当V 3=832V 时，出现第二次倍频失真： （2）调制法测定LN 晶体的半波电压： 第一次倍频失真对应的电压V 1=143V ，第二次倍频失真对应的电压V 3=832V 。故31832143689V V V V V V π=-=-=。 由3 022 ( )2d V n l πλ γ = 得：12 22 3 0( ) 6.4110 2d n V l π λ γ -= =? 3.电光调制器T-V 工作曲线的测量：

（1）原始数据： 依据数据作出电光调制器P-V工作曲线： （2）极值法测定LN晶体的半波电压：

从图中可以看到，V 在100~150V 时取最小值，在800~850V 时取最大 比较数据可以得出，极小值大致出现在1110V V ≈，极大值大致出现 在3805V V ≈，由此可得31805110695V V V V V V π=-=-= 由3 022 ( )2d V n l πλ γ = 得：12 22 3 0( ) 6.3510 2d n V l π λ γ -= =? 4.测量值与理论值比较： 晶体基本物理量： 算出理论值3 022 ( )649.22d V V n l πλ γ = =。与理论值相比，调制法测量 结果相对误差约6.1%，极值法测量结果误差约7.1%，实验值与理论值符合较好。其中，动态法比极值法更精确。

晶体电光调制实验

晶体电光调制实验 【实验目的】 1. 掌握晶体电光调制的原理和实验方法。 2. 学会用简单的实验装置测量晶体半波电压、电光常数的实验方法。 3. 观察电光效应所引起的晶体光学特性的变化和会聚偏振光的干涉现象。 【实验仪器】 晶体电光调制电源、铌酸锂(LiNbO 3)电光晶体、He-Ne 激光器及可调电源、可旋转偏振片、格兰棱镜、光电接收器、有源音响 【实验原理】 1．一次电光效应和晶体的折射率椭球 当给晶体或液体加上电场后，该晶体或液体的折射率发生变化，这种现象成为电光效应。电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用，它有很短的响应时间（可以跟上频率为1010Hz 的电场变化），可以在高速摄影中作快门或在光速测量中作光束斩波器等。在激光出现以后，电光效应的研究和应用得到迅速的发展，电光器件被广泛应用在激光通讯、激光测距、激光显示和光学数据处理等方面。 光在各向异性晶体中传播时，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。在主轴坐标中，折射率椭球及其方程为 1232222212 =++n z n y n x （1） 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。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，椭球方程变成 1222212213223233222222112=+++++n xy n xz n yz n z n y n x （2） 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方向垂直时产生的电光效应，本实验研究铌酸锂晶体的一次电光效应。铌酸锂晶体属于三角晶系，3m 晶类，主轴z 方向有一个三次旋转轴，光轴与z 轴重合，是单轴晶体，折射率椭球是旋转椭球，其表达式为

光电子综合实验讲义

光电子综合实验讲义 实验指导书 巢湖学院 电子工程与电气自动化学院 2020年2月

名目 名目 (1) 实验一晶体电光调制 (2) 实验二太阳能电池特性 (12) 实验三晶体的声光效应实验 (20) 实验四晶体的磁光效应实验 (27) 实验五激光模式分析 (29) 实验六光敏元件特性实验 (46) 实验七LED&LD伏安（V/I）特性、电光转换（P/I）特性实验 (54) 实验八LED&LD光谱特性实验 (60) 实验九光电倍增管特性测试 (63) 实验十雪崩光电二极管(APD)特性测试 (69) 实验十一激光衍射光强分布实验 (72) 实验十二光纤温度传感系统特性实验 (79) 参考文献 (85)

