晶体的电光效应与信号传输,实验报告
您现在的位置：&&
晶体的电光效应与信号传输,实验报告
相关热词搜索：
篇一：研究性实验报告——晶体的电光效应1基础物理实验研究性报告 晶体的电光效应研究性实验报告——晶体的光电效应 目录 摘要 ............................................................................................................................................. - 3 - 关键字 ......................................................................................................................................... - 3 - 实验要求...................................................................................................................................... - 4 - 实验原理...................................................................................................................................... - 4 - 1.电光晶体和泡克尔斯效应 ............................................................................................... - 4 - 2 电光调制原理 .................................................................................................................. - 5 - (1) 横向调制实验 ....................................................................................................... - 6 - (2)
直流偏压对输出特性的影响 ............................................................................. - 8 - 实验仪器.................................................................................................................................... - 10 - 实验步骤.................................................................................................................................... - 10 - 1 调节光路 ........................................................................................................................ - 10 - 2 电光调制器T—V工作曲线的测量 ............................................................................ - 11 - 3 动态法观察调制器性能 ................................................................................................ - 11 - 数据记录与处理 ........................................................................................................................ - 12 - 原始数据表格 .................................................................................................................... - 12 - T—V工作曲线数据表 ............................................................................................. - 12 - T—V工作曲线 ......................................................................................................... - 13 - 数据处理.................................................................................................................................... - 14 - 误差分析及改进方法 ................................................................................................................ - 14 - 实验思考题................................................................................................................................ - 15 - 实验.................................................................................................................................... - 16 - - 2 -摘要 激光是一种光频电磁波，具有良好的相干性，与无线电波相似，可用来作为传递信息的载波。