下载文档原格式
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2-1是几种电光调制器的基本结构形式。
图2-1：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。
第３０卷第４期２００８年８月光学仪器ＯＰＴＩＣＡＬＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳＶｏＬ３０，Ｎｏ．４Ａｕｇｕｓｔ，２００８文章编号：１００５—５６３０（２００８）０４—００１１－０３ＹＡＧ电光调Ｑ激光器发光特性的测试＊王玮（深圳技师学院光机电技术系，广东深圳５１８０４０）摘要：电光调Ｑ技术是利用晶体的电光效应来实现Ｑ突变的方法。
在电光调Ｑ激光器上，就激光器静态状态下氙灯光和出射激光的波形、激光发光阈值等状态进行了测试；并就调Ｑ状态下的激光波形的变化及脉宽、峰值功率等进行了测试与讨论，从而对电光调Ｑ激光器的发光特性给出了较为完整的测试。
结果证明该测试方法直观可靠，对了解和掌握电光调Ｑ激光器有较大的帮助。
关键词：Ｎｄ３十．ＹＡＧ激光器；电光调Ｑ开关；激光阈值；激光脉宽中图分类号：ＴＮ２４８．１文献标识码：ＡＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｅｍｉｔｔｉｎｇｌｉｇｈｔｐｒｏｐｅｒｔｙｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃａｌＱ－ｓｗｉｔｃｈＹＡＧｌａｓｅｒＷＡＮＧＷｅｉ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃＭａｃｈｉｎｅｒｙ，ＳｈｅｎｚｈｅｎＳｅｎｉｏｒＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃａｌＱｓｗｉｔｃｈｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅＮｄ３＋：ＹＡＧｌａｓｅｒｔｏｒｅａｌｉｚｅＱｖａｌｕｅｃｈａｎｇｉｎｇ．Ｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃａｌＱ－ｓｗｉｔｃｈＬａｓｅｒ，ｔｈｅｗａｖｅｐａｔｔｅｒｎｓｏｆＸｅｌａｍｐ，Ｌａｓｅｒｔｈｒｅｓｈｏｌｄｖａｌｕｅａｎｄｅｍｉｔｔｉｎｇｌｉｇｈｔｉｎｓｔａｔｉｃｓｔａｔｅａｒｅｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｏｆｌａｓｅｒｐａｔｔｅｒｎ，ｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈａｎｄｐｅａｋｐｏｗｅｒｏｆｌａｓｅｒａｒｅａｌｓｏｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｙｎａｍｉｃａｄｊｕｓｔｉｎｇＱｓｔａｔｅ．Ｓｏｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｅｍｉｔｔｉｎｇｌｉｇｈｔｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃａｌＱ－ｓｗｉｔｃｈｌａｓｅｒａｒｅｔｅｓｔｅｄｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏＷｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｆｅａｓｉｂｌｅａｎｄｖａｌｕａｂｌｅ，ａｎｄｍｏｒｅｈｅｌｐｆｕｌｆｏｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃａｌＱ－ｓｗｉｔｃｈｌａｓｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｎｄ３＋：ＹＡＧｌａｓｅｒ；ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃａｌＱ－ｓｗｉｔｃｈ；ｌａｓｅｒｔｈｒｅｓｈｏｌｄｖａｌｕｅ；ｌａｓｅｒｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈ１引言调Ｑ技术就是通过某种方法使腔的Ｑ值随时问按一定程序变化的技术。
实验二 电光调制实验激光是一种光频电磁波，具有良好的相干性，与无线电波相似，可作为传递信息的载波。
激光具有很高的频率(约1013~1015Hz )，可供利用的频带很宽，故传递信息的容量很大。
再有，光具有极短的波长和极快的传递速度，加上光波的独立传播特性，可以借助光学系统把一个面上的二维信息以很高的分辨率瞬间传递到另一个面上，为二位并行光信息处理提供条件。
所以激光是传递信息的一种很理想的光源。
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。
要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加到激光上去的问题。
例如激光电话，就需要将语言信息加在与激光，由激光“携带”信息通过一定的传输通道送到接收器，再由光接收器鉴别并还原成原来的信息。
