電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、廣東第二師范學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告院（系）名稱物理系班別11物理本四B姓名專業(yè)名稱物理教育學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)課程名稱近代物理實(shí)驗(yàn)（2）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)間2014年12月 18日實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)物理樓五樓實(shí)驗(yàn)成績(jī)指導(dǎo)老師簽名內(nèi)容包含：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)使用儀器與材料、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理與歸納（數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等）、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析、實(shí)驗(yàn)心得【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 掌握晶體電光調(diào)制的原理和實(shí)驗(yàn)方法2. 學(xué)會(huì)利用實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量晶體的半波電壓，計(jì)算晶體的電光系數(shù)3. 觀察晶體電光效應(yīng)引起的晶體會(huì)聚偏振光的干涉現(xiàn)象【實(shí)驗(yàn)儀器】鈮酸鋰晶體，電光調(diào)制電源，半導(dǎo)體激光器，偏振器，四分之一波片，接收放大器，雙蹤示波器【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步

2、驟】一、調(diào)整光路系統(tǒng)1. 調(diào)節(jié)三角導(dǎo)軌底角螺絲，使其穩(wěn)定于調(diào)節(jié)臺(tái)上。在導(dǎo)軌上放置好半導(dǎo)體光源部分滑塊，將小孔光欄置于導(dǎo)軌上，在整個(gè)導(dǎo)軌上拉動(dòng)滑塊，近場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)都保證整個(gè)光路基本處于一條直線，即使光束通過小孔。放上起偏振器，使其表面與激光束垂直，且使光束在元件中心穿過。再放上檢偏器，使其表面也與激光束垂直，轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器，使其與起偏器正交，即，使檢偏器的主截面與起偏器的主截面垂直，這時(shí)光點(diǎn)消失，即所謂的消光狀態(tài)。2. 將鈮酸鋰晶體置于導(dǎo)軌上，調(diào)節(jié)晶體使其x軸在鉛直方向，使其通光表面垂直于激光束（這時(shí)晶體的光軸與入射方向平行，呈正入射），這時(shí)觀察晶體前后表面查看光束是否在晶體中心，若沒有，則精細(xì)調(diào)節(jié)晶體的

3、二維調(diào)整架，保證使光束都通過晶體，且從晶體出來的反射像與半導(dǎo)體的出射光束重合。3. 拿掉四分之一波片，在晶體盒前端插入毛玻璃片，檢偏器后放上像屏。光強(qiáng)調(diào)到最大，此時(shí)晶體偏壓為零。這時(shí)可觀察到晶體的單軸錐光干涉圖，即一個(gè)清楚的暗十字線，它將整個(gè)光場(chǎng)分成均勻的四瓣，如果不均勻可調(diào)節(jié)晶體上的調(diào)整架。如圖四所示4. 旋轉(zhuǎn)起偏器和檢偏器，使其兩個(gè)相互平行，此時(shí)所出現(xiàn)的單軸錐光圖與偏振片垂直時(shí)是互補(bǔ)的。如圖五所示 圖四 圖五6. 晶體加上偏壓時(shí)呈現(xiàn)雙軸錐光干涉圖，說明單軸晶體在電場(chǎng)作用下變成雙軸晶體，即電致雙折射。如圖六所示7.改變晶體所加偏壓極性，錐光圖旋轉(zhuǎn)90度。如圖七所示 圖六 圖七8 只改變偏壓大

4、小時(shí)，干涉圖形不旋轉(zhuǎn)，只是雙曲線分開的距離發(fā)生變化。這一現(xiàn)象說明，外加電場(chǎng)只改變感應(yīng)主軸方向的主折射率的大小、折射率橢球旋轉(zhuǎn)的角度和電場(chǎng)大小無關(guān)。二、 依據(jù)晶體的透過率曲線(即T-V曲線)，選擇工作點(diǎn)。測(cè)出半波電壓，算出電光系數(shù)，并和理論值比較。我們用兩種測(cè)量方法：1 極值法晶體上只加直流電壓，不加交流信號(hào)，并把直流偏壓從小到大逐漸改變時(shí)，示波器上可看到輸出光強(qiáng)出現(xiàn)極小值和極大值。 具體做法：取出毛玻璃，撤走白屏，接收器對(duì)準(zhǔn)出光點(diǎn)，加在晶體上的電壓從零開始，逐漸增大這時(shí)可看到示波器上光強(qiáng)極大和極小有一明顯起落，直流偏壓值由電源面板上的三位半數(shù)字表上讀出。先測(cè)對(duì)應(yīng)于V0>0時(shí)，當(dāng)光強(qiáng)最大時(shí)

5、，測(cè)一組最大值，然后改變極性，最大時(shí)再測(cè)一組數(shù)據(jù)，兩個(gè)極大之間對(duì)應(yīng)的電壓之和就是半波電壓的兩倍，多次測(cè)量取平均值，可以減少誤差。2 調(diào)制法晶體上直流電壓和交流正弦信號(hào)同時(shí)加上，當(dāng)直流電壓調(diào)到輸出光強(qiáng)出現(xiàn)極小值或極大值對(duì)應(yīng)時(shí)，輸出的交流信號(hào)出現(xiàn)倍頻失真，通過示波器可看出。出現(xiàn)相鄰倍頻失真對(duì)應(yīng)的直流電壓之差就是半波電壓。具體做法是：把電源前面板上的調(diào)制信號(hào)“輸出”接到雙蹤示波器的y1上，經(jīng)放大后的調(diào)制器的輸出信號(hào)接到示波器的y2上，把y1,y2上的信號(hào)做比較，將檢偏器旋轉(zhuǎn)90度，當(dāng)晶體上加的直流電壓緩慢增加到半波電壓時(shí)，輸出出現(xiàn)倍頻失真；改變晶體上電壓的極性后，電壓加到半波電壓時(shí)，又出現(xiàn)倍頻失真，

