铌酸锂晶体横向电光调制实验

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。

铌酸锂晶体的横向电光效应研究1实验要求1研究内容1.1熟悉沿光轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应。

1.2研究近轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，对铌酸锂晶体的电光效应进行理论推导，分析降低晶体驱动电压的方法。

1.3研究非近轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，分析入射角对晶体电光效应的影响，进行数值仿真。

2成果形式2.1采用理论分析与数值仿真结合的方式，研究结果以图表的形式给出。

2.2完成课题研究报告。

2背景介绍铌酸锂( LINBO3) 晶体作为一种优良的横向电光调制材料，具有驱动电压低、插入损耗小、光谱工作范围宽、消光比高和易于大规模生产等优点，在光通信、光信号传输、电光开关等领域得到了广泛的应用。

理想情况下光线沿着铌酸锂晶体的光轴方向传播，并且在理论分析时不考虑自然双折射的影响，但是，实际应用中光线与光轴完全校准是不可能实现的，这就会造成理论与实际之间存在误差。

分析铌酸锂晶体在近轴及非近轴情况下的横向电光效应，对于利用角度调节以改善其电光性能具有指导意义。

同时，近轴及非近轴条件下晶体的电光特性对既需要利用晶体双折射效应进行分束或者合束，又需要利用其电光效应产生附加相移的新型电光器件来说是至关重要的。

3基础知识研究铌酸锂晶体的横向电光效应，涉及到光的偏振、双折射及晶体的电光效应等较为基础的知识，为了更加深入地理解电光效应，更加透彻地分析不沿光轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，对该问题所涉及一系列基础知识进行复习整理，如下所示。

1光的偏振1.1电磁波是横波，具有偏振现象，这是许多的光学现象的重要基础，包括电光效应。

1.2对人眼、照相底片及光电探测器起作用的是电磁波中的电场强度E，因此常把电矢量E称为光矢量，把E的振动称为光振动。

在讨论光振动的性质时，只需要考虑电矢量E即可。

1.3完全偏振光包括线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光，可用如下模型描述（图中给出了线偏振光的例子，线偏振光的例子里x、y方向的振动无相位差）：1.4马吕斯定律：一束线偏振光与偏振片透光轴夹角为θ，这束偏振光透过偏振片后的振幅及光强与夹角θ之间的数学关系为2双折射2.1基本概念当光线从空气进入某些晶体时，这些晶体会使一条单色的入射光线分成两条折射光线，这种现象称为双折射。

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。

佛山科学技术学院实验报告课程名称实验项目专业班级姓名学号指导教师成绩日期年月日图 1 折射率椭球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，椭球方程变成图2xy坐标系内琼斯矩阵的表达式：图4 线性电光效应振幅调制器的特性曲线(a ) (b )图 6 晶体调制曲线③直流偏压U 0在0伏附近或在πU 附近变化时，由于工作点不在线性工作区，输出波形将失真。

图7 晶体的电光调制实验装配图1/4波片和电光晶体，利用单轴晶体锥光干涉图来调节激光沿晶体光轴入射。

采用光学调节方法使激光与每一个光学元件及晶体同轴等高，让激光束通过各光学元件的中心和晶体的轴心。

固定起偏器于某个位置（如0°），旋转检偏器使其输出消光（起偏器与检偏器的偏振轴方向垂直）信号的两倍时，记下直流电压V1，拍摄调制信号与解调信号波形。

② 保持光路不变，打开高压开光，从零开始逐步增大直流电压，当调信号频率第二次出现倍频失真时，拍摄调制信号与解调信号波形，记下直流电压V2。

由V2V1得到半波电压V ，并与式（29-8）计算的V 理论值比较，计算相对误差。

将光路上的探测器换成功率计，打开电光调制开关（正弦调制开关一定要处于关闭状态），加在晶体上的电压从零开始，逐渐增大，加在晶体上的电压有电源面板上的数字表读出，每隔20V 记录一次功率计上面的读数，将数据填入表，作出调制曲线。

求出半波电压πU 。

（输出的光强将会出现极小值和极大值，相邻的极小值和极大值对应的直流电压之差即使半波电压πU ）（2）用4λ波片改变工作点，观察输出特性关闭晶体的直流电压，在晶体和偏振片之间放入1/4波片。

绕光轴缓慢旋转1/4波片，当波片的快慢轴平行于晶体的感应轴x '、y '方向时，输出光线性调制；当波片的快慢轴分别平行于晶体的x 、y 轴时，输出光出现“倍频”失真。

