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+
=
E r n n n y 223
00'2
1-=
即外加电压后， 铌酸锂晶体变为双轴晶体，其折射率椭球z 轴的方向和长度基本保持不变，而x,y 界面由半径为n 0的圆变为椭圆。 2. 电光调制原理 1) 横向光电调制 如图5-2-3
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
δ
i 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*2
2
δ
A
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 ()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。
2) 改变直流电压对输出特性的影响
把V0=V π/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 ＞V π，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。图5-2-5
当V0=0或π；Vm 《V π时，将V0=0带入到上式得()???
? ??-≈wt V V T m
2cos 1812
ππ 即T ∝cos2wt ，可以看出输光是调制信号的二倍，即产生倍频失真。
当V0=V π，Vm 《V π时。经过类似推到，可得()wt V V T m 2cos 18112-???
? ??-≈ππ 即依然看到的是倍频失真的波形。
3) 用λ/4波片来进行光学调制
由上面的分析可知，在电光调制中，直流电压V0的作用是使晶体在x ’,y
’两偏振方向的光之间产生固定
的相位差，从而使正弦调制工作在光强调制曲线图上的不同点。在实验中V0的作用可以用λ/4波片来实现，实验中在晶体与检偏器之间加入λ/4波片，调整λ/4波片的快慢轴方向使之与晶体的x’,y’轴平行，转动波片，可以使电光晶体工作在不同的工作点上。
实验步骤简述：
1.实验内容
i.观察晶体的锥光干涉图
ii.分别用极值法和调制法测定铌酸锂晶体的透过率曲线，求出半波电压
iii.改变直流电压，选择不同工作点，观察正弦波电压的调制特性
iv.用λ/4波片改变工作点，观察输出特性
v.光通信演示
2.实验步骤
i.打开电源开关，将直流电压调到0，打开激光器
ii.调节起偏器和检偏器正交，此时在晶体后的白屏上可以观察到一个暗‘十’字，光点在十字中间。
iii.紧靠晶体前端放一毛玻璃片，观察单轴晶体的锥光干涉图，如图5-2-8，记录干涉图样特点iv.调节‘偏压’旋钮，加上偏压，观察锥光干涉图样的变化情况，记下变化情况，想一想说明什么问题
v.改变偏压的极性，记下观察到的现象
vi.改变偏压的大小，记下观察到的现象，并解释为什么出现这样的现象
vii.将两个偏振片由正交改变平行，记下观察到的现象
viii.用极值法测T-V曲线，具体步骤如下
1.将电压调到最小，两偏振片正交，使锥光符合（3）中的要求
2.取出毛玻璃，接收器瞄准广电，在晶体上加直流电压
3.逐渐增大直流电压，用万用表测量直流输出，适当旋转起偏器前的检光片，保证
最大不超过量程
4.每隔20V测一次输出光强，在接近极大极小值时，每隔10V测一次，记录数据
5.改变偏压极性，重复上述操作，再测一组数据，利用两组数据做图表，曲线上两
极大值之间的电压为半波电压的2倍
ix.用调制法重新测量半波电压，具体操作如下
1.将电源前面板的调制信号输出接到示波器的CH1，经放大后的调制器输出信号借
到CH2
2.选择调制信号为正弦信号
3.将检偏器旋转90°，缓慢增加晶体上的直流电压，同时观察示波器，当输出信号
出现倍频失真时，记下此时直流电压
4.改变直流电压极性，重复上述操作
5.两点呀绝对值的平均值即为晶体的半波电压
6.重复五次取平均值
7.实验中主义观察随着工作点的改变，正线电压的调制特性
x.根据测得的半波电压的大小，分别画出半波电压为0，Vπ/2，Vπ时的输入波形和调制后的波形
xi.用λ/4波片改变工作点，观察输出特性，操作如下
1.将直流电压关闭，将λ/4波片放在晶体和偏振片之间
2.绕光轴缓慢旋转波片，观察示波器中输出波形的变化
