晶体的电光效应 电子版实验报告

晶体的电光效应

        

五、数据处理

1.研究LN单轴晶体的干涉：

（1）单轴锥光干涉图样：

调节好实验设备，当LN晶体不加横向电压时，可以观察到如图现象，这是典型的汇聚偏振光穿过单轴晶体后形成的干涉图样。

（2）晶体双轴干涉图样：

    打开晶体驱动电压，将状态开关打在直流状态，顺时针旋转电压调整旋钮，调整驱动电压，将会观察到图案由一个中心为两个，这是典型的汇聚偏振光穿过双轴晶体后形成的干涉图样，它说明单轴晶体在电场的作用下变成了双轴晶体

2.动态法观察调制器性能：

（1）实验现象：

    当V1=143V时，出现第一次倍频失真：

当V2=486V时，信号波形失真最小，振幅最大（线性调制）：

当V3=832V时，出现第二次倍频失真：

（2）调制法测定LN晶体的半波电压：

晶体基本物理量

5mm	30mm	632.8nm		2.286

第一次倍频失真对应的电压V1=143V，第二次倍频失真对应的电压V3=832V。故。

由得： 

3.电光调制器T-V工作曲线的测量：

（1）原始数据：

电压

V/V	功率 P/mV	电压 V/V	功率 P/mV
0	0.316	550	0.507
50	0.3	600	0.551
100	0.296	650	0.583
150	0.296	700	0.605
200	0.303	750	0.626
250	0.316	800	0.636
300	0.335	850	0.4
350	0.366	900	0.2
400	0.406	950	0.637
450	0.444	1000	0.627
500	0.474

依据数据作出电光调制器P-V工作曲线：

（2）极值法测定LN晶体的半波电压：

从图中可以看到，V在100~150V时取最小值，在800~850V时取最大值。分别在这两个区域内每隔5V测量一次，原始数据如下：

电压

V/V	功率 P/mV	电压 V/V	功率 P/mV
100	0.301	800	0.652
105	0.298	805	0.657
110	0.297	810	0.651
115	0.299	815	0.65
120	0.301	820	0.65
125	0.303	825	0.9
130	0.302	830	0.5
135	0.303	835	0.3
140	0.303	840	0.3
145	0.302	845	0.3
150	0.303	850	0.2

    比较数据可以得出，极小值大致出现在，极大值大致出现在，由此可得

由得： 

4.测量值与理论值比较：

晶体基本物理量：

5mm	30mm	632.8nm		2.286

算出理论值。与理论值相比，调制法测量结果相对误差约6.1%，极值法测量结果误差约7.1%，实验值与理论值符合较好。其中，动态法比极值法更精确。

5.讨论实验中观察到的输出波形和畸变产生的原因：

    根据理论计算，当V=0时，T应当为极小值（T=0），然而从实验测量出的T-V图中可以发现，当V=0时，T不为零，且极小值也不出现在V=0处，对此我们可以归纳出以下几种可能原因：

（1）由于在调试前后两个偏振片过程中，难以保证其起偏方向完全垂直，这就导致了极小值点偏离V=0点。

（2）由于工艺上的原因，前后两个偏振片即使在完全垂直的情况下，也不可能完全消光，总会有光线透过，因此，极小值点之值大于零。

输出波形畸变产生的原因：

根据数学推导可得，光强透过率： 

（1）当时，工作点落在线性工作区的中部，将代入得：        

这时，调制器输出的波形和调制信号的频率相同，即线性调制。

（2）当或，时，同理可得，这时输出光的频率是调制信号的两倍，即产生“倍频”失真。

六、选作实验：

    测量1/4波片的：

转过角度	输出波形特点
86°	线性调制
175°	倍频失真
2°	线性调制
355°	倍频失真

    在实验中，去掉晶体上所加的直流偏压，把1/4波片置入晶体和偏振片之间，绕光轴缓慢旋转时，可以看到输出信号随着发生变化，其现象与改变直流偏压效果相同：

    根据数学推导，光强透过率为：

与前面的公式类比，可发现式中的即相当于原先公式中的“”。在从倍频失真到线性调制的过程中，由于1/4波片旋转了90°，透射光相位改变了（o光转化为e光或相反），而相应的“”改变了/2，故有：

    

即1/4波片的。

七、实验后思考题：

1.铌酸锂在施加电场前后有什么不同？是否都存在双折射现象？

    答：铌酸锂在未施加电场时是单轴晶体，不存在双折射，施加电场后铌酸锂为双轴晶体，存在双折射。

2.为什么1/4波片也可以改变电光晶体的工作点？

    答：1/4波片是一块具有特定厚度的双轴晶体，光线透过1/4波片后会分解为o光和e光，两者的相位差为。将1/4波片引起的相位差考虑之后可得光强透过率：

当起始光偏振方向垂直于1/4波片的光轴时，透射光全为o光，此时=0，代入上式可得：

此时调制器输出的波形和调制信号的频率相同，即线性调制。

旋转1/4波片，当起始光偏振方向平行于1/4波片的光轴时，透射光全为e光，此时，代入上式可得：

这时输出光的频率是调制信号的两倍，即产生“倍频”失真。

因此，旋转1/4波片可以改变电光晶体的工作点。

3.半波电压如何测量？本试验有几种测量的方法？操作有什么特点？

    答：本实验有两种方法测量半波电压，一种是调制法测定半波电压，一种是极值法测定半波电压。其特点为：前者是通过示波器观察输入输出波形特点来测定半波电压，后者是通过检测透射光强的极大值和极小值来测定半波电压。其中，调制法的测量精度更高。