电光调制实验

实验指南一、实验目的1、掌握晶体电光调制的原理和实验方法;2、观察电光调制实验现象,并测量电光晶体的各参数。

3、实现模拟光通讯.二、实验内容1、观察电光调制现象2、计算电光晶体的消光比，透过率，测量晶体的半波电压。

3、进行电光调制与光通讯实验演示三、实验仪器1、光学导轨 1套2、X 轴一维调节滑座 2个3、基本滑座 4个4、起偏器及手动X轴旋转架 1个5、检偏器及手动X轴旋转架 1个6、λ/4 波片及手动X轴旋转架 1个7、He-Ne 激光器 1个8、He-Ne 激光器电源 1个9、电光调制器 1个10、硅光电探测器 1个11、电光调制实验仪信号源 1个12、三相电源线 1根13、音频转接线 1根14、BNC 屏蔽连接线 2根15、有源音箱 1个16、实验指导书 1份17、双踪示波器 1个18、声音源（收音机、MP3 等等） 1个四、实验步骤1.按照系统连接方法将激光器，电光调制器，光电探测器等部件连接到位。

系统连接方法如图4，其中电光调制器的滑动座是二维移动平台，与其他的滑动座有所不同。

其中，信号源面板如图5。

在信号源面板上，“波形切换”开关用于选择输出正弦波或是方波，“信号输出”口用于输出晶体调制电压，若“高压输出开关”拨向上为打开，拨向下为关闭。

如果拨向上那么输出的调制电压上就会叠加一个直流偏压，用于改变晶体的调制曲线，“音频选择”开关用于选择调制信号为正弦波还是外接音频信号，“探测信号”口接光电探测器的输出，对探测器输入的微弱信号进行处理后通过“解调信号”口输出，连接至有源扬声器上。

在具体的连接中，“信号输出”的CH1与CH2输出的信号完全一样，将一个输出连接示波器，另一个输出连接电光调制器。

在观察电光调制现象时，需要使用一个带衰减的探头，连接时，探头的黑色鳄鱼夹连接至前面两根线的黑色鳄鱼夹，探针接红色鳄鱼夹（在测量时，探头应10倍衰减）。

硅光电探测器通过一根两端都是BNC 头的连接线连接至示波器上。

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。

信号调制--电光调制实验一、实验原理1、电光调制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。

实验仪中使用铌酸锂（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 30=∆式中r 为与晶体结构及温度有关的参量，称为电光系数。

o n 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：3300222L nl n rE n r U d πππδλλλ⎛⎫=∆== ⎪⎝⎭(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 302λπ== (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U π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：0()()U U U πδπδ=+ (3) 式中0δ为0U =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00δ=。

图2 电光调制器工作原理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。

电光调制实验课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电光效应的基本原理，掌握电光调制的概念。

2. 学生能描述电光调制过程中各物理量的变化及其影响。

3. 学生能了解不同类型电光调制器的结构和工作原理。

技能目标：1. 学生能通过实验操作，掌握使用示波器、激光源和电光调制器等仪器的基本技能。

2. 学生能够运用数据分析方法，处理实验数据，得出结论。

3. 学生能够运用所学知识，设计简单的电光调制实验。

情感态度价值观目标：1. 学生在实验过程中，培养严谨的科学态度，增强实验操作的规范性和安全性意识。

2. 学生通过小组合作，培养团队协作能力和沟通能力，增强合作意识。

3. 学生能够认识到电光调制技术在现代通信领域的应用价值，激发对科学技术的兴趣。

课程性质分析：本课程为物理学科实验课程，旨在帮助学生将理论知识与实际应用相结合，提高学生的实验操作能力和科学素养。

学生特点分析：初三学生已具备一定的物理知识基础，对实验课程有较高的兴趣，动手能力强，但需加强实验规范和安全意识。

教学要求：1. 结合学生特点，注重理论知识与实验操作的有机结合，提高学生的实践能力。

2. 强化实验过程中的安全意识，培养学生的责任感。

3. 注重培养学生的团队协作能力和沟通能力，提高学生的综合素质。

二、教学内容1. 理论知识：- 电光效应基本原理- 电光调制概念及其分类- 电光调制器结构和工作原理2. 实验操作：- 示波器、激光源和电光调制器等仪器的使用方法- 电光调制实验操作步骤- 实验数据的收集、处理和分析3. 教学大纲：- 第一课时：导入新课，讲解电光效应基本原理，介绍电光调制概念。