1/4波片旋转一周，将出现四次线性调制和四次倍频失真，拍摄线性调制和倍频失真时调制信号与解调信号波形。

实验六铌酸锂晶体横向电光调制实验实验六铌酸锂晶体横向电光调制实验一、实验目的:1、了解电光调制的基本原理及铌酸锂晶体横向调制的基本机构。

2、掌握铌酸锂电光调制器的调试方法并测量和计算晶体的特性参数。

二、实验仪器: 晶体电光调制器，电光调制电源，He-Ne激光器，双线示波器和万用表等。

三、实验原理:1、激光调制激光调制，就是以激光作载波，将要传输的信号加载于激光辐射的过程。

分为内调制和外调制。

内调制是加载调制信号在激光振荡器的过程中进行的，按调制信号的规律改变振荡参数，从而改变激光的输出特性并实现调制。

外调制是指加载调制信号在激光形成之后进行，其方法是在激光器谐振腔外的电路上放置调制器，调制器上加调制信号电压，使调制器的物理特性(如电光调制效应等)发生相应的变化，当激光通过时即得到调制。

其中强度调制是激光是使激光载波的电矢量平方比例于调制信号。

因为对光的调制比较容易实现，而且光接受器通常都是根据它所接收的光辐射功率而产生相应的电信号的，因此，强度调制是各种激光调制方法中用的比较多的一种。

电光强度调制器是利用某些晶体的电光效应，在晶体上加调制信号电压后，通过晶体的激光束的振幅或相位就随着信号电压而变化。

2、铌酸锂晶体的一次电光效应给晶体外加电场时，晶体的折射率将发生变化，这种现象成为电光效应。

外电场E引起的折射率变化关系式为:2???????? (1) n,n，aE，bE，0n其中a、b为常数，是E=0时的折射率。

由一次项引起的折射率变aE038化的效应，称为一次电光效应或电光效应，也称普朗克(Pokell)效应。

一次2电光效应只存在于二十类无对称中心的晶体中。

由二次项引起的折射率变bE 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，二次电光效应则可能存在于任何物质中。

一般一次电光效应要比二次电光效应显著的多。

电光效应在工程技术中有着广泛的应用。

通常用折射率椭球的变化来分析。

晶体在未加电场时的折射率椭球方程为:222xyz (2) ，，,1222nnnxyz式中n、n、n分别为三个主轴x、y、z上的主折射率。

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wt A e x cos 0'= wt A e y cos 0'=用复振幅表示，将位于晶体表面（z=0）的光波表示为A E x =)0(' A E y =)0(' 所以入射光的强度为 22'2'2)0()0(A E E E E I y x i =+=•∝ 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 A l E x =)(' δi y Ae l E -=)('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-=︒=-δδi i y y eA e l E E其对应的输出光强I t 可写为 ()()[]2sin 2*2200δA E E I y y t =•∝由以上可知光强透过率为2sin 2δ==i t I I T 相位差的表达式 ()dlVr n l n ny x 2230''22λπλπδ=-=当相位差为π时 ⎪⎭⎫ ⎝⎛=l d r n V n 22302λ由以上各式可将透过率改写为 ()wt V V V V VT m sin 2sin 2sin 022+==ππππ可以看出改变V0或Vm ，输出特性将相应变化。

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。

实验六 铌酸锂晶体横向电光调制实验一、实验目的：1、了解电光调制的基本原理及铌酸锂晶体横向调制的基本机构。

2、掌握铌酸锂电光调制器的调试方法并测量和计算晶体的特性参数。

二、实验仪器：晶体电光调制器，电光调制电源，He-Ne 激光器，双线示波器和万用表等。

三、实验原理：1、激光调制激光调制，就是以激光作载波，将要传输的信号加载于激光辐射的过程。

分为内调制和外调制。

内调制是加载调制信号在激光振荡器的过程中进行的，按调制信号的规律改变振荡参数，从而改变激光的输出特性并实现调制。

外调制是指加载调制信号在激光形成之后进行，其方法是在激光器谐振腔外的电路上放置调制器，调制器上加调制信号电压，使调制器的物理特性（如电光调制效应等）发生相应的变化，当激光通过时即得到调制。