实验一晶体电光调制 1.1实验仪器简介 1．晶体电光调制电源输出正弦波调制幅度：0～300V连续可调，频率1K 输出直流偏置电压：0～600V ,连续可调2．铌酸锂(LiNbO3)电光晶体尺寸5×1.7×50mm 镀银电极 3．He-Ne激光器及可调电源波长632.8nm，＜1.5mW，电流连续可调4．可旋转偏振片最小刻度值1° 5．光电接收器PIN光电池 6．有源音响闲逛者 1.2实验目的 1．把握晶体电光调制的原理和实验方法。 2．学会用简单的实验装置测量晶体半波电压、电光常数的实验方法。 3．观看电光效应所引起的晶体光学特性的变化和会聚偏振光的干涉现象。 1.3实验原理 当给晶体或液体加上电场后，该晶体或液体的折射率发生变化，这种现象称为电光效应。电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用，它有专门短的响应时刻(能够跟上频率为1010Hz的电场变化)，能够在高速摄影中作快门或在光速测量中作光束斩波器等。在激光显现以后，电光效应的研究和应用得到迅速的进展，电光器件被广泛应用在激光通讯、激光测距、激光显示和光学数据处理等方面。 1.3.1一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+ (1) 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(Pokells)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(Kerr)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。 图 1 光在各向异性晶体中传播时，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。如图1，通常用折射率球来描述折射率与光的传播方

5-2晶体地电光效应与电光调制实验报告材料

近代物理实验报告 指导教师： 得分： 实验时间： 2010 年 03 月 24 日， 第 四 周， 周 三 ， 第 5-8 节 实验者： 班级 材料0705 学号 200767025 姓名 童凌炜 同组者： 班级 材料0705 学号 200767007 姓名 车宏龙 实验地点： 综合楼501 实验条件： 室内温度 ℃， 相对湿度 %， 室内气压 实验题目： 晶体的电光效应与光电调制 实验目的： 1. 掌握电光调制的原理和实验方法 2. 学习测量电光晶体半波电压和光电常数的试验方法 3. 观察电光晶体的锥光干涉 实验仪器： 1. 晶体电光调制电源 2. 调制器 3. 接收放大器 实验原理简述： 某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将随着外加电场的变化而变化，这种现象称为光电效应。晶体外加电场后，如果折射率变化与外加电场的一次方成正比，则称为一次电光效应，如果折射率变化与外加电场的二次方成正比，则称为二次电光效应。晶体的一次光电效应分为纵向电光效应和横向电光效应 1. 一次电光效应和晶体的折射率椭球 对于电光晶体，晶体在某一方向上的折射率为n0，外加电场后折射率为n ，实验表明 n=n0+aE0+bE02+… 其中：a,b 为常数；n0为E0=0使的折射率。由一次项引起的折射率变化的效应称为一次电光效应，也叫线性电光效应；由二次项引起的折射率变化的效应称为二次电光效应，也叫平方电光效应。 未加电场时晶体的折射率椭球方程为123 2 222212=++n z n y n x

晶体的三个主晶轴为x,y,z 坐标轴，椭球的主轴与晶体主轴重合。式中n1,n2,n3分别为晶体三个主轴方向上的主折射率。如图5-2-1所示。 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，椭球方程变成 1222212 213223233222222 112=+++++n xy n xz n yz n z n y n x 此时，椭球主轴不在与x,y,z 轴重合。由于晶体的各向异性，电场在x,y,z 各个方向上的分量对椭球方程的各个系数的影响是不同的，用以下形式表示 z y x E r E r E r n n 1312112121111++=- z y x E r E r E r n n 23222122 2221 1++=- z y x E r E r E r n n 33323123 23311++=- z y x E r E r E r n 434241223 1 ++= z y x E r E r E r n 535251213 1 ++= z y x E r E r E r n 636261212 1 ++= 晶体的一次电光效应的普遍表达式，其中，γij 叫做电光系数，共有18个，Ex,Ey,Ez 是电场在x,y,z 方向上的分量。 本实验用的铌酸锂晶体外加电场后，晶体的一次电光系数矩阵为 ? ?????????????? ???? ?--=00 00 0000002251613313221322r r r r r r r r r ij 带入基本式，得到铌酸锂晶体加电场后的椭球方程 1222111225151233221322202132220=+++??? ? ??++???? ??+++???? ??+-xy E r xz E r yz E r z E r n y E r E r n x E r E r n x x y Z e z y z y 变化后得 E r n n n x 223 00'2 1+ =

