文档介绍：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 33 23 13 12
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。 通常 KD*P （磷酸二氘钾）类型的晶体用它的纵向电光效应， LiNbO 3 （铌酸锂）类型的晶体用 它的横向电光效应。本实验研究铌酸锂晶体的一次电光效应，用铌酸锂晶体的横向 调制装置测量铌酸锂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的变化。
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
n 2 n2
4)
0e
式中 n0 和 ne 分别为晶体的寻常光和非常光的折射率。 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
(———y E )x2 + (— +丫 E )y2 - 2y E xy = 1 n 2 22 x n 2 22 x 22 x
00
其中的 y 22称为电光系数。上式进行主轴变换后可得到
(丄-y_E )x'2 + (丄 + y“E )y'2 = 1
n2 " "
0
考虑到 n2y E <<1，经简化得到
0 22 x
22 x
n2
0
22 x
E
22 x
5)
6)
n
y'
=n
0 2
E
22 x
折射率椭球截面的椭圆方程化为
7)
8)
2．电光调制原理
n2
x'
n2
y'
要用激光作为传递信息的工具，首先要解决如何将传输信号加到激光辐射上去 的问题，我们把信息加载于激光辐射的过程称为激光调制，把完成这一过程的装置
称为激光调制器。由已调制的激光辐射还原出所加载信息的过程则称为解调。因为 激光实际上只起到了“携带”低频信号的作用，所以称为载波，而起控制作用的低 频信号是我们所需要的，称为调制信号，被调制的载波称为已调波或调制光。按调 制的性质而言，激光调制与无线电波调制相类似，可以采用连续的调幅、调频、调 相以及脉冲调制等形式，但激光调制多采用强度调制。强度调制是根据光载波电场 振幅的平方比例于调制信号，使输出的激光辐射的强度按照调制信号的规律变化。 激光调制之所以常采用强度调制形式，主要是因为光接收器一般都是直接地响应其 所接受的光强度变化的缘故。
激光调制的方法很多，如机械调制、电光调制、声光调制、磁光调制和电源调 制等。其中电光调制器开关速度快、结构简单。因此，在激光调制技术及混合型光 学双稳器件等方面有广泛的应用。电光调制根据所施加的电场方向的不同，可分为 纵向电光调制和横向电光调制。利用纵向电光效应的调制，叫做纵向电光调制，利
用横向电光效应的调制，叫做横向电光调制。本实验中，我们只做 LiNbO 3晶体的横
图 2
图 2 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。因此入射光 经起偏振片后变为振动方向平行于 x轴的线偏振光，它在晶体的感应轴 x，和y，轴上
的投影的振幅和相位均相等，设分别为
e 二A cos 3 t , e 二A cos s t (9)
x! 0 y‘ 0
或用复振幅的表示方法，将位于晶体表面(z=0)的光波表示为
E (0)=A , E (0)=A ( 10)
x' y/
所以，入射光的强度是
I x E - E = |E (0)|2
i x
当光通过长为 l 的电光晶体后，
+ |E ,(0)F = 2A2
x'和 y俩分量之间就产生相位差 d，即
11)
Ex,(l) =A , E (l)=A e-i5
通过检偏振片出射的光，是该两分量在 y 轴上的投影之和
(E ) (ei5 — 1)
y 0 *2
其对应的输出光强 It 可写成
A2
It X [(Ey )0 - (EJ 0]=飞
[(e 一必一1)(ei5 — 1)] = 2A2 sin2 —
由( 11)和( 14)式，光强透过率 T 为
T = — = sin2 —
I2
由(7)式
2k " 2冗'TT l
5=T