激光具有很高的频率（约Hz），可供利用的频带很宽，故传递信息的容量很大。可见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。 某些晶体在外电场作用下折射率会发生变化，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。 本文对晶体的电光效应实验的原理、步骤、仪器进行了简要的介绍，并对实验数据进行处理以及误差估算。通过分析实验室条件下误差产生的原因并进行精确计算，对比探究了极值法测半波电压和调制法测半波电压，并做出比较分析。此外，针对实验中误差产生的原因提出了自己的建议和改进措施。 关键字 电光效应，激光，双折射，半波电压，电光系数 实验要求 1. 掌握晶体电光调制的原理和实验方法； 2. 了解电光效应引起的晶体光学性质的变化，观察会聚偏振光的干涉现象； 3. 学习测量晶体半波电压和电光常数的实验方法。 实验原理 1.电光晶体和泡克尔斯效应 某些晶体（固体或液体）在外加电场中，随着电场强度的改变，晶体的折射率会发生改变，这种现象称为电光效应。通常将电场引起的折射率的变化用下式表示： 2n?n0?aE0?bE0?（1） 式中a和b为常数，n0为E0=0时的折射率。由一次项aE0引起的折射率变化的效应，称为一次电光效应。也称线性电光效应或普克尔电光效应；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）。由（1）式可知，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。 本实验主要研究铌酸锂晶体的一次电光效应，用铌酸锂晶体的横向调制装置测量晶体的半波电压及电光系数，并用两种方法改变调制器的工作点，观察相应的输出特性。 电光效应在工程技术和科学研究上有许多重要的应用，它又很短的响应时间（可以跟上1010Hz的电场变化），可以在高速摄影中做快门或在光速测量中做光束斩波器等。在激光出现后，电光效应的研究和应用得到迅速发展，电光器件被广泛应用在激光通信，激光测距，激光显示和光学数据处理等方面。 - 4 -电光效应根据施加的电场方向与通光方向相对关系，可分为纵向电光效应和横向电光效应。利用纵向电光效应的调制，叫做纵向电光调制；利用横向电光效应的调制，叫做横向电光调制。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。把加在晶体上的电场方向与光在晶体中的传播方向平行时产生的电光效应，称为纵向电光效应，通常以KD*P称为横向电光效应 ，以晶体LiNbo3为代表。本实验观察横向电光效应常用铌酸锂类型的晶体。晶体的 坐标轴如图
本实验主要研究铌酸锂晶体的一次电光效应，用铌酸锂的横向调制装置测量警惕的半波电压及电光系数，并用两种方法改变调制器的工作点，观察相应的输出特性。 在未加电场之前，铌酸锂晶体是单轴晶体。当线偏振光沿光轴（Z轴）方向通过晶体时，不会产生双折射。但如在铌酸锂晶体的X轴施加电场，晶体将由单轴晶体变为双轴晶体。这时沿Z轴传播的偏振光应按特定的晶体感应轴X'和Y'进行分解，因为光沿这两个方向偏振的折射率不同（传播速率不同）。类似于双折射中关于o光和e光的偏振态的讨论，由于沿着X'和Y'的偏振分量存在相位差，出射光一般将分成椭圆偏振光，由晶体光学可以证明，这两个方向的折射率：nx??n0? （2） 式中，n0和r22是晶体的o光折射率和电光系数，EX=V/d是X方向所加的外电场。 Eyny??n0?n0?22Ey222 电光调制原理 要用激光作为传递信息的工具，首先要解决如何将传输信号加到激光辐射上去的问题，我们把信息加载于激光辐射的过程称为激光调制，把完成这一过程的装置称为激光调制器。由已调制的激光辐射还原出所加载信息的过程则称为解调.因为激光实际上只起到了&携带&低频信号的作用，所以称为载波，而起控制作用的低频信号是我们所需要的，称为调制信号， - 5 - 篇二：电光效应实验
现代测控系统集成设计报告 ——晶体的电光效应—泡克尔斯效应实验
姓名：赵明 学号： 班级：硕2022 专业：测试计量技术与仪器
报告日期：日 目录 一、实验原理 ................................................................................................................................... 1 二、仪器介绍 ................................................................................................................................... 7 三、实验内容 ................................................................................................................................... 9 四、数据处理 ................................................................................................................................. 11 五、注意事项 ................................................................................................................................. 12一、实验原理 某些晶体在外加电场中，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。通常将电场引起的折射率的变化用下式表示:
