【文章內(nèi)容簡介】 特性曲線改變偏壓極性之前，一定要將晶體偏壓調(diào)至 0（否則會損壞儀器） 。 21 / 70將直流偏壓加載到晶體上，從 0 到允許的最大偏壓值逐漸改變電壓(U )，測出對應(yīng)于每一偏壓指示值的相對光強(qiáng)指示值，作 IA~ U 曲線，得到調(diào)制器靜態(tài)特性。其中光電流有極大值 Imax 和極小值 Imin。正偏壓和負(fù)偏壓各做一組值。 如此時解調(diào)波形非正弦波，出現(xiàn)失真，說明激光器輸出光功率過大，應(yīng)微調(diào)激光器尾部旋扭使光功率略微減小。再重新測量曲線。(2) 測半波電壓 與 Imax 對應(yīng)的偏壓 U 即為被測的半波電壓 U ? 值。(3) 計(jì)算電光晶體的消光比和透光率由光電流的極大、極小值得： 消光比 minaxIM?將電光晶體從光路中取出，旋轉(zhuǎn)檢偏器 A，測出最大光強(qiáng)值 I0，可計(jì)算： 透射率 0axIT注：測量 I0值時應(yīng)控制光量大小不使光敏接收進(jìn)入飽和狀態(tài)。三、電光調(diào)制與光通訊實(shí)驗(yàn)演示（可選做） 將音頻信號（來自廣播收音機(jī)、錄音機(jī)、CD 機(jī)等音源）輸入到本機(jī)的“外調(diào)輸入”插座，將揚(yáng)聲器插入“解調(diào)輸出”插座，加晶體偏壓至調(diào)制特性曲線的線性區(qū)域，適當(dāng)調(diào)節(jié)調(diào)制幅度與解調(diào)幅度，即可使揚(yáng)聲器播放出音響節(jié)目（示波器也可同時監(jiān)視） 。改變偏壓試聽揚(yáng)聲器音量與音質(zhì)的變化?！緦?shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)】 為防止強(qiáng)激光束長時間照射而導(dǎo)致光敏管疲勞或損壞，調(diào)節(jié)或使用好后應(yīng)隨即用塑蓋將光電接收孔蓋好。 本實(shí)驗(yàn)使用的晶體根據(jù)其絕緣性能最大安全電壓約為 510V 左右，超值易損壞晶體。 調(diào)節(jié)過程中應(yīng)避免激光直射人眼，以免對眼睛造成危害。 加偏壓時應(yīng)從 0 伏起逐漸緩慢增加至最大值，反極性時也應(yīng)先退回到 0 值后再升壓。 調(diào)節(jié)半導(dǎo)體激光器功率時，不要用力過大而損壞功率調(diào)節(jié)旋鈕。 22 / 70實(shí)驗(yàn)四 磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?了解磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn)原理； 研究磁場與光場相互作用的物理過程； 測量磁光效應(yīng)的旋光特性和調(diào)制特性?！緦?shí)驗(yàn)原理】 磁光效應(yīng) 當(dāng)平面偏振光穿透某種介質(zhì)時，若在沿平行于光的傳播方向施加一磁場，光波的偏振面會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)表明其旋轉(zhuǎn)角 ? 正比于外加的磁場強(qiáng)度 B，這種現(xiàn)象稱為法拉第(Fmday)效應(yīng)，也稱磁致旋光效應(yīng)，簡稱磁光效應(yīng)。即：(1)Bl??式中 l 為光波在介質(zhì)中的路徑， ? 為表征磁致旋光效應(yīng)特征的比例系數(shù)，稱為維爾德(Vedet)常數(shù)。由于磁致旋光的偏振方向會使反射光引起的旋角加倍，而與光的傳播方向無關(guān)，利用這一特性在激光技術(shù)中可制成具有光調(diào)制、光開關(guān)、光隔離、光偏轉(zhuǎn)等功能性磁光器件，其中磁光調(diào)制為其最典型的一種。 L A S E Rl激 勵 電 源磁 光 介 質(zhì)激 光 電 源起 偏 器 P 檢 偏 器 A出 射 光勵 磁 線 圈圖 1 磁光效應(yīng)示意圖如圖 1 所示，在磁光介質(zhì)的外圍加一個勵磁線圈就構(gòu)成基本的磁光調(diào)制器件。 23 / 70 直流磁光調(diào)制當(dāng)線偏振光平行于外磁場入射磁光介質(zhì)的表面時，偏振光的光強(qiáng) I 可以分解成如圖 2所示的左旋圓偏振光 IL 和右旋圓偏振光 IR （兩者旋轉(zhuǎn)方向相反） 。由于介質(zhì)對兩者具有不同的折射率 nL 和 nR，當(dāng)它們穿過厚度為 l 的介質(zhì)后分別產(chǎn)生不同的相位差，體現(xiàn)在角位移上有： lnlRRLL???2?式中?為光波波長，因 ??L(2)????12RLRl?? 如折射率差（n L ? nR）正比于磁場強(qiáng)度 B，其中磁場強(qiáng)度與線圈匝數(shù)等因素有關(guān)，通過(1)式，由 ?值與測得的 B 與 l 求出維爾德常數(shù) ?。