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晶体的电光效应
电科091 孙秋梅 09461105
试验目的：
（1）驾驭晶体电光调制的原理和试验方法。
（2）学会测量晶体半波电压、电光常数的试验方法。
（3）了解一种激光通信的方法。
试验原理：
一、一次形式，主要是因为光接收器一半都是干脆地响应其所接受的光强度变更的原因。
激光调制的方法很多，如机械调制、电光调制、声光调制和电源调制等。其中电光调制器开关速度快、结构简洁。因此，在激光调制技术及混合型光学双稳器件等方面有广泛的应用。
电光调制依据所施加的电场方向的不同，可分为纵向电光调制和横向电光调制。
KDP晶体纵调制
设电光晶体是与xy平行的晶片，沿z方向的厚度为L，在z方向加电压（纵调制），在输入端放一个与x方向平行的起偏振器， 入射光波沿z方向传播，且沿x方向偏振，射入晶体后，它分解成方向的偏振光（如图下图所示），射出晶体后的偏振态由式表示：
首先进行坐标变换，得到xy坐标系内琼斯矩阵的表达式：
假如在输出端放一个与y 平行的检偏振器，就构成泡克耳斯盒。由检偏器输出的光波琼斯矩阵为：
其中为两个本征态通过厚度为L的电光介质获得的相位差
由 上式表示输出光波是沿y方向的线偏振光，其光强为
上式说明光强受到外加电压的调制，称振幅调制，为光强的幅值，当
·
本试验探讨铌酸锂晶体的一次电光效应，用铌酸锂晶体的横向调制装置测量铌酸锂晶体的半波电压及电光系数，并用两种方法变更调制器的工作点，视察相应的输出特性的变更。
铌酸锂晶体横调制
纵调制器件的调制度近似为，与外加电压振幅成正比，而与光波在晶体中传播的距离（即晶体沿光轴z的厚度L，又称作用距离）无关。这是纵调制的重要特性。纵调制器也有一些缺点。首先，大部分重要的电光晶体的半波电压都很高。由于与成正比，当光源波长较长时（），更高，使限制电路的成本大大增加，电路体积和重量都很大。其次，为了沿光轴加电场，必需运用透亮电极，或带中心孔的环形金属电极。前者制作困难，插入损耗较大；后者引起晶体中电场不匀整。解决上述问题的方案之一，是接受横调制。
电极D1、D2与光波传播
方向平行。外加电场则
与光波传播方向垂直。
电光效应引起的相位差正比于电场强度E和作用距离L（即晶体沿光轴z的厚度）的乘积EL、E正比于电压V，反比于电极间距离d，因此
对确定 的 ，外加电压V与晶体长宽比L/d成反比，加大L/d可使得V下降。电压V下降不仅使限制电路成本下降、而且有利于提高开关速度。铌酸锂晶体具有优良的加工性能及很高的电光系数，r33=*10-12m/V,常常用来做成横制器。铌酸锂为单轴负晶体，有nx=ny=n0=,nz=
令电场强度为 E=Ez，得到电场感生的法线椭球方程式：
其中
应留意在这一状况下电场感生坐标系和主轴坐标系一样，仍旧为单轴晶体，但寻常光和特别光的折射率都受到外电场的调制。设入射线偏振光沿xz的角平分线方向振动，两个本征态x和z重量的折射率差为
当晶体的厚度为L，则射出晶体后光波的两个本征态的相位差为
上式说明在横调制状况下，相位差由两部分构成：晶体的自然双折射部分(式中第一项)及电光双折射部分（式中其次项）。通常使自然双折射项等于/2的整倍数。
横调制器件的半波电压为
我们用到关系式E=V/d。由上式可知半波电压与晶体长宽比L/d成反比。因而可以通过加大器件的长宽比L/d来减小。
变更直流偏压对输出特性的影响
当U0= Uπ/2,um<< Uπ时，将工作点选定在线性工作区的中心处，可获得较高效率的线性调制。
当Um<< Uπ时，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。
当U0=0, Um<< Uπ时 ，输出信号的频率是调制信号频率的二倍，即产生“倍频”失真。
直流偏压U0在0伏旁边或在Uπ旁边变更时，由于工作点不在线性工作区，输出波形将失真。
当U0= Uπ/2,um> Uπ时,调制器的工作点虽然选定在线性工作区的中心，但不满足小信号调制的要求。因此，工作点虽然选定在了线性区，输出波形仍旧是失真的。
上面分析说明电光调制器中直流偏压的作用主要是在使晶体中x’,y’两偏振方向的光之间产生固定的位相差，从而使正弦调制工作在光强调制曲线上的不同点。直流偏压的作用可以用 波片来实现。在起偏器和检偏器之间加入 片，调整 波片的快慢轴方向使之与晶体的x’,