电光调制实验报告(1)

光电工程学院 2013 / 2014学年第 2 学期 实验报告 课程名称：光电子基础实验 实验名称：电光调制实验 班级学号 1213032809 学生姓名丁毅 指导教师孙晓芸 日期：2014年 5 月07 日

电光调制实验 【实验目的】 1、掌握晶体电光调制的原理和实验方法； 2、学会用实验装置测量晶体的半波电压，绘制晶体特性曲线，计算电光晶体的消光比和透射 率。 【实验仪器及装置】 电光调制实验仪（半导体激光器、起偏器、电光晶体、检偏器、光电接收组件等）、示波器。 实验系统由光路与电路两大单元组成，如图3.1所示： 图3.1 电光调制实验系统结构 一、光路系统 由激光管（L）、起偏器(P)、电光晶体(LN)、检偏器(A)与光电接收组件(R)以及附加的减光器(P1)和λ/4波片(P2)等组装在精密光具座上，组成电光调制器的光路系统。 注：?本系统仅提供半导体激光管(包括电源)作为光源，如使用氦氖激光管或其他激光源时，需另加与其配套的电源。 ?激光强度可由半导体激光器后背的电位器加以调节，故本系统 未提供减光器(P 1 )。 ?本系统未提供λ/4波片(P 2 )即可进行实验，如有必要可自行配置。

二、电路系统 除光电转换接收部件外，其余包括激光电源、晶体偏置高压电源、交流调制信号发生、偏压与光电流指示表等电路单元均组装在同一主控单元之中。 图3.2 电路主控单元前面板 图3.2为电路单元的仪器面板图，其中各控制部件的作用如下： ?电源开关用于控制主电源，接通时开关指示灯亮，同时对半导体激光器供电。 ?晶体偏压开关用于控制电光晶体的直流电场。（仅在打开电源开关后有效） ?偏压调节旋钮调节直流偏置电压，用以改变晶体外加直流电场的大小。 ?偏压极性开关改变晶体的直流电场极性。 ?偏压指示数字显示晶体的直流偏置电压。 ?指示方式开关用于保持光强与偏压指示值，以便于读数。 ?调制加载开关用于对电光晶体施加内部的交流调制信号。（内置1KHz的正弦波） ?外调输入插座用于对电光晶体施加外接的调制信号的插座。（插入外来信号时内置信号自动断开） ?调制幅度旋钮用于调节交流调制信号的幅度。 ?调制监视插座将调制信号输出送到示波器显示的插座。 ?解调监视插座将光电接收放大后的信号输出到示波器显示的插座，可与调制信号进行比较。 ?光强指示数字显示经光电转换后的光电流相对值，可反映接收光强大小。?解调幅度旋钮用于调节解调监视或解调输出信号的幅度。

晶体的电光效应实验报告

晶体的电光效应 五、数据处理 1.研究LN单轴晶体的干涉： （1）单轴锥光干涉图样： 调节好实验设备，当LN晶体不加横向 电压时，可以观察到如图现象，这是典型的 汇聚偏振光穿过单轴晶体后形成的干涉图 样。 （2）晶体双轴干涉图样： 打开晶体驱动电压，将状态开关打在直 流状态，顺时针旋转电压调整旋钮，调整驱 动电压，将会观察到图案由一个中心分裂为 两个，这是典型的汇聚偏振光穿过双轴晶体 后形成的干涉图样，它说明单轴晶体在电 场的作用下变成了双轴晶体 2.动态法观察调制器性能： （1）实验现象： 当V1=143V时，出现第一次倍频失真： 当V2=486V时，信号波形失真最小，振幅最大（线性调制）：

当V 3=832V 时，出现第二次倍频失真： （2）调制法测定LN 晶体的半波电压： 晶体基本物理量 第一次倍频失真对应的电压V 1=143V ，第二次倍频失真对应的电压V 3=832V 。故31832143689V V V V V V π=-=-=。 由3 022()2d V n l πλγ= 得：122230() 6.41102d n V l πλγ-==? 3.电光调制器T-V 工作曲线的测量： （1）原始数据：

