晶体的电光效应与光电调制 1
近代物理实验报告
指导教师： 得分：
实验时间： 2010 年 03 月 24 日， 第 四 周， 周 三 ， 第 5-8 节
实验者： 班级 材料0705 学号 200767025 姓名 童凌炜
同组者： 班级 材料0705 学号 200767007 姓名 车宏龙
实验地点： 综合楼501
实验条件： 室内温度 ℃， 相对湿度 %， 室内气压
实验题目： 晶体的电光效应与光电调制
实验目的：
1. 掌握电光调制的原理和实验方法
2. 学习测量电光晶体半波电压和光电常数的试验方法 3. 观察电光晶体的锥光干涉
实验仪器：
1. 晶体电光调制电源 2. 调制器 3. 接收放大器
实验原理简述：
某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将随着外加电场的变化而变化，这种现象称为光电效应。晶体外加电场后，如果折射率变化与外加电场的一次方成正比，则称为一次电光效应，如果折射率变化与外加电场的二次方成正比，则称为二次电光效应。晶体的一次光电效应分为纵向电光效应和横向电光效应
1. 一次电光效应和晶体的折射率椭球
对于电光晶体，晶体在某一方向上的折射率为n0，外加电场后折射率为n，实验表明 n=n0+aE0+bE02+…
晶体的电光效应与光电调制 2
其中：a,b为常数；n0为E0=0使的折射率。由一次项引起的折射率变化的效应称为一次电光效应，也叫线性电光效应；由二次项引起的折射率变化的效应称为二次电光效应，也叫平方电光效应。
x2y2z2未加电场时晶体的折射率椭球方程为2?2?2?1
n1n2n3晶体的三个主晶轴为x,y,z坐标轴，椭球的主轴与晶体主轴重合。式中n1,n2,n3分别为晶体三个主轴方向上的主折射率。如图5-2-1所示。
当晶体加上电场后，折射率椭球的形状，大小，方位都发生变化，椭球方程变成
x2y2z22yz2xz2xy?2?2?2?2?2?1 2n11n22n33n23n13n12此时，椭球主轴不在与x,y,z轴重合。由于晶体的各向异性，电场在x,y,z各个方向上的分量对椭球方程的各个系数的影响是不同的，用以下形式表示
11??r11Ex?r12Ey?r13Ez 22n11n111??r21Ex?r22Ey?r23Ez 22n22n211??r31Ex?r32Ey?r33Ez 22n33n31?r41Ex?r42Ey?r43Ez 2n231?r51Ex?r52Ey?r53Ez 2n131?r61Ex?r62Ey?r63Ez 2n12晶体的一次电光效应的普遍表达式，其中，γij叫做电光系数，共有18个，Ex,Ey,Ez是电场在x,y,z方向上的分量。
本实验用的铌酸锂晶体外加电场后，晶体的一次电光系数矩阵为
?0?0??0rij???0?r51????r22带入基本式，得到铌酸锂晶体加电场后的椭球方程
?r22r220r6100r13?r13??r33?? 0?0??0??晶体的电光效应与光电调制 3
?1?2?1?2?1???????n2?r22Ey?r13Ez?x??n2?r22Ey?r13Ez?y??n2?r33EZ??z2?2r51Eyyz?2r51Exxz?2r22Exxy?1?0??0??e?
变化后得 nx'?n0?13n0r22E 213ny'?n0?n0r22E
2即外加电压后， 铌酸锂晶体变为双轴晶体，其折射率椭球z轴的方向和长度基本保持不变，而x,y界面由半径为n0的圆变为椭圆。 2. 电光调制原理 1) 横向光电调制 如图5-2-3
入射光经过起偏器后变为振动方向平行于x轴的线偏振光，他在晶体感应轴x’,y’上的投影的振幅和相位均相等，分别设为
ex'?A0coswt ey'?A0coswt
用复振幅表示，将位于晶体表面（z=0）的光波表示为Ex'(0)?A Ey'(0)?A 所以入射光的强度为 Ii?E?E?Ex'(0)?Ey'(0)22?2A2
Ex'(l)?A Ey'(l)?Ae?i?
?i?当光通过长为l的电光晶体后，x’,y’两分量之间产生相位差
通过检偏器出射的光，是这两个分量在y轴上的投影之和 (Ey)0?Ey'(l)e其对应的输出光强It可写为 It?Eycos45??A2?ei??1
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完整word版，大连理工 晶体的电光效应与电光调制 实验报告
