晶体消光比测量系统
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偏振消光比测量随着光纤传感技术的突破性进展,光纤传感系统在国民经济的各个领域中得到广泛应用。
作为相位、频移等传感信号的重要解调方法之一,相干探测成为分布式传感、角速度传感、声学传感、电流传感等传感领域的核心技术。
而控制偏振态,实现干涉信号的稳定输出,则是相干探测的关键部分。
因此,我们可以看到,在传感领域,光的偏振是大家共同关注的问题。
下面我们简单介绍一下偏振消光比的基本概念及测量技术。
所谓光的偏振,是指在光的传播过程中其能量分布的偏向性。
光是一种横波,其能量分布于传播方向的横截面上,而能量是如何分布的就是偏振所要描述的问题。
对于完全偏振光,能量在此平面内的分布是确定的,有固定的方向性。
自然光在能量分布上是没有任何方向的,是完全随机的。
我们日常所见到的绝大部分光是介于这两个状态之间的,其能量分布既有一定的随机性也有一定的偏向性。
偏振消光比是沿偏振主态方向分解的两个正交偏振分量之间的比例关系,单位是dB。
100:1意味着20dB, 10000:1意味着40dB。
对于起偏器来说,消光比越高,将输入光变为线偏振光的能力就越强。
对于光源来说,消光比越高输出光就会越接近于线偏振光。
理论上线偏光的能量完全集中于一个方向上,消光比无穷大;圆偏光的能量平均分布于两正交方向上,消光比为0;椭圆偏振光,消光比介于0 和无穷之间;由于各轴上的能量都相等,非偏振光的消光比为0。
实际上,40dB 消光比已经相当高了,低偏光源的消光比一般小于0.5dB。
在实际的科研应用中,我们一般使用旋转检偏器法作为偏振消光比的 测量方法。
假设检偏器的消光比足够高,远大于光源的消光比并且可以连续旋转。
当检偏器的主轴方向与输入光的主偏振分量方向重合的时候,功率计探测 到的功率最大;当起偏方向与偏振态主方向正交的时候,功率计探测到的 功率最小;这样消光比就可以通过下列公式计算得出:PPER 10log 10 :axdB pmin消尤比隔试仪Hofiizourbiial Linear Polorkatlon Right tifHid Circular Pohilmtiori图1 3种偏振光町施转的起偏黯------- ► 功率计图2 光源与待测器件的测量方法图2a为测量待测光源消光比的光路图。
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。
KDP晶体是一种材料,具有良好的光学性能,被广泛应用于激光系统和光学器件中。
而其电光效应是指当晶体受到外加电场作用时,其折射率会随之发生变化,这一特性使得KDP晶体可以用于制作光电调制器和光纤通信中的调制器等设备。
对KDP晶体的电光性能进行准确测量是至关重要的。
在进行KDP晶体半波电压及电光系数的测量研究时,首先需要了解KDP晶体的基本特性和其在电光调制中的应用。
KDP晶体是一种非线性光学晶体,具有较大的非线性光学系数和良好的光学均匀性,因此被广泛用于高功率激光系统中的调制器和频率倍增器等设备。
其电光效应是指当晶体受到外加电场作用时,其折射率发生变化,进而影响光的传播速度和相位,从而实现光的调制和控制。
针对KDP晶体的电光性能测量,目前常用的方法包括Mach-Zehnder 干涉法、腔内腔外法、自聚焦法等。
其中,Mach-Zehnder干涉法是一种常用的精密测量方法,通过在KDP晶体中引入电场,并测量其折射率的变化,从而得到KDP晶体的电光系数。
而在测量KDP晶体的半波电压时,常常使用光学腔内腔外法,通过在KDP晶体中产生光学谐振腔,并加入外加电场,测量其在不同电压下的半波电压。
这些方法都需要精密的光学和电学实验设备,并且需要较高的实验技术。
在实际测量中,需要考虑到KDP晶体的制备工艺和表面质量等因素对电光性能的影响。
晶体的晶面质量、表面平整度等因素都会直接影响到晶体的电光性能,因此在测量前需要对KDP晶体的质量进行严格的检查和评估。
外加电场的施加和调控也需要精密的电路设计和实验操作,以保证实验的准确性和可靠性。
在进行KDP晶体半波电压及电光系数的测量研究时,需要综合考虑KDP晶体的基本性能、测量方法的选择、实验设备和技术的要求等因素。
通过深入的研究和实验,我们可以更加全面、深入地了解KDP晶体的电光性能,为其在激光系统和光学器件中的应用提供支持和指导。
在个人观点上,我认为KDP晶体作为一种重要的非线性光学材料,其电光性能的研究和测量对于深入理解其光学性能并指导其在激光系统中的应用具有重要意义。
RTP晶体光学和电学性能研究程秀凤;王营;王正平【摘要】磷酸钛氧铷(RbTiOPO4,RTP)晶体是一种新型的、有重要应用前景的电光材料.采用分光光度计、Nd∶YAG锁模激光器、耐压测试仪等设备,对其光学和电学性质进行了全面测试研究,包括透过谱、折射率、消光比、电阻率、电光系数等.测试结果表明:RTP材料具有透过谱宽、吸收损耗小、消光比大、电阻率高、电光系数大、半波电压低等优点,综合性能优异,所得实验数据将为高性能RTP电光调制器件的精确设计和优化提供参考.【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2014(040)001【总页数】5页(P9-13)【关键词】RTP晶体;电光晶体;光学性质;电学性质【作者】程秀凤;王营;王正平【作者单位】山东大学晶体材料国家重点实验室,山东济南250100;山东大学晶体材料国家重点实验室,山东济南250100;山东大学晶体材料国家重点实验室,山东济南250100【正文语种】中文【中图分类】TN304.8;O73;O482.3;O441.2用电光晶体制作的快速光开关、Q开关、光调制器、电光偏转器等器件在现代光电子学和激光技术中有着重要应用。
