晶体电光调制实验
晶体电光调制与光通信实验
实验人： 合作人: （物理科学与工程技术学院，光信息科学与技术 2011 级 1 班，学号11343026）
一．实验目的
1.掌握晶体电光调制的原理和实验方法。
2.学会用简单的实验装置测量晶体半波电压、电光常数的实验方法。
3.观察电光效应所引起的晶体光学特性的变化和会聚偏振光的干涉现象。
二．实验原理
1.电光效应
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。 电场引起的折射率的变化：
+++=2
00bE aE n n 其中a 和b 为常数， 0n 为0E =0时的折射率。
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。在主轴坐标中，折射率椭球及其方程为：
1
2
3
22
2
22
1
2
=+
+
n z n y n x
式中1n 、2n 、3n 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：
1
222212
213
223
233
2
222
2
211
2
=+
+
+
+
+
n xy
n xz
n yz
n z
n y
n x
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。纵向电光效应是加在晶体上的电场方向与光在晶体里传播的方向平行时产生的电光效应；横向电光效应是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，本实验研究铌酸锂晶体的一次电光效应。铌酸锂晶体属于三角晶系，3m 晶类，主轴z 方向有一个三次旋转轴，光轴与z 轴重合，是单轴晶体，折射率椭球是旋转椭球，其表达式为
1
22
20
2
2=+
+e
n z n y x
加上电场后折射率椭球发生畸变，当x 轴方向加电场，光沿z 轴方向传播时，晶体由单轴晶变为双轴晶，垂直于光轴z 轴方向的折射率椭球截面由圆变为椭圆，此椭圆方程为
1
2)1
(
)1
(
222
2220
2
2220
=-++-xy E y E n x E n x x x γγγ
2.电光调制原理
图1为典型的利用LiNbO 3晶体横向电光效应原理的激光振幅调制器。其中起偏振片的偏振方向平行于电光晶体的x 轴，检偏振片的偏振方向平行于y 轴。
图1
在晶体的感应轴x ’和y ’上投影的振幅和相位相等，设
t A x ωc o s
E'0= t A ωcos E'0y = 因此入射光强 22I A E E =?∝
。
通过长为l 的电光晶体后，x ’和y ’分量间产生相位差δ，即
A x =E' δi Ae -=）
（l E'y 通过偏振片出射的光为
)1(2
)(0-=
δ
i y e A E 光强为 2
s i n
2I 2
2δ
A ∝
相位差 d
l
u
n n n y x 2230''2)(2γλ
π
λ
π
δ=
-=
当电压某一值时，x ’、y ’方向上的偏振光经过晶体后可产生λ/2的光程差，相应的相位差δ=π，此时的电压称为半波电压。
)(2223
0l
d
n u γλπ= ππδu u = 因此透射率为
)sin (2sin 2sin T 02
2
t u u u u u m ωπ
π
π
π
+==
其中，0u 是加在晶体上的直流电压，t u m ωsin 是加在晶体上的交流调制信号。改变0u 或m u ，
输出特性将相应改变。
3.改变直流电压对输出特性的影响 （1）当ππ
u u u u m <<=
,2
0时， ??
????+≈??????+=
t u u t u u T m m ωπωπππsin )(121)sin sin(121
调制器输出的信号和调制信号振幅不同，频率相同，输出信号不失真，故为线性调制。 （2）当πu u u m <<=,00时，
)2cos 1()(81)sin (cos -1212
t u u t u u T m m ωπωππ
π-≈??????=
输出信号的频率是调制信号频率的两倍，即产生倍频失真。 若ππu u u u m <<=,0，则 )2cos 1()(81-12
t u u T m ωππ
-≈
输出仍然是倍频失真。
（3)直流偏压0u 在0V 附近或πu 附近变化时，工作点不在线性工作区，输出波形将失真。 （4)当ππ
u u u u m >=
,2
0时，调制器的工作点虽在线性工作区的中心，但不满足小信号调制的要求，输出波形失真。
三．实验仪器和装置
1.晶体电光调制电源 输出正弦波：0~300V 连续可调，频率1.1kHz 输出直流偏置电压：0~600V ，连续可调
2.铌酸锂（3L iNbO ）电光晶体 尺寸5x1.7x50mm 镀银电极
3.He-Ne 激光器及可调电源 波长632.8nm,< 2mW,电流连续可调
4.可旋转偏振片 最小刻度值1o
5.格兰棱镜 通光口径Ф10
6.光电接收器
WGL-8型晶体电光调制试验仪，接受放大器，二踪示波器，信号发生器。
实验装置图如下：
图2.晶体电光调制实验装置图
四．实验内容和步骤
（一）静态法测量半波电压
1.调节起偏器、检偏器，测量消光点和两个偏振器的最大透过率。
2.搭建光调制器装置，测量消光比，调出晶体的锥光干涉图样。
图3.晶体的锥光干涉图像
晶体加上偏压时呈现双轴锥光干涉图，如图3所示。由此可说明，单轴晶体在电场作用下变成双轴晶体，即电致双折射现象。
3.测定铌酸锂的透过率曲线（T-U 曲线），求出半波电压和电光系数22γ。
取出镜头纸，光电三极管接收器对准激光光点，在起偏器前加减光片，加在晶体上的直流电压从0开始，逐渐增大。晶体上只加直流电压，不加交流信号，把直流电压从小到大逐渐改变，输出电流将出现极小值和极大值，两者分别对应的直流电压只差即为半波电压。整个过程中，光强始终不超过3.2。
记录晶体所加直流电压0u 和光强I ，得到下表： 表1
0u (V)
I （cd) 0u (V) I （cd) 0u (V) I （cd) 0u (V) I （cd) 0u (V) I （cd) 0u (V) I （cd) 5 0.08 55 0.86 105 2.36 155 2.5 205 1.26 255 0.15 10 0.09 60 1.01 110 2.41 160 2.44 210 1.11 260 0.1 15 0.12 65 1.15 115 2.5 165 2.36 215 0.97 265 0.09 20 0.17 70 1.3 120 2.56 170 2.26 220 0.83 270 0.09 25 0.21 75 1.4 125 2.61 175 2.14 225 0.7 275 0.11 30 0.29 80 1.55 130 2.64 180 1.99 230 0.57 280 0.15 35 0.39 85 1.78 135 2.65 185 1.86 235 0.45 285 0.19 40 0.47 90 1.92 140 2.64 190 1.69 240 0.34 290 0.2 45 0.6 95
2.06 145 2.61 195 1.57 245 0.27 295 0.33
50
0.72 100 2.18 150 2.57 200 1.42 250 0.2 300 0.41
根据原理，当ππ
u u u u m <<=
,2
0时，
??