3.记下输出光的线性调制和倍频失真时波片快慢轴与晶体x,y轴及感应轴x’,y’
的关系
xii.光通信演示
1.按电源面板上信号选择开关的音乐键，输出音乐片段，输出信号通过放大器上的
扬声器播放
2.改变工作点，分辨音质变化
注意事项：
1.广电三极管应避免强光照射，以免烧坏，实验时光强应该由弱到强，缓慢变化
2.电源开关打开前，所有旋钮应该逆时针旋到头，所有旋钮应逆时针旋到头，关闭时旋到头后再关电源
3.晶体容易折断，操作时晶体上面的电极不能压得太紧
原始数据、数据处理及误差计算：
实验数据整理：
直流法测半波电压数据：
负极性
交流法测半波电压数据：（单位V）
1. 在直流法测半波电压的实验中，可以观察到，随着加载在晶体上的电压越来越大，光斑（传感器传出的电压信号）强度有周期性的变化。原因如下：当未加载电压时，电光晶体呈现各向同性，对入射光没有分光作用，此时只有两个相互垂直的偏振片起作用，所以消光程度最大。当晶体上加载的电压逐渐增大时，晶体的双折射效应越来越明显，则入射的偏振光的xy分量相位分离的越来越大，合成的偏振光由原先的线偏振光慢慢变成椭圆偏振光再变成圆偏振光，因而透过检偏器以后的剩余亮度越来越大，而当电压继续升高时， xy分量错开更大，此时有慢慢变回线偏振光，因而透过检偏器之后的亮度又逐渐减低。因此在电压不断升高的过程中，接收器收到的光信号强弱呈周期性变化。
直流法测半波电压的T-V曲线
由上图（正负极性的情况画在同一张图中）可以看出，正半周期的最大信号电压出现在Vc=180V时，而最小值出现在Vc=10V时，可以计算出正极性周期的半波电压Vπ=95V
而负半周期的半波电压则为Vπ’=-90V
综上，可以取平均值认为半波电压是Vπavg=92.5V
2. 在交流法测半波电压的过程中，可以看到，当外加的直流电压达到TV曲线上的极值点时，输出曲线
为交流信号的倍频市政。而在直流电压加载到半波电压值时，信号波形和交流信号为同频同相或者同频反相。
这是因为此时交流信号相当于一个扫描信号，在如上图所示的直流曲线上进行小范围的左右振荡扫描一样，扫描的结果就是表现出接受光强在这一范围内的变化特征。
根据上页的实验数据，可以在正负周期各得到五个多次测量结果的计算值，如下
这样，取正负极性的平均值，可以得到交流法测得的半波电压是Vπavg=96.65V
3. 当半波电压分别为0、 Vπ/2和Vπ的时候，输出新航的波形如下三张图所示：
可以看到分别出现了倍频和同频增幅的两种情况。
4. 根据交流法测得的半波值为V πavg =96.65V ， 又已知这些参量： d=1.5mm ， l=45mm ， n0=2.286， λ=632.8mm ， 且有关系
??? ??=
l d r n V n 223
02λ
成立， 将上述值带入其中， 可以推出结果电光系数γ22=9.134*10-3
5. 根据1/4玻片的测试结果， 模拟出电光晶体的xy 轴方向， 分别为垂直光轴的正向60°和反向-65°。 思考题， 实验感想， 疑问与建议：
1. 本实验中没有汇聚透镜， 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？
根据晶体锥光图的产生原理，入射光须为会聚偏振光。而激光器发出的光通过偏振片仍为基本准直的线偏振光。因此需要加一毛玻璃片使准直的线偏振光变为各方向辐射的漫散射线偏振光，其中的会聚部分在晶体中发生干涉从而形成晶体锥光图。一个暗十字图形贯穿整个图样，四周为明暗相间的同心干涉圆环，十字中心也是园环的中心，它对应着晶体的光轴方向，十字方向对应于两个偏震片的偏震轴方向。在观察过程重反复微调晶体，使干涉图样中心与光电位置重和，同时尽可能使图样对称，完整，确保光
束既与晶体光轴平行，又从晶体中心穿过。在调节偏正片，使干涉图样出现清晰的暗十字，且十字的一条平行与x 轴。
当锥光干涉图出现的时候， 就可以利用该图样的对称性来调整光路。 如果光路准直的时候， 锥光干涉图应当呈现出良好的对称性， 否则就是各光具之间没有完全准直， 需要继续调整。
2. 工作点选在线性区中心时， 加大信号幅度可能会出现什么样的失真？ 为什么会失真， 请画图说明。 当信号幅度太大时， 扫描范围太大， 可能会导致横向扫面幅度超过TV 曲线的极值点而进入反向变化区，
具体情况如右图所示，当扫描电压超过红圈所示的区域时，光
