晶体的电光效应基础物理研究性实验报告Word文件下载.docx
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三、仪器介绍.............................................................................................................................................................8
四、实验内容………………………………………………………………………………………………...........................................................8
4.1调节光路………………………………………………………………………………………………....................................................8
4.2电光调制器T-V工作曲线的测量……………………………………………………………................................................8
4.3动态法观察调制性能……………………………………………………………………………….................................................8
五、数据处理…………………….…………………………………….…………………………………………….................................................9
5.1研究LN单轴晶体的干涉………………………………………………………………………….................................................9
5.2电光调制器T-V工作曲线的测量………………………………………………………………..............................................10
5.3动态法观察调制性能………………………………………………………………………........................................................11
5.4测量值与标准值比较…………………………………………………………………………...................................................11
5.5四分之一波片改变工作点的实验…………………….……………..…………………………………...................................12
六、实验改进.........……………………………………………………………………………………..........................................................12
6.1实验装置存在的问题..………………………………………………………………………………………………...........................12
6.2改进方案...………………………………………………………………………………………………..............................................13
6.3实验改进后光路的调整…………………………………………………………………………………………….............................13
七、实验思考题.………………………………………………………………………………………………...................................................14
八、感想与总结........................................................................................................................................................14
参考文献...........................................................................................................................................................15
一、摘要部分
摘要：
本研究性实验报告以“晶体的电光效应”为研究对象，针对实验的原理、仪器、步骤进行了简要地介绍，对实验的数据进行了适当的处理，报告针对实验装置存在的问题提出了对实验装置的改进，还提供了具体的光路调整方法，使光路的调整变得简单准确易调，提高了测量准确性。
关键词：
电光效应、电光调制、锥光干涉、半波电压、倍频失真
Abstract:
Thisreportto"
crystalelectro-opticeffect"
astheresearchobject,introducesbrieflytheexperimentalprinciple,apparatus,procedure,theexperimentaldataareproperly,reportandproposetheimprovementoftheexperimentaldevicefortheexperimentaldeviceoftheexistingproblems,theopticalpathadjustmentmethodsarealsoprovided,thelightpathadjustmentbecomesimpleandaccurateandeasytoadjust,improvethemeasurementaccuracy.
Keywords:
electro-opticeffect,electro-opticmodulation,horoscopicinterference,
Half-wavevoltage,harmonicdistortion
二、实验原理
2.1电光晶体和泡克耳斯效应
晶体在外电场作用下折射率会发生变化，这种现象称为电光效应[1]。
通常将电场引起的折射率的变化用下式表示，即：
n−𝑛
0=𝑎
𝐸
0+𝑏
02+·
·
（1）
上式中，𝑎
和𝑏
为与𝐸
0无关的常数，𝑛
0为𝐸
0=0时的折射率。
由一次项𝑎
0引起的折射率变化效应称为一次电光效应，也称线性电光效应或泡克耳斯效应；
由二次项𝑏
02引起的折射率变化效应称为二次电光效应，也称为平方电光效应或克尔效应。
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。
通常，一次效应要比二次效应显著。
晶体的一次电光效应分为纵向电光效应和横向电光效应。
纵向电光效应是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；
横向电光效应是加在晶体上的电场方向与光在晶体中的传播方向垂直时产生的电光效应。
观察纵向电光效应最常用的晶体是磷酸二氢钾（KDP），而观察横向电光效应则常用铌酸锂类型的晶体。
晶体的坐标轴如图
（1）所示。
本实验主要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晶体的半波电压及电光系数，并用两种方法改变调制器的工作点，观察相应的输出特性：
图1.晶体的坐标轴示意图
在未加电场前，铌酸锂是单晶体。
当线性偏振光沿光轴（Z轴）方向通过晶体时，不会产生双折射。
但如在铌酸锂晶体的X轴施加电场，晶体将由单轴晶体变为双轴晶体。
这时沿Z轴传播的偏振光应按特定的晶体感应轴𝑋
′和𝑌
′进行分解，因为光沿着这两个方向偏振的折射率不同（传播速度不同）。
类似于双折射中关于o光和e光的偏振态的讨论，因为沿𝑋
′的偏振分量存在相位差，出射光一般将成为椭圆偏振光。
由晶体光学可以证明，这两个方向的折射率：
𝑛
𝑋
′=𝑛
0−𝑛
03𝑟
22𝐸
/2
𝑌
0+𝑛
/2
（2）
上式中，𝑛
0和𝑟
22是晶体的o光折射率和电光系数，𝐸
=𝑉
/𝑑
是X方向所加的外电场。
2.2电光调制原理
在无线电通信中，为了把语言、音乐或图像等信息发出去，总是通过表征电磁波特性的振幅、频率或相位受被传递信号的控制来实现的。
这种控制过程称为调制；
而接受时，则需把所要的信息从调制信号中还原出来，这个过程称为解调。
在现代社会中，激光也常被用作传递信号的工具，它的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。
本实验采用强度调制，即输出的激光辐射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（探测器）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、声光调制、磁光调制和电源调制等。
而电光调制开关速度快，结构简单，因此在激光调Q技术、混合型光学双稳器件等方面有广泛的应用。
2.2.1横向电光调制
铌酸锂晶体的横向电光调制过程：
入射光经起偏器后变成振动方向平行于X轴的线性偏振光，晶体的电光效应可按光矢量的分解与合成来处理。
进入晶体后，X偏振的线性偏振光按感应轴𝑋
′分解[2]，它们的振幅和相位相等，电矢量可以分别记为：
=𝐴
cos𝜔
𝑡
sin𝜔
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