6、相繼兩次出現(xiàn)倍頻失真時(shí)對(duì)應(yīng)的直流電壓值之差就是半波電壓。這種方法比極值法更精確，因?yàn)橛脴O值法測(cè)半波電壓時(shí)，視覺很難準(zhǔn)確的定位極大和極小值，因而誤差較大。3 改變直流偏壓，選擇不同的工作點(diǎn)，觀察正弦波電壓的調(diào)制特性。電源面板上的信號(hào)選擇琴鍵開關(guān)可以提供三種不同的調(diào)制信號(hào)，按下“正弦”鍵，機(jī)內(nèi)單一頻率的正弦波振蕩器工作，此信號(hào)經(jīng)放大后，加到晶體上。同時(shí)，通過面板上的“輸出”孔，輸出此信號(hào)，把它接到雙蹤示波器的y1上，作為參考信號(hào)。改變直流偏壓，使調(diào)制器工作在不同的狀態(tài)，把被調(diào)制信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，放大后接到雙蹤示波器y2上，和y1上的參考信號(hào)比較。工作點(diǎn)選定在曲線的直線部分，即附近時(shí)線性調(diào)制；工作點(diǎn)選

7、在曲線的極小值（或極大值）附近時(shí)，輸出信號(hào)“倍頻”失真；工作點(diǎn)選定在極小值（或極大值）附近時(shí)輸出信號(hào)失真，觀察時(shí)調(diào)制信號(hào)幅度不能太大，否則調(diào)制信號(hào)本身失真，輸出信號(hào)的失真無法判斷有什么原因引起，把觀察到的波形描下來，并和前面的理論分析做比較。做這步實(shí)驗(yàn)時(shí)把電源上的調(diào)制幅度、調(diào)制器上的輸入光強(qiáng)、放大器的輸出、示波器的增益(或衰減)這四部分調(diào)好，才能觀察到很好的輸出波形。4 用波片來改變工作點(diǎn)，觀察輸出特性。在上述實(shí)驗(yàn)中，去掉晶體上加的直流偏壓，把波片置入晶體和偏振片之間，繞光軸緩慢旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以看到輸出波形隨著發(fā)生變化。當(dāng)波片的快慢軸平行于晶體的感應(yīng)軸方向時(shí)，輸出光線性調(diào)制；當(dāng)波片的快慢軸分別平行

8、于晶體的x,y軸時(shí)，輸出光失真，出現(xiàn)“倍頻”失真。因此，把波片旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，出現(xiàn)四次線性調(diào)制和四次“倍頻”失真。實(shí)驗(yàn)證明，通過晶體上加直流偏壓可以改變調(diào)制器的工作點(diǎn)，也可以用波片選擇工作點(diǎn)，其效果是一樣的，但兩種方法的機(jī)理是不同的。5 光通訊的演示按下電源面板上信號(hào)選擇開關(guān)中的“音頻”鍵，此時(shí)，正弦信號(hào)被切斷，輸出裝在電源里的“音頻”片信號(hào)。輸出信號(hào)通過放大器的揚(yáng)聲器播放，改變工作點(diǎn)，此時(shí)，所聽到的音質(zhì)不同，通過通光和遮光，演示激光通訊。音頻訊號(hào)接到示波器上，可以看到我們聽到的音樂信號(hào)的波形，它是由振幅不同的不同頻率的正弦波疊加而成的。也可以用光纜把輸出信號(hào)和接收器連接起來，實(shí)現(xiàn)模擬激光光纖通訊。調(diào)制信號(hào)也可以用錄音機(jī)輸出的電信號(hào)，把它接到電源面板上的“輸入”端，這時(shí)要按下信號(hào)選擇開關(guān)中的“外調(diào)”鍵，其他信號(hào)源被切斷，輸出錄音機(jī)放出的音頻信號(hào)。原始記錄(數(shù)據(jù)、圖表、文字描述等) 【思考題】1. 如何保證光束正入射于晶體的端面，怎樣判斷？不是正入射時(shí)有何影響？答：經(jīng)過端面反射后的圓點(diǎn)與激光光源的圓點(diǎn)重合時(shí)光束正入射于晶體的端面。不是正入射時(shí)會(huì)使激光在光電晶體內(nèi)部發(fā)生全反射，經(jīng)過光電晶體出射的光香味發(fā)生改變不與檢偏器垂直。2. 起偏器和檢偏器既不正交又不平行時(shí)，會(huì)出現(xiàn)何種情況？答：光強(qiáng)調(diào)到最大時(shí)，晶體的偏壓不為零。觀察晶體的干涉圖不再為單軸錐圖樣，不再是十