實(shí)驗(yàn) 電光 聲光調(diào)制

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1、實(shí)驗(yàn)一　電光調(diào)制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解電光調(diào)制的工作原理及相關(guān)特性；2.掌握電光晶體性能參數(shù)的測(cè)量方法；二、實(shí)驗(yàn)原理簡介：某些光學(xué)介質(zhì)受到外電場(chǎng)作用時(shí)，它的折射率將隨著外電場(chǎng)變化，介電系數(shù)和折射率都與方向有關(guān)，在光學(xué)性質(zhì)上變?yōu)楦飨虍愋?，這就是電光效應(yīng)。電光效應(yīng)有兩種，一種是折射率的變化量與外電場(chǎng)強(qiáng)度的一次方成比例，稱為泡克耳斯（Pockels）效應(yīng)；另一種是折射率的變化量與外電場(chǎng)強(qiáng)度的二次方成比例，稱為克爾（Kerr）效應(yīng)。利用克爾效應(yīng)制成的調(diào)制器，稱為克爾盒，其中的光學(xué)介質(zhì)為具有電光效應(yīng)的液體有機(jī)化合物。利用泡克耳斯效應(yīng)制成的調(diào)制器，稱為泡克耳斯盒，其中的光學(xué)介質(zhì)為非中心對(duì)稱的壓

2、電晶體。泡克耳斯盒又有縱向調(diào)制器和橫向調(diào)制器兩種，圖1是幾種電光調(diào)制器的基本結(jié)構(gòu)形式。圖1：幾種電光調(diào)制器的基本結(jié)構(gòu)形式a)克爾盒b)縱調(diào)的泡克耳斯盒c)橫調(diào)的泡克耳斯盒當(dāng)不給克爾盒加電壓時(shí)，盒中的介質(zhì)是透明的，各向同性的非偏振光經(jīng)過P后變?yōu)檎駝?dòng)方向平行P光軸的平面偏振光。通過克爾盒時(shí)不改變振動(dòng)方向。到達(dá)Q時(shí)，因光的振動(dòng)方向垂直于Q光軸而被阻擋（P、Q分別為起偏器和檢偏器，安裝時(shí)，它們的光軸彼此垂直。），所以Q沒有光輸出；給克爾盒加以電壓時(shí)，盒中的介質(zhì)則因有外電場(chǎng)的作用而具有單軸晶體的光學(xué)性質(zhì)，光軸的方向平行于電場(chǎng)。這時(shí)，通過它的平面偏振光則改變其振動(dòng)方向。所以，經(jīng)過起偏器P產(chǎn)生的

3、平面偏振光，通過克爾盒后，振動(dòng)方向就不再與Q光軸垂直，而是在Q光軸方向上有光振動(dòng)的分量，所以，此時(shí)Q就有光輸出了。Q的光輸出強(qiáng)弱，與盒中的介質(zhì)性質(zhì)、幾何尺寸、外加電壓大小等因素有關(guān)。對(duì)于結(jié)構(gòu)已確定的克爾盒來說，如果外加電壓是周期性變化的，則Q的光輸出必然也是周期性變化的。由此即實(shí)現(xiàn)了對(duì)光的調(diào)制。泡克耳斯盒里所裝的是具有泡克耳斯效應(yīng)的電光晶體，它的自然狀態(tài)就有單軸晶體的光學(xué)性質(zhì)，安裝時(shí)，使晶體的光軸平行于入射光線。因此，縱向調(diào)制的泡克耳斯盒，電場(chǎng)平行于光軸，橫向調(diào)制的泡克耳斯盒，電場(chǎng)垂直于光軸。二者比較，橫調(diào)的兩電極間距離短，所需的電壓低，而且可采用兩塊相同的晶體來補(bǔ)償因溫度因素所引