依据数据作出电光调制器P-V工作曲线： （2）极值法测定LN晶体的半波电压： 从图中可以看到，V在100~150V时取最小值，在800~850V时取最大

值。分别在这两个区域内每隔5V 测量一次，原始数据如下： 比较数据可以得出，极小值大致出现在1110V V ≈，极大值大致出现 在3805V V ≈，由此可得31805110695V V V V V V π=-=-= 由3 022()2d V n l πλγ= 得：122230() 6.35102d n V l πλγ-==? 4.测量值与理论值比较： 算出理论值3022()649.22d V V n l πλγ= =。与理论值相比，调制法测量 结果相对误差约6.1%，极值法测量结果误差约7.1%，实验值与理论值符合较好。其中，动态法比极值法更精确。

光学综合实验报告要点

光学综合实验报告 班级： 姓名： 学号： 日期： 序号实验项目课时实验仪器（台套数）房间指导教师 1 焦距测量 （分别在焦距仪和光学平台上测 量）4 焦距仪（3-4）、 光学平台及配件（1-2） 西北付辉、樊宏 2 典型成像系统的组建和分析 （在光学平台上搭建显微镜、望远 镜、投影仪） 4 光学平台及配件（1-2）东南付辉、樊宏 3 典型成像系统的使用 （使用商用典型成像系统）4 显微镜（3）、望远镜（3）、 水准仪（2） 东南付辉、樊宏 4 分光计的使用 （含调整、测量角度和声速）4 分光计（3-4）、超声光栅 （2） 东南付辉、樊宏 5 棱镜耦合法测波导参数 4 棱镜波导实验仪（2）西南郎贤礼、李建全 6 半导体激光器的光学特性测试 4 半导体激光器实验仪（2）西南郎贤礼、李建全 7 电光调制 4 电光调制仪（2）西南郎贤礼、李建全 8 法拉第效应测试 4 法拉第效应测试仪（2）东北郎贤礼、李建全 9 声光调制 4 声光调制仪（2）西南郎贤礼、李建全

目录 1、焦距测量--------------------------------------4 2、典型成像系统的组建和分析----------------------7 3、典型成像系统的使用----------------------------10 4、分光计的使用----------------------------------10 5、棱镜耦合法测波导参数--------------------------14 6、半导体激光器的光学特性测试--------------------22 7、电光调制--------------------------------------29 8、法拉第效应测试--------------------------------38 9、声光调制--------------------------------------46 10、干涉、衍射和频谱分析--------------------------47 11、迈克尔逊干涉仪--------------------------------58 12、氦氖激光器综合实验----------------------------63

晶体电光调制实验-实验讲义

晶体电光调制实验仪 1．实验仪器 1．晶体电光调制电源输出正弦波调制幅度：0～300V连续可调，频率1K 输出直流偏置电压：0～600V ,连续可调2．铌酸锂(LiNbO3)电光晶体尺寸5×1.7×50mm 镀银电极 3．He-Ne激光器及可调电源波长632.8nm，＜1.5mW，电流连续可调 4．可旋转偏振片最小刻度值1° 5．光电接收器PIN光电池 6．有源音响漫步者 2．实验目的 1．掌握晶体电光调制的原理和实验方法。 2．学会用简单的实验装置测量晶体半波电压、电光常数的实验方法。 3．观察电光效应所引起的晶体光学特性的变化和会聚偏振光的干涉现象。 3．实验原理 当给晶体或液体加上电场后，该晶体或液体的折射率发生变化，这种现象称为电光效应。电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用，它有很短的响应时间（可以跟上频率为1010Hz的电场变化），可以在高速摄影中作快门或在光速测量中作光束斩波器等。在激光出现以后，电光效应的研究和应用得到迅速的发展，电光器件被广泛应用在激光通讯、激光测距、激光显示和光学数据处理等方面。 4.1 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 +bE0^2+ (1) 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（Pokells）效应；由二次项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（Kerr）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。

