晶体电光效应.doc

晶体电光效应【实验目的】 1 、研究铌酸锂晶体的横向电压效应; 2 、观察锥光干涉图; 3 、测量半波电压; 4 、学习电光调制原理及实验方法; 5 、利用电光调制模拟音频光通讯【实验仪器】测试电源、光源、光学导轨、 1/4 波片、起偏器检偏器、晶体调节架、铌酸锂晶体、光电接收器。【实验原理】 1 .晶体的折射率椭球根据光的电磁理论知道, 光波是一种电磁波。在各向异性介质中, 光波中的电场强度矢量E ?与电位移矢量 D ?的方向是不同的。对于任意一种晶体,我们总可以找到一个直角坐标系( x,y,z), 在此坐标系中有 i o ri i D E ???(i=x,y,z) 。这样的坐标系( x,y,z )叫做主轴坐标系。光波在晶体中的传播性质可以用一个折射率椭球来描述, 在晶体的主轴坐标系中, 折射率椭球的表达式写为: 其中 i ri n??(i=x,y,z), 是晶体的主折射率。对于单轴晶体(如本实验所用的 LN 晶体)有 n x=n y=n o,n z=n e ,于是单轴晶体折射率椭球方程为: 2 2 2 2 2 1 o e x y z n n ?? ?由此看出,单轴晶体的折射率椭球是一个旋转对称的椭球。 2. LN 晶体的线性电光效应以上讨论的是没有外界影响时的折射率椭球, 也就是晶体的自然双折射。当晶体处在一个外加电场中时。晶体的折射率会发生变化,改变量的表达式为: 2 2 2 2 0 1 1 1 ( ) E pE n n n ?? ??????? 2 2 2 2 2 2 1 x y z x y z n n n ? ??其中 n 是受外场作用时晶体的折射率,n 0 是自然状态下晶体的折射率,E 是外加电场强度,?和p 是与物质有关的常数。(3) 式右边第一项表示的是线性电光效应, 又称为普克尔效应, 因此?叫做线性电光系数; 第二项表示的是二次电光效应, 又称为克尔效应, 因此 p 也叫做二次电光系数。本实验只涉及到线性电光效应。 LN 晶体通常采用横向加压, z 向通光的运用方式,即在主轴 y 方向加电场 E y而E x=E z= 0, 有外电场时折射率椭球的主轴一般不再与原坐标轴重合。将坐标系经过适当的旋转后得到一个新的坐标系( x′,y′,z′) ,使折射率椭球变为: 1 2 22 22 2?????????zyxn zn yn x 这里 xn ?、yn ?、zn ?是有电场时的三个主折射率。叫感应主折射率, 坐标系(x′,y′, z′)叫感应主轴坐标系。在( x ?y ?z ?) 坐标系中,折射率椭球的方程为: 将( 5 )式同( 4 )式比较,就可得出: 22 2 2 1 1 y x o E n n ??? ?,22 2 2 1 1 , yyoE n n ??? ? eznn?' 一般情况下有 yE 22?<<20/1n ,于是 yxEnnn 22 3002 1????,yyEnnn 22 3002 1????,eznn??上述结果表明,在 LN 晶体的 y 轴方向上加