文档介绍：光电工程学院
2013 / 2014学年第 2 学期
实验报告
课程名称: 光电子基础实验
实验名称: 电光调制实验
班级学号 1213032809
学生姓名丁毅
指导教师孙晓芸
日期: 2014年 5 月 07 日
电光调制实验
【实验目的】
掌握晶体电光调制的原理和实验方法;
学会用实验装置测量晶体的半波电压,绘制晶体特性曲线,计算电光晶体的消光比和透射率。
【实验仪器及装置】
电光调制实验仪(半导体激光器、起偏器、电光晶体、检偏器、光电接收组件等)、示波器。
实验系统由光路与电路两大单元组成,:
电光调制实验系统结构
一、光路系统
由激光管(L)、起偏器(P)、电光晶体(LN)、检偏器(A)与光电接收组件(R)以及附加的减光器(P1)和l/4波片(P2)等组装在精密光具座上,组成电光调制器的光路系统。
注:· 本系统仅提供半导体激光管(包括电源)作为光源,如使用氦氖激光管或其他激光源时,需另加与其配套的电源。
· 激光强度可由半导体激光器后背的电位器加以调节,故本系统未提供减光器(P1)。
· 本系统未提供l/4波片(P2)即可进行实验,如有必要可自行配置。
二、电路系统
除光电转换接收部件外,其余包括激光电源、晶体偏置高压电源、交流调制信号发生、偏压与光电流指示表等电路单元均组装在同一主控单元之中。
电路主控单元前面板
,其中各控制部件的作用如下:
· 电源开关
用于控制主电源,接通时开关指示灯亮,同时对半导体激光器供电。
· 晶体偏压开关
用于控制电光晶体的直流电场。(仅在打开电源开关后有效)
· 偏压调节旋钮
调节直流偏置电压,用以改变晶体外加直流电场的大小。
· 偏压极性开关
改变晶体的直流电场极性。
· 偏压指示
数字显示晶体的直流偏置电压。
· 指示方式开关
用于保持光强与偏压指示值,以便于读数。
· 调制加载开关
用于对电光晶体施加内部的交流调制信号。(内置1KHz的正弦波)
· 外调输入插座
用于对电光晶体施加外接的调制信号的插座。
(插入外来信号时内置信号自动断开)
· 调制幅度旋钮
用于调节交流调制信号的幅度。
· 调制监视插座
将调制信号输出送到示波器显示的插座。
· 解调监视插座
将光电接收放大后的信号输出到示波器显示的插座,可与调制信号进行比较。
· 光强指示
数字显示经光电转换后的光电流相对值,可反映接收光强大小。
· 解调幅度旋钮
用于调节解调监视或解调输出信号的幅度。
· 解调输出插座
解调信号的输出插座,可直接送有源扬声器发声。
三、系统连接
1、光源
将半导体激光器电源线缆插入后面板的“至激光器”插座中。(如使用He—Ne激光管需另配套专用电源,其输出直流高压务必按正负极性正确连接)。
2、晶体调制
由电光晶体的两极引出的专用电线插入后面板中间的两芯高压插座。
3、光电接收
将光电接收部件(位于光具座末端)的专用多芯电缆连接到电路主控单元后面板“至接收器”的插座上,以便将光接收信号送到主控单元,同时主控单元也为光电接收电路提供电源。
4、信号输出
光电接收信号由解调监视插座输出;主控单元中的内置信号(或外调输入信号)由调制监视插座输出。两者分别送到双踪示波器,以便同时显示波形,进行比较。
5、扬声器
将有源扬声器插入功率输出插座即可发声,音量由“解调幅度”控制。
6、交流电源
主控单元后面板右侧装有带开关的三芯标准电源插座,用以连接220V市电交流电源。
注:扬声器发声的音质与光路调整、晶体偏压、调制幅度以及信号源的性能均有关联。
【实验原理】
某些晶体在外加电场的作用下,其折射率随外加电场的改变而发生变化的现象称为电光效应,利用这一效应可以对透过介质的光束进行幅度、相位或频率的调制,构成电光调制器。电光效应分为两种类型:
(1) 一级电光(泡克尔斯——Pockels)效应,介质折射率变化正比于电场强度。
(2) 二级电光(克尔——Kerr)效应,介质折射率变化与电场强度的平方成正比。
本实验使用铌酸理(LiNbO3 )晶体作电光介质,组成横向调制(外加电场与光传播方向垂直
)的一级电光效应。
横向电光效应示意图
,入射光方向平行于晶体光轴(Z轴方向),在平行于X轴的外加电场(E)作用下,晶体的主轴X轴和Y轴绕Z轴旋转45°,形成新的主轴X’轴—Y’轴(Z轴不变),它们的感生折射率差为Dn,它正比于所施加的电场强度E:
式中r为与晶体结构及温度有关的参量,称为电光系数。
n0为晶体对寻常光的折射率。
当一束线偏振光