工程光学实验指导书 实验六 CCD原理及应用实验
实验七 电光调制
一、实验目的
1、掌握晶体电光调制的原理和实验方法;
2、学会用简单的实验装置测量晶体半波电压，以及电光常数的测量方法；3、实现模拟光通讯。
二、实验仪器
1、光学导轨及滑动座 2、起偏器 3、检偏器 4、1/4波片 5、ZY607氦氖激光器 6、光电探测器 7、ZY605电光调制器 8、ZYEOM-Ⅱ-SS信号源
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套 个 个 个 台 个 只 台
1 1 1 1 1 1 1 1工程光学实验指导书 实验七 电光调制
9、双踪示波器 1台 10、音频信号源（收音机等） 1台
三、实验原理
铌酸锂晶体具有优良的压电、电光、声光、非线性等性能。本实验仪中采用的是LN电光晶体. 它的工作原理如下：
LN晶体是三方晶体
n1?n2=no，n3?ne，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7.1。
n1
x
其电光系数为：
Z Nn2 y 图7.1 折射率椭球
?0?0??0??0??51?????22??22?220?13??13???33??5100?0?0??0??
没有加电场之前，LN的折射率椭球为
x2?y2z2?2?12none
加上电场之后，其折射率椭球变为:
?1?2?1?2?1?2??E??Ex???E??Ey???E?2?2?2222133?222133?333?z??no??no??ne?2?51E2yz?2?51E1zx?2?22E1xy?1
在本实验中,我们采用的是y轴通光，z轴加电场，如图7.2，也就是说，
E1?E2?0,E3?E,那么上式就可以变为
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?1?2?1?22?2??13E3??x?y???2??33E3?z?1?no??no?
z
4 通光方向 y 2.5
60
x
图7.2 晶体尺寸
式中没有出现交叉项,说明新的折射率椭球的主轴与旧折射率椭球的主轴完全重合.所以新的主轴折射率为
1??2?n'?n'??1??E??n?1n3?E?2?xy13oo13?n2??o??1???1?213'?nz??2??33E??ne?ne?33En2??e??
沿着三个主轴方向上的双折射率为
13?''3??nx??ny??no?ne??(ne?33?no?13)E2???n'?0?z
上式表明,LN晶体沿z轴方向加电场之后,可以产生横向电光效应,但是不能够产生纵向电光效应.
经过晶体后,o光和e光产生的相位差为:
??2?l?(no?ne)??3Uno?cl?d
3?n??c??e??33??13?no? 其中， 称为有效电光系数。
入射光经起偏振片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x′和y′
轴上的投影的振幅和相位均相等，设分别为
ex'?A0cos?t,ey'?A0cos?tEx?(0)?A,Ey'(0)?A
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
所以，入射光的强度是
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当光通过长为l的电光晶体后，x′和y′两分量之间就产生相位差δ，即
????22Ii?E?E?Ex?(0)?Ey?(0)?2A2Ex?(0)?A,Ey'(0)?Ae?i?
通过检偏振片出射的光，是该两分量在y轴上的投影之和
Ai?(Ey)0?(e?1)2
其对应的输出光强It可写成
?It?[(Ey)0?(Ey)0]?A2?i?i?22?[(e?1)(e?1)]?2Asin22
所以光强透过率T为
T?
It??sin2Ii2 （7.1）
?? 将
2?l?(no?ne)??3Un?l?ocd代入上式,就可以发现,透过率与加在晶体两端的电
压是上面的函数关系.也就是说,电信号调制了光强度,这就是电光调制的原理.
改变信号源各参数对输出特性的影响如下：
1）当
U0?U?2、Um< U0?U?2代入（7.1）式，得 示，此时，可获得较高效率的线性调制，把 T?sin(2?4??2U?Umsin?t) ?1??[1?cos(?Usin?t)]22U?m ? 1?[1?sin(Usin?t)]2U?m (7.2) 由于Um<< U?时 ?U1T?[1?(m)sin?t]2U? 即 T∝sinωt (7.3) 这时，调制器输出的信号和调制信号虽然振幅不同，但是两者的频率却是相同的，输出信号不失真，我们称为线性调制。 2）当 U0?0、Um<< U?时，如图7.3（b）所示，把 U0?0代入（7.1）式 34 工程光学实验指导书 实验七 电光调制 T?sin2(?2U?Umsin?t) ? 1?[1?cos(Umsin?t)]2U?( ?14?U?Um)2sin2?t 1?U?(m)2(1?cos2?t)8U? 即 T∝cos2ωt （7.4） 从（4）式可以看出，输出信号的频率是调制信号频率的二倍，即产生“倍频”失若把 U0?U?代入（7.1）式，经类似的推导，可得 T1?U?1?(m)2(1?cos2?t)8U? （7.5） 即T∝cos2ωt，输出信号仍是“倍频”失真的信号。 3）直流偏压U0在0伏附近或在形将失真。 U?附近变化时，由于工作点不在线性工作区，输出波 (a) 图7.3 晶体调制曲线 (b) 4）当 U0?U?2，Um>U?时，调制器的工作点虽然选定在线性工作区的中心，但不满 35