其中强度调制是激光是使激光载波的电矢量平方比例于调制信号。

因为对光的调制比较容易实现，而且光接受器通常都是根据它所接收的光辐射功率而产生相应的电信号的，因此，强度调制是各种激光调制方法中用的比较多的一种。

电光强度调制器是利用某些晶体的电光效应，在晶体上加调制信号电压后，通过晶体的激光束的振幅或相位就随着信号电压而变化。

2、铌酸锂晶体的一次电光效应给晶体外加电场时，晶体的折射率将发生变化，这种现象成为电光效应。

外电场E 引起的折射率变化关系式为：+++=20bE aE n n (1)其中a 、b 为常数，0n 是E=0时的折射率。

由一次项aE 引起的折射率变化的效应，称为一次电光效应或电光效应，也称普朗克（Pokell ）效应。

一次电光效应只存在于二十类无对称中心的晶体中。

由二次项2bE 引起的折射率变化的效应，称为二次电光效应也称平方电光效应或克尔（Kerr ）效应，二次电光效应则可能存在于任何物质中。

一般一次电光效应要比二次电光效应显著的多。

电光效应在工程技术中有着广泛的应用。

通常用折射率椭球的变化来分析。

晶体在未加电场时的折射率椭球方程为： 1222222=++z y xn z n y n x （2） 式中n x 、n y 、n z 分别为三个主轴x 、y 、z 上的主折射率。

铌酸锂电光系数横向电光调制电光系数铌酸锂是一种具有优异光电性能的晶体材料，在光通信领域有着重要的应用。

而电光系数则是铌酸锂的一个重要参数，它描述了该晶体材料在外加电场作用下的光学响应能力。

本文将详细介绍铌酸锂的电光系数以及其横向电光调制能力，为相关领域的研究者提供指导和参考。

首先，让我们来了解一下铌酸锂的电光系数。

电光系数是指晶体材料在外加电场下，折射率的改变与电场强度之间的关系。

铌酸锂具有较大的电光系数，通常在10^-12 m/V左右，这使得它成为一种理想的电光调制材料。

横向电光调制是指在铌酸锂晶体的横向方向施加电场，通过调制光的相位和振幅来实现对光信号的调制。

铌酸锂晶体具有强烈的光电特性，能够很好地实现光的调制。

通过控制外加电场的大小和方向，可使光的波长或频率发生变化，从而实现光的调制。

这种调制方式具有快速响应速度、高带宽、低损耗等优点，因此在光通信和光电器件领域应用广泛。

铌酸锂的电光系数与其结晶方向有关。

在铌酸锂晶体中，有两个较为重要的结晶方向，即z轴方向和y轴方向。

其中，z轴方向的电光系数较大，达到10^-12 m/V，而y轴方向的电光系数较小，大约为10^-13 m/V。

这意味着在横向电光调制中，应优先选择z轴方向来实现较大的电光调制效应。

除了结晶方向，铌酸锂的电光系数还受到边缘电场的影响。

由于晶体表面和边缘存在着较大的电场梯度和电荷积聚，会导致电光响应的非线性变化。

因此，在设计和制备横向电光调制器件时，需要充分考虑晶体的结构和表面形貌，以减小边缘效应对电光调制的影响。

总结起来，铌酸锂作为一种优异的光电材料，在横向电光调制中具有重要的应用价值。

其较大的电光系数和快速响应速度为光通信和光电器件的发展提供了有力的支撑。

在设计和制备横向电光调制器件时，需要充分考虑晶体材料的结晶方向和边缘效应，以获得更好的电光调制效果。

相信随着技术的不断进步，铌酸锂的横向电光调制能力将会得到进一步的提升，为光通信领域的发展带来更多的可能性。

利用铌酸锂晶体进行激光电光调制的研究引言激光是一种光频电磁波，具有良好的相干性，可用来作为传递信息的载波。

激光具有很高的频率（约13151010Hz ），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。

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。

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。

需要将语言信息加与激光，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。

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。

一 研究目的1. 掌握晶体电光调制的原理和实验方法2.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。

二 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 激光光源：半导体激光器， 激光波长：650～680nm ， 激光功率：0～2.5mW 连续可调， 偏置电压：±0～400V 连续可调， 调制方式: 横向调制； 调制晶体：铌酸锂晶体 50mm ×6mm ×1.7mm ； 调制波形：1KHz 正弦波或其他波形；三 实验原理某些晶体（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。

实验七 晶体的电光调制实验一、实验目的：1、了解电光调制的基本原理及铌酸锂晶体横向调制的基本机构。

2、掌握铌酸锂电光调制器的调试方法并测量和计算晶体的特性参数。

二、实验仪器：DGT-1电光调制实验仪，晶体电光调制器，半导体激光器，双踪示波器等。

三、实验原理：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。

本实验仪使用铌酸锂（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。

n 0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：１3300222l nl n rEl 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 决定于入射光的波长λ以及晶体材料和它的几何尺寸。