电光调制实实验讲义

电光调制实验实验讲义 一、实验背景 电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用。尤其是激光出现以后，电光效应的研究和应用得到了迅速发展，电光器件被广泛应用在激光通信、激光测距、激光显示和光学数据处理等方面。晶体电光调制实验可以模拟电光效应在激光通信中的应用，验证激光通信传输速度快，抗干扰能力强，保密性好等优点。通过该实验可以加深对偏振光干涉、双折射、非线性光学等知识的理解，培养学生的动手能力，提高学生的工程意识。实验系统结构简单，易于操作，实验效果理想。 二、实验目的 1. 观察电光效应引起的晶体光学性质的变化（单轴晶体、双轴晶体的偏振干涉图）。 2. 观察直流偏压对输出特性的影响，记录数据并绘制输出特性曲线。 3 观察铌酸锂晶体交流调制输出特性。 4. 模拟光通信。 三、实验仪器 图1 实验仪器实物图（双踪示波器自备） 1.半导体激光器及四维可调支架 2.起偏器 3.铌酸锂晶体 4.检偏器（及1/4波片) 5.光屏 6.导轨 7.电光调制电源箱 8.接受放大器 四、实验原理 晶体分各向同性晶体与各向异性晶体。其中各向异性晶体会发生双折射，而各向同性晶体只会发生普通折射。光束入射到各向异性的晶体，分解为o 光和e 光。如果光束沿着光轴的方向传播不会发生双折射现象。这里光轴并非指一条直线，而是一个特殊的方向。晶体中o 光与光轴构成的平面叫o 光主平面，e 光与光轴构成的平面叫e 光主平面。o 光振动方向垂直于o 光主平面，e 光的振动方向平行于e 光主截面。一般情况下，o 光主平面与e 光主平面不重合，但是理论与实践均表明，当入射线在晶体主平面时o 光主平面与e 光主平面重合。实用中一般均取入射线在晶体主截面内的情况。各向异性晶体中o 光与e 光的传播速度一般不同。速度e o v v >的晶体称为正晶体，e o v v <的晶体称为负晶体。铌酸锂晶体是各向异性负晶体。由于双折射现象，当入射光不沿光轴方向入射时，产生的o 光与e 光对应不同的折射率o n 与e n 。寻常光o 的折射率对于介质来说是各向同性的，其波面是个球面；非寻常光的折射率对于介质来说是各向异性的，其波面通常是椭球面。当o 光与e 光以不同的速度垂直穿过相同厚度晶体时，会产生一定的相位差()o e o l n n -= λ π δ2 铌酸锂晶体具有优良的压电、电光、声光、非线性等性能。本实验中采用的是LiNbO 3晶体的光电特性。 (一）会聚偏振光的干涉 汇聚偏振光的实验装置如图2所示，4321L L L L 、、、是透镜，21 、P P 是正交偏振片，C 是光轴与晶体表面垂直的晶片。短焦距透镜2L 将透过1P 的平行偏振光转化为一束会聚偏振光入射到晶片C 上的Q 点，从C 出射的光再经同样的透镜3L 后转化为平行光入射到偏振片2P ，最后透镜4L 把3L 的后焦面成像于屏幕M 上。这样，凡以相同方向通过晶片C 的光线，最后将会会聚到屏幕M 上同一点。易见该光路对装置轴线BO 具有对称性。这种装置产生的干涉图样示于图13，它也具有中心对称性，是一组明暗相间的同心圆环，