强信号变化趋势就会反向，导致了输出信号失去了正弦的完整性，曲线上可能有小部分突变。
3. 实验体会：本次实验中认识到电光晶体在外加电压情况下的
双折射现象，并且复习了光学相关知识。实验中发现半导体激
光器的光斑形状尺寸过大，超过了电光晶体入射面的尺寸，使
得晶体光轴的水平方向调整变的较为困难。建议使用精度更高的HeNe气体激光器。
原始记录及图表粘贴处：（见附页）
光电效应实验报告
南昌大学物理实验报告 学生姓名：黄晨学号：5502211059 专业班级：应用物理学111班班级编号：S008实验时间：13时00 分第3周星期三座位号：07 教师编号：T003成绩： 光电效应 一、实验目的 1、研究光电管的伏安特性及光电特性；验证光电效应第一定律； 2、了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解； 3、验证爱因斯坦方程，并测定普朗克常量。 二、实验仪器 普朗克常量测定仪 三、实验原理 当一定频率的光照射到某些金属表面上时，有电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。实验示意图如下 图中A,K组成抽成真空的光电管，A为阳极，K为阴极。当一定频率v的光射到金属材料做成的阴极K上，就有光电子逸出金属。若在A、K两端加上电压后光电子将由K定向的运动到A，在回路中形成电流I。 当金属中的电子吸收一个频率为v的光子时，便会获得这个光子的全部能量，如果这些能量大于电子摆脱金属表面的溢出功W，电子就会从金属中溢出。按照能量守恒原理有
南昌大学物理实验报告 学生姓名：黄晨学号：5502211059 专业班级：应用物理111 班级编号：S008实验时间：13 时00分第03周星期三座位号：07 教师编号：T003成绩：此式称为爱因斯坦方程，式中h为普朗克常数，v为入射光频。v存在截止频率，是的 吸收的光子的能量恰好用于抵消电子逸出功而没有多余的动能，只有当入射光的频率大于截止频率时，才能产生光电流。不同金属有不同逸出功，就有不同的截止频率。 1、光电效应的基本实验规律 （1）伏安特性曲线 当光强一定时，光电流随着极间电压的增大而增大，并趋于一个饱和值。 （2）遏制电压及普朗克常数的测量 当极间电压为零时，光电流并不等于零，这是因为电子从阴极溢出时还具有初动能，只有加上适当的反电压时，光电流才等于零。
液晶电光效应实验报告
液晶电光效应实验报告 【实验目的】 1．在掌握液晶光开关的基本工作原理的基础上，测量液晶光开关的电光特性曲线，并由电光特性曲线得到液晶的阈值电压和关断电压。 2．测量驱动电压周期变化时，液晶光开关的时间响应曲线，并由时间响应曲线得到液晶的上升时间和下降时间。 3．测量由液晶光开关矩阵所构成的液晶显示器的视角特性以及在不同视角下的对比度，了解液晶光开关的工作条件。 4．了解液晶光开关构成图像矩阵的方法，学习和掌握这种矩阵所组成的液晶显示器构成文字和图形的显示模式，从而了解一般液晶显示器件的工作原理。 【实验仪器】 液晶电光效应实验仪一台，液晶片一块 【实验原理】 1．液晶光开关的工作原理 液晶的种类很多，仅以常用的TN型液晶为例，说明其工作原理。 TN型光开关的结构：在两块玻璃板之间夹有正性向列相液晶，液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。棍的长度在十几埃，直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。玻璃板的内表面涂有透明电极，电极的表面预先作了定向处理，这样，液晶分子在透明电极表面就会
躺倒在摩擦所形成的微沟槽里；电极表面的液晶分子按一定方向排列，且上下电极上的定向方向相互垂直。上下电极之间的那些液晶分子因般为1～2伏)，在静电场的作用下，除了基片附近的液晶分子被基片“锚定”以外，其他液晶分子趋于平行于电场方向排列。于是原来的扭曲结构被破坏，成了均匀结构。从P1透射出来的偏振光的偏振方向在液晶中传播时不再旋转，保持原来的偏振方向到达下电极。这时光的偏振方向与P2正交，因而光被关断。 由于上述光开关在没有电场的情况下让光透过，加上电场的时候光被关断，因此叫做常通型光开关，又叫做常白模式。若P1和P2的透光轴相互平行，则构成常黑模式。 液晶可分为热致液晶与溶致液晶。