电光调制原理

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号。所有的调制信号的大小是通过“幅度”旋钮控制的。通过前面板上的“输出”插孔输出的参考信号，接到二踪示波器的一个通道与被调制后的接收信号比较，观察调制器的输出特性。

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

wtAexcos0' wtAeycos0'

用复振幅表示，将位于晶体表面（z=0）的光波表示为AEx)0(' AEy)0('

所以入射光的强度为 22'2'2)0()0(AEEEEIyxi•

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 AlEx)(' iyAelE)('

通过检偏器出射的光，是这两个分量在y轴上的投影之和

1245cos)()('0iiyyeAelEE

其对应的输出光强It可写为 2sin2*2200AEEIyyt•

由以上可知光强透过率为2sin2itIIT

相位差的表达式 dlVrnlnnyx2230''22

当相位差为π时 ldrnVn22302

由以上各式可将透过率改写为 wtVVVVVTmsin2sin2sin022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

电光调制概述

北京邮电大学经济管理学院电子商务专业

李佶珂10212226

摘要 本文在电光效应的基础上简述了电光调制的基本概念及其原理以及在实际工作中的应用.

关键词 电光调制 电光效应

一、正文

1 电光调制原理

电光调制是利用某些晶体材料在外加电场作用下折射率发生变化的电光效应而进行工作的。根据加在晶体上电场的方向与光束在晶体中传播的方向不同，可分为纵向调制和横向调制。电场方向与光的传播方向平行，称为纵向电光调制；电场方向与光的传播方向垂直，称为横向电光调制。横向电光调制的优点是半波电压低、驱动功率小，应用较为广泛。本电光调制系统是以铌酸锂晶体的横向调制为例。图1是一种横向电光调制的示意图。

沿z方向加电场，通光方向沿感应主轴y′方向，经起偏器后光的振动方向与z轴的夹角为45°。光进入晶体后，将分解为沿x′和z方向振动的两个分量，两者之间的折射率之差为n(x1)—n（x2），假定通光方向上晶体长度为l，厚度为d(即两极间的距离)，则外加电压为V=Ezd时，从晶体出射的两束光的相位差为：

由式(1)可以看出，只要晶体和通光波长λ确定之后，相位差△φ的大小取决于外加电压V，改变外加电压V就能使相位差△φ随电压V成比例变化。通常使用的电光晶体的主要特性之一是采用半波电压米表征(当两光波间的相位差△φ为π弧度时所需要的外加电压称为半波电压)。

2 电光调制系统总体设计 基于电光调制原理设计出此电光调制系统，用以研究电场和光场相互作用的物理过程，也适用于光通信与物理的实验研究。电光调制系统结构见图2。

2.1 工作原理

激光器电源供给激光器正常工作的电压，确保激光器稳定工作。由激光器产生的激光经起偏器后成线偏振光。线偏振光通过电光晶体的同时，给电光晶体外加一个电压，此电压就是需要调制的信号。当给电光晶体加上电压后，晶体的折射率及其光学性能发生变化，改变了光波的偏振状态，线偏振光变成了椭圆偏振光。为了选择合适的调制工作点，在电光晶体之后插入一个λ／4波片，使通过电光晶体的两束光线的相位延迟π／2，使调制器工作在线性部分，通过检偏器检测输出光的偏振方向，最后用光电探测器检测调制后的光信号，并将其转换为电信号用示波器观察。

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

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）图

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 P1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：

2221ooexyzIII

（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：

2226321zooexyzExyIII

（2）

对上式进行坐标系的变换，消除式中的交叉项：

'cos45'sin45''/2'sin45'sin45''/2'xxyxyyxyxyzz

（3）