晶体电光调制实验 ppt

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1222212213223233222222112=+++++n xy n xz n yz n z n y n x （3）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。

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1222022=++e n z n y x （3）式中n0和ne 分别为晶体的寻常光和非常光的折射率。

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。

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 zn yn x（2）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。

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1222022=++e n z n yx （3）式中n0和ne 分别为晶体的寻常光和非常光的折射率。

图1. 晶体折射率椭球实验十二 晶体电光效应与电光调制实验一、实验目的1. 掌握晶体电光调制的原理和实验方法；2. 测量晶体的半波电压以及电光系数；3. 利用电光调制实现模拟光通讯。

二、实验原理1. 晶体的电光效应某些介质的折射率在外加电场E 的作用下发生改变，这种现象称为电光效应。

实验表明电场引起的折射率 n 的变化用下式表示:++=∆22bE aE )n1((1) 式中a 和 b 为常数。

由一次项 aE 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称泡克尔斯效应（Pokells Effect ）；由二次项bE 2引起折射率变化的效应，称为二次电光效应，也称非线性电光效应或称克尔效应（Kerr Effect ）。

线性电光效应只存在于各向异性晶体中。

光在各向异性晶体中传播时，在晶体的一个给定方向上，一般存在着两个可能的线偏振模式，每个模式具有唯一的偏振方向和相应的折射率，而描述这两个相互正交的偏振光在晶体中传播的行为通常用折射率椭球的方法，即1n z n y n x 2z22y 22x 2=++ （2） 式中，x ，y ，z 为晶体的介电主轴方向，即晶体在这些方向上的电位移矢量D 与电场矢量E 是平行的，其对应的折射率为n x ，n y 和n z 。

当晶体上加上电场后，折射率椭球的形状、大小、方位都发生变化，椭球的方程变为1xy n 2xz n 2yz n 2n z n y n x 2xy2xz 2yz 2z 22y 22x 2=+++++ （3） 式中交叉项由电场引起，表示变形后形成的新椭球主轴（感应主轴）和原先的主轴不重合。

另一方面，对线性电光效应，考虑到电场分量方向后，式（1）表示为，∑=γ=∆zxk k ijk ij 2E )n 1( （ 3.1） 其中E k 为外电场分量，系数γijk为三阶张量，称为晶体的电光张量系数，有27个元素。

三个角标i ，j ，k 分别取 x ，y ，z ，而习惯上更为普遍地用1，2，3表示。

电光调制电光调制四电光调制与光信模拟实验袁礼文10329073 光信02班C2组2013-03-13&20 一、实验目的通过实验操作以及数据进行分析,学习并掌握电光调制、声光调制、磁光调制的机制及运用，在此基础上进一步了解光通信系统的结构。

二、实验仪器晶体电光调制电源，铌酸锂（LiNbO3），He-Ne 激光器及可调电源，可旋转偏振片，格兰棱镜，光接收器，有源音响图三、实验原理1、电光调制的物理机制电光调制的物理基础是电光效应，目前已发现有两种电光效应，一种是泡克耳斯（Pockels）效应，即折射率的变化量与外加电场强度的二次方成正比。

另一种是克尔效应，即折射率的变化量与外加电场强度的二次方成比例。

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。

现以实验中使用的电光晶体DKDP （磷酸二氘钾）横向调制为例阐述电光调制的简单机理。

图2 电光调制器原理图原理图如上图所示，晶体位于两个正交的偏振器之间，起偏器 P 1的偏振方向平行于电光晶体的 Y 轴，光没晶体入射光的 X 轴方向加上电场后，它们将旋转 45°变成感应轴X ’、Y ’。

现在对晶体内部的偏振光传播进行讨论。

DKDP 是负单轴晶体，它的折射率椭球方程为：2221o o ex y z I I I ++=（1）其中 x 为光轴方向，在平行于光轴的方向加上电压后，折射率椭球方程变为：2226321z o o ex y z E xy I I I γ+++=（2）对上式进行坐标系的变换，消除式中的交叉项：()()'cos 45'sin 45''/2'sin 45'sin 45''/2'x x y x y y x y x y z z ⎧=-=-⎪⎪=+=+⎨⎪=⎪⎩（3）可推导出加了电场后，折射率椭球方程为：2222221'''x y zx y z n n n ++=（4）介电主轴的折射率变为：（5）沿 Z 轴入射的光束经起偏器变为平行于 X 轴的线偏振光，进入晶体后（在 Z ＝0处），被分 解 成 沿 OX ’、OY ’方向的两个分量，其振幅和相伴都相等，用复数表示为E X’(0)=A, E Y’(0)=A，入射光强度为（6）当光通过长度为L 的晶体后，由于电光效应，E X’、E Y’之间就产生一个相位差δ，从而有：（7）光从晶体出射后，通过检偏器后的光是晶体中的光的两分量在Y 轴上的投影之和，即：（8）从而对应的输出光的强度为：（9）其中，, 从而可知调制器的透过率为：（10）当从晶体出射的光的两个分量的相位差为δπ=时，外电场所加的电压为半波电压，可求得此时的电压为：（11）从而可知透过率可表示为：（12）当加在晶体上的直流电压为U 0，同时加在晶体上的交流调制信号是sin mUtω其中Um 是其振幅，ω是调制频率。

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。

二、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λ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π/ 4角。

当光束通过长为l 的晶体后，偏振光x '、y '两分量间产生位相差ϕ， '3'2222()y x o ln n l n Vdππϕγλλ=-=(1) 式中n 0，r 22和d 分别为晶体的O 光折射率，电光系数及厚度，V 为施加的直流电压。

当δ=π时，施加的电压称为半波电压V π，因此时偏振光x '.y '两分量间产生的光程差为λ/2。

由式(1)322(/2)o dV n lπλγ=(2)则位相差ϕ可表为VV πϕπ= (3) 偏振光x '.y '两分量复振幅可分别写为⎪⎩⎪⎨⎧==-ϕi y x Ae l E Al E )()('' (4) 通过检偏器的出射光，是此两分量在y 轴上投影之和()(2)(1)i y o E A e ϕ-=- (5) 相应的输出光强I 可写成2*22()()()[(1)(1)]2sin /22i i o y oy o A I E E e e A ϕϕϕ-∝=--= (6)光强透过率22sin ()sin ()22o i I V I V πϕπ==。

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4λ波片，使其光轴与OP 成45°，则211sin [()][1sin()]222o i I V V I V V πππππ=+=+ (7) 式中为V 0直流偏压，V m sin ωt 为交流调制信号。