????+≈??????+=
t u u t u u T m m ωπωπππsin )(121)sin sin(121 透射率与透射光强成正比，因此根据上表1作出U-I 图像，并作正弦拟合，得：
图4.晶体所加直流电压 0u 与透射光强I 关系曲线
透射光强极大时，0u =134.6V ；透射光强极小时，0u =269.3V 。因此半波电压πu =134.7V 。
晶体厚度d=1.7mm ，宽度m=5.0mm ,长度l=50mm ,0n =2.29 ，λ=632.8nm 。
根据 )(2223
0l
d
n u γλπ=
求得晶体电光系数V /m 1065.612-22?=γ。
（二）调制法
晶体上同时加上直流电压和交流信号，调节直流电压，观测输出信号。把电源前面板上调制信号“输出”接到 二踪示波器的CH2上，放大器的“调制信号”接到示波器的CH1上。调节直流电压，当晶体上的直流电压加到某一值1u 时，输出信号出现倍频失真；再调直流电压到2u ，输出信号又出现倍频失真，记下1u 和2u 。
记录得到第一次倍频失真时电压1u =121V ，第二次电压2u =250V ，半波电压πu =129V 。
图5.调制法两次倍频失真图像
（三）动态法
1.把电源前面板上的旋钮调到“动态”，打开函数发生器，信号经放大后加到晶体上，前面板上的“输出”接到二踪示波器的CH1上，被调制信号经光电转换、放大后的信号接到示波器的CH2上。调节直流电压，记录相邻两次出现倍频失真时的电压1u和2u。分别用正弦波、三角波和方波作为输入信号。
记录结果如下表2：
表2
u（V）2u（V） u（V）
1
正弦波102 231 129
方波103 231 128
三角波102 231 129
图6.正弦波两次倍频失真图像
图7.方波两次倍频失真图像
图8.三角波两次倍频失真图像
2.把调制信号的直流电压调为0，在起偏器和晶体之间加入1/4λ玻片，转动1/4λ玻片，观察输出信号，记录出现倍频失真时转动的角度。
转动1/4λ玻片，可以观察到四次倍频失真现象，其角度依次为311o、10o、130o和190o. 晶体所加直流电压为0时，改变1/4λ玻片的方位，可以改变玻片输出的O光和e光在起偏器偏振方向相干叠加的合振幅大小，使调制器的工作点和透光率随1/4λ玻片的方位周期性变化。当玻片的主轴正向平行晶体的x（或y)轴时，输出光倍频失真，因此会有两次倍频失真；反向平行时，也有两次倍频失真。玻片旋转一周会出现4次倍频失真。
（四）测量电光调制后输出信号的带宽
调节直流电压，使经电光调制后的输出电压不失真，此时u=40V，函数发生器输入信号频率为1kHz。调节函数发生器输入信号的频率，使得输出信号的幅度降为初始时的一半，记下此时的频率。
f36kHz 。
得到实验结果为：H f=6kHz ，L f=3Hz ，因此≈
-dB
五．实验总结
1.极值法测量的半波电压约为135V，调制法和动态法测得的半波电压约为129V，后两种方法测得的半波电压偏小。但调制法和动态法更准确，因为极值法时极大值、极小值的直流电压难以准确测量，误差较大。
2.试验时很难调出晶体锥光干涉的黑十字图样，可能原因有：晶体切割不好，主折射率与x、y、z轴没有重合，入射光与e n轴有夹角；起偏器前有偏振片作为减光片，使入射光的倾角改变，干涉图样不再关于x轴对称。
3.由于电光调制电源的直流电压不能调为0，不能测到0V时的光强，因此不能判断最低值是否在u=0，但根据拟合曲线看，0V时是光强的最低值，也是极小值。
4.转动1/4λ玻片观察转动角度时，由于直流电压不为零，对实验结果会有影响。观察到两次倍频失真转动的角度为60度，根据理论，第一次倍频失真后，转动90度才会出现第二次倍频失真，难以理解。
【思考题】
1．本实验中没有会聚透镜，为什么能够看到锥光干涉图？如何根据锥光干涉图调整光路？ 答：（1）铌酸锂是单轴晶体，加上电压时变为双轴晶体。入射光经过起偏器后成为先偏振光，再经过铌酸锂晶体后分解为有一定相位差但振动相互垂直的o 光和e 光。这两束光通过检偏器
2P 时，只有沿2P 的偏振方向的光才能通过，其余方向的光不能通过。不同的晶体厚度和入射光倾角，将使o 光和e 光产生不同的相位差，从而出现不同的干涉图样。检偏器2P 将偏振方向为2P 的光分离出来，相当于会聚透镜的作用。
（2） O 光和e 光的相位差为： l n n n n n o
e )1
1(sin 212)'"(cos l 22222302-?=-?
