电光调制实验实验报告.pdf

1 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 2 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 3 LiNbo 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 具体做法：取出毛玻璃，撤走白屏，接收器对准出光点，加在晶体上的电压从零 开始，逐渐增大这时可看到示波器上光强极大和极小有一明显起落，直流偏压值由电 源面板上的三位半数字表上读出先测对应于 V00时，当光强最大时， 测一组最大值， 然后改变极性， 最大时再测一组数据， 两个极大之间对应的电压之和就是半波电压的 两倍，多次测量取平均值，可以减少误差 2． 调制法 晶体上直流电压和交流正弦信号同时加上，当直流电压调到输出光强出现极小值 或极大值对应时， 输出的交流信号出现倍频失真，通过示波器可看出 出现相邻倍频 失真对应的直流电压之差就是半波电压 3 具体做法是：把电源前面板上的调制信号“ 输出” 接到双踪示波器的 y1上，经放大 后的调制器的输出信号接到示波器的y2上，把 y1,y2上的信号做比较，将检偏器旋转90 度，当晶体上加的直流电压缓慢增加到半波电压时，输出出现倍频失真；改变晶体上 电压的极性后， 电压加到半波电压时， 又出现倍频失真，相继两次出现倍频失真时对 应的直流电压值之差就是半波电压。

这种方法比极值法更精确， 因为用极值法测半波 电压时，视觉很难准确的定位极大和极小值，因而误差较大 3． 改变直流偏压，选择不同的工作点，观察正弦波电压的调制特性 电源面板上的信号选择琴键开关可以提供三种不同的调制信号，按下“ 正弦” 键， 机内单一频率的正弦波振荡器工作，此信号经放大后，加到晶体上同时，通过面板 上的“ 输出” 孔，输出此信号，把它接到双踪示波器的y1上，作为参考信号改变直流 偏压，使调制器工作在不同的状态，把被调制信号经光电转换，放大后接到双踪示波 器y2上，和 y1上的参考信号比较工作点选定在曲线的直线部分，即 0 2VV 附近时 线性调制；工作点选在曲线的极小值（或极大值）附近时，输出信号“ 倍频” 失真；工 作点选定在极小值 （或极大值）附近时输出信号失真， 观察时调制信号幅度不能太大， 否则调制信号本身失真， 输出信号的失真无法判断有什么原因引起，把观察到的波形 描下来，并和前面的理论分析做比较做这步实验时把电源上的调制幅度、调制器上 的输入光强、 放大器的输出、示波器的增益 ( 或衰减 ) 这四部分调好， 才能观察到很好 的输出波形 4． 用1 4波片来改变工作点，观察输出特性。

在上述实验中，去掉晶体上加的直流偏压，把 1 4 波片置入晶体和偏振片之间， 绕光轴缓慢旋转时， 可以看到输出波形随着发生变化当波片的快慢轴平行于晶体的 感应轴方向时，输出光线性调制；当波片的快慢轴分别平行于晶体的x,y 轴时，输出 光失真，出现“ 倍频” 失真因此，把波片旋转一周时， 出现四次线性调制和四次“ 倍频” 失真 实验证明，通过晶体上加直流偏压可以改变调制器的工作点，也可以用 1 4波片 选择工作点，其效果是一样的，但两种方法的机理是不同的 5． 光通讯的演示 按下电源面板上信号选择开关中的“ 音频” 键，此时，正弦信号被切断，输出装在 电源里的 “ 音频” 片信号输出信号通过放大器的扬声器播放，改变工作点，此时，所 听到的音质不同，通过通光和遮光，演示激光通讯音频讯号接到示波器上，可以看 到我们听到的音乐信号的波形， 它是由振幅不同的不同频率的正弦波叠加而成的也 可以用光缆把输出信号和接收器连接起来，实现模拟激光光纤通讯 调制信号也可以 用录音机输出的电信号，把它接到电源面板上的“ 输入” 端，这时要按下信号选择开关 4 中的“ 外调” 键，其他信号源被切断，输出录音机放出的音频信号。

原始记录 ( 数据、图表、文字描述等) 【思考题】 1. 如何保证光束正入射于晶体的端面，怎样判断？不是正入射时有何影响？ 答：经过端面反射后的圆点与激光光源的圆点重合时光束正入射于晶体的端面不是 正入射时会使激光在光电晶体内部发生全反射，经过光电晶体出射的光香味发生改变 不与检偏器垂直 2. 起偏器和检偏器既不正交又不平行时，会出现何种情况？ 答：光强调到最大时，晶体的偏压不为零观察晶体的干涉图不再为单轴锥图样，不 再是十字架样子失去了特殊性 3.1/4 波片改变工作点，观察调制现象时为何只出现线性调制和倍频失真，而没有其 它失真？ 5 【实验心得】 通过这次实验我掌握了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， 并观察到晶体电光效应引起的晶体会聚偏振 光的干涉现象。