- 第二课时：分析电光调制器结构和工作原理，学习实验操作步骤。

- 第三课时：实验操作，观察电光调制现象，收集和处理数据。

- 第四课时：总结实验结果，讨论实验中发现的问题，进行拓展延伸。

4. 教材章节：- 《物理》课本第三章第七节：电光效应- 《物理》实验手册第四章第二节：电光调制实验5. 教学内容安排与进度：- 理论知识教学：2课时- 实验操作教学：2课时- 课后总结与拓展：1课时教学内容确保科学性和系统性，结合课程目标，注重理论与实践相结合，培养学生实验操作能力和科学素养。

电光调制实验报告电光调制实验报告引言电光调制是一种利用电场对光进行调制的技术，广泛应用于通信、光学传感和光学信息处理等领域。

本实验旨在通过搭建电光调制实验装置，探究电场对光的调制效果，并分析其应用前景。

实验装置本次实验所使用的电光调制实验装置包括：光源、偏振器、电光调制器、光电探测器和示波器。

其中，光源发出的光经过偏振器后，进入电光调制器，在电场的作用下发生相位差变化，最后通过光电探测器转化为电信号，再经示波器显示出来。

实验步骤1. 将光源、偏振器、电光调制器、光电探测器和示波器依次连接起来，确保电路连接正确。

2. 调整偏振器的角度，使得光通过电光调制器时，其电场与电光调制器的极化方向垂直。

3. 打开光源和示波器，调节示波器的参数，观察示波器上的波形变化。

4. 改变电光调制器的电压，观察示波器上的波形变化，并记录下来。

5. 重复步骤4，但同时改变偏振器的角度，观察示波器上的波形变化，并记录下来。

实验结果与讨论通过实验观察和记录，我们可以得到以下结论和讨论：1. 电场对光的调制效果：随着电光调制器电压的增加，示波器上的波形振幅逐渐增大，说明电场对光的幅度进行了调制。

这说明电光调制器能够通过改变电场的强度来调制光的强度。

2. 电场对光的相位调制效果：通过改变电光调制器的电压和偏振器的角度，我们可以观察到示波器上的波形发生相位差的变化。

这说明电光调制器能够通过改变电场的强度和方向来调制光的相位。

3. 电光调制器的应用前景：电光调制技术在通信领域有着广泛的应用前景。

通过调制光的幅度和相位，可以实现光信号的调制和解调，从而实现高速、大容量的光通信。

此外，电光调制器还可以用于光学传感和光学信息处理等领域，提高系统的灵敏度和可靠性。

结论通过电光调制实验，我们深入了解了电场对光的调制效果，并探讨了其应用前景。

电光调制技术在通信、光学传感和光学信息处理等领域具有重要的应用价值，为实现高速、大容量的光通信提供了有力支持。

實驗二~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~主筆實驗二電光調制實驗一、實驗目的：1.了解熟悉電光效應(Electro-Optical Effect)。

二、實驗內容：1.KDP光調製(EOM)組基本特性的測量2.EOM對頻率的響應三、實驗原理：電光效應(electro-optic effect)早在年就由普克爾(Pockels)發現，所以又稱普克爾效應，它是由電場的一次項所引起的折射率變化而產生，是一線性的電光效應，其時間響應可達飛秒量級。

基本上，此效應是將電場加在晶體上，改變其介電張量(dielectric tensor)，因而使通過此晶體的光極化方向被調整，再利用極化器(polarizer)及分析器(analyzer) ，使極化之調變轉換成光振幅之調變，因此調變正比於外加電場。

普克爾效應只發生在光學性質是各向異性(anisotropic)的晶體中，也就是不具中心對稱的晶體才有此效應，例如：砷化鎵(GaAs)、鉭酸鋰(LiTaO3)、鈮酸鋰(LiNbO3)、鋅化銻(ZnTe)等，而矽(Si)則無此效應。

由於普克爾效應的反應速度極快，因此與超快雷射結合後，亦可作高頻電子電路的量測，可利用半導體基底(substrate)本身的普克爾效應.，或是利用電光晶體，作成一針頭的形狀靠近待測電路，來偵測電路上的電場。

利用此效應的優點是量測的位置較有彈性，甚至積體電路的表面有保護層(passivation)時，亦可做量測，缺點則是靈敏度較差，因此，偵測出之信號雜訊較大。

對一些特定的積體電路，如：天線即主動元件等，其電場方向之量測亦很重要，利用普克爾效應也可做到。

四、實驗器材:1.He-Ne laser2.Polarizer (P1, P2)3.Pockels cell (內為KDP晶體)4.高壓電源供應器5.光度計6.光具座7.示波器8.波形產生器9.信號放大器(OP amp)五、實驗步驟：1.KDP光調製(EOM)組，基本特性的測量：(1)實驗裝置圖：圖2.1 電光調制實驗裝置圖(2)依照圖2.1的次序，將各光學元件與電路安裝完成，且完成光學路徑的準直工作。