=
θλπθλ
π
δ 其中，由于o 光和e 光的折射角相差很小，取2θ为两束光的折射角的平均值。 干涉合成光强为：
)cos 1(2sin 2
I 2
0s δ?-=
I )]cos 1(2sin 2
1
1[I 20δ?--=I p
1P 、2P 垂直时，干涉条纹是同心圆，在?=0o,90o,180o和270o处，s I =0，一个清晰的暗十字将
整个光场均匀分为4瓣。1P 、2P 平行时，干涉图样为被亮十字分割的同心圆环。根据锥光干涉图样，调节起偏器或者微调晶体的x 、y 方向，使干涉图样变为1P 、2P 垂直或平行时的图样。一般而言，由于入射倾角的影响，干涉图样不再完全对称。
（1） （2）
2．工作点选定在线性区中心，信号幅度加大时怎样失真？为什么失真，请画图说明。 答：信号加大时，输出信号将出现非线性失真，表现为系统输出信号与输入信号不成线性关系 。幅度大时，不满足小信号调制的条件，不能写成 ??
????+≈??????+=
t u u t u u T m m ωπωπππsin )(121)sin sin(121 的形式。当幅度过大时，调制信号本身失真，输出信号的失真就无法判断有什么原因引起。
3．测定输出特性曲线时，为什么光强不能太大？如何调节光强？这种调节光强的方法有何
优缺点？ 答：因为广电接收器前有光电三极管，光强太大时，将会烧坏光电三极管。在起偏器前加上一块偏振片作为减光片，转动偏振片，就能调节光强。这种方法的优点是操作简单，可快速减小光强；缺点是经过减光片的光的偏振方向受减光片的影响，不能垂直照射在起偏器上。 4．晶体上不加交流信号，只加直流电压U π / 2或U π时，在检偏振片前从晶体末端出射的光的偏振态如何？怎样检测？ 答：晶体上不加交流电压时，
02
2s i n
T u u π
π
=
当2
0πu u =时，T=21
；πu u =0时，T=1。
【实验报告】近代物理实验教程的实验报告
近代物理实验教程的实验报告 时间过得真快啊！我以为自己还有很多时间，只是当一个睁眼闭眼的瞬间，一个学期都快结束了，现在我们为一学期的大学物理实验就要画上一个圆满的句号了，本学期从第二周开设了近代物理实验课程，在三个多月的实验中我明白了近代物理实验是一门综合性和技术性很强的课程，回顾这一学期的学习，感觉十分的充实，通过亲自动手，使我进一步了解了物理实验的基本过程和基本方法，为我今后的学习和工作奠定了良好的实验基础。我们所做的实验基本上都是在物理学发展过程中起到决定性作用的著名实验，以及体现科学实验中不可缺少的现代实验技术的实验。它们是我受到了著名物理学家的物理思想和探索精神的熏陶，激发了我的探索和创新精神。同时近代物理实验也是一门包括物理、应用物理、材料科学、光电子科学与技术等系的重要专业技术基础物理实验课程也是我们物理系的专业必修课程。 我们本来每个人要做共八个实验，后来由于时间关系做了七个实验，我做的七个实验分别是：光纤通讯，光学多道与氢氘，法拉第效应，液晶物性，非线性电路与混沌，高温超导，塞满效应，下面我对每个实验及心得体会做些简单介绍： 一、光纤通讯：本实验主要是通过对光纤的一些特性的探究（包括对光纤耦合效率的测量，光纤数值孔径的测量以及对塑料光纤光纤损耗的测量与计算），了解光纤光学的基础知识。探究相位调制型温度传感器的干涉条纹随温度的变化的移动情况，模拟语电话光通信， 了解光纤语音通信的基本原理和系统构成。老师讲的也很清楚，本试验在操作上并不是很困难，很易于实现，易于成功。
二、光学多道与氢氘：本实验利用光学多道分析仪，从巴尔末公式出发研究氢氘光谱，了解其谱线特点，并学习光学多道仪的使用方法及基本的光谱学技术通过此次实验得出了氢原子和氘原子在巴尔末系下的光谱波长，并利用测得的波长值计算出了氢氘的里德伯常量，得到了氢氘光谱的各光谱项及巴耳末系跃迁能级图，计算得出了质子和电子的质量之比。个人觉得这个实验有点太智能化，建议锻炼操作的部分能有所加强。对于一些仪器的原理在实验中没有体现。如果有所体现会比较容易使学生深入理解。数据处理有些麻烦。不过这也正是好好提高自己的分析数据、处理数据能力的好时候、更是理论联系实际的桥梁。 三、法拉第效应：本实验中，我们首先对磁场进行了均匀性测定，进一步测量了磁场和励磁电流之间的关系，利用磁场和励磁电流之间的线性关系，用电流表征磁场的大小；再利用磁光调制器和示波器，采用倍频法找出ZF6、MR3－2样品在不同强度的旋光角θ和磁场强度B的关系，并计算费尔德常数；最后利用MR3样品和石英晶体区分自然旋光和磁致旋光，验证磁致旋光的非互易性。 四p液晶物性：本实验主要是通过对液晶盒的扭曲角，电光响应曲线和响应时间的测量，以及对液晶光栅的观察分析，了解液晶在外电场的作用下的变化，以及引起的液晶盒光学性质的变化，并掌握对液晶电光效应测量的方法。本实验中我们研究了液晶的基本物理性质 和电光效应等。发现液晶的双折射现象会对旋光角的大小产生的影响，在实验中通过测量液晶盒两面锚泊方向的差值，得到液晶盒扭曲角的大小为125度；测量了液晶的响应时间。观察液晶光栅的衍射现象，在“常黑模式”和“常白模式”下分别测量了液晶升压和降压过程的电光响应曲线，求得了阈值电压、饱
电光效应和电光调制
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
光电子学实指导书
《光电子学》实验指导书 何宁编 桂林电子科技大学 2013年4月
前言 在现代通信系统中，利用光电子技术实现无线通信，保证通信的有效性是未来通信领域的一门新兴技术和发展方向。二十世纪下半叶，半导体的研究导出了微电子集成电路，同时也制造出了光电器件，它们对信息技术和计算机技术产生了极大的影响，由于微电子技术在向“微”方向的发展上不久将接近极限，而光电子技术还会继续向纵深发展，其应用面将会进一步扩大。 由于光通信具有波束隐蔽、接收天线小、通信速率高、抗电磁干扰和保密性强等优点，1960年激光出现以来，激光技术以其强大的生命力推动着光电子技术的发展，它在民用、医疗和军事方面都得到广泛应用，激光探潜、激光雷达、激光成像、激光测距、激光跟踪、激光制导等技术不断涌现，尤其近几年开展的大气光通信和水下光通信都有较好的实际应用，可以说二十一世纪是光电子技术的时代。 由于光电子技术是一门内容广泛的技术科学，而实验是课堂教学的延伸，通过基本实验可加深对课堂内容的理解，提高同学们的系统概念和实际操作能力，为日后工作和科学研究打下良好的基础。