热致液晶在一定的温度定变化。 2．液晶光开关的电光特性 对于常白模式的液晶，其透射率随外加电压的升高而逐渐降低，在一定电压下达到最低点，此后略有变化。可以根据此电光特性曲线图得出液晶的阈值电压和关断电压。 3．液晶光开关的时间响应特性 加上驱动电压能使液晶的开关状态发生改变，是因为液晶的分子排序发生了改变，这种重新排序需要一定时间，反映在时间响应曲线上，用上升时间τr和下降时间τd描述。给液晶开关加上一个周期性变化的电压，就可以得到液晶的时间响应曲线，上升时间和下降时间。上升时间：透过率由10%升到90%所需时间；下降时间：透过率由90%降到10%所需时间。液晶的响应时间越短，显示动态图像的效果
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。
液晶电光效应实验(中国石油大学实验数据)
【数据处理】 表1 水平方向电压-透射率数据表 由上表数据画出液晶开关的电光特征曲线如下图:
由上图截取90％和10％分别得到可知液晶的阈值电压为1.00V，关断电压为1.51V 由上表数据画出液晶开关的电光特征曲线如下图:
由上图可知截取90％和10％分别得到阈值电压为0.94V,关断电压为1.44V。 图像分析： 水平方向和垂直方向图像基本走向是相同的，在0.00v~0.90v之间基本保持不变，在0.90v~1.8v之间变化很快，最后达到2.0v后基本不变达到饱和状态，透射率变为0。 但是我们可以从图像中看出，两种方法放置时他们的阀值电压和关断电压都略有区别，我们可以看出水平放置时阀值电压和关断电压都大于垂直放置的，饱和电压也有一定的区别。 2．根据光开关电光响应曲线得出液晶上升时间Δt1和下降时间Δt2。 由数字示波器得出上升时间和下降时间分别为50.0ms和
31ms。 【思考与讨论】 1．试说明液晶光开关的工作原理。 答：如图所示，在未施加驱动电压的情况下，来自光源的自然光经过偏振片P1后只剩下平行于透光轴的线偏振光，该线偏振光到达输出面时期偏振面旋转了90度。这时光偏振面与P2的透光轴平行，因而有光通过。 再施加足够的电压情况下（一般1~2V），在静电场的吸引下除了基片附近的液晶分子被基片“锚定”以外，其他液晶分子趋于平行于电场方向排列，于是，原来的扭曲结构被破坏，成了均匀结构，如图右图所示。从P1透射出来的偏振光的偏振方向在液晶传播时不再旋转，保持原来的偏振方向传播下去，到达下一个电极，这时光的偏振方向与P2正交，因而光被关断。 2．如何调节激光接收装置，使得准直激光垂直入射到液晶屏上？答：检查在静态0v供电电压条件下，透过率显示是否为100%。和未放屏幕时
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。
大物实验报告 光电效应
试验名称:光电效应法测普朗克常量h 实验目的:是了解光电效应的基本规律。并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的 光电特性曲线。 实验原理 光电效应实验原理如图8.2.1-1所示。其中S 为真空光电管，K 为阴极，A 为阳极。当无光照射阴极时，由于阳极与阴极是断路，所以检流计G 中无电流流过，当用一波长比较短的单色光照射到阴极K 上时，形成光电流，光电流随加速电位差U 变化的伏安特性曲线如图8.2.1-2所示。 1． 光电流与入射光强度的关系 光电流随加速电位差U 的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值和值I H ，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当U= U A -U K 变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差U a 存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。 2． 光电子的初动能与入射频率之间的关系 当U=U a 时，光电子不再能达到A 极，光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电场力作用的功。即 a eU mv =2 2 1 （1） 根据爱因斯坦关于光的本性的假设，每一光子的能量为hv =ε，其中h 为普朗克常量，ν为光波的频率。所以不同频率的光波对应光子的能量不同。光电子吸收了光子的能量h ν之后，一部分消耗于克服电子的逸出功A ，另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知 A mv hv += 22 1 （2） 式（2）称为爱因斯坦光电效应方程。