这种将信息加在与激光的过程称之为调制，到达目的地后，经光电转换从中分离出原信号的过程称之为解调。
其中激光称为载波，起控制作用的信号称之为调制信号。
与无线电波相似的特性，激光调制按性质分，可以采用连续的调幅、调频、调相以及脉冲调制等形式。
但常采用强度调制。
强度调制是根据光载波电场振幅的平方比例于调制信号，使输出的激光辐射强度按照调制信号的规律变化。
激光之所以常采用强度调制形式，主要是因为光接收器(探测器)一般都是直接地响应其所接收的光强度变化的缘故。
【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。
【实验原理】1．电光调制的基本原理某些晶体(固体或液体)在外加电场中，随着电场强度E 的改变，晶体的折射率会发生改变，这种现象称为电光效应。
实验4-5电光调制器特性的测试实验背景外场对晶体宏观性质的影响，主要反映在晶体的折射率•外场的变化上，这种变化虽小，但足以改变光在晶体中传播传播方的许多特性，因而可以达到利用外场来控制光的传播方向、位相、强度、偏振态向、位相、强度、偏振态等，从而使输出光成为可利用的讯号光。
实验原理—电光效应外加场而发生变化的现象为电光效应。
•晶体的折射率晶体的折射率因外加场•式中a和b为常数，为E0=0时的折射率。
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电光效应（pokells）；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效应（kerr）。
外电场可以是直流场或交变场，频率可高达超高频或微波的范围。
实验原理—电光效应•实验原理--折射率椭球•折射率椭球（习惯称光率体）是描述晶体光学性质常用的示性面，在各向异性介质的主轴坐标系中，光率体用下式描述：•式中n1、n2、n3为该光率体在主轴方向上的折射率，称为主折射率实验原理—光的干涉•在晶体的光学性质研究和应用电光效应时，经常要使用两个偏光起偏镜，另一个偏光镜镜，一个偏光镜用于产生线偏振光，称为起偏镜检偏镜或分析镜，它可使具有一定光程差的两个相干的线偏振称检偏镜光在同一个平面内振动，引起干涉而产生强度的变化。
•当检偏镜和起偏镜偏振方向互相垂直时，有下图实验原理—线性电光系数•实验原理—线性电光系数•可以看出，沿X1方向加电场后，折射率椭球绕X2轴与X3轴都有旋转。
光率体在X1X2平面内转了45度，在X‘1和X’2方向上主折射率为：•这种折射率椭球的变化（变形）必然造成光沿某一方向传播时双折射性能的变化，而这种变化与外加电场直接相关，这就是电光效应应用于实现光调制的基础。
实验原理—电光调制器•电光调制器：如下图为横向电光调制器的实验原理实验图：实验原理—电光调制器当入射光沿着c方向射入晶体时，加上外电场E1通过检偏镜P2的两光波是同频率、等振幅、振动在同一方向的两个相干光。
铌酸锂(LiNb03)晶体电光调制器的性能测试铌酸锂（LiNbO3）晶体是目前用途最广泛的新型无机材料之一，它是很好的压电换能材料，铁电材料，电光材料，非线性光学材料及表面波基质材料。
电光效应是指对晶体施加电场时，晶体的折射率发生变化的效应。
有些晶体内部由于自发极化存在着固有电偶极矩，当对这种晶体施加电场时，外电场使晶体中的固有偶极矩的取向倾向于一致或某种优势取向，因此，必然改变晶体的折射率，即外电场使晶体的光率体发生变化。
铌酸锂调制器，应具有损耗低、消光比高、半波电压低、电反射小的高可靠性的性能。
【实验目的】1．了解晶体的电光效应及电光调制器的基本原理性能．2. 掌握电光调制器的主要性能消光比和半波电压的测试方法3. 观察电光调制现象【实验仪器】1．激光器及电源2．电光调制器(铌酸锂) 3．电光调制器驱动源 4. 检流计 5．示波器6．音频输出的装置 7．光具台及光学元件【实验原理】1．电光效应原理某些晶体在外电场作用下，构成晶体的原子、分子的排列和它们之间的相互作用随外电场E 的改变发生相应的变化，因而某些原来各向同性的晶体，在电场作用下，显示出折射率的改变。
这种由于外电场作用而引起晶体折射率改变的现象称为电光效应。
折射率N 和外电场E 的关系如下：++=-220211RE rE n n (1)式中，0n 为晶体未加外电场时某一方向的折射率，r 是线性电光系数，R 是二次电光系数。
通常把电场一次项引起的电光效应叫线性电光效应，又称泡克尔斯效应；把二次项引起的电光效应叫做二次电光效应，又称克尔效应。
其中，泡克尔斯效应只在无对称中心的晶体中才有，而克尔效应没有这个限制。
只有在无对称中心的晶体中，与泡克尔斯效应相比，克尔效应较小，通常可忽略。
目前普遍采用线性电光效应做电光调制器，这样就不再考虑（1）式中电场E 的二次项和高次项。
因此（1）式为：rE n n n =-=∆202211}1( (2)利用电光效应可以控制光的强度和位相，其在光电技术中得到广泛的应用，如激光通讯、激光显示中的电光调制器、激光的Q 开关、电光偏转等。
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(P1)。
•本系统未提供λ/4波片(P2)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。