光束调制 一、 实验目的 1、 理解电光转换的机理，了解内调制和外调制的实现方法。 2、 掌握光束的衍射角的定义和计算。 3、 熟悉常用电光器件和光测试设备的使用。 二、 实验内容及要求 1、 完成光束的直接光强度调制和声光调制。 2、 测试声光调制器的插入损耗和衍射角。 三、 实验原理及步骤 激光是一种光频电磁波，具有良好的相干性，并与无线电波相似。按其工作波长的不同可分为红激光（632nm ）、绿激光（532nm ）、蓝激光（473nm ）三种，将信息加载于激光（载波）的过程称为调制，起控制作用的低频信息称为调制信号。 光波的电场强度为 )cos()(C C C A t E ?ω+= 应用某种物理方法改变光波的振幅（Ac ）、频率（C ω）、相位(C ?)、强度和偏振等参量之一，使其按照调制信号的规律变化，那么激光束就受到了信号的调制。 根据调制器与激光器的关系，激光束调制的方法可分为内调制（直接调制）和外调制（间接调制）两种。内调制是指加载信号是在激光振荡过程中进行的，以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变激光器输出特性以实现调制，主要用于光通信的注入式半导体光源中。外调制是指激光形成后，在激光器的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理性能，当激光束通过调制器时，使光波的某个参量受到调制。 直接调制是把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源，从而获得调制光信号。根据调制信号的不同类型，直接调制可分为模拟调制和数字调制两种，它们都是对光源进行直接强度调制，调制后的输出光功率是随调制信号而变化的。 声光调制器是由声光介质、电－声换能器、吸声（或反射）装置及驱动电源等组成，声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。当一束光通过变化的声场时，由于光和超声场的互作用，其出射光就具有随时间而变化的各级衍射光，衍射光的强度随超声波强度的变化而变化，调制信号是以电信号（幅度）形式作用于电－声换能器上，再转换为以电信号形式变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。声光调制器原理如图1，直接强度调制原理如图2， 开关K 是连续光和脉冲光的切换开关。
电光调制实验实验报告
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。测出半波电压，算出电光系数，并和理论值比较。我们用两种测量方法： 1、极值法晶体上只加直流电压，不加交流信号，并把直流偏压从小到大逐渐改变时，示波器上可看到输出光强出现极小值和极大值。
电光调制实验实验报告
广东第二师范学院学生实验报告 院（系）名称物理系班 别11物理 本四B 姓名 专业名称物理教育学号 实验课程名称近代物理实验（2） 实验项目名称电光调制实验 实验时间2014年12月 18日实验地点物理楼五楼 实验成绩指导老师签名 内容包含：实验目的、实验使用仪器与材料、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）、实验 结果与分析、实验心得 【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，即一个清楚的暗十字线，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
1.电光调制
实验十电光调制 一、实验目的： 1.了解电光调制的工作原理及相关特性； 2.掌握电光晶体性能参数的测量方法； 二、实验原理简介： 某些光学介质受到外电场作用时，它的折射率将随着外电场变化，介电系数和折射率都与方向有关，在光学性质上变为各向异性，这就是电光效应。 电光效应有两种，一种是折射率的变化量与外电场强度的一次方成比例，称为泡克耳斯（Pockels）效应；另一种是折射率的变化量与外电场强度的二次方成比例，称为克尔（Kerr）效应。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。利用泡克耳斯效应制成的调制器，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，图1是几种电光调制器的基本结构形式。 图1：几种电光调制器的基本结构形式 a) 克尔盒 b) 纵调的泡克耳斯盒 c) 横调的泡克耳斯盒
当不给克尔盒加电压时，盒中的介质是透明的，各向同性的非偏振光经过P后变为振动方向平行P光轴的平面偏振光。通过克尔盒时不改变振动方向。到达Q时，因光的振动方向垂直于Q光轴而被阻挡（P、Q分别为起偏器和检偏器，安装时，它们的光轴彼此垂直。），所以Q没有光输出；给克尔盒加以电压时，盒中的介质则因有外电场的作用而具有单轴晶体的光学性质，光轴的方向平行于电场。这时，通过它的平面偏振光则改变其振动方向。所以，经过起偏器P产生的平面偏振光，通过克尔盒后，振动方向就不再与Q光轴垂直，而是在Q光轴方向上有光振动的分量，所以，此时Q就有光输出了。Q的光输出强弱，与盒中的介质性质、几何尺寸、外加电压大小等因素有关。对于结构已确定的克尔盒来说，如果外加电压是周期性变化的，则Q的光输出必然也是周期性变化的。由此即实现了对光的调制。 泡克耳斯盒里所装的是具有泡克耳斯效应的电光晶体，它的自然状态就有单轴晶体的光学性质，安装时，使晶体的光轴平行于入射光线。因此，纵向调制的泡克耳斯盒，电场平行于光轴，横向调制的泡克耳斯盒，电场垂直于光轴。二者比较，横调的两电极间距离短，所需的电压低，而且可采用两块相同的晶体来补偿因温度因素所引起的自然双折射，但横调的泡克耳斯盒的调制效果不如纵调的好，目前这两种形式的器件都很常用。 图2：纵调的泡克耳斯电光调制器 图2为纵调的泡克耳斯电光调制器。在不给泡克耳斯盒加电压时，由于P产生的平面偏振光平行于光轴方向入射于晶体，所以它在晶体中不产生双折射，也不分解为o、e光。当光离开晶体达到Q时，光的振动方向没变，仍平行于M。因M垂直于N，故入射光被Q完全阻挡，Q无光输出。 当给泡克耳斯盒加以电压时，电场会使晶体感应出一个新的光轴OG。OG的方向发生于同电场方向相垂直的平面内。由于这种电感应，便使晶体产生了一个附加的各向异性。使晶体对于振动方向平行于OG和垂直于OG的两种偏振光的折射率不同，因此这两种光在晶体中传播速度也就不同。当它们达到晶体的出射端时，它们之间则存在着一定的相位差。合成后，总光线的振动方向就不再与Q的光轴N垂直，而是在N方向上有分量，因此，这时Q则有光输出。泡克耳斯效应的时间响应也特别快，而且φ与U成线性关系，所以多用泡克耳斯盒来作电光调制器。