圖 2 入射光偏振面的旋轉(zhuǎn)移動 交流磁光調(diào)制 用一交流電信號對勵磁線圈進(jìn)行激勵，使其對介質(zhì)產(chǎn)生一交變磁場，就組成了交流（信號）磁光調(diào)制器（此時的勵磁線圈稱為調(diào)制線圈） ，在線圈末通電流并且不計(jì)光損耗的情況下，設(shè)起偏器 P 的線偏振光振幅為 A0，則 A0 可分解為 A0cos? 及 A0sin?兩垂直分量，其中只有平行于 A 平面的 A0cos?分量才能通過檢偏器，故有輸出光強(qiáng)（馬呂斯定律）??202coscosI?? 24 / 70其中 為其光強(qiáng)。20AI? 式中 ?為起偏器 P 與檢偏器 A 主截面之間的夾角，I 0 為光強(qiáng)的幅值，當(dāng)線圈通以交流電信號 時，設(shè)調(diào)制線圈產(chǎn)生的磁場為 則介質(zhì)相應(yīng)地會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角ti?sn0 t?sinB?，則從檢偏器輸出的光強(qiáng)為：?? (3)??????????tIII ?????? sin2cos12cos1cos 00020 ???? 由此可知光輸出可以是調(diào)制波的倍頻信號。 以上就是磁信號致使入射光旋光角變化從而完成對輸出光強(qiáng)調(diào)制的基本原理。 磁光調(diào)制的基本參量 磁光調(diào)制時性能主要由以下兩個基本參量來描述。(1) 調(diào)制深度 ?(4)minaxiII???式中 Imax 和 Imin,分別為調(diào)制輸出光強(qiáng)的最大和最小值, 在 的條件下，參照圖 320????應(yīng)用倍角公式，由（3）式得到在 時的輸出光強(qiáng)分別為??(5)?????????2cos10min0axI 如圖 3 所示：圖 3 調(diào)制光強(qiáng)幅度隨旋光角變化的情況 25 / 70(2) 調(diào)制角幅度 ? 0令 IA=Imax?Imin 為光強(qiáng)調(diào)制幅度將（5）式代入化簡得 ??2sini0IA? 由此可見，若起偏器 P 與檢偏器 A 主截面間夾角 ?＝45?時，調(diào)制幅度可達(dá)。?2sin0maxI? 此時調(diào)制輸出的極值光強(qiáng)為：(6)???2sin1i0min0ax???I將此式代入（4）式得 ?＝45?時的調(diào)制深度和調(diào)制角幅度： si?(7)??????????minaxi10in2I?【實(shí)驗(yàn)儀器及裝置】磁光調(diào)制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由兩大單元組成，如圖 4 所示。圖 4 磁光調(diào)制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 26 / 70一、光路系統(tǒng)由激光管(L) 、起偏器(P)、帶調(diào)制線圈的磁光介質(zhì) (TG 或 ZF6)、有測角裝置的檢偏器(A)、檢偏器與光電轉(zhuǎn)換成一體的接收單元(R)以及附加的減光器 (P1)和直流勵磁的電磁鐵(M)等組裝在精密光具座上，組成磁光調(diào)制器的光路系統(tǒng)(圖 4)。注：鋱玻璃與火石玻璃系磁光效應(yīng)相異懸殊的兩種介質(zhì)，后者因維爾德常數(shù)甚小而必須置于電磁鐵的勵磁線圈中，才能顯著呈現(xiàn) 出磁光調(diào)制現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)時兩者僅擇其一，分 別進(jìn)行操作。光電接收器組件前部的檢偏器(A)有兩個刻度盤，位于前端的圓盤，其四周由四檔 0~90?的刻度盤構(gòu)成（以 ?分度） 。旋轉(zhuǎn)帶光孔和刻線的錐體可調(diào)圓盤用以粗調(diào)檢偏器的角度，后面的精密測微量角器，用以細(xì)調(diào)檢偏器的旋角，如圖 5 所示。 圖 5 檢偏與電光接收組件注：檢偏器的粗調(diào)盤預(yù)置在 0 度，調(diào)節(jié)旋角時除大幅角調(diào)節(jié)外通常只需調(diào)節(jié)精密測角器即可。二、電路系統(tǒng)除激光電源與光電轉(zhuǎn)換接收部件，其余電路組裝在主控單元中（圖 6） 。 27 / 70圖 6 電路主控單元前面板圖 6 為電路主控單元的儀器前面板圖，各控制與顯示部分的作用如下：? 電源開關(guān) 用于控制主電源，接通時開關(guān)指示燈亮，同時對半導(dǎo)體激光器供電。? 外調(diào)輸入插座 用于對磁光介質(zhì)施加外接的調(diào)制信號的插座。（插入外來信號時內(nèi)置信號自動斷開）? 調(diào)制加載開關(guān) 用于對磁光介質(zhì)施加內(nèi)部的交流調(diào)制信號。（內(nèi)置 1KHz 的正弦波）? 