佛山科学技术学院实验报告课程名称实验项目专业班级姓名学号指导教师成绩日期年月日图 1 折射率椭球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，椭球方程变成图2xy坐标系内琼斯矩阵的表达式：图4 线性电光效应振幅调制器的特性曲线(a ) (b )图 6 晶体调制曲线③直流偏压U 0在0伏附近或在πU 附近变化时，由于工作点不在线性工作区，输出波形将失真。

图7 晶体的电光调制实验装配图1/4波片和电光晶体，利用单轴晶体锥光干涉图来调节激光沿晶体光轴入射。

采用光学调节方法使激光与每一个光学元件及晶体同轴等高，让激光束通过各光学元件的中心和晶体的轴心。

固定起偏器于某个位置（如0°），旋转检偏器使其输出消光（起偏器与检偏器的偏振轴方向垂直）信号的两倍时，记下直流电压V1，拍摄调制信号与解调信号波形。

② 保持光路不变，打开高压开光，从零开始逐步增大直流电压，当调信号频率第二次出现倍频失真时，拍摄调制信号与解调信号波形，记下直流电压V2。

由V2V1得到半波电压V ，并与式（29-8）计算的V 理论值比较，计算相对误差。

将光路上的探测器换成功率计，打开电光调制开关（正弦调制开关一定要处于关闭状态），加在晶体上的电压从零开始，逐渐增大，加在晶体上的电压有电源面板上的数字表读出，每隔20V 记录一次功率计上面的读数，将数据填入表，作出调制曲线。

求出半波电压πU 。

（输出的光强将会出现极小值和极大值，相邻的极小值和极大值对应的直流电压之差即使半波电压πU ）（2）用4λ波片改变工作点，观察输出特性关闭晶体的直流电压，在晶体和偏振片之间放入1/4波片。

绕光轴缓慢旋转1/4波片，当波片的快慢轴平行于晶体的感应轴x '、y '方向时，输出光线性调制；当波片的快慢轴分别平行于晶体的x 、y 轴时，输出光出现“倍频”失真。

1/4波片旋转一周，将出现四次线性调制和四次倍频失真，拍摄线性调制和倍频失真时调制信号与解调信号波形。

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。

第33卷第5期2020年10月Vol.33No.5Oct.2020大学物理实验PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGE文章编号：1007-2934(2020)05-0067-04铌酸锂晶体电光系数的研究与测量吴奕璇，官紫妍,徐飞腾，吕梦悦，曾育锋(华南师范大学物理与电信工程学院，广东广州510006)摘要：应用折射率椭球理论分析了线性电光效应，结合横向电光调制的相位延迟,得出铌酸锂晶体相关电光系数的测量方法，并采用直接测量半波电压法中的极值法和调制法分别测得铌酸锂晶体的相关电光系数，进行了测量结果对比分析。

关键词：铌酸锂晶体;电光系数;电光效应;半波电压中图分类号：O4-34文献标志码：A D0l：10.14139/22-1228.2020.05.015电光调制器是高速光通信中信号调制系统的关键器件之一⑴，而光电材料铌酸锂晶体以独特的优势在电光调制器的应用中发挥着重要作用,其电光器件的设计及应用与电光系数密切相关,因此对铌酸锂晶体相关电光系数的研究非常重要。

大学物理实验中的晶体电光调制实验是基于铌酸锂晶体电光效应的综合性实验［2］,通过该实验可以帮助学生巩固偏振光干涉、晶体电光效应等知识。

目前实验对晶体电光系数的理论解释较为简单，学生往往不易理解透彻。

本文对铌酸锂晶体的电光系数进行了深入理论研究与分析，并且采用直接测量半波电压法求得相关电光系数。

不仅帮助学生掌握相关理论知识,且实验操作简单,测量结果对比明显，学生可以更好地体会到不同测量方法的优缺点。

1理论分析铌酸锂晶体电光系数大，不易潮解，具有较低的吸收系数和插入损耗［3］。

最大的特点就是其折射率随外加电场的变化而变化［4］,即电光效应。

1.1线性电光效应电光系数习惯上定义为：n(e)-n y(0)三=Yjk/+s测/d(1)由于二次效应与线性效应相比小，因此常可以忽略⑸。

其中E k为外加电场分量，人k是线性电光系数,S测是二次电光系数。

铌酸锂晶体的横向电光效应V0铌酸锂晶体的横向电光效应研究1实验要求1研究内容1.1熟悉沿光轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应。

1.2研究近轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，对铌酸锂晶体的电光效应进行理论推导，分析降低晶体驱动电压的方法。

