激光原理与技术实验参考书1

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1、激光原理与技术实验指导书编著：刘安玲孙利平刘莉黄利元周远谭志光袁媛长沙学院电子与通信工程系光电通信实验室光电信息工程教研室2010年1月34目录实验一晶体的电光效应实验1实验二声光效应实验5实验三ND：YAG激光器调腔实验14实验四ND：YAG激光器调Q实验22实验五ND：YAG激光器倍频实验27实验六氦氖激光器调腔及其性能研究实验3134实验一晶体的电光效应实验一、实验目的1．研究LN晶体的一次电光效应特性，了解电场对晶体的作用机理。2．掌握电光调制的工作原理及光路调整方法。3．了解LN晶体横向电光效应在光通信中的应用，并

2、通过实验对光通信中的调制、传输、解调过程有一个感性认识。二、实验原理电光效应一般是指介质在外加电场的作用下，其折射率将发生变化，当光波通过此介质时，其传输特性就受到影响而改变，这种现象称为电光效应。电光效应按电压与折射率变化的关系可分为：一级电光效应和二级电光效应。一级电光效应是指介质折射率的变化正比于电场强度，是由Pockels于1893年发现的，故也称为Pockels（泡克尔斯）效应。二级电光效应是指介质折射率的变化与电场强度的平方成正比，是Kerr于1875年发现的，因此，也称为Kerr（克尔）效应。泡克尔斯效应一般发

3、生在本来就各向异性的介质中，如各种晶体。而kerr效应一般发生在各向同性的介质中。它们的作用机理，都是由于电场对介质极化的结果：即介质中的分子在电场作用下被极化或原极化方向发生变化。Kerr效应较明显的材料一般有硝基笨等。其自然状态是各向同性的，在被电场极化后变为各向异性，产生双折射现象。而Pockels效应则多发生在一些晶体如LiNbO3(铌酸锂，简称LN)晶体上，他们本来就是单轴晶体，各向异性、电场的极化使它们原极化情况发生变化，由单轴晶体变为双轴晶体。在极化的方式上。一般又有横向施加电场（垂直于光轴）和纵向施加电场（平

4、行于光轴）二种方式。由于横向电场的Pockels效应具有半波电压低、线性度较好的特点，因此得到了广泛应用。按此方式制成的电光调制器被广泛地应用于光通讯领域，成为当今信息社会不可或缺的一项技术。在本实验中，我们采用对LN晶体横向施加电场的方式来研究LiNbO3晶体的电光效应。其中，晶体被加工成5×5×30mm3的长条，光轴沿长轴通光方向，在两侧镀有导电电极，以便施加均匀的电场。34LN在自然状态下是一种比较典型的单轴晶体，具有很好的电光特性。当我们对晶体施加电压时，材料中的极化情况发生变化，会产生出一个新的光轴，从而使晶体产生

5、了一个附加的各向异性。如果一束线偏振光通过这样一个晶体，让我们看一下在施加电压前后晶体对它有何影响：在加压前晶体是一个单轴晶体，且光轴在长轴通光方向。一束沿通光方向传播的线偏振光，将不会发生双折射现象，不会被分解成o光e光，当光穿过晶体离开时，其偏振态将不会发生变化，还是一个按原方向振动的线偏振光。当我们在晶体两侧施加一定强度的电压后，由于分子的极化方向受电场影响发生了变化，并生成了一个新的附加光轴，使晶体由原来的单轴晶体变为双轴晶体，这时沿通光方向传播的光将不再与光轴平行，双折射现象将会发生，穿过晶体。这将使经过的光的偏振

6、态发生变化。如果我们在晶体后放有一个检偏器，我们就会观察到在施加电场前后，通过检偏器的光强会有变化。通过上面的分析我们看到，如果一束光通过一个由起偏器、LN晶体、检偏器组成的一个系统，我们就可以通过对LN晶体施加电压来改变系统的输出光强，从而实现对输出光强的控制。如果这个电压是一系列电脉冲信号的话，则可实现了对光的调制。晶体的电光调制正是基于这个原理。三、实验仪器1．光学实验导轨800mm1根2．导轨滑块6个3．二维可调半导体激光器650nm4mW1套4．激光功率指示计1套5．偏振片2套6．1/4波片1套7．三维可调电光晶体

7、及附件1套8．二维可调扩束镜1套9．二维可调光电二极管探头1套10．白屏1个11.双踪示波器1台12.音频信号源1个四、实验内容与步骤1、验证LN晶体在自然状态下的单轴晶体特性和施加电压后晶体变为双轴晶体的情况为此，我们采用会聚偏振光的干涉图像来直观地对其进行观察。实验步骤和光路如下：1）将半导体激光器、起偏器、扩束镜、LN晶体、检偏器、白屏依次摆放，使扩束镜紧靠LN晶体2）分别接连好半导体激光器电源（在激光功率指示计后面板上）和晶体驱动电源（千万不可插错位）将驱动电压旋钮逆时针旋至最低。3）打开激光功率指示计电源，激光器亮

8、。调整激光器的方向和各附件的高低，使各光学元件尽量同轴且与光束垂直，旋转起偏器，使透过起偏器的光尽量强一些（因半导体激光器的输出光为部分偏振光）4）34观察白屏上的图案并转动检偏器观察图案的变化，应可观察到由十字亮线或暗线和环形线组成的图案。这种图案是典型的会聚偏振光穿过单轴晶体后形成的干