电光调制实验系统的数字化研究(2)
1 绪论
1.1 研究背景
激光是一种光频电磁波，具有良好的时间、空间相干性，以及小的发散角和高
的亮度，与无线电波相似，且光波频率远高于微波频率，可用来作为传递信息的载
波。要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加到激光上去的问题，这一
过程称为调制。激光调制的方法很多，如机械调制、电光调制、声光调制、磁光调
制和电源调制等。其中电光调制器开关速度快、结构简单，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。
外电场的作用下，晶体的折射率或双折射性质发生改变的现象称为电光效应。
电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用，它有很短的响应时间，可以在
高速摄影中作快门或在光速测量中作光束斩波器等。在激光出现以后，电光效应的
研究和应用得到迅速的发展，电光器件被广泛应用在激光通讯、激光测距、激光显
示和光学数据处理等方面[1]
。外电场作用下的光电晶体犹如一块波片，它的位相延
迟随外加电场的大小而变，随之引起偏振态的变化，从而使得检偏器出射光的振幅
或强度受到调制。调制的目的是对所需处理的信号或被传输的信息做某种形式的变
换，使之便于处理、传输和检测。
基于晶体电光效应的性质实现对激光幅度调制的铌酸锂晶体电光调制实验, 是
大学近代物理实验中演示电光调制激光通讯的一个有效的综合性实验。电光调制实
验是集光、机、电于一体的综合性实验,通过这个实验,有助于学生对偏振光干涉、
双折射、非线性光学等知识的理解。然而相关的大学物理实验教材都是定性地描述
了实验现象,没有给予理论上的解释,致使学生对电光调制原理理解不清。
1.2 电光调制实验内容
电光调制是利用某些晶体材料在外加电场作用下折射率发生变化的电光效应而
进行工作的[2]
。根据加在晶体上电场的方向与光束在晶体中传播的方向不同，可分
为纵向调制和横向调制。电场方向与光的传播方向平行，称为纵向电光调制；电场
方向与光的传播方向垂直，称为横向电光调制。
纵向电光调制方式由于外加电场的方向与光的传播方向同向，因此电光晶体的
端面电极须做成环行电极或者镀以透明电极，激光才能通过，这给加工带来一定的
难度，电极对光束有干扰作用，而且功耗大。横向调制器可以通过适当选择晶体的
长度和厚度降低半波电压，易于实现。所以，在自由空间激光通信中我们将采用横
向电光强度调制方式。横向电光调制的优点是半波电压低，驱动功率小，应用较为广泛。
电光调制实验有下面几个步骤：
（1）晶体的安装
用棉花球蘸少许酒精擦净放晶体的电极，然后放置晶体和铝电极，用弹片固定
在可调平台上，弹片接触到铝电极后，不能压的太紧，以免压断晶体，或给晶体施
加压力。调整晶体光轴与光源的光轴重合，不许触摸晶体两个小端面（一端是入射
面、另一端是出射面），以免影响实验效果。
（2）调整光路 ，观察锥光图
可调平台放置在导轨上距光源200mm左右，调整激光器的支架使激光束与晶体等
高，平台的四个螺钉可进行升降调整。轻轻将可调平台拿下，放置两个滑座，居中
的滑座固定小孔光阑，另一端的滑座固定像屏，像屏的白面朝向激光的光源，来回
移动，通过调整支架的螺钉，使激光束通过小孔打在像屏的中央，近而调节激光束
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