6实验六 晶体的电光调制实验

实验七 晶体的电光调制实验 一、实验目的： 1、了解电光调制的基本原理及铌酸锂晶体横向调制的基本机构。 2、掌握铌酸锂电光调制器的调试方法并测量和计算晶体的特性参数。 二、实验仪器： DGT-1电光调制实验仪，晶体电光调制器，半导体激光器，双踪示波器等。 三、实验原理： 某些晶体在外加电场的作用下，其折射率随外加电场的改变而发生变化的现象称为电光效应，利用这一效应可以对透过介质的光束进行幅度,相位或频率的调制，构成电光调制器。电光效应分为两种类型： （1）一级电光（泡克尔斯—Pockels ）效应，介质折射率变化正比于电场强度。 （2）二级电光（克尔—Kerr ）效应，介质折射率变化与电场强度的平方成正比。 本实验仪使用铌酸锂（LiNbO 3）晶体作电光介质，组成横向调制（外加电场与光传播方向垂直）的一级电光效应。 图1 横向电光效应示意图 如图1所示，入射光方向平行于晶体光轴（Z 轴方向），在平行于X 轴的外加电场（E ）作用下，晶体的主轴X 轴和Y 轴绕Z 轴旋转45°，形成新的主轴X ’轴—Y ’轴（Z 轴不变），它们的感生折射率差为Δn ，并正比于所施加的电场强度E ： rE n n 3 0=? 式中r 为与晶体结构及温度有关的参量，称为电光系数。 n 0为晶体对寻常光的折射率。 当一束线偏振光从长度为l 、厚度为d 的晶体中出射时，由于晶体折射率的差异而使光波经晶体后出射光的两振动分量会产生附加的相位差δ，它是外加电场E 的函数：

１ 3300222l nl n rEl n r U d π π πδλλλ??=?== ??? (1) 式中λ为入射光波的波长；同时为测量方便起见，电场强度用晶体两极面间的电压来表示，即U=Ed 。 当相差πδ=时，所加电压 l d r n U U 302λ π== (2) πU 称为半波电压，它是一个可用以表征电光调制时电压对相差影响大小的重要物理量。由 （2）式可见，半波电压 决定于入射光的波长λ以及晶体材料和它的几何尺寸。由（1）、（2）式可得： δ（U ）=（πU / U π）+δ0 (3) 式中δ0为U=0时的相差值，它与晶体材料和切割的方式有关，对加工良好的纯净晶体而言δ0=0 。 图2 电光调制器工作原理 图2为电光调制器的工作原理图。 由激光器发出的激光经起偏器P 后只透射光波中平行其透振方向的振动分量，当该偏振光I P 垂直于电光晶体的通光表面入射时，如将光束分解成两个线偏振光，则经过晶体后其X 分量与Y 分量会产生)(U δ的相差，然后光束再经检偏器A ，产生光强为I A 的出射光。当起偏器与检偏器的光轴正交（A ⊥P ）时，根据偏振原理可求得输出光强为： ()()?? ????=2sin 2sin 22U I I P A δα (4) 式中x p θθα-=，为P 与X 两光轴间的夹角。 若取?±=45α，这时U 对I A 的调制作用最大，并且 I A = I P sin 2 ［δ（U ）/2］ (5) 再由（3）式可得 I A = I P sin 2 ［(1/2) (πU/U π)］ π U

实验四、1电光调制实验综述

晶体的电光调制 当给晶体或液体加上电场后，该晶体或液体的折射率发生变化，这种现象成为电光效应。电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用，它有很短的响应时间（可以跟上频率为1010Hz 的电场变化），可以在高速摄影中作快门或在光速测量中作光束斩波器等。在激光出现以后，电光效应的研究和应用得到迅速的发展，电光器件被广泛应用在激光通讯、激光测距、激光显示和光学数据处理等方面。 【实验目的】 1.掌握晶体电光调制的原理和实验方法。 2.了解一种激光通信的方法。 【实验原理】 1.一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 = n 0 + aE 0 +bE 02+ (1) 式中a 和b 为常数，n 0为不加电场时晶体的折射率。由一次项aE 0 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（Pokells ）效应；由二次项bE 02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（Kerr ）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。 光在各向异性晶体中传播时，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。如图1，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 1232222212 =++n z n y n x （2） 图 1主折射率椭球 式中n 1、n 2、n 3为椭球三个主轴方向上的折射率，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，椭球方程变成