这些应用提高了激光器的性能,扩大了激光的使用范围,促进了激光技术的发展。
目前在激光技术中广泛应用的电光晶体为单轴晶体磷酸二氘钾(KD*P)和铌酸锂(LN),但两者在电光性能方面都有不少欠缺。
KD*P晶体的半波电压相对较高,易潮解,使用时必须密封在盒子中;LN的最大缺点是光损伤阈值太低,此外存在压电耦合效应导致的寄生振荡,因此不能满足高频调制的需要。
双轴晶体磷酸钛氧钾(KTP)是一种优秀的非线性光学晶体,广泛用于腔内倍频钕离子的1m附近的红外激光,由于它也具有大的电光系数和低的介电常数,所以有人曾把它作为Q开关进行研究,但是高的电导率造成电光性能变差,限制了它在电光器件方面的实用化。
激光、光电子技术应用的发展对电光晶体提出了更高的要求,亟需探索新的、性能更加优异的电光晶体。
LiNbO3晶体电光调制中半波电压测量方法研究刘红文;何彦霄;韩睿;孙尚鹏;刘通;苏培宇【摘要】在基于一次电光效应的光学电压传感器中,电光晶体的半波电压是影响传感器输入输出特性的关键参数之一。
通过对电光调制原理的深入分析,选用LiNbO3晶体搭建半波电压测量平台,针对关键参数半波电压进行了测量。
对试验所选用的LiNbO3晶体的半波电压进行了理论计算,并与实际结果进行对比;分析影响LiNbO3晶体半波电压的因素,并指出在实际工程应用中应考虑的问题。
%In sensors based on linear electro-optic effect, half-wave voltage of the electro-optic crystal is one of the key parameters to influence the input and output of sensors. With analysis of the principle of electro-optic mod-ulation, lithium niobate crystal is chosen to be a part of the half-wave voltage measurement system. Measurement of half-wave voltage is finished, theoretical calculation is done, and comparison of the calculation results and the ex-perimental results is completed. Factors influencing the half-wave voltage are analyzed, problems that should be taken care of in engineering application are mentioned.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)014【总页数】5页(P190-194)【关键词】铌酸锂晶体;电光调制;半波电压测量【作者】刘红文;何彦霄;韩睿;孙尚鹏;刘通;苏培宇【作者单位】云南电网有限责任公司电力科学研究院1,昆明650217;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室2,重庆400030;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室2,重庆400030;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室2,重庆400030;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室2,重庆400030;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室2,重庆400030【正文语种】中文【中图分类】TM225电工技术电网过电压对输电线路和变电站绝缘均会造成不良影响,因此,在电力系统中,对电网过电压的监测显得尤为重要。
法拉第旋光片消光比-概述说明以及解释1.引言1.1 概述法拉第旋光片是一种具有特殊光学特性的器件,广泛应用于光学领域。
它是以法国物理学家尤利斯·塞萨尔·法拉第的名字命名的,他于19世纪发现了这种现象。
法拉第旋光片利用电场的作用,使得通过它的光线能够旋转偏振方向。
在普通的光学材料中,光线的传播方向不会发生改变,但是通过法拉第旋光片后的光线,偏振方向会发生旋转。
这种特性使得法拉第旋光片成为控制光信号的重要工具。
消光比是衡量法拉第旋光片性能的重要指标之一。
消光比指的是法拉第旋光片将光线旋转指定角度后,以及旋转后光线的透过率之比。
消光比越大,说明法拉第旋光片的效果越好,能够更有效地控制光信号的旋转。