式中a和b为常数，n0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）。由（1）式可知，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。通常用折射率椭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，折射率椭球方程为： 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。如图一所示，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，椭球的方程变为图一 晶体折射率椭球 只考虑一次电光效应，上式与式（2）相应项的系数之差和电场强度的一次方成正比。由于晶体的各向异性，电场在x、y、z各个方向上的分量对椭球方程的各个系数的影响是不同的，我们用下列形式表示：上式是晶体一次电光效应的普遍表达式，式中γij叫做电光系数 (i=1,2,?6;j=1,2,3)，共有18个，EX、EY、EZ是电场E在x、y、z方向上的分量。式（4）可写成矩阵形式： 电光效应根据施加的电场方向与通光方向相对关系，可分为纵向电光效应和横向电光效应。利用纵向电光效应的调制，叫做纵向电光调制；利用横向电光效应的调制，叫做横向电光调制。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。把加在晶体上的电场方向与光在晶体中的传播方向平行时产生的电光效应，称为纵向电光效应，通常以KD?P类型晶体为代表。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，称为横向电光效应 ，以晶体为代表。LiNbo3这次实验中，我们只做晶体的横向电光强度调制实验。我们采用对LN晶体横向施加电场的方式来研究LiNbO3晶体的电光效应。其中，晶体被加工成5×5×30mm3的长条，光轴沿长轴通光方向，在两侧镀有导电电极，以便施加均匀的电场。 铌酸锂晶体是负单轴晶体，即nx=ny=n0、nz＝ne 。式中和分别为晶体的寻常光和非寻常光的折射率。加上电场后折射率椭球发生畸变，对于3m类晶体，由于晶体的对称性，电光系数矩阵形式为当X轴方向加电场，光沿Z轴方向传播时，晶体由单轴晶体变为双轴晶体，垂直于光轴Z方向折射率椭球截面由圆变为椭圆，此椭圆方程为： 进行主轴变换后得到： 考虑到n20γ22Ex&&1，经化简得到 当 X 轴方向加电场时，新折射率椭球绕 Z 轴转动45 图三为典型的利用LiNbo3晶体横向电光效应原理的激光强度调制器。o
图三 晶体横向电光效应原理图 其中起偏器的偏振方向平行于电光晶体的X轴，检偏器的偏振方向平行于Y轴。因此入射光经起偏器后变为振动方向平行于X轴的线偏振光，它在晶体的感应轴X’和轴Y’上的投影的振幅和位相均相等，设分别为 或用复振幅的表示方法，将位于晶体表面（z=0）的光波表示为 所以,入射光的强度是 当光通过长为l的电光晶体后， X′和Y′两分量之间就产生位相差δ，即 通过检偏器出射的光，是这两分量在Y轴上的投影之和 篇三：晶体的电光效应
电子版 晶体的电光效应
五、数据处理
1.研究LN单轴晶体的干涉： （1）单轴锥光干涉图样： 调节好实验设备，当LN晶体不加横向电压时，可以观察到如图现象，这是典型的汇聚偏振光穿过单轴晶体后形成的干涉图样。
（2）晶体双轴干涉图样：
打开晶体驱动电压，将状态开关打在直流状态，顺时针旋转电压调整旋钮，调整驱动电压，将会观察到图案由一个中心分(来自: 写 论文 网:晶体的电光效应与信号传输,实验报告)裂为两个，这是典型的汇聚偏振光穿过双轴晶体后形成的干涉图样，它说明单轴晶体在电场的作用下变成了双轴晶体 2.动态法观察调制器性能： （1）实验现象：
当V1=143V时，出现第一次倍频失真： 当V2=486V时，信号波形失真最小，振幅最大（线性调制）： 当V3=832V时，出现第二次倍频失真： （2）调制法测定LN晶体的半波电压：第一次倍频失真对应的电压V1=143V，第二次倍频失真对应的电压V3=832V。故V??V3?V1?832V?143V?689V。 由V?? ? 2n0? 3 22 ( dl )得：? 22 ? ? 2n0V? 3 ( dl )?6.41?10 ?12
3.电光调制器T-V工作曲线的测量：（1）原始数据：
依据数据作出电光调制器P-V工作曲线：
（2）极值法测定LN晶体的半波电压：从图中可以看到，V在100~150V时取最小值，在800~850V时取最大比较数据可以得出，极小值大致出现在V1?110V，极大值大致出现 在V3?805V，由此可得V??V3?V1?805V?110V?695V 由V?? ? 2n0? 3 22 ( dl )得：? 22 ? ? 2n0V? 3 ( dl )?6.35?10 ?12
4.测量值与理论值比较： 晶体基本物理量： ? 2n0? 3 22 算出理论值V?? ( dl )?649.2V。与理论值相比，调制法测量 结果相对误差约6.1%，极值法测量结果误差约7.1%，实验值与理论值符合较好。其中，动态法比极值法更精确。 5.讨论实验中观察到的输出波形和畸变产生的原因：
根据理论计算，当V=0时，T应当为极小值（T=0），然而从实验测量出的T-V图中可以发现，当V=0时，T不为零，且极小值也不出现在V=0处，对此我们可以归纳出以下几种可能原因： （1）由于在调试前后两个偏振片过程中，难以保证其起偏方向完全垂直，这就导致了极小值点偏离V=0点。 （2）由于工艺上的原因，前后两个偏振片即使在完全垂直的情况下，也不可能完全消光，总会有光线透过，因此，极小值点之值大于零。 输出波形畸变产生的原因： 根据数学推导可得，光强透过率：T?sin 2 ? 2V? (V0?Vmsin?t) （1）当V0?V?/2时，工作点落在线性工作区的中部，将V0?V?/2代入得：
