光电调制实验报告.doc

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1、佛山科学技术学院实验报告课程名称实验项目专业班级姓名学号指导教师成绩日期年月日一、实验目的1.掌握晶体电光调制的原理和实验方法；2.观察电光调制实验现象，并测量电光晶体的参数；3.实现模拟信号光通讯。二、实验仪器电光调制电源组件、光接收放大器组件、激光器组件、光纤准直镜、电光调制晶体组件、起偏器组件、检偏器组件、数字示波器等。三、实验原理1.一次电光效应和晶体的折射率椭球由电场所引起的晶体折射率的变化，称为电光效应。通常可将电场引起的折射率的变化用下式表示：n=n0+aE0+bE02+……（1）式中a和b为常数，n0为不加电场时晶体的折射率

2、。由一次项aE0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普克尔（Pokells）效应；由二次项bE02引起折射率变化的效应，称为二次电光效应，也称平方电光效应或克尔（Kerr）效应。一次电光效应只存在于不具有对称中心的晶体中，二次电光效应则可能存在于任何物质中，一次效应要比二次效应显著。光在各向异性晶体中传播时，因光的传播方向不同或者是电矢量的振动方向不同，光的折射率也不同。如图1，通常用折射率球来描述折射率与光的传播方向、振动方向的关系。在主轴坐标中，折射率椭球及其方程为:（2）图1折射率椭球式中n1、n2、n3为椭球三

3、个主轴方向上的折射率，称为主折射率。当晶体加上电场后，折射率椭球的形状、大小、方位都发生变化，椭球方程变成（3）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，LiNbO3（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

4、器的工作点，观察相应的输出特性的变化。2.电光调制原理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

5、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。下面我们来具体介绍一下这两种调制原理和典型的调制器(1)KDP晶体纵调制设电光晶体是与xy平行的晶片，沿z方向的厚度为L，在z方

6、向加电压（纵调制），在输入端放一个与x方向平行的起偏振器，入射光波沿z方向传播，且沿x方向偏振，射入晶体后，它分解成方向的偏振光（图2），射出晶体后的偏振态表示为：(4)图2首先进行坐标变换，得到xy坐标系内琼斯矩阵的表达式：(5)如果在输出端放一个与y平行的检偏振器，就构成泡克耳斯盒.由检偏器输出的光波琼斯矩阵为：，(6)其中G为两个本征态通过厚度为L的电光介质获得的相位差，由于。（7）式表示输出光波是沿y方向的线偏振光，其光强为。（7）上式说明光强受到外加电压的调制，称振幅调制，I0为光强的幅值，当图3为泡克耳斯盒（振幅型纵调制系统）示

7、意图，z向切割的KD*P晶体两端胶合上透明电极ITO1、ITO2，电压通过透明电极加到晶体上去.在玻璃基底上蒸镀透明导电膜，就构成透明电极，膜层材料为锡、铟的氧化物，膜层厚度从几十微米到几百微米，其透明度高（>80%~90%），膜层的面电阻小(几十欧姆)。在通光孔径外镀铬，再镀金或铜即可将电极引线焊上。KD*P调制器前后为一对互相正交的起偏振镜P与检偏振镜（分析镜）A，P的透过率极大方向沿KD*P感生主轴、的角平分线。在KD*P和A之间通常还加相位延迟片Q（即四分之一波片），其快、慢轴方向分别与、相同。PQITO1ITO2A图3泡克耳斯盒P

8、，起偏振器；Q，四分之一波片；A，检偏振器；ITO，透明电极KD*P电极引线绝缘环由于入射光波预先通过四分之一波片移相，因而有(8)加上预置的相位后，工作点移到调制曲线的中点附近