3． 光电效应有光电存在 实验指出，当光的频率0v v <时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据式（2）， h A v = 0，ν0称为红限。 爱因斯坦光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方法：由式（1）和（2）可得： A U e hv +=0，当用不同频率（ν1，ν2，ν3，…，νn ）的单色光分别做光源时，就有 A U e hv +=11 A U e hv +=22 ………… A U e hv n n += 任意联立其中两个方程就可得到 j i j i v v U U e h --= )( （3） 由此若测定了两个不同频率的单色光所对应的遏止电位差即可算出普朗克常量h ，也可由ν-U 直线的斜率求出h 。 因此，用光电效应方法测量普朗克常量的关键在于获得单色光、测得光电管的伏安特性曲线和确定遏止电位差值。 实验内容 通过实验了解光电效应的基本规律，并用光电效应法测量普朗克常量。 1． 在577.0nm 、546.1nm 、435.8nm 、404.7nm 四种单色光下分别测出光电管的伏安特性曲线，并根据此曲线确定遏止电位差值，计算普朗克常量h 。 本实验所用仪器有：光电管、单色仪（或滤波片）、水银灯、检流计（或微电流计）、直流电源、直流电压计等. j i j i v v U U e h --= )(,求斜率,得到普朗克常量h. 入射光波长λ/nm 365nm
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
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。
光电效应实验报告书
光电效应测普朗克常量 姓名：梁智健 学院：材料成型及控制工程166班 学号：5901216163 台号：22 时间：2017-10-16 实验教室：309 【实验目的】 1、验证爱因斯坦光电效应方程，并测定普朗克常量h。 2、了解光电效应规律，加深对光的量子性的理解。 3、学会用作图法处理数据。 4、研究光电管的伏安特性及光电特性。 【实验仪器】 1.光电效应测定仪 2.光电管暗箱 3.汞灯灯箱以及汞灯电源箱。 【实验原理】 1、当光照射在物体上时，光的能量只有部分以热的形式被 物体所吸收，而另一部分则转换 为物体中某些电子的能量，使这 些电子逸出物体表面，这种现象 称为光电效应。在光电效应这一 现象中，光显示出它的粒子性， 所以深入观察光电效应现象，对 认识光的本性具有极其重要的意 义。普朗克常数h是1900年普朗克 为了解决黑体辐射能量分布时提 出的“能量子”假设中的一个普
适常数，是基本作用量子，也是粗略地判断一个物理体系是否需要用量子力学来描述的依据。 1905年爱因斯坦为了解释光电效应现象，提出了“光量子”假设，即频率为v 的光子其能量为h v ?。当电子吸收了光子能量h v ?之后，一部分消耗与电子的逸出功W ，另一部分转换为电子的动能212 m v ?，即爱因斯坦光电效应方程 212m hv mv W =+(1) 2、光电效应的实验示意图如图1所示，图中GD 是光电管， K 是光电管阴极，A 为光电管阳 极，G 为微电流计，V 为电压表， E 为电源，R 为滑线变阻器，调 节R 可以得到实验所需要的加 速电位差AK U 。不同的电压AK U ，回路中有不同的电流I 与之对 应，则可以描绘出如图2所示的 AK U -I 伏安特性曲线。 （1）饱和电流的强度与光强成 正比 加速电压AK U 越大，电流I 越大，当AK U 增加到一定值后，电流达到最大值H I ，H I 称为饱和电流，而且H I 的大小只与光强成正比。 （2）遏制电压的大小与照射光的频率成正比 如图3所示，电源E 反向连接，即当加速电压AK U 变为负值时，电流I 会迅速较少，当加速电压AK U 负到一定值Ua 时，电流0I =，这个电压Ua 叫做遏制电压，4所示。 212 a mv e U =?(2)