T? 12(1? ?Vm V? sin?t)?Vmsin?t 这时，调制器输出的波形和调制信号的频率相同，即线性调制。 （2）当V0?0或V?，Vm?V?时，同理可得T?cos2?t，这时输出光的频率是调制信号的两倍，即产生“倍频”失真。本&&篇:《》来源于:
优秀范文，论文网站
本篇网址:/2016/shiyanbaogao_.html
好文大家读
Copyright &
All Rights Reserved.单轴晶体电光调制器的温度特性_图文_百度文库
单轴晶体电光调制器的温度特性
第33卷　第8期　2006年8月中　国　激　光CHINESEJOURNALOFLASERSVol.33,No.8　August,2006文章编号:06)　　
单轴晶体电光调制器的温度特性
林凯燕,许　婕,王红成,佘卫龙
121,2111中山大学光电材料与技术国家重点实验室,广东广州510275揭阳职业技术学院机电与电子工程系,广东揭阳522000
摘要　利用线性电光效应的耦合波理论,对单轴晶体铌酸锂电光调制器的温度特性进行了研究。通过计算机进行数值计算,详细分析出射光光强随入射光方向、温度的变化关系。发现在某些入射光方向上,出射光光强不随温度的变化而变化,并且在该方向附近,角度在一定范围内是可调的,温度的稳定性可以保持。进一步还发现,当极角θ固定在0°,方位角&在0～π/2,温度在243～343K范围内变化时,调制器的温度稳定性相当好;另外,当&固定在π/8,θπ范围内变化时,调制器的温度稳定性也很好,出射光强对入射光强之比几乎不随温度而变化。在0～0.0032
这一结果表明,可以通过调节入射光的方向来保证调制器的温度稳定性,而这些方向是可利用线性电光效应的耦合波理论计算得出的。
关键词　非线性光学;线性电光效应;电光调制器;耦合波理论;温度特性
中图分类号　O436.4　　　文献标识码　A
TemperaturePropertiesofModulator
L,G2cheng1,SHEWei2long1
ofOptoelectronicMaterialsandTechnologies,
SunYat2senUniversity,Guangzhou,Guangdong510275,China2DepartmentofElectromechanicalandElectronicEngineering,JieyangCollege,Jieyang,Guangdong522000,Abstract　Awavecouplingtheoryoflinearelectro2opticeffectisusedtoinvestigatethetemperaturepropertiesofelectro2opticmodulatormadebyauniaxialcrystalLiNbO3.Thedependenceofoutputintensityontheincidentdirectionandthetemperatureischaracterizedbynumericalcalculations.Itisfoundthatalongsomedirections,theoutputintensityofthemodulatorisinsensitivetothetemperaturewithinarangeofangles.Further,whenthepolarangleθissetto0,azimuthangle&changesfrom0toπ/2andthetemperatureTchangesfrom243to343K,the
π,modulatorpresentsperfecttemperaturestability.Inaddition,when&issettoπ/8andθchangesfrom0to0.0032
thetemperaturescarcelyhaseffectontheratioofoutputintensitytoinputintensity.Therefore,thetemperaturestabilitycanbeensuredbyadjustingtheincidentdirectionofthebeam,whichcanbeobtainedfromthewavecouplingtheoryoflinearlyelectro2opticeffect.Keywords　linearelectro2electro2temperatureproperty
　　光束振幅(强度)或相位的调制,在光通信、光信
息传输、光学精密测量等方面起着关键的作用[1]。
对光的调制有电光调制、声光调制、磁光调制等。电
光调制因调制速率高[2],目前已成为光通信的重要
　　收稿日期:;收到修改稿日期:调制技术[3,4]。电光调制的物理基础是电光效应,
这包括线性电光效应(普克尔效应)和克尔电光效应。因为线性电光效应比克尔效应的作用效果明显,实际的电光调制器基本上都是根据线性电光效应原理设计的[5]。长期以来,人们主要采用折射率椭球理论对线性电光效应进行分析[6,7]。当电场的
　　基金项目:国家自然科学基金(74167)资助项目。
),女,广东揭阳人,中山大学硕士研究生,主要从事非线性光学方面的研究。　　作者简介:林凯燕(1979—
),男,中山大学教授,博士生导师,主要从事非线性光学方面的研究。E2mail:stils02@　　导师简介:佘卫龙(1952—
贡献者：xichangchen
喜欢此文档的还喜欢【图文】2.2 光波在电光晶体中的传播_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
评价文档：
2.2 光波在电光晶体中的传播
上传于||文档简介
&&光​电​子​技​术
大小：2.30MB
登录百度文库，专享文档复制特权，财富值每天免费拿！
你可能喜欢光电子技术第三版安毓英刘继芳等著习题答案完整版_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
光电子技术第三版安毓英刘继芳等著习题答案完整版
上传于||暂无简介
阅读已结束，如果下载本文需要使用2下载券
想免费下载本文？
定制HR最喜欢的简历
下载文档到电脑，查找使用更方便
还剩18页未读，继续阅读
定制HR最喜欢的简历
你可能喜欢}