晶体电光调制实验
晶体电光调制与光通信实验 实验人： 合作人: （物理科学与工程技术学院，光信息科学与技术 2011 级 1 班，学号11343026） 一．实验目的 1.掌握晶体电光调制的原理和实验方法。 2.学会用简单的实验装置测量晶体半波电压、电光常数的实验方法。 3.观察电光效应所引起的晶体光学特性的变化和会聚偏振光的干涉现象。 二．实验原理 1.电光效应 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。 电场引起的折射率的变化： +++=2 00bE aE n n 其中a 和b 为常数， 0n 为0E =0时的折射率。 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。在主轴坐标中，折射率椭球及其方程为： 1 2 3 22 2 22 1 2 =+ + n z n y n x 式中1n 、2n 、3n 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： 1 222212 213 223 233 2 222 2 211 2 =+ + + + + n xy n xz n yz n z n y n x 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。纵向电光效应是加在晶体上的电场方向与光在晶体里传播的方向平行时产生的电光效应；横向电光效应是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，本实验研究铌酸锂晶体的一次电光效应。铌酸锂晶体属于三角晶系，3m 晶类，主轴z 方向有一个三次旋转轴，光轴与z 轴重合，是单轴晶体，折射率椭球是旋转椭球，其表达式为 1 22 20 2 2=+ +e n z n y x 加上电场后折射率椭球发生畸变，当x 轴方向加电场，光沿z 轴方向传播时，晶体由单轴晶变为双轴晶，垂直于光轴z 轴方向的折射率椭球截面由圆变为椭圆，此椭圆方程为 1 2)1 ( )1 ( 222 2220 2 2220 =-++-xy E y E n x E n x x x γγγ 2.电光调制原理
工程光学实验习题
光学实验习题 1．如会聚透镜的焦距大于光具座的长度，试设计一个实验，在光具座上能测定它的焦距。 2．点光源 P 经会聚透镜 L1成实像于 P' 点（图 1-8 ），在会聚透镜 L1与 P' 之间共轴放置一发散透镜 L2；垂直于光轴放一平面反射镜 M ，移动发散透镜至一合适位置，使 P 通过整个系统后形成的像仍重合在 P 处。如何利用此现象测出发散透镜焦距？ 3．为什么说当准直管绕轴转过 1800时，十字线物像不重合是由于十字线中心偏离光轴的缘故？试说明之。 4．准直管测焦距的方法有哪些优点？还存在哪些系统误差？ 5． 1 、第一主面靠近第一个透镜，第二主面靠近第二个透镜，在什么条件下才是对的？（光具组由二薄凸透镜组成）。 6．由一凸透镜和一凹透镜组成的光具组，如何测量其基点？（距离 d 可自己设定）。7．设计一种不测最小偏向角而能测棱镜玻璃折射率的方案（使用分光计去测）。 8．怎样应用掠入射法测定玻璃棱镜的折射率？简要说明实验方法，并推导出折射率的计算公式。 9．用阿贝折射计测量固体折射率时，为什么要滴入高折射率的接触液？为什么它对测量结果没有影响？试论证之。 10．显微镜与望远镜有哪些相同之处与不同之处？ 11．显微镜测量微小长度时，用测微目镜测定石英标准尺 m 个分格的数值为△ X,为什么它和石英标准尺相应分格的实际值△ X 之比不等于物镜的放大率？ 12．评价天文望远镜时，一般不讲它是多少倍的，而是说物镜口径多大，你能说明为什么吗？13．推导式（ 6-1 ）（ P90 ） 14．为何摄谱仪的底板面必须与照相系统的光轴倾斜，才能使所有谱线同时清晰？ 15．怎样测定摄谱仪的线色散？ 16．怎样拍摄叶绿素的吸收光谱？ 17．讨论单色仪的人射缝和出射缝的宽度对出射光单色性的影响，并证明出射光谱宽度 其中 a 、 a' 分别为入射缝和出射缝的宽度，为棱镜的线色散。
专业物理实验一
《物理专业实验一》课程教学大纲一、课程分析
二、教学内容及基本要求 教学重点： 1、密立根油滴实验中，要求学生掌握测定电子电荷值的两种方法。 2、利用单探针和双探针法来测定等离子体的各项参量。 3、掌握太阳能电池的暗态特性和太阳能电池的负载特性。 4、学会用平行光管测量凸透镜的焦距；会用平行光管测定鉴别率。。 5、测定氩原子的第一激发电位；了解在研究原子内部能量量子化问题时所 使用的基本方法。 教学难点： 1、掌握晶体电光调制的原理和实验方法；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。 2、掌握四象限探测器的原理，将其应用于目标定向。 3、掌握LED和LD的工作原理和基本特性；掌握LED/LD的P-I（功率- 电流）特性和V-I（电压-电流）特性，并计算阈值电流和微分量子效率；掌握温度对阈值电流和输出功率的影响；LD/LED发光原理及它们之间的区别、LD/LED特性的测试方法及意义。 4、掌握全息照相的基本原理以及静物全息照相的拍摄方法，了解再现全息 物象的性质和方法。 实验教学目标与技能要求： 1、掌握近代物理学发展史上具有典型性和重要作用的实验。 2、掌握近代物理中某些主要领域的基本实验方法与技术。 3、熟悉掌握相关仪器的使用及CCD、计算机等现代技术。 4、培养学生理论与实际相结合，综合理论应用及创新精神。 5、培养学生阅读，查阅参考资料，拟订实验方案，选配测量仪器。 6、观察分析现象，独立操作，判断实验中尚存的问题。 7、巩固和加强有关数据处理，误差分析等方面的训练。 实验内容与学时分配： 实验项目一： 1、实验项目名称：TD-1太阳能电池特性试验
3晶体的电光效应与电光调制_实验报告
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