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【实验目得】1、掌握晶体电光调制得原理与实验方法;2、学会用实验装置测量晶体得半波电压,绘制晶体特性曲线，计算电光晶体得消光比与透射率。
【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）以及附加得减光器(P1)与λ/4波片（Ｐ2)等组装在精密光具座上,组成电光调制器得光路系统.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她激光源时,需另加与其配套得电源。
•激光强度可由半导体激光器后背得电位器加以调节,故本系统未提供减光器(P1)。
•本系统未提供λ/4波片(P2)即可进行实验,如有必要可自行配置。
图3、２为电路单元得仪器面板图，其中各控制部件得作用如下：•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得直流电场。
(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得大小。
•偏压极性开关改变晶体得直流电场极性。
•偏压指示数字显示晶体得直流偏置电压。
•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得交流调制信号.(内置1ＫHz得正弦波)•外调输入插座用于对电光晶体施加外接得调制信号得插座。
电光调制特性及其晶体半波电压信频测量方法研究摘要：文章分析了电光调制特性，充分论述了电光调制晶体半波电压信频的频调制频测量法、半波电压极值测量法和光通信模拟测量法，为电光调制半波电压信频测量提供理论依据。
关键词：电光调制；特性；晶体；电压信频；测量1电光调制特性分析液晶、聚合物材料的介电性质、液晶微滴的尺寸及HPDLC膜层厚度都影响着HPDLC器件的阀值电压，对一个确定的聚合物分散液晶光栅，它的液晶微滴尺寸和膜层厚度都有固定的参数，由于电介质极化的特性，介电系数在交变电场下会发生变化，所以不同频率外电场的阀值电压都不相同。
当采用ZkHz和200kHz交流电场对HPDLC样品进行加电调制，并与50Hz交流电场作比较，发现相对于50Hz的交流电场，ZkH和200kH需要的驱动电压比高，测量其一级衍射光的变化情况。
将衍射光能量衰减掉10%，需要加上110V的驱动电压，而在2kH的驱动电压下则需要130V左右。
不同频率的调制电场效果的不同，主要是因为HPDLC的介电弛豫特性对不同频率外电场响应各异，电介质的极化可以看作是一个弛豫过程。
随着外场频率的增加，原来处于平衡态的偶极子同样会出现跟不上测试电场频率的情况，弛豫极化对介电常数的贡献也减小，弹性位移极化对介电常数贡献占据主导地位，导致介电常数的降低；当外场频率降低，液晶对于外电场的弛豫时间和响应时间有着负相关的影响，介电常数会随着外场频率的升高而下降，最后稳定在光频电场的介电常数。
在其他参数不变的情况下，介电常数增大就使得阀值电压下降，反之就使得闭值电压升高。
选用较慢响应时间的液晶，就会使液晶的转动跟不上外场的变化，从而影响到外场调制的效果；选用低频场和更快速度响应时间的液晶，就不会影响到调制效果，可以看出HPDLC 的响应时间也印证了外电场对它的阀值电压的影响，这为以后的验证提供了选择外场和液晶的依据。
2电光调制晶体半波电压信频测量方法①频调制频测量法。
铌酸锂（LiNbO 3）晶体电光调制器的性能测试铌酸锂（LiNbO3）晶体是目前用途最广泛的新型无机材料之一，它是很好的压电换能材料，铁电材料，电光材料，非线性光学材料及表面波基质材料。
电光效应是指对晶体施加电场时，晶体的折射率发生变化的效应。
有些晶体部由于自发极化存在着固有电偶极矩，当对这种晶体施加电场时，外电场使晶体中的固有偶极矩的取向倾向于一致或某种优势取向，因此，必然改变晶体的折射率，即外电场使晶体的光率体发生变化。
铌酸锂调制器，应具有损耗低、消光比高、半波电压低、电反射小的高可靠性的性能。
【实验目的】1•了解晶体的电光效应及电光调制器的基本原理性能.2.掌握电光调制器的主要性能消光比和半波电压的测试方法3.观察电光调制现象【实验仪器】1.激光器及电源2 .电光调制器（铌酸锂）3.电光调制器驱动源4.检流计5.示波器6.音频输出的装置7.光具台及光学元件【实验原理】1.电光效应原理某些晶体在外电场作用下，构成晶体的原子、分子的排列和它们之间的相互作用随外电场E 的改变发生相应的变化，因而某些原来各向同性的晶体，在电场作用下，显示出折射率的改变。
这种由于外电场作用而引起晶体折射率改变的现象称为电光效应。
折射率N和外电场E的关系如下：2 二rE RE2上上（1）n n°式中，n o为晶体未加外电场时某一方向的折射率，r是线性电光系数，R是二次电光系数。
通常把电场一次项引起的电光效应叫线性电光效应，又称泡克尔斯效应；把二次项引起的电光效应叫做二次电光效应，又称克尔效应。
其中，泡克尔斯效应只在无对称中心的晶体中才有，而克尔效应没有这个限制。
只有在无对称中心的晶体中，与泡克尔斯效应相比，克尔效应较小，通常可忽略。
目前普遍采用线性电光效应做电光调制器，这样就不再考虑（1）式中电场E的二次项和高次项。
因此（1）式为：n 。
利用电光效应可以控制光的强度和位相，其在光电技术中得到广泛的应用，如激 光通讯、激光显示中的电光调制器、激光的 Q 开关、电光偏转等。
