4-5 电光调制器特性的测试.docx

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1、电光调制器特性的测试【摘要】激光是传递信息的一种很志向的光源电光效应在工程技术和科学探讨中有很多曳要应用，它有很短的响应时间（可以跟上IOIOHZ的电场变更）,可以在高速摄影中作快门或在光速测量:中作光束斩波静等.本文主要探讨对电光调制器的特性的测试和探讨的试脸.并对相关的试验现象和数据进行总结.【关键词】电光调制器,双折射1引言在激光出现以后.电光效应的探讨和应用得到快速的发展,电光器件被广泛应用在激光通讯，激光测距，激光显示和光学数据处理等方面.要用激光作为信息的教体，就必需好决如何将信息加到激光上去的问璃，例如潮光电话，就须要将语言信息加在与激光，由激光携带信息通过肯定的传输通道送到接收

2、器，再由光接收器睡别并还晚成原来的信息.这种将信息加在与激光的过程称之为调制,到达目的地后经光电转换从中分别出版信号的过程称之为解调。其中激光琳为我波，起限制作用的信号称之为调制信号.与无线电波相像的特性,激光调制按性防分.可以采纳连续的调帼、诩频、调相以及脉冲询制等形式,但常采纳强度调制。强度调制是依据光载波电场损帽的平方比例于调制信号，f史输出的激光辐射强度依据两制信号的规件变更。激光之所以常采纳强度调制形式.主要是因为光接收器探测器一般都跄干脆地响应其所接收的光强度变更的原因。2试验目的1 .驾取晶体电光调制的原理和试验方法2 .学会利用试5金装置测量晶体的半波电压.计第晶体的电光系数3

3、 .视察晶体电无效应引起的晶体会聚俏振光的干涉现象3试龄朦理某些晶体（固体或液体）在外加电场中，随着电场强度的变更.晶体的折射率会发生变更,这种现象称为电光效应。通常将电场引起的折射率的变更用下式表示：=+tEll+b琮+（1）式中a和b为常数，为EO=O时的折射率,由一次项aE0引起折射率变更的效应，称为一次电光效应,也称线性电光效应或普克尔电光效应（PokeIIs1.由二次项引起折射率变更的效应，称为二次电光效应，也称平方电光效应或克尔效应（kerr）。由（1）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

4、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，折射率椭球方程为Y、Z各个方向上的中状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：图1晶体折射率椭球式中，111,112,n3为桶球三个主轴方向上的折射率,称为主折射率.如图一所示，从折射率椭球的坐标原点动身,向随意方向作始终线。P.令其代表光波的传播方向K.然后，通过。垂直。作桶网球的中心截面，该截面是一个桶例.其长短半轴的长度OA和OB分别等于波法线沿OP,电位移矢3振动方向分别与OA和OB平行的两个线的振光的折射率和/。明显K,O

5、A,OB三者相互垂直，假如光波的传播方向K平行干X轴,则两个线偏光波的折射率等于和.同样当K平行于n1轴和力轴时,相应的光波折射率亦可知。当晶体上加上电场后，折射率椭球的形态、大小、方位都发生变更桶球的方程变为I-2I一1-1-21-、3一一小-4=九+及2月+7”反电W=+yM,+Vz“3=几&+%,+%w=九以+入反+九3&上式是晶体一次电光效应的普遍表达式，式中为叫做电光系数（i=l,2,6J=123,共有18个,EX,EY、EZ是电场E在x,、z方向上的戒垃，式（4）可n成矩阵形式:IIF%X2V22222+r+-+-2+-.rz+-=1wIlnjZlK%hUnIl只考虑一次电光效应，

6、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、电光效应依据施加的电场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，叫做纵向电光词制：利用横向电光效应的两制，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品体中的传播方向平行时产生的电光效应，称为双向电光效应，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KDP晶体为代表，这次试验中，我们只做晶体的横向电光强度调制试验。品体属于三角品系,3m品类，主轴Z方向有一

7、个三次旋转轴，光轴与Z轴重合,是取轴晶体,折射率椭球是旋转椭球，其表达式为：式中上和1.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方向折射率桶方向面由率变为帏圆，此椭圆方程为1.-&JrG+e,Jv_2y-E,xy=1(8)进行主轴变换后得到：考虑到MVV1.经化简得到一+上(10)当X轴方向加电场时,新折射率椭球绕Z轴转动45。图三为典型的利用砧体横向电光效应原理的激光强度调制器w*子*)图2电光圈制器其中起偏器的偏振方向平行于电光晶体的