() 12 45cos )()('0-= ?=-δ δi i y y e A e l E E 其对应的输出光强I t 可写为()()[] 2 sin 2*2200δ A E E I y y t =?∝ 由以上可知光强透过率为2 sin 2δ==i t I I T 相位差的表达式()d l V r n l n n y x 223 0'' 22λ π λ π δ= -= 当相位差为π时?? ? ??= l d r n V n 223 02λ 由以上各式可将透过率改写为()wt V V V V V T m sin 2sin 2sin 02 2 +==π π π π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 把V0=Vπ/2带入上式可得 ()?? ???? ???? ??+=+==wt V V wt V V V V V T m m sin sin 121sin 2sin 2sin 02 2 πππππ π 做近似计算得?? ???????? ??+≈ wt V V T m sin 121ππ 即T ∝Vmsinwt 时，调制器的输出波形和调制信号的波形频率相同，即线性调制 如果Vm ＞Vπ，不满足小信号调制的要求，所以不能近似计算，此时展开为贝塞尔函数，即输出的光束中除了包含交流信号的基波外，还有含有奇次谐波。由于调制信号幅度比较大，奇次波不能忽略，这时，虽然工作点在线性区域，但输出波形依然会失真。
晶体的电光效应 电子版实验报告
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V 2=486V 时，信号波形失真最小，振幅最大（线性调制）： 当V 3=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V 1=143V ，第二次倍频失真对应的电压V 3=832V 。故31832143689V V V V V V π=-=-=。 由3 022 ( )2d V n l πλ γ = 得：12 22 3 0( ) 6.4110 2d n V l π λ γ -= =? 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1110V V ≈，极大值大致出现 在3805V V ≈，由此可得31805110695V V V V V V π=-=-= 由3 022 ( )2d V n l πλ γ = 得：12 22 3 0( ) 6.3510 2d n V l π λ γ -= =? 4.测量值与理论值比较： 晶体基本物理量： 算出理论值3 022 ( )649.22d V V n l πλ γ = =。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。
晶体电光调制实验
晶体电光调制实验 【实验目的】 1. 掌握晶体电光调制的原理和实验方法。 2. 学会用简单的实验装置测量晶体半波电压、电光常数的实验方法。 3. 观察电光效应所引起的晶体光学特性的变化和会聚偏振光的干涉现象。 【实验仪器】 晶体电光调制电源、铌酸锂(LiNbO 3)电光晶体、He-Ne 激光器及可调电源、可旋转偏振片、格兰棱镜、光电接收器、有源音响 【实验原理】 1．一次电光效应和晶体的折射率椭球 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。 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。在主轴坐标中，折射率椭球及其方程为 1232222212 =++n z n y n x （1） 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。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 1222212213223233222222112=+++++n xy n xz n yz n z n y n x （2） 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。纵向电光效应是加在晶体上的电场方向与光在晶体里传播的方向平行时产生的电光效应；横向电光效应是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，本实验研究铌酸锂晶体的一次电光效应。铌酸锂晶体属于三角晶系，3m 晶类，主轴z 方向有一个三次旋转轴，光轴与z 轴重合，是单轴晶体，折射率椭球是旋转椭球，其表达式为
光通信原理实验指导书
实验一模拟信号光调制实验 一、实验目的 1、了解模拟信号光纤通信原理。 2、了解不同频率不同幅度的正弦波、三角波、方波等模拟信号的系统光传输性能情况。 二、实验内容 1、测量不同的正弦波、三角波和方波的光调制系统性能。 三、实验器材 1、主控&信号源、25号模块各1块 2、双踪示波器1台 3、连接线若干 4、光纤跳线1根 四、实验原理 1、实验原理框图 光调制功率检测框图 模拟信号光调制传输系统框图 2、实验框图说明 本实验是输入不同的模拟信号，测量模拟光调制系统性能。如模拟信号光调制传输系统框图所示，不同频率不同幅度的正弦波、三角波和方波等信号，经25号模块的光发射机单元，完成电光转换，然后通过光纤跳线传输至25号模块的光接收机单元，进行光电转换处理，从而还原出原始模拟信号。实验中利用光功率计对光发射机的功率检测，了解模拟光调制系统的性能。 注：根据实际模块配置情况不同，自行选择不同波长（比如1310nm、1550nm）的25号光收发模块进行实验。 五、注意事项 1、在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。 2、不要带电插拔信号连接导线。 六、实验步骤 1、系统关电，参考系统框图，依次按下面说明进行连线。 （1）用连接线将信号源A-OUT，连接至25号模块的TH1模拟输入端。
