内容发布更新时间 : 2024/12/23 19:40:47星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
光电子技术实验讲义
实验四 电光调制实验
一、实验目的
1、理解电光调制器的结构和工作原理，掌握晶体电光调制实验方法。 2、实现模拟光调制。
二、实验内容
1、组装电光调制实验装置。 2、模拟光调制。
三、实验仪器
1、铌酸锂电光调制器 1套 2、起偏器 1个 3、检偏器 1个 4、1/4波片 1个 5、He-Ne激光器（带电源） 1台 6、光电探测器 1个 7、ZY605电光调制器 1台 8、ZYEOM-II-SS信号源 1太 9、双踪示波器 1台 10、音频信号源 1个
四、实验原理
1、横向电光效应
由晶体光学原理可知，对于横向电光效应，在加上电压之后，晶体旋转后的两个主轴方向x?和y方向的折射率要发生变化，不再相等。因而沿x?和y方向振动的光的传播速度也不相等，这样在经过长为l厚为d的晶体后要产生相位差。经数学推导，有如下表达式：
?????2?1l2?V[(no?ne)l?no?63()V]?(no?ne)l???2d?V?
V???d?3no?63l
??上式中第一项表示天然双折射造成的相位差，第二项由电光效应引起，为电光延迟。
是光通过晶体在主轴x?和y方向传播的相位差；V是沿垂直晶体光轴方向加上的电压。
?V?为晶体的横向半波电压，对一定传播长度而言，与晶体的厚度成正比，晶体越薄，则横向半
波电压越小，越容易实现电光调制。
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2、横向电光调制器结构
P输入光束xx?y?铌酸锂光电晶体lQ快轴慢轴输出光束y起偏器z1/4波片V检偏器
图1 横向电光振幅调制器
典型的电光振幅调制器结构如图1所示。P、Q分别为起偏器和检偏器，能将寻常光转换为与偏振片偏振方向相同的偏振光。二者结构相同，但偏振方向相互垂直。P的偏振方向平行于晶体的x主轴，Q的偏振方向平行于晶体的y主轴。在P、Q之间放置铌酸锂电光晶体和1/4波片。
3、调制原理
加上横向电场后，铌酸锂电光晶体的感应主轴分别旋转到与原主轴成45o的夹角方向x?和y。入射光经过P后分解成沿x?和y轴两个相位和振幅都分别相等的分量。若入射光的输入光强
??Ii?2A2，则输出光强
Io=2A2sin2(??/2)。所以透过率：
Io2????2????V?????????Iisin?2?sin?2???V???
图2 电光信号调制曲线
由T-V曲线图可以看出，其关系曲线是非线性的，所以必须选取合适的调制工作点，否则调制光强将发生畸变。但是在
VV??2附近有线性关系，因此在实际使用时，必须设法
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使调制器工作在这段线性部分。在中间加入1/4波片，使得在x?和y两个分量间的相位差
?????/2，此时透过率为：
??V??Io?V?1?2???????sin???1?sin??????Ii2V??44V??2???? ?式中电压V在直线部分变动，由于调制电压值一般远小于半波电压,即V< 式可近似为 Io1V?(1??)Ii2V? 这表明在一个小的正弦调制电压的作用下，就会使已调制光波的强度变化与调制信号成 线性关系，那么光强的变化就能正确的反映信号的变化。当V＝0时，透过光强I＝0；当V=Vπ时，透过光强最大；V=Vπ/2时，透过的光强为最大值的一半。 下图为加?/4波片和不加?/4波片的区别示意图 由图可见,加?/4波片相当于给调制器增加了一个直流偏压,从而使调制器的工作点移到 Io/Ii?1/2这一中心点，在此工作点附近，输出光强度随外加电压的变化近似线型，于 是很小的正弦信号就能引起不畸变的正弦输出调制光强。 五、实验步骤 1、实验装置如图3所示； 2、按如图所示布置好光路的各元器件，打开氦氖激光器电源开关，调整底座高度，使输出的光束依次通过起偏器、电光调制晶体、?/4波片、检偏器后，光束落在探测器接收区域，将探测器与示波器的CH1/CH2相连，直接观察此时有无光照的情况下示波器波形的 17 光电子技术实验讲义 变化。 3、将ZY605电光调制器信号源的信号输出CH1/CH2输出电缆与示波器相连，将信号源的输出信号设置为峰-峰值VP?P=80V左右，频率设置为1KHZ，关闭电源。 4、将ZY605电光调制器信号源的信号输出CH2输出电缆线与电光调制器相连。 5、打开信号源开关，调整起偏器和检偏器，使之成正交，再调整1/4波片，观察示波器的波形，直到调制出来的波形清晰且无失真为止。 图4 实验装置图 改变信号源的输出频率，输出一定频率的正弦波，观察调制光的波形，记录所观测到的波形。 7、调节此正弦信号的幅度，记录波形的变化。 8、将信号源改为音频信号，通过信号源及音箱定性观察音频信号的调制与解调。 六、思考题 1、上述实验中1/4波片的作用是什么？ 2、实验过程中去掉起偏器或检偏器能否观察到实验现象？为什么？ 18 光电子技术实验讲义 实验五 声光调制实验 一、实验目的 1、理解声光调制器的结构和工作原理，掌握晶体声光调制实验方法。 2、掌握声光调制中各项测量参数的测量方法。 3、实现模拟信号声光调制与解调。 二、实验内容 1、声光调制光路调整。 2、声光效应参数测量。 3、模拟信号声光调制与解调。 三、实验仪器 1、声光调制实验仪 一台 2、示波器 一台 四、实验原理 若有一超声波通过某种均匀介质，介质材料在外力作用下发生形变，分子间因相互作用力发生改变而产生相对位移，将引起介质内部密度的起伏或周期性变化，密度大的地方折射率大，密度小的地方折射率小，即介质折射率发生周期性改变。这种由于外力作用而引起折射率变化的现象称为弹光效应。弹光效应存在于一切物态。如上所述，当声波通过介质传播时，介质就会产生和声波信号相应的、随时间和空间周期性变化的。这部分受扰动的介质等效为一个“相位光栅”。其光栅常数就是声波波长λs，这种光栅称为超声光栅。声波在介质中传播时，有行波和驻波两种形式。特点是行波形成的超声光栅的栅面在空间是移动的，而驻波场形成的超声光栅栅面是驻立不动的。 当超声波传播到声光晶体时，它由一端传向另一端。到达另一端时，如果遇到吸声物质，超声波将被吸声物质吸收，而在声光晶体中形成行波。由于机械波的压缩和伸长作用，则在声光晶体中形成行波式的疏密相间的构造，也就是行波形式的光栅。 当超声波传播到声光晶体时，它由一端传向另一端。如果遇见反声物质，超声波将被反声物质反射，在返回途中和入射波叠加而在声光晶体中形成驻波。由于机械波压缩伸长作用，在声光晶体中形成驻波形式的疏密相同的构造，也就是驻波形式的光栅。声光效应是指光通过某一受到超声波扰动的介质时发生衍射的现象，这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。 布拉格声光调制 如果声波频率较高，且声光作用长度较大，此时的声扰动介质也不再等效于平面位相光栅，而形成了立体位相光栅。这时，相对声波方向以一定角度入射的光波，其衍射光在介质内相互干涉，使高级衍射光相互抵消，只出现0级和?1级的衍射光，这就是布拉格声光衍射，如图1所示，这种衍射形式效率较高，有利于制成各种实用器件。 19