中山大学理工学院物理实验室B6小组实验投稿物理实验光调制与光信模拟实验申剑：08323086（学号）合作人：孙琥龙振江（中山大学理工学院光信二广州广东510275）收稿日期:20110408摘要通过实验操作以及数据进行分析,学习并掌握电光调制、声光调制、磁光调制的机制及运用，在此基础上进一步了解光通信系统的结构。关键词光调制电光声光磁光光通信系统结构LetteroflightmodulationandopticalsimulationShenJian:08323086(StudentID)Partner:SunHuLongZhenjiang(InstituteofPhysicsandEngineeringSunYat-senUniversity,Guuangzhou,Guangdong510275)Abstract:Throughtheexperimentaloperationanddataanalysis，Learnandmasterthetheuseoftheelectro-opticmodulation,acousto-opticmodulation,opticalmodulationmechanism,Onthisbasis,furtherunderstandingofthestructureofopticalcommunicationsystems常用的光调制方式主要有电光调制、声光调制和磁光调制，分别是利用电光效应、声光效应和磁光效应来实现对光的调制的。光调制基本原理1.电光调制器件工作原理光学介质的电光效应是指，当介质受到外电场作用时，其折射率将随外电场变化，介电系数和折射率都与方向有关，介质的光学特性由原来的各向同性变为各向异性。目前已发现两种电光效应，一种是泡克耳斯（Pockels）效应，即折射率的变化量与外电场强度的一次方成比例；另一种是克尔（Kerr）效应，即折射率的变化量与外电场强度的二次方成比例。利用泡克耳斯效应制成的调制器成为泡克耳斯盒，其中的光学介质为非中心对称的压电晶体。利用克尔效应制成的调制器称为克尔盒，其中的光学介质为具有电光效应的液体有机化合物。泡克耳斯盒有纵向调制器和横向调制器两种。我们实验中使用的是电光晶体为DKDP（磷酸二氘钾）的纵向调制泡克耳斯盒。不给泡克尔斯盒加电压时，盒中的介质是透明的，各向同性的非偏振光经过起偏器P后变为振动方向平行于P光轴的平面偏振光。通过泡克耳斯盒时，其偏振方向不变，到达检偏器Q时，因光的振动方向垂直于Q光轴而被阻挡，所以Q没有光输出；给泡克耳斯盒加电压时，由于电光效应，盒中介质将具有单轴晶体的光学特性，光轴与电场方向平行。此时，通过泡克耳斯盒的平面偏振光的振动方向将被改变，从而产生了与Q光轴方向平行的分量，即Q有光输出。Q输出光的强弱与盒中介质的性质、几何尺寸、外加电压大小有关。对于结构已确定的泡耳克斯盒来说，若外加电压是周期性变化的，则Q的光输出也是周期性变化的，由此实现对光的调制。图1各个量的方位关系图图1表示的是几个偏振量之间的方位关系，光的传播方向平行于z轴，M和N分别为起偏器P和检偏器Q的光轴方向，彼此垂直；为M与y轴的夹角，为N与y轴的夹角，；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平面，e光在xz平面内。设自然光经过P后所产生的输入DKDP晶体平面偏振光为：（1）DKDP是负单轴晶体，即，其折射率椭球方程为:(2)其中z为光轴方向。加上平行于光轴的纵向调制电压后，折射率椭球方程变为：（3）式中是晶体的电光系数。通过坐标系变化，消除上式中的交叉项得（4）其中（5）(6）由于光的传播方向垂直于光轴，它通过介质时将发生双折射，O光的振动方向垂直于光轴与光线构成的主截面，e光的振动方向在主截面内。由于O光和e光折射率不同，故二者在介质中的传播速度不同，因而通过一定厚度的介质到达输出端时，O光和ｅ光将有一定的相位差：(7)式中ｌ是晶体的厚度。ｏ光和ｅ光在介质输出端的表达式为：（８）当ｏ、ｅ光到达检偏器Ｑ时，只有平行于Ｑ的光轴Ｎ的分量可以通过，故通过Ｑ的光可以表示为：（９）可以证明，当时输出最强，此时上式变为：（10）式中，为通过检偏器Q的光的振幅。由于光强I正比与振幅的平方，则有：（11）此式对于克尔盒和泡克耳斯盒都适用。讨论：（1）不加电压时，即U=0时，（2）。此时，o、e光相位差为，相应的光程差为，Q有最大输出。这时泡克耳斯盒相当于一个1/2波片。所以将满足这一条件的电压成为半波电压，记作。（3）若。这种情况下，Q端的输出光强度将按正弦平方规律变化。2.电光调制的主要性能参量（1）半波电压半波电压是使调制器光输出