（2）用光纤跳线连接25号模块的光发端口和光收端口，此过程是将电信号转换为光信号，经光纤跳线传输后再将光信号还原为电信号。注意，连接光纤跳线时需定位销口方向且操作小心仔细，切勿损伤光纤跳线或光收发端口。 （3）用同轴连接线将25号模块的P4光探测器输出端，连接至23号模块的P1光探测器输入端。 2、设置25号模块的功能初状态。 （1）将收发模式选择开关S3拨至“模拟”，即选择模拟信号光调制传输。 （2）将拨码开关J1拨至“ON”，即连接激光器；拨码开关APC此时选择“ON”或“OFF”都可，即APC功能可根据需要随意选择。 （3）将功能选择开关S1拨至“光功率计”，即选择光功率计测量功能。 3、进行系统联调和观测。 （1）打开系统和各实验模块电源开关。设置主控模块的菜单，选择【主菜单】→【光纤通信】→【模拟信号光调制】。此时系统初始状态中A-OUT输出为1KHz正弦波。调节信号源模块的旋钮W1，使A-OUT输出正弦波幅度为1V。 （2）选择进入主控&信号源模块的【光功率计】功能菜单，根据所选模块波长类型选择波长【1310nm】或【1550nm】。 （3）保持信号源频率不变，改变信号源幅度测量光调制性能：调节信号源模块的W1，改变输入信号的幅度，记录不同幅度时的光调制功率变化情况。 （4）保持信号源幅度不变，改变信号源频率测量光调制性能：改变输入信号的频率，自行设计表格记录不同频率时的光调制功率变化情况。 （5）拆除23号模块和25号模块之间的同轴连接线，适当调节25号模块的W5接收灵敏度旋钮，用示波器对比观察光接收机的模拟输出端TH4和光发射机的模拟输入端TH1，了解模拟光调制系统线性度。 （6）改变信号源的波形，用三角波或方波进行上述实验步骤，进行相关测试，表格自拟。 七、实验报告 1、画出实验框图，并阐述模拟信号光调制基本原理。
光纤实验心得体会
光纤实验心得体会 【篇一：光纤通信实验报告】 信息和通信工程学院 光纤通信实验报告 题目： 姓名：董敏华班级：2010211112 学号： 10210368 班内序号： 27 日期：2013/5/27 一、实验原理及框图 多模光纤基带响应测试方法既可用频域的方法，也可用时域的方法。时域法利用的是脉冲调制。按照对脉冲信号采集及数学处理方法的 不同，又分为脉冲展宽法、快速傅立叶变换法和频谱分析法。本实 验采用的是较为简单的脉冲展宽法。多模光纤脉冲展宽测试仪原理图： 如上图所示为多模光纤时域法带宽测试原理框图。从光发模块输出 窄脉冲信号，首先使用跳线（短光纤）连接激光器和光检测器，可 以测出注入窄脉冲的宽度??1；然后将待测光纤替换跳线接入，可以 测出经待测光纤后的脉冲宽度??2。经过理论推导可以得到求解带宽 公式： b? ghz) 多模光纤脉冲展宽测试仪前面板接口分上下两层，上层用于850nm 测试，下层为1310nm。每隔波长分别由窄脉冲发生器输出极窄光脉冲经被侧光纤回到测试仪内进行o/e变换后送出电信号，通过高速示波器即可显示。 多模光纤脉冲展宽测试仪实物图如下所示：
实验采用的数字示波器实物图如下所示： 二、实验步骤 （一）850nm窗口下光纤的带宽测试 1. 打开测试仪电源开关（位于背面），前面板上的电源指示灯亮； 2. 将示波器输入端和本仪器850nm的“rf out”输出端用信号线接好； 3. 用一根光纤跳线将850nm的“optical in”和“optical out”连接起来； 4. 仪器连接好后如下图所示： 进行示波器操作： a) 按auto－scale键调出波形； b) 点击time base键，并通过右下方旋钮调整脉冲至适当宽度(一般设置为10.0ns/div)； c) 点击?t、?v键，显示屏右方会出现?v markers(off/on)、?v markers(off/on)选框，先通过右侧对应按键将?v markers设为on，分别调节v marker1和v marker2测出脉 冲高度并找出脉冲半高值；再将?v markers设为on，分别调节t marker1和t marker2 使其和脉冲半高值相交。则有t marker2-t marker1即为脉冲半高全宽?1。 5. 换下该光纤跳线，接入待测光纤用同样方法测出?2；其测试步骤 和4相同，如下图所示： 21）1/2 (ns) （二）1310nm窗口下待测光纤的带宽测试： 和850nm窗口下测试不同的是：应该选择1310nm区域内的“optical in”和“optical out”，“rf out”口进行正确连接，除此之外，其他都和850nm下待测光纤的带宽测试步骤相同。 三、实验注意事项
5-2晶体地电光效应与电光调制实验报告材料
近代物理实验报告 指导教师： 得分： 实验时间： 2010 年 03 月 24 日， 第 四 周， 周 三 ， 第 5-8 节 实验者： 班级 材料0705 学号 200767025 姓名 童凌炜 同组者： 班级 材料0705 学号 200767007 姓名 车宏龙 实验地点： 综合楼501 实验条件： 室内温度 ℃， 相对湿度 %， 室内气压 实验题目： 晶体的电光效应与光电调制 实验目的： 1. 掌握电光调制的原理和实验方法 2. 学习测量电光晶体半波电压和光电常数的试验方法 3. 观察电光晶体的锥光干涉 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. 一次电光效应和晶体的折射率椭球 对于电光晶体，晶体在某一方向上的折射率为n0，外加电场后折射率为n ，实验表明 n=n0+aE0+bE02+… 其中：a,b 为常数；n0为E0=0使的折射率。由一次项引起的折射率变化的效应称为一次电光效应，也叫线性电光效应；由二次项引起的折射率变化的效应称为二次电光效应，也叫平方电光效应。 未加电场时晶体的折射率椭球方程为123 2 222212=++n z n y n x
晶体的三个主晶轴为x,y,z 坐标轴，椭球的主轴与晶体主轴重合。式中n1,n2,n3分别为晶体三个主轴方向上的主折射率。如图5-2-1所示。 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 1222212 213223233222222 112=+++++n xy n xz n yz n z n y n x 此时，椭球主轴不在与x,y,z 轴重合。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，用以下形式表示 z y x E r E r E r n n 1312112121111++=- z y x E r E r E r n n 23222122 2221 1++=- z y x E r E r E r n n 33323123 23311++=- z y x E r E r E r n 434241223 1 ++= z y x E r E r E r n 535251213 1 ++= z y x E r E r E r n 636261212 1 ++= 晶体的一次电光效应的普遍表达式，其中，γij 叫做电光系数，共有18个，Ex,Ey,Ez 是电场在x,y,z 方向上的分量。 本实验用的铌酸锂晶体外加电场后，晶体的一次电光系数矩阵为 ? ?????????????? ???? ?--=00 00 0000002251613313221322r r r r r r r r r ij 带入基本式，得到铌酸锂晶体加电场后的椭球方程 1222111225151233221322202132220=+++??? ? ??++???? ??+++???? ??+-xy E r xz E r yz E r z E r n y E r E r n x E r E r n x x y Z e z y z y 变化后得 E r n n n x 223 00'2 1+ =