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。
液晶电光效应实验实验报告
液晶电光效应实验实验报告 【实验目的】 1．在掌握液晶光开关的基本工作原理的基础上，测量液晶光开关的电光特性曲线，并由电光特性曲线得到液晶的阈值电压和关断电压。 2．测量驱动电压周期变化时，液晶光开关的时间响应曲线，并由时间响应曲线得到液晶的上升时间和下降时间。 3．测量由液晶光开关矩阵所构成的液晶显示器的视角特性以及在不同视角下的对比度，了解液晶光开关的工作条件。 4．了解液晶光开关构成图像矩阵的方法，学习和掌握这种矩阵所组成的液晶显示器构成文字和图形的显示模式，从而了解一般液晶显示器件的工作原理。 【实验仪器】 液晶电光效应实验仪一台，液晶片一块 【实验原理】 1．液晶光开关的工作原理 液晶的种类很多，仅以常用的TN（扭曲向列）型液晶为例，说明其工作原理。 TN型光开关的结构：在两块玻璃板之间夹有正性向列相液晶，液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。棍的长度在十几埃（1埃＝10-10米），直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。玻璃板的内表面涂有透明电极，电极的表面预先作了定向处理（可用软绒布朝一个方向摩擦，也可在电极表面涂取向剂），这样，液晶分子在透明电极表面就会躺倒在摩擦所形成的微沟槽里；电极表面的液晶分子按一定方向排列，且上下电极上的定向方向相互垂直。上下电极之间的那些液晶分子因范德瓦尔斯力的作用，趋向于平行排列。然而由于上下电极上液晶的定向方向相互垂直，所以从俯视方向看，液晶分子的排列从上电极的沿－45度方向排列逐步地、均匀地扭曲到下电极的沿＋45度方向排列，整个扭曲了90度。 理论和实验都证明，上述均匀扭曲排列起来的结构具有光波导的性质，即偏振光从上电极表面透过扭曲排列起来的液晶传播到下电极表面时，偏振方向会旋转90度。 取两张偏振片贴在玻璃的两面，P1的透光轴与上电极的定向方向相同，P2的透光轴与下电极的定向方向相同，于是P1和P2的透光轴相互正交。 在未加驱动电压的情况下，来自光源的自然光经过偏振片P1后只剩下平行于透光轴的线偏振光，该线偏振光到达输出面时，其偏振面旋转了90°。这时光的偏振面与P2的透光轴平行，因而有光通过。 在施加足够电压情况下(一般为1～2伏)，在静电场的作用下，除了基片附近的液晶分子被基片“锚定”以外，其他液晶分子趋于平行于电场方向排列。于是原来的扭曲结构被破坏，成了均匀结构。从P1 透射出来的偏振光的偏振方向在液晶中传播时不再旋转，保持原来的偏振方向到达下电极。这时光的偏振方向与P2正交，因而光被关断。 由于上述光开关在没有电场的情况下让光透过，加上电场的时候光被关断，因此叫做常通型光开关，又叫做常白模式。若P1和P2的透光轴相互平行，则构成常黑模式。 液晶可分为热致液晶与溶致液晶。热致液晶在一定的温度范围内呈现液晶的光学各向异性，溶致液晶是溶质溶于溶剂中形成的液晶。目前用于显示器件的都是热致液晶，它的特性随温度的改变而有一定变化。 2．液晶光开关的电光特性
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
光伏效应实验报告
篇一：半导体光伏效应实验 实验4 半导体光伏效应实验 本实验以单晶硅太阳能电池为例，通过实验让学生了解太阳能光伏电池的机理，学习和掌握测量短路电流的方法和技巧，以及光电转换的基本参数测量。 一、实验目的 1、初步了解太阳能电池机理 2、测量太阳能电池开路电动势、短路电流、内阻和光强之间关系 3、在恒定光照下测量光电流、输出功率与负载之间关系 二、实验原理 在p型半导体上扩散一薄层施主杂质而形成的p-n结（如图1），由于光照，在a 、b电极之间出现一定的电动势。在有外电路时，只要光照不停止，就会源源不断地输出电流，这种现象称为光伏效应。利用它制成的元器件称之为太阳能电池。光伏效应最重大的应用是可以将阳光直接转换成电能，是当今世界众多国 家致力研究和开拓应用的课题。 