法拉第旋光片在很多领域中都有广泛的应用,特别是在光通信、光电显示以及生物医学领域中具有重要的地位。
在光通信方面,法拉第旋光片可以用于偏振调制器,实现光信号的调制和解调,提高数据传输速率和稳定性。
在光电显示方面,法拉第旋光片可以用于制造偏振片,使显示屏能够显示更鲜明、清晰的图像。
在生物医学领域,法拉第旋光片可以用于制造激光眼科手术仪器,对眼睛进行精确的手术治疗。
总之,法拉第旋光片是一种重要的光学器件,具有旋转光线偏振方向的特性。
消光比是衡量法拉第旋光片性能的重要指标。
它在光通信、光电显示和生物医学领域具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步,法拉第旋光片的性能和应用领域还将得到进一步的拓展和发展。
1.2 文章结构文章结构部分主要描述了本篇长文的整体组织和内容安排。
在这篇文章中,我们将按照以下方式进行论述和阐述:首先,在引言部分,我们将对整篇文章进行概述,简要介绍法拉第旋光片与消光比的基本概念与定义。
接着,我们将介绍文章的结构安排和逻辑框架,以便读者对全文的组织有一个清晰的认识。
最后,我们将明确本文的目的,即希望通过本文的撰写和阐述,让读者对法拉第旋光片的消光比有更深入的了解。
其次,在正文部分,我们将详细介绍法拉第旋光片的概念和原理,包括其基本结构和工作原理。
Nd3+:YAG激光晶体消光比测量系统研究
摘要
激光晶体消光比是衡量激光晶体性能优劣的重要指标,快速准确的测量方法对整个晶体光学的发展已经越来越重要。
本文介绍了一种Nd3+:YAG激光晶体消光比测量系统。
论文首先介绍了激光晶体消光比测量的定义、基本原理及其常用的测量方法,同时介绍了系统的构成和系统实验装置的搭建。
论文第一章主要介绍了激光晶体消光比测量的意义及该领域的研究动态;第二章介绍了激光晶体消光比测量的原理及测量方法;第三章介绍了实验过程、测试结果及其分析
关键词:消光比、测量系统、激光晶体、探测放大电路
第一章绪论
1.1激光晶体检测
激光晶体在整个激光领域有着重要的作用。
我们在使用激光晶体之前,需要了解与掌握晶体的各种性质,包括其物理和激光特性等,才能判断某种晶体是否满足我们的使用要求。
同时,激光晶体的质量,直接影响使用者实验的准确性和研究价值。
例如晶体的消光比对于出射激光的光束质量有直接的影响。
此外,消光比还在一些重要应用中,有很重要的地位,例如在电光调Q 实验中,如果晶体消光比低,将直接影响调Q激光束的质量。
因此,对激光晶体质量的检测非常重要。
从事激光晶体生产、加工及其使用的科研和企业单位需要激光晶体质量检测仪器。
目前的激光晶体检测仪器正朝着自动化、智能化的方向发展,其检测精度也越来越高。
1.2激光晶体消光比测量研究历史及现状
消光比是衡量激光晶体性能优劣的重要指标,它的定义如下:将晶体放置在两平行偏光镜间和两正交偏光镜间,使用光源从晶体一端入射,在出射端测量光功率,分别得到两个值P//和P⊥,消光比即P//和P⊥之比取对数再乘以10,单位为dB。
测量消光比的方法一般是按照定义来测量透射光强,再加以计算,可以得到消光比。
图1-1为常用消光比测量系统的原理图。
[17]
1-激光器2-扩束器3-可变光栏4-起偏器5-晶体6-检偏器7-探测器8-显示仪器
图1-1 常用消光比测量系统
对消光比测量系统进行研究有助于人们用最简便的方法找到性能最好的晶体,有利于激光技术的发展和应用。
我们也可以分析测量误差的原因,找到提高测量精度的方法,这些对于整个激光应用技术的发展都是有意义的。
近年来,对于晶体消光比的研究不断发展,检测激光晶体消光比的方法主要有双光路法、波片法和正交偏光法。
第二章Nd3+:YAG激光晶体消光比测量系统
2.1 Nd3+:YAG激光晶体消光比测量系统
检测激光晶体消光比的方法主要有双光路法、波片法和正交偏光法。
我们使用正交偏光法来测量Nd3+:YAG晶体的消光比,本实验系统包括四大部分,分别为:发射端、晶体及光学系统、接收端和测量端。
发射端我们使用的是LD 半导体激光器辐射635nm激光;晶体及光学系统部分由准直光学系统、可变光阑、起偏器、晶体和检偏器构成;接收端为光电转换探测器(PIN管)和放大电路部分;测量端主要是计算机。
具体系统框图见图2-2。
2.3 Nd3+:YAG激光晶体消光比测量系统方案
我们采用的方法是正交偏光法,即用起偏器和检偏器分别设置平行和垂直方向来检测透射光信号的大小。
以下是我们的系统框图:
图2-2 实验系统组成框图
对于光源,由于系统的损耗可能很大,而且我们还需要测量起偏与检偏垂直情况下的透射光功率,因此我们需要一个功率较大的光源。
我们选用半导体
激光器,因为它的发射功率较高,能够达到几百毫瓦,完全可以满足实验需求。
但是缺点是温度对出射功率影响大,如果长期工作,需要有冷却装置,这将增加系统成本。
3误差因素分析
产生实验误差的主要影响因素:
首先,电路中的元件,因为厂家生产质量等因素,造成实际参数值与标注参数值不同,所以,引起电路整体参数产生误差。
而我们是按照理论值进行计算的。
其次,运放本身存在误差,实际放大倍数往往偏离理论值,造成数据的结果产生误差。
参考文献
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