4、起的自然雙折射，但橫調(diào)的泡克耳斯盒的調(diào)制效果不如縱調(diào)的好，目前這兩種形式的器件都很常用。圖2：縱調(diào)的泡克耳斯電光調(diào)制器圖2為縱調(diào)的泡克耳斯電光調(diào)制器。在不給泡克耳斯盒加電壓時(shí)，由于P產(chǎn)生的平面偏振光平行于光軸方向入射于晶體，所以它在晶體中不產(chǎn)生雙折射，也不分解為o、e光。當(dāng)光離開晶體達(dá)到Q時(shí)，光的振動(dòng)方向沒變，仍平行于M。因M垂直于N，故入射光被Q完全阻擋，Q無光輸出。當(dāng)給泡克耳斯盒加以電壓時(shí)，電場(chǎng)會(huì)使晶體感應(yīng)出一個(gè)新的光軸OG。OG的方向發(fā)生于同電場(chǎng)方向相垂直的平面內(nèi)。由于這種電感應(yīng)，便使晶體產(chǎn)生了一個(gè)附加的各向異性。使晶體對(duì)于振動(dòng)方向平行于OG和垂直于OG的兩種偏振光的折射率不

5、同，因此這兩種光在晶體中傳播速度也就不同。當(dāng)它們達(dá)到晶體的出射端時(shí)，它們之間則存在著一定的相位差。合成后，總光線的振動(dòng)方向就不再與Q的光軸N垂直，而是在N方向上有分量，因此，這時(shí)Q則有光輸出。泡克耳斯效應(yīng)的時(shí)間響應(yīng)也特別快，而且φ與U成線性關(guān)系，所以多用泡克耳斯盒來作電光調(diào)制器。三、實(shí)驗(yàn)裝置：圖3：LiNbO3晶體靜態(tài)特性曲線測(cè)量光路圖圖4：LiNbO3晶體靜態(tài)特性曲線測(cè)量裝置圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟：1.LiNbO3晶體靜態(tài)特性曲線測(cè)量a.按圖3所示結(jié)構(gòu)放置各光學(xué)器件，并調(diào)節(jié)支架高度至各光學(xué)器件等高同軸。b.將635nm半導(dǎo)體激光器控制電纜連接至LD1，設(shè)置LD1工作模式為ACC，設(shè)

6、置驅(qū)動(dòng)電流Ic為30mA。c.將LiNbO3晶體控制電壓驅(qū)動(dòng)端連接至高壓信號(hào)源輸出HV+和HV-。d.將Si-PD信號(hào)輸出連接至PD.IN，測(cè)量時(shí)注意選擇合適量程。e.將LiNbO3晶體從測(cè)試光路中移開，將起偏器偏振方向調(diào)至與水平面成45°角，將檢偏器調(diào)至與其正交。再將LiNbO3晶體放回測(cè)試光路，調(diào)節(jié)其空間位置和傾斜角度，使入射光束與其表面垂直。f.從0V開始設(shè)置HVS輸出電壓V，記錄PD讀數(shù)P。g.0V至400V每隔10V測(cè)一個(gè)點(diǎn)，記錄相應(yīng)的電壓V和光強(qiáng)P，測(cè)量完畢后HVS置零。h.保持光路不變，將HV+和HV-端口處兩線交換。i.0V至-400V每隔10V測(cè)一個(gè)點(diǎn)，記錄相應(yīng)的

7、電壓V和光強(qiáng)P，測(cè)量完畢后HVS置零。j.重復(fù)上述過程兩次，共測(cè)得三組數(shù)據(jù)。k.對(duì)各電壓處的光強(qiáng)數(shù)據(jù)求平均，并作歸一化處理，求得相對(duì)光強(qiáng)I，作I～V曲線，求該LiNbO3晶體半波電壓。實(shí)驗(yàn)三　聲光調(diào)制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解聲光調(diào)制的工作原理及相關(guān)特性；2.掌握聲光調(diào)制器件與偏轉(zhuǎn)器件性能參數(shù)的測(cè)量方法；二、實(shí)驗(yàn)原理簡介：聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)引起介質(zhì)密度（折射率）周期性的變化，可將此聲波視為一種條紋光柵，光柵的柵距等于聲波的波長，當(dāng)光波入射于聲光柵時(shí)，即發(fā)生光的衍射，這