从光伏效应的机理可知，太阳能电池输出的电流il是光生电流ip和在光生电压vp作用下产生的p-n结正向电流if之差，即il?ip?if 。根据p-n结的电流和电压关系 qvp if=is（e kt - 1) is为反向饱和电流，式中vp是光生电压， 所以输出电流 qvp il=ip–is(e kt - 1) (1) 此即光电流表达式。通常ip>>is，上式括号内的1可忽略。 对于太阳能电池有外加偏压时，（1）式应改为 qv 图1 光伏效应结构示意图 i l =il+i=il+is(e kt - 1)（2） qv 上式中is(e kt - 1)，就是p-n结在外加偏压v 作用下的电流。图2中的(a)(b)两条曲线分别表示无光照和有光照时太阳能电池的i-v 特性，由此可知，太阳能电池的伏安特性曲线相当于把p-n结的伏安特性曲线向下平移，它在横轴与纵轴的截距分别给出了voc和isc 。 图2太阳能电池的伏安特性实验表明：在v=0情况下，当太阳能电池外接负载电阻rl，其
液晶的电光特性实验报告含思考题
西安交通大学实验报告 第1页（共9页）课程：_______近代物理实验_______ 实验日期：年月日 专业班号______组别_______交报告日期：年月日 姓名__Bigger__学号__报告退发：（订正、重做） 同组者__________教师审批签字： 实验名称：液晶的电光特性 一、实验目的 1)了解液晶的特性和基本工作原理； 2)掌握一些特性的常用测试方法； 3)了解液晶的应用和局限。 二、实验仪器 激光器，偏振片，液晶屏，光电转换器，光具座等。 三、实验原理 液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状，长度在十几埃，直径为4～6埃， 液晶层厚度一般为5-8微米。排列方式和天然胆甾相液晶的主要区别是：扭曲向 列的扭曲角是人为可控的，且“螺距”与两个基片的间距和扭曲角有关。而天然胆 甾相液晶的螺距一般不足1um，不能人为控制。扭曲向列排列的液晶对入射光会 有一个重要的作用，他会使入射的线偏振光的偏振方向顺着分子的扭曲方向旋转，类似于物质的旋光效应。在一般条件下旋转的角度(扭曲角)等于两基片之间的取 向夹角。 对于介电各向异性的液晶当垂直于螺旋轴的方向对胆甾相液晶施加一电场时，会发现随着电场的增大，螺距也同时增大，当电场达到某一阈值时，螺距趋 于无穷大，胆甾相在电场的作用下转变成了向列相。这也称为退螺旋效应。由于 液晶分子的结构特性,其极化率和电导率等都具有各向异性的特点，当大量液晶 分子有规律的排列时,其总体的电学和光学特性,如介电常数、折射率也将呈现出 各向异性的特点。如果我们对液晶物质施加电场，就可能改变分子排列的规律。
从而使液晶材料的光学特性发生改变，1963年有人发现了这种现象。这就是液晶的的电光效应。 为了对液晶施加电场，我们在两个玻璃基片的内侧镀了一层透明电极。将这个由基片电极、取向膜、液晶和密封结构组成的结构叫做液晶盒。根据液晶分子的结构特点,假定液晶分子没有固定的电极,但可被外电场极化形成一种感生电极矩。这个感生电极矩也会有一个自己的方向，当这个方向以外电场的方向不同时，外电场就会使液晶分子发生转动，直到各种互相作用力达到平衡。液晶分子在外电场作用下的变化，也将引起液晶合中液晶分子的总体排列规律发生变化。当外电场足够强时，两电极之间的液晶分子将会变成如图1中的排列形式。这时，液晶分子对偏振光的旋光作用将会减弱或消失。通过检偏器，我们可以清晰地观察到偏振态的变化。大多数液晶器件都是这样工作的。 图1液晶分子的扭曲排列变化 若将液晶盒放在两片平行偏振片之间，其偏振方向与上表面液晶分子取向相同。不加电压时，入射光通过起偏器形成的线偏振光，经过液晶盒后偏振方向随液晶分子轴旋转90°，不能通过检偏器；施加电压后，透过检偏器的光强与施加在液晶盒上电压大小的关系见图2；其中纵坐标为透光强度，横坐标为外加电压。最大透光强度的10%所对应的外加电压值称为阈值电压(U th)，标志了液晶电光效应有可观察反应的开始(或称起辉)，阈值电压小，是电光效应好的一个重要指标。最大透光强度的90%对应的外加电压值称为饱和电压(U r)，标志了获得最大对比度所需的外加电压数值，U r小则易获得良好的显示效果，且降低显示功耗，对显示寿命有利。对比度D r=I max/I min，其中I max为最大观察(接收)亮度(照度)，I min 为最小亮度。陡度β=U r/U th即饱和电压与阈值电压之比。