8、X轴，检偏器的偏振方向平行TY轴,因此入射光经起偏海后变为振动方向平行于X轴的设偏振光，它在晶体的感应轴X和y轴上的投影的振幅和位相均相等.设分别为e,=AilCOHffjfe=11Cosraf（三）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Et(O)=AE(O)=A(12)所以,入射光的强度是/：=E(Of+E,(0)=2A2(13)当光通过长为I的电光晶体后，,和Y两重圾之间就产生位相差6,即El(D=Ev(/)=Aez(14)通过检偏器出射的光，是这两重盘在Y轴上的投影之和(G=*-1(15)其对应的输出光强乙,可写成/产()(.)；卜案(I叫(17(16)由(13)、(

9、16)式，光强透过率T为Ztf.2(17)Cfc2/fz.12*Rd=y5*-rtv)y=y*VZ(18)由此可见,和VW关,当电压增加到某一值时,xY，方向的偏振光经过晶体后产生2的光程差，位相差6=r=00%,v匕这一电压叫半波电压，通常用1.或7表示.匕是描述晶体电光效应的重要参数,在试验中，这个电压越小越好，假如匕小，须要的调制信号电压也小，依据半波电压值,我们可以估计出电光效应限制透过强度由(18)式(19)其中d和I分别为晶体的Jg度和长度由(18)、(19)式(20)因此，将(17式改写成=2in2-T=sin?V=sin2-(V1+Vsin2V2Vvm(21)其中匕是直流偏压，

10、匕snt是沟通调制信号，匕是其振幅，是谓制频率，从(21)式可以看出,变更匕或匕输出特性，透过率将相应的发生变更。加叫：加由于对小色光，2为常锹，因而T将仪随晶体上所加电压变更,如图四所示，T与V的关系是非线性的,若工作点选择不匕适合,公使输出信号发生畸变,但在2旁边有一近似直线部分，这始终线部分称作税性工作区，由上式可以看出：当所需电压GVij家=5。%图3T与V的关系曲线图1.变更直流偏压选择工作点对输出特性的影响1)当2,匕时，将工作点选定在统性工作区的中心处,此时，可获得较高频率的线性调制，把V=2代入(16)式,得这时,调制岩输出的波形和询制信号波形的频率相同，即级性诩制.2当口“时

11、调制涔的工作点虽然选定在税性工作区的中心,但不满意小信号调制的要求.(22)式不能写成公式23)的形式，此时的透射率函数(22)应绽开成贝赛尔函数，即Itl(22)式(22)(3)当=,匕“%时，把4=。代入(16)式当匕时(23)即丁OCKSin的(25)即TIXCOS2x,从(25)式可以看出，输出光是两制信号频率的二倍，即产生倍频”失真。若把由(24)式可以看出，输出的光束除包含沟通的基波外，还含有奇次谐波.此时,调制信号的幅度较大，奇次谐波不能忽视.因此，这时虽然工作点选定在线性区.输出波形仍旧失其，%=匕代入(21)式,经类似的推导，可得(26)即T1.调整光路2 .使P2P1,M0

12、.起偏镜Pl的偏振方向已竖直放置，调整起偏镜P2的相对位置，使P2P1,此时测出输出光强10。3 .使P2_1.P1,调光轴X3激光束，测Imiru调整起的僮，使P2垂直于Pl.放锯酸锂晶体于光路中(位于起偏镣与检偏镜之间)，调整样品平台的相对位置，使晶体的光轴与激光束平行，即使激光束沿晶体的光轴传播，此时可测得最小光强Imiru假如P2平行TPl,则测到城大的光强ImaX：在未加外场时,变更检偏债P2的相劝位巴测到的比值即为静态消光比。4 .IVDC.浏VPi在Pl_1.P2状态E,加总流偏乐VDC在VDC为。的时候，测到Imin,在VDC为VPi潴得最大光强ImaX,计算出动美消光比。利用

13、VPl的测贵值计算电光系数22.比较静态消光比和动态消光比的数据的差异.5 .绘制MoVDC关系曲线从VDC=O起先，不断地变更直流偏压VDC的数值，记录I的数据，绘制l/l。-VDC曲线，即工作曲规。绘图时，留意误差的应用,使曲线平滑.6 .在电光调制器上WJjiivac.rKvac*vdc.视察谓制光强的变更分以下几种状况送验：VDC=O,变更vac.视察输出光强效调制的情形VDC=Vpi2,变更VAC,视察输出光强被调制的情形(RVDCVpi2,变更VAC.视察输出光强的变更。7 .加入1/4玻片,在电光调制品体的前!灾后放入一个1/4玻片，使VDC=0.变更VAC.视察调制把强的变更情形，与加直流偏压的方法进行对比，8.利用电光调制器,进行激光通信试验.5试验数据及其处理电压/V05011502直流电流/mA10683106501150电压/V250300350400450直流电流/mA20002500310038005500电压/V475500525S50600且流电流/mA57006000590057005300电压/V650700750800850直流电流/mA