实验十二晶体电光效应与电光调制实验

《实验十二晶体电光效应与电光调制实验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、实验十二晶体电光效应与电光调制实验一、实验目的1.掌握晶体电光调制的原理和实验方法；2.测量晶体的半波电压以及电光系数；3.利用电光调制实现模拟光通讯。二、实验原理1.晶体的电光效应某些介质的折射率在外加电场E的作用下发生改变，这种现象称为电光效应。实验表明电场引起的折射率n的变化川下式表示:A(-^)=aE+bE2+…n式中a和b为常数。由一次项aE引起折射率变化的效应，称为一次电光效应，也称线性电光效应或称泡克尔斯效应(PokellsEffect)；由二次项bE2引起折射率变化的效应，称为二次电光效应，也称非线性电光效应或称克尔效应(KerrEffect)。线性电光

2、效应只存在于各向异性晶体中。图1.晶体折射率椭球光在各昀异性晶体屮传播时，在晶体的一个给定方向上，一般存在着两个可能的线偏振模式，每个模式具有唯一的偏振方向和相应的折射率，而描述这两个相互正交的偏振光在晶体中传播的行为通常用折射率椭球的方法，即(2)式屮，x,y，z为晶体的介电主轴方向，即晶体在这些方向上的电位移矢量2?与电场矢量£是平行的，其对应的折射率为FK,nyWnzo当晶体上加上电场后，折射率椭球的形状、大小、方位都发生变化，椭球的方程变为yzyz+xzXZ+xyxy=1(3)式屮交叉项由电场引起，表示变形后形成的新椭球主轴(感应主轴)和原先的主轴不重合另一方面

3、，对线性电光效应，考虑到电场分量方向后，式(1)表示为，1厶(3.1)A(TT)ij=ZVijkEk11k=x其中Ek为外电场分量，系数丫ijk为三阶张量，称为晶体的电光张量系数，有27个元素个角标i,j,k分别取x，y,z,而习惯上更为普遍地用1,2,3表示。利用晶体的对称性，并将角标ij作如下替换：n-*l，22-*2,33-*3,23-4,13->5,12—6,式（3）改写为x+^v+4+三yz+^vXZ+Axy二1niln22n33n23(3.2)n,n,13AA12同时，Yu、可约化为18个元素的二阶张量yu,式（3.1）改写为(3.3)△(7)i=EYiiE

4、jII;-1(4)具体表75为:11nlln.11n22n211?n33n3Y.lEx+yi2Ey+Yl3E.=72lEx+722Ey+Y23Ez731^x+Y32^y+733^z223n:

5、

6、n,1122n221122n33n32231YuYl2YlS721722723YaiY32733741742743YsiY52753761762763y131Vni2其中Y.iy.2y.3Y21Y22723Ys.Y31Y33Y41742Y4Sy5.752753

7、锂晶体晶体的电光效应铌酸锂晶体（LiNbO3,LN）属三方晶体，是各向异性的单轴晶体。主轴Z方向有一个三次旋转轴，光轴与Z轴重合，折射率椭球是旋转椭球。它具有优良的压电、电光、声光、非线性光学等性能。本实验采用的是LN晶体。LN晶体的折射率为ni=n2=n0,n3=nc,折射率椭球为以z轴为对称轴的旋转椭球，垂直于z轴的截面为圆，如图2:其电光系数Y为：0000/51~7n-/22，220/5100Zl3Zl3000(7)没有加电场之前，LN的折射率椭球为n:8)加上电场之后，由式（7）代入式（5）有n..noY22^y+Yl3^z丄=A"+733Ezn33ny图2:折

8、射率椭球223213=-Y22Ex再将上述各式代入式(3.2),则其折射率椭球为：(―T_Y22Ey+%3EJx2+(―y+722Ey+Yl3Ez)y2+(_T+Y33Ez)z2+n0n0ne(9)+2y51Eyyz+2y51Exzx-2y22Exxy=l在本实验屮，采用横向调制方式，即光束沿z轴传播，外加电场沿x轴。并设晶体在z方向的长度为/、宽度为a、厚度为d，如图3所示，即Ex=E类0，Ey=Ez=0这时折射率椭球简化为(10)11)-^■(x2+y2)+-^z2+2y51Exzx-2y22Exxy=lnone考虑到^51Ex«1,可忽略第三项，即(xz+/)+二

9、yz2-2y22Exxy=l将xyz坐标系沿z轴旋转45°进行坐标变换(主轴变挽)，得到xyz’坐标系，坐标变换关系为xz=sin45°x-cos45°yy’=sin450x+cos450y4272,x=-^(x’+y’)，y=—(x1-/)，z=z代入式(11),有(-L-y22E)x'noY22+(-L+y22E)y2+-LZt2=1(14)non0ne上式改写为•2*2，2xy,z——HyH—1(15)nxny形式。新的主轴x’和y称为施加电场后的感应主轴，对应的感应主折射率为:noVl-心22en()no+

10、noY22Eno-去心