1.3研究非近轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，分析入射角对晶体电光效应的影响，进行数值仿真。

2成果形式2.1采用理论分析与数值仿真结合的方式，研究结果以图表的形式给出。

2.2完成课题研究报告。

2背景介绍铌酸锂( LINBO3) 晶体作为一种优良的横向电光调制材料，具有驱动电压低、插入损耗小、光谱工作范围宽、消光比高和易于大规模生产等优点，在光通信、光信号传输、电光开关等领域得到了广泛的应用。

理想情况下光线沿着铌酸锂晶体的光轴方向传播，并且在理论分析时不考虑自然双折射的影响，但是，实际应用中光线与光轴完全校准是不可能实现的，这就会造成理论与实际之间存在误差。

分析铌酸锂晶体在近轴及非近轴情况下的横向电光效应，对于利用角度调节以改善其电光性能具有指导意义。

同时，近轴及非近轴条件下晶体的电光特性对既需要利用晶体双折射效应进行分束或者合束，又需要利用其电光效应产生附加相移的新型电光器件来说是至关重要的。

3基础知识研究铌酸锂晶体的横向电光效应，涉及到光的偏振、双折射及晶体的电光效应等较为基础的知识，为了更加深入地理解电光效应，更加透彻地分析不沿光轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，对该问题所涉及一系列基础知识进行复习整理，如下所示。

1光的偏振1.1电磁波是横波，具有偏振现象，这是许多的光学现象的重要基础，包括电光效应。

1.2对人眼、照相底片及光电探测器起作用的是电磁波中的电场强度E，因此常把电矢量E称为光矢量，把E的振动称为光振动。

在讨论光振动的性质时，只需要考虑电矢量E即可。

1.3完全偏振光包括线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光，可用如下模型描述（图中给出了线偏振光的例子，线偏振光的例子里x、y方向的振动无相位差）：1.4马吕斯定律：一束线偏振光与偏振片透光轴夹角为θ，这束偏振光透过偏振片后的振幅及光强与夹角θ之间的数学关系为2双折射2.1基本概念当光线从空气进入某些晶体时，这些晶体会使一条单色的入射光线分成两条折射光线，这种现象称为双折射。

铌酸锂晶体的横向电光效应研究1实验要求1研究内容1.1熟悉沿光轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应。

1.2研究近轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，对铌酸锂晶体的电光效应进行理论推导，分析降低晶体驱动电压的方法。

1.3研究非近轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，分析入射角对晶体电光效应的影响，进行数值仿真。

2成果形式2.1采用理论分析与数值仿真结合的方式，研究结果以图表的形式给出。

2.2完成课题研究报告。

2背景介绍铌酸锂( LINBO3) 晶体作为一种优良的横向电光调制材料，具有驱动电压低、插入损耗小、光谱工作范围宽、消光比高和易于大规模生产等优点，在光通信、光信号传输、电光开关等领域得到了广泛的应用。

理想情况下光线沿着铌酸锂晶体的光轴方向传播，并且在理论分析时不考虑自然双折射的影响，但是，实际应用中光线与光轴完全校准是不可能实现的，这就会造成理论与实际之间存在误差。

分析铌酸锂晶体在近轴及非近轴情况下的横向电光效应，对于利用角度调节以改善其电光性能具有指导意义。

同时，近轴及非近轴条件下晶体的电光特性对既需要利用晶体双折射效应进行分束或者合束，又需要利用其电光效应产生附加相移的新型电光器件来说是至关重要的。

3基础知识研究铌酸锂晶体的横向电光效应，涉及到光的偏振、双折射及晶体的电光效应等较为基础的知识，为了更加深入地理解电光效应，更加透彻地分析不沿光轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，对该问题所涉及一系列基础知识进行复习整理，如下所示。

1光的偏振1.1电磁波是横波，具有偏振现象，这是许多的光学现象的重要基础，包括电光效应。

1.2对人眼、照相底片及光电探测器起作用的是电磁波中的电场强度E，因此常把电矢量E称为光矢量，把E的振动称为光振动。

在讨论光振动的性质时，只需要考虑电矢量E即可。

1.3完全偏振光包括线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光，可用如下模型描述（图中给出了线偏振光的例子，线偏振光的例子里x、y方向的振动无相位差）：1.4马吕斯定律：一束线偏振光与偏振片透光轴夹角为θ，这束偏振光透过偏振片后的振幅及光强与夹角θ之间的数学关系为2双折射2.1基本概念当光线从空气进入某些晶体时，这些晶体会使一条单色的入射光线分成两条折射光线，这种现象称为双折射。