一、實驗目的：1.了解熟悉電光效應(Electro-Optical Effect)。

2.接觸非線性光學（Nonlinear Optics）題材。

二、實驗內容：1.KDP光調製(EOM)組基本特性的測量。

2.EOM對頻率的響應。

三、實驗器材：1.He-Ne laser2.Polarizer (P1, P2)3.Pockels cell (內為KDP晶體)4.高壓電源供應器5.光度計6.光具座7.示波器8.波形產生器9.信號放大器 (OP amp)四、原理：1.電光晶體中的折射率分布可用橢球表示如下2.若外加電場，則會使折射率改變，方程式必須改變為3.外加電場與折射率的關係可用矩陣表示如r ij為電光係數4.利用晶體的對稱性可使多個電光係數為零，故矩陣成為5.若電場只加在Z軸上，則橢球方程式為：由此可知外加電場在Z軸上，會使橢球繞Z軸轉動一個角度θ，X軸及Y 軸轉到了X’及Y’6.其中座標轉換的關係式為7.代入橢球方程式若θ＝45°8.與正橢球比較由近似可得------（*）9. 橫向效應用45°-Z 切割的晶體，在Z 軸加上電場使晶體成為電致雙晶軸晶體。

因晶體是45°切割，所以新建立的光軸X ’、Y ’就是立方體的邊。

將一平面偏極光垂直Y ’Z 平面入射，因偏振面與Z 軸夾了45°角且'Y Z n n ，因此光波會被分成E z 及E Y ’兩個分量。

在通過晶體之後，兩分量之間的相位差為將（*）代入式子的第一項是晶體的自然雙折射效應所造成的相位移，其對溫度極敏感，所以一般我們都是將此種晶體成對使用。

圖1 KDP 自然雙折射的利用裝置圖10.垂直偏極光與水平偏極光通過晶體之後所造成的相位延遲為其相位差為因此只要提高dl的值即可降低趨動電壓，且外加電場與入射光方向垂直，所以不需用到透明電極，可大幅降低成本。

五、 裝置圖：1. KDP 光調製(EOM)組，基本特性的測量：圖2電光調制實驗裝置圖2. 加補償器之裝置圖圖3 加補償器的裝置圖六、實驗步驟：1.KDP光調製（EMO）組，基本特性量測：(1)依照圖2.1的次序，將各光學元件與電路安裝完成，且完成光學路徑的準直工作。

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。

电光调制实验电光调制实验是一种基于光及电的实验，主要是利用外加电场对光的介质介电常数及折射率发生变化的特性，从而实现对光的调制，达到信息传输的目的。

本文将对电光调制实验的原理、实验过程、实验结果以及应用进行详细介绍。

一、实验原理电光调制实验的基本原理是电-光双向转换。

光通过透明的介质之后会导致光的相位差，从而产生偏振旋转。

当外加电场时，通过电光效应，电场可以改变介质的折射率和吸收系数，从而影响光的速度和偏振方向。

在调制过程中，可以控制电场的强度和方向，从而实现光信号的编码、传输和解码。

二、实验材料实验材料主要包括：1.激光器2.半波片3.光偏振器4.电光晶体5.电源6.光探测器三、实验过程在实验开始前，首先将激光器打开并调节其输出功率，以保证激光器的正常工作。

2.半波片和光偏振器的使用。

将半波片和光偏振器连接在激光器的输出端上，并根据需要调整偏振方向和入射角度。

将电光晶体固定在一个平台上，将光束通过电光晶体，并调整电光晶体的入射角度以使其与光束共面。

4.电源的使用。

将电源连接到电光晶体上，并根据需要调整电场的强度和方向。

将光探测器放置在光束的另一端，并记录光信号的强度、频率和相位。

四、实验结果通过电光调制实验，研究者可以获得以下结果：1.光信号的编码和解码。

通过电光调制实验，可以将信息编码成光的信号并传输，然后通过解码技术将信息从光信号中提取出来。

2.光调制的幅度、相位和频率。

通过电光调制实验，可以通过调节电场的强度和方向来改变光的幅度、相位和频率，从而实现对光信号的调制。

3.光传输的性能。

通过电光调制实验，可以研究光传输的性能，包括传输距离、传输带宽、光损耗等特性。

这些研究能够指导光通讯技术的应用和发展。

五、应用电光调制实验的应用非常广泛。

一些典型的应用包括：1.光通讯。

2.光储存。

在光储存中，电光调制技术也是非常重要的。

通过电光调制实验，可以实现将信息储存在光中，然后可以随时读取出来。

3.光计算。