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。
光电效应实验报告
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 一、实验目的 1．了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解； 2．测量光电管的伏安特性曲线； 3．学习验证爱因斯坦光电效应方程的实验方法，测量普朗克常数。 二、实验仪器 光电效应（普朗克常数）实验仪（详见本实验附录A ），数据记录仪。 三、实验原理 1．光电效应及其基本实验规律 当一定频率的光照射到某些金属表面时，会有电子从金属表面即刻逸出，这种现象称为光电效应。从金属表面逸出的电子叫光电子，由光子形成的电流叫光电流，使电子逸出某种金属表面所需的功称为该金属的逸出功。 研究光电效应的实验装置示意图如图1所示。GD 为光电管，它是一个抽成真空的玻璃管，管内有两个金属电极，K 为光电管阴极，A 为光电管阳极；G 为微电流计；V 为电压表；R 为滑线变阻器。单色光通过石英窗口照射到阴极上时，有光电子从阴极K 逸出，阴极释放出的光电子在电场的加速作用下向阳极A 迁移形成光电流，由微电流计G 可以检测光电流的大小。调节R 可使A 、K 之间获得连续变化的电压AK U ，改变AK U ，测量出光电流I 的大小，即可测出光电管的伏安特性曲线，如图2(a)、(b)所示。
图2 光电效应的基本实验规律 光电效应的基本实验规律如下： （1）对应于某一频率，光电效应的AK -I U 关系如图2(a)所示。从图中可见，对一定的频率，有一电压0U ，当AK 0U U ≤时，光电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压0U ，称为截止电压。 （2）当AK 0U U ≥后，I 迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流M I 的大小与入射光的强度P 成正比，如图2(b)所示。 （3）对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图2(a)所示。 （4）截止电压0U 与频率v 的关系如图2(c)所示。0U 与ν成正比。当入射光频率低于某极限值0v （随不同金属而异）时，无论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。 （5）光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于0v ，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为910-秒的数量级。 2．爱因斯坦光电效应方程 上述光电效应的实验规律无法用电磁波的经典理论解释。为了解释光电效应现象，爱因斯坦根据普朗克的量子假设，提出了光子假说。他认为对于频率为ν的光波，每个光子的能量为E h ν=，h 为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次性为金属中的电子全部吸收，而无须积累能量的时间。电子把该能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，另一部分就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程 201 2 h m W νυ=+ （1） 式中，W 为被光线照射的金属材料的逸出功，2 012m υ为从金属逸出的光电子的最大初动能。 由式（1）可知，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位比阴极电位低（即加反向电压）时，也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电
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
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。