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实验一电光调制

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。

三、实验装置：

图3：LiNbO晶体静态特性曲线测量光路图

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图4：LiNbO晶体静态特性曲线测量装置图

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四、实验内容及步骤：

1.LiNbO晶体静态特性曲线测量

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a.按图3所示结构放置各光学器件，并调节支架高度至各光学器件等高同轴。

b.将635nm半导体激光器控制电缆连接至LD1，设置LD1工作模式为ACC，设置驱动

电流Ic为30mA。

c.将LiNbO晶体控制电压驱动端连接至高压信号源输出HV+