对晶体的电光效应数据细致分析和现象探讨.doc

物理实验研究性报告 第 PAGE 14页 物理实验研究性报告 对晶体的电光效应数据细致分析和现象探讨 第一作者：向雪 学号第二作者：薛园园 学号第三作者：李自超 学号目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 目录 2 对晶体的电光效应数据细致分析和现象探讨 3 一、实验原理 3 1.电光晶体和泡克尔斯效应 3 2.电光调制原理 3 二、实验内容及操作详细流程 5 １．光路调节 5 2．电光调制器T-V工作曲线的测量 6 ３．动态法观察调制器性能 6 4．旋转1/4波片观察输出特性 6 5.用相位补偿测量晶体快慢轴相位差 7 三、现象观察： 8 １.信号波形失真最小 8 ２.接收信号幅度最大 9 ３．倍频失真 9 四、数据处理 10 1.T-V曲线测量 10 2.用两种方法计算铌酸锂晶体横向调制的半波电压和电光系数 10 五、误差分析 12 1.输出波形产生畸变的原因 12 ２．关于极小值非0V的讨论 13 六、实验后思考题： 13 对晶体的电光效应数据细致分析和现象探讨 一、实验原理 1.电光晶体和泡克尔斯效应 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。通常将电场引起的折射率变化用下式表示，即 式中，a和b为与无关的常数，为时的折射率。由一次项引起的折射率变化效应称为一次电光效应，也称线性电光效应或泡尔克斯效应，也是我们在本次试验中主要研究和讨论的效应；由二次项引起的折射率变化效应称为二次电光效应，也称为平方电光效应或克尔效应。通常，一次效应要比二次效应显著。 泡尔克斯效应分为纵向电光效应和横向电光效应。我们本次试验主要研究铌酸锂晶体的一次横向电光效应，用铌酸锂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。 光在晶体中传播时，在不平行于光轴方向上，由于e光和o光传播速度不同，而出现不同折射率的现象叫做双折射现象，只有一个光轴的晶体叫做单轴晶体，铌酸锂晶体本来是单轴晶体，但在外加电场作用下，将变成双轴晶体，出现与双折射类似的结果，出射光可能为椭圆偏振光。 2.电光调制原理 在无线电通信中，为了把语言、音乐或图像等信息发送出去，总是通过表征电磁波特性的振幅、频率或相位受被传递信号的控制来实现的。这种控制过程称为调制。接收时，把需要的信号从调制信息中还原出来，叫做解调。本实验采用强度调制。即输出的激光辐射强度按照调制信号的规律变化。 铌酸锂晶体的横向光调制过程如下： LN晶体横向电光调制器的结构如图2所示。 当光经过起偏器P后变成振动方向为OP的线偏振光，进入晶体 (z = 0) 后被分解为沿x′和y′轴的两个分量，因为OP与x’轴、y’轴的夹角都是45o，所以位相和振幅都相等。即，于是入射光的强度为： 当光经过长为的LN晶体后，x′和y′分量之间就产生位相差，即： 从检偏器A（它只允许OA方向上振动的光通过）出射的光为和在OA轴上的投影之和 于是对应的输出光强为： 将输出光强与输入光强比较，再考虑上式，最后得到： 为透射率，它与外加电压V之间的关系曲线就是光强调制特性曲线。本实验就是通过测量透过光强随加在晶体上电压的变化得到半波电压Vπ。 透过率与V的关系是非线性的，若不选择合适的工作点会使调制光强发生畸变，但在V = Vπ/2附近有一直线部分（即光强与电压成线性关系），这就是线性调制部分。为此，我们在调制光路中插入一个λ/4波片，其光轴与OP成45o角，它可以使x′和y′两个分量间的位相有一个固定的π/2位相延迟，这时若外加电场是一个幅度变化不太大的周期变化电压，则输出光波的光强变化与调制信号成线性关系，即 其中V是外加电压，可以写成，但是如果Vm太大，就会发生畸变，输出光强中将包含奇次高次谐波成份。当时 二、实验内容及操作详细流程 １．光路调节 （１）.光源准直的细调 在粗调等高共轴之前，先要确保激光光源的出射方向是与导轨严格平行的，这一步在许多光学实验中都会有，而且是极为关键的一步。下面是具体方法： ①打开激光光源，将白屏放置在光具座上，用笔记录此时白屏上光点的位置 ②从前向后移动白屏，通过调节激光的俯仰来调整白屏上光点的位置，使其始终在你所记录的位置 ③从后向前移动白屏，重复上述操作，直至在导轨上的任何位置，白屏上光点的位置都不改变，此时激光束与导轨平行