一、实验目的
1、掌握电光调制器的工作原理和使用方法。
2、巩固书上所学的关于电光调制器的应用原理、范围。
二、实验仪器
1、电光调制器实验仪 1台
2、半导体激光器或He-Ne激光器 1台
3 5V、24V直流电源 各1台
4 双踪示波器 1台
三、实验原理和电路说明
光在晶体中传播的性质可用折射率椭球来描述，电场对光学介质的影响，是电场使介质的折射率椭球主轴方向和大小发生变化。当不给克尔盒加电压时，盒中的介质是透明的，各向同性的非偏振光经过P后变为振动方向平行P光轴的平面偏振光。通过克尔盒时不改变振动方向。到达Q时，因光的振动方向垂直于Q光轴而被阻挡（P、Q分别为起偏器和检偏器，安装时，它们的光轴彼此垂直。），所以Q没有光输出；给克尔盒加以电压时，盒中的介质则因有外电场的作用而具有单轴晶体的光学性质，光轴的方向平行于电场。这时，通过它的平面偏振光则改变其振动方向。所以，经过起偏器P产生的平面偏振光，通过克尔盒后，振动方向就不再与Q光轴垂直，而是在Q光轴方向上有光振动的分量，所以，此时Q就有光输出了。Q的光输出强弱，与盒中的介质性质、几何尺寸、外加电压大小等因素有关。对于结构已确定的克尔盒来说，如果外加电压是周期性变化的，则Q的光输出必然也是周期性变化的。由此即实现了对光的调制。 图1 对前图a而言的几个量的方位关系图
上图示出几个偏振量的方位关系，其中，光的传播方向平行于z轴（垂直于屏幕向里）；M和N分别为起偏器P起重机在线和检偏器Q的光轴方向，二者彼此垂直；α为M与y轴的夹角，β为N与y轴的夹角，α+β＝π/2；外电场使克尔盒中电光介质产生的光轴方向平行于x轴；o光垂直于xz面，e光在xz面内。 设自然光经过P后所产生的平面偏振光为
EM＝Esinωt
由于此光的传播方向垂直于介质光轴，所以，它通过介质时产生双折射。但是，这个光的o光和e光在介质中的折射率不同，而且o光的振动方向垂直于主截面（光轴与光线所构成的平面），e光的振动方向在主截面内，所以，o光和e光在介质中的传播速度不同。这两种光在介质的输入端是同相的，而通过一定厚度的介质达到输出端时，将要有一定的相位差。因此，o光和e光在介质输出端的表达式为
e光，Exl＝Esinωtsinα
oDD LM0558光，Eyl＝Esin(ωt+φ)cosα
式中，下标l代表介质厚度，φ代表o、e光通过厚度为l的介质后所产生的相位差。
当o、e光达到Q时，只有平行于Q光轴N的分量能通过，垂直于N的分量则被阻挡。所以，通过Q的光为
E音调控制电路xN＝-Exlsinβ
EyN＝Eylcosβ
EN＝ExN+EyN＝E[sin(ωt+φ)cosαcosβ- sinωtsinαsinβ]
可以证明，P与Q的设置，当α＝β＝π/4时输出最强，此时上式变为
ENm＝Esin(φ/2)cos(ωt+φ/2)＝Acos(ωt+φ/2)
式中，A＝Esin(φ/2)为通过检偏器Q的光振动的振幅。
由于发光强度I正比于振幅的平方，则有
I∝A2＝E2sin2(φ羊毛抛光轮/2)
此式对于克尔盒和泡克耳斯盒都适用，其中的φ随着盒中介质的不同而不同。对于具有克尔效应的介质，理论分析指出，o、e光通过厚度为l的介质后，所产生的相位差为
φ＝2πkl(U/d)2
式中，k称为克尔系数，与介质种类有关；U为加到克尔盒两电极板上的电压；d为两电极板间的距离。可见，克尔盒中φ与U的平方成线性关系。
现作如下的讨论：
1）如果U=0焗炉，则φ=0，I=0。这是不给克尔盒加电压，Q无光输出时的情形。
2）如果 U=d(2kl)-1/2，则φ＝π，I∝E2。这是给克尔盒加电压，而所加的电压又满足上式的情形，这时o、e光的相位差为φ＝π，Q有最大的光输出。o、e光相位差等于π，相应的光程差为λ/2，即(ne-no)l=λ/2。这时克尔盒的作用，相当于一个1/2波片。所以，将满足这一条件的电压称为半波电压，记以Uλ/2或Uπ。
3）如果0＜U＜Uλ/2，则0＜φ＜π，I∝E2sin2(苜蓿根φ/2)。这即是介于以上二者之间的情形。Q
将因φ的不同而要阻挡一部分光，Q的光输出，将是以φ/2为参量，按正弦平方的规律变化。
克尔效应的时间响应特别快，可跟得上1010Hz的电压变化，因此可用它来作高速的电光开关。如果加到克尔盒上的电压是由其它物理量转换来的调制信号，克尔盒的光输出就要随着信号电压而变化，这时克尔盒就是电光调制器。克尔盒中所用的介质，多数都是液体，但也有少数固体，如铌酸钽钾和钛酸钡晶体等。半波电压一般为数千伏。
四、实验内容与步骤
1、显示电光调制波形，观察电光调制现象
2、测试电光晶体的调制特性曲线
3、测量电光晶体的特征参量
4、进行电光调制的光通讯实验研究与演示
5、模拟声光调制的光通讯实验研究与演示
五、实验报告
1、整理实验数据，画出相应的数据表格和波形图。
图2 电光调制结果
2、电光调制器由哪些部分组成？各部分的作用是什么？
电光调制器是由起偏器、电光晶体、1/4波片、检偏器组成。
起偏器：产生线偏振光。
电光晶体：当有外加电压时，通过它的平面偏振光则改变其振动方向。所以，经过起偏器P产生的平面偏振光，通过电光晶体后，振动方向就不再与Q光轴垂直，而是在Q光轴方向上有光振动的分量，所以，此时Q就有光输出了。Q的光输出强弱，与晶体性质、几何尺寸、外加电压大小等因素有关。对于已经确定晶体结构的电光晶体已经确定来说，如果外加电压是周期性变化的，则Q的光输出必然也是周期性变化的，由此即实现了对光的调制。
1/4波片：改变工作点，使之在线性区域工作。
检偏器：与起偏器形成一对正交偏振器。
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