光电子学科综合实验i讲义资料

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1、目录实验1晶体的电光效应实验1实验2组合干涉仪实验13实验3用牛顿环法测透镜曲率半径17实验4棱镜折射率的分光仪测定…………………………………….………..25实验5光电效应…………………………………………………………………33实验6液晶的电光特性实验……………………………………………………38实验7用双棱镜干涉测钠光波长44附录物理实验基础知识48.79.实验1晶体电光效应实验内容1．通过观察穿过晶体的会聚偏振光的干涉图案，了解电场对晶体的作用机理。2．通过对晶体施加不同强度的直流电压，观察测量系统的通光情况，绘出电压与光强的关系曲线，求出系统的特征参数。

2、3．在晶体上施加一个正弦波信号，观察光学系统的响应情况，理解设置静态工作点的目的和意义，以及设置方法和要求。4．用一音频信号驱动电光晶体，模拟信息对光的调制和传输。设备成套性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附件+驱动电源（0-1500V）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个实验原理某些晶体在外加电场中，随着电场强度的改变，晶体的折射率会发生改变，这种现象称为电光效应。通常将电场引起的折射率的变化

3、用下式表示:(1)图一晶体折射率椭球式中a和b为常数，为E0=0时的折射率。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电光效应（pokells）；由二次项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效应（kerr）。由（1.79.）式可知，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。通常用折射率椭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，

4、折射率椭球方程为（2）式中，,为椭球三个主轴方向上的折射率，称为主折射率。如图一所示，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(3)只考虑一次电光效应，上式与式（2）相应项的系数之差和电场强度的一次方成正比。由于晶体的各向异性，电场在x、y、z各个方向上的分量对椭球方程的各个系数的影响是不同的，我们用下列形式表示：(4)上式是晶体一次电光效应的普遍表达式，式中叫做电光系数(i=1,2,…6;j=1,2,3)，共有18个，EX、EY、EZ是电场E在、、z方向上的分量。式（4）可写成矩阵形式：.79.（5）电光效应根据施加的电场

5、方向与通光方向相对关系，可分为纵向电光效应和横向电光效应。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。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。把加在晶体上的电场方向与光在晶体中的传播方向平行时产生的电光效应，称为纵向电光效应，通常以类型晶体为代表。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，称为横向电光效应，以晶体为代表。这次实验中，我们只做晶体的横向电光强度调制实验。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

6、长轴通光方向，在两侧镀有导电电极，以便施加均匀的电场。.79.图二晶体铌酸锂晶体是负单轴晶体，即nx=ny=n0、nz＝ne。式中和分别为晶体的寻常光和非寻常光的折射率。加上电场后折射率椭球发生畸变，对于3m类晶体，由于晶体的对称性，电光系数矩阵形式为(6)当X轴方向加电场，光沿Z轴方向传播时，晶体由单轴晶体变为双轴晶体，垂直于光轴Z方向折射率椭球截面由圆变为椭圆，此椭圆方程为：(7)进行主轴变换后得到：(8)考虑到<<1，经化简得到(9)当X轴方向加电场时，新折射率椭球绕Z轴转动。图三为典型的利用晶体横向电光效应原理的激光强度调制器。.79.图三晶体横向电

7、光效应原理图其中起偏器的偏振方向平行于电光晶体的X轴，检偏器的偏振方向平行于Y轴。因此入射光经起偏器后变为振动方向平行于X轴的线偏振光，它在晶体的感应轴和轴上的投影的振幅和位相均相等，设分别为(10)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(11)所以,入射光的强度是(12)当光通过长为l的电光晶体后，X′和Y′两分量之间就产生位相差δ，即(13)通过检偏器出射的光，是这两分量在Y轴上的投影之和(14).79.其对应的输出光强，可写成(15)由（13）、（16）式，光强透过率T(16)(17)由此可见，δ和V有关，当电压增加到某一值时，X’

8、、Y’方向的偏振光经过晶体后产生的光程差，位相差，这