电光调制实验报告(1)
光电工程学院 2013 / 2014学年第 2 学期 实验报告 课程名称：光电子基础实验 实验名称：电光调制实验 班级学号 1213032809 学生姓名丁毅 指导教师孙晓芸 日期：2014年 5 月07 日
电光调制实验 【实验目的】 1、掌握晶体电光调制的原理和实验方法； 2、学会用实验装置测量晶体的半波电压，绘制晶体特性曲线，计算电光晶体的消光比和透射 率。 【实验仪器及装置】 电光调制实验仪（半导体激光器、起偏器、电光晶体、检偏器、光电接收组件等）、示波器。 实验系统由光路与电路两大单元组成，如图3.1所示： 图3.1 电光调制实验系统结构 一、光路系统 由激光管（L）、起偏器(P)、电光晶体(LN)、检偏器(A)与光电接收组件(R)以及附加的减光器(P1)和λ/4波片(P2)等组装在精密光具座上，组成电光调制器的光路系统。 注：?本系统仅提供半导体激光管(包括电源)作为光源，如使用氦氖激光管或其他激光源时，需另加与其配套的电源。 ?激光强度可由半导体激光器后背的电位器加以调节，故本系统 未提供减光器(P 1 )。 ?本系统未提供λ/4波片(P 2 )即可进行实验，如有必要可自行配置。
二、电路系统 除光电转换接收部件外，其余包括激光电源、晶体偏置高压电源、交流调制信号发生、偏压与光电流指示表等电路单元均组装在同一主控单元之中。 图3.2 电路主控单元前面板 图3.2为电路单元的仪器面板图，其中各控制部件的作用如下： ?电源开关用于控制主电源，接通时开关指示灯亮，同时对半导体激光器供电。 ?晶体偏压开关用于控制电光晶体的直流电场。（仅在打开电源开关后有效） ?偏压调节旋钮调节直流偏置电压，用以改变晶体外加直流电场的大小。 ?偏压极性开关改变晶体的直流电场极性。 ?偏压指示数字显示晶体的直流偏置电压。 ?指示方式开关用于保持光强与偏压指示值，以便于读数。 ?调制加载开关用于对电光晶体施加内部的交流调制信号。（内置1KHz的正弦波） ?外调输入插座用于对电光晶体施加外接的调制信号的插座。（插入外来信号时内置信号自动断开） ?调制幅度旋钮用于调节交流调制信号的幅度。 ?调制监视插座将调制信号输出送到示波器显示的插座。 ?解调监视插座将光电接收放大后的信号输出到示波器显示的插座，可与调制信号进行比较。 ?光强指示数字显示经光电转换后的光电流相对值，可反映接收光强大小。?解调幅度旋钮用于调节解调监视或解调输出信号的幅度。
晶体的电光效应实验报告
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V 3=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： 晶体基本物理量 第一次倍频失真对应的电压V 1=143V ，第二次倍频失真对应的电压V 3=832V 。故31832143689V V V V V V π=-=-=。 由3 022()2d V n l πλγ= 得：122230() 6.41102d n V l πλγ-==? 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
值。分别在这两个区域内每隔5V 测量一次，原始数据如下： 比较数据可以得出，极小值大致出现在1110V V ≈，极大值大致出现 在3805V V ≈，由此可得31805110695V V V V V V π=-=-= 由3 022()2d V n l πλγ= 得：122230() 6.35102d n V l πλγ-==? 4.测量值与理论值比较： 算出理论值3022()649.22d V V n l πλγ= =。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。
光学综合实验报告要点
光学综合实验报告 班级： 姓名： 学号： 日期： 序号实验项目课时实验仪器（台套数）房间指导教师 1 焦距测量 （分别在焦距仪和光学平台上测 量）4 焦距仪（3-4）、 光学平台及配件（1-2） 西北付辉、樊宏 2 典型成像系统的组建和分析 （在光学平台上搭建显微镜、望远 镜、投影仪） 4 光学平台及配件（1-2）东南付辉、樊宏 3 典型成像系统的使用 （使用商用典型成像系统）4 显微镜（3）、望远镜（3）、 水准仪（2） 东南付辉、樊宏 4 分光计的使用 （含调整、测量角度和声速）4 分光计（3-4）、超声光栅 （2） 东南付辉、樊宏 5 棱镜耦合法测波导参数 4 棱镜波导实验仪（2）西南郎贤礼、李建全 6 半导体激光器的光学特性测试 4 半导体激光器实验仪（2）西南郎贤礼、李建全 7 电光调制 4 电光调制仪（2）西南郎贤礼、李建全 8 法拉第效应测试 4 法拉第效应测试仪（2）东北郎贤礼、李建全 9 声光调制 4 声光调制仪（2）西南郎贤礼、李建全
目录 1、焦距测量--------------------------------------4 2、典型成像系统的组建和分析----------------------7 3、典型成像系统的使用----------------------------10 4、分光计的使用----------------------------------10 5、棱镜耦合法测波导参数--------------------------14 6、半导体激光器的光学特性测试--------------------22 7、电光调制--------------------------------------29 8、法拉第效应测试--------------------------------38 9、声光调制--------------------------------------46 10、干涉、衍射和频谱分析--------------------------47 11、迈克尔逊干涉仪--------------------------------58 12、氦氖激光器综合实验----------------------------63