調(diào)制幅度旋鈕 用于調(diào)節(jié)交流調(diào)制信號的幅度。? 直流勵磁開關(guān) 用于對電磁鐵施加直流調(diào)制電流。（僅在打開電源后有效）? 勵磁強(qiáng)度旋鈕 調(diào)節(jié)直流勵磁電流，用以改變對磁光介質(zhì)施加的直流磁場的大小。? 勵磁極性開關(guān) 用于改變直流磁場的極性。? 解調(diào)幅度旋鈕 用于調(diào)節(jié)解調(diào)監(jiān)視或解調(diào)輸出信號的幅度。? 光強(qiáng)指示 數(shù)字顯示經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的光電流相對值，可反映接收光強(qiáng)的大小。? 勵磁指示 數(shù)字顯示直流勵磁電流。? 調(diào)制監(jiān)視插座 將調(diào)制信號輸出送到示波器顯示的插座。? 解調(diào)監(jiān)視插座 將光電接收放大后的信號輸出送到示波器顯示的插座，可與調(diào)制信號進(jìn)行比較。 28 / 70? 解調(diào)輸出插座 解調(diào)信號的輸出插座，可直接送有源揚(yáng)聲器發(fā)聲。圖 7 電路主控單元后面板圖 7 為電路主控單元的后面板圖，各插座作用如下：? 至接收器 與光電接收單元連接的線纜接口? 至激光器 供半導(dǎo)體激光器的電源插座? 勵磁輸出 供直流調(diào)制電流的插座? 調(diào)制輸出 供交流調(diào)制信號電流的插座三、系統(tǒng)連接光源 將半導(dǎo)體激光器電源線纜插入后面板的“至激光器”插座中。 （如使用 He—Ne 激光管需另配套 專用電源，其 輸出直流高壓務(wù)必按正負(fù)極性正確連接） 。磁光調(diào)制 將鋱玻璃調(diào)制線圈兩端引出線插入后面板上調(diào)制輸出端插座。光電接收 將光電接收部件（位于光具座末端）的電纜連接到電路主控單元后面板“至接收器”的插座上，以便將光電接收信號送到主控單元，同時主控單元也為光電接收電路提供電源。信號輸出 光電接收信號經(jīng)主控單元轉(zhuǎn)接后由解調(diào)監(jiān)視插座輸出；主控單元中的內(nèi)置信號（或外調(diào)輸入信號）則由調(diào)制監(jiān)視插座輸出。兩者分別送到雙蹤示波器，以便同時顯示波形，進(jìn)行比較。揚(yáng)聲器 將有源揚(yáng)聲器插入解調(diào)輸出插座，以便作調(diào)制通訊的演示實(shí)驗(yàn)。交流電源 主控單元后面板裝有帶開關(guān)的三芯標(biāo)準(zhǔn)插座，用以連接 220V 市電 29 / 70交流電源。注： 揚(yáng)聲器發(fā)聲的音質(zhì)與光路調(diào)整、調(diào)制幅度以及信號源的性能均有關(guān)聯(lián)?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟】一、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 在光具座兩端各放置激光器和光電接收器。 所有滑動座中心全部調(diào)至零位，并用固定螺絲鎖緊，使光器件初步共軸。 光路準(zhǔn)直：（1） 打開激光電源，調(diào)節(jié)激光電位器使激光束有足夠強(qiáng)度。調(diào)節(jié)激光器架上的三只夾持螺釘使激光束基本保持水平，用直尺量激光器光源輸出口高度與光電接收器中心高度，使二者等高。此時激光器頭部保持固定。（2） 調(diào)節(jié)激光器尾部的夾持螺釘，使激光束的光點(diǎn)保持在接收器的中心，光強(qiáng)指示最大，讀數(shù)應(yīng)在“5”以上，此后激光器與接收器的位置不宜再動。二、交流磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn) 觀察交流磁光調(diào)制現(xiàn)象（1） 光路準(zhǔn)直后，插入起偏器(P)，光電接收器前檢偏器的兩刻度盤（檢偏器的粗調(diào)盤及精密測角器盤）均預(yù)置在 0 位，接收光強(qiáng)指示應(yīng)呈現(xiàn)讀數(shù)；調(diào)節(jié)起偏器，使光強(qiáng)指示器近 0（達(dá)到最?。?，表示檢偏器與起偏器的光軸正處于正交狀態(tài)(P?A) ，記下起偏器角度。再將起偏器旋轉(zhuǎn) 45?角，即 ?＝ 45?，使兩偏振面在此夾角下調(diào)制幅度達(dá)最大值 （參見 (6)式） ，此時光強(qiáng)指示的讀數(shù)在 “4~ 5”?2sin0maxI?為宜。注： 若激光器調(diào)至最大值而光強(qiáng)仍感太小時，需要適當(dāng)調(diào)節(jié)起偏器的轉(zhuǎn)角，重復(fù)上述步驟 。（2） 用所提供的電纜線分別將“調(diào)制監(jiān)視”與“解調(diào)監(jiān)視”插座與雙蹤示波器的 YI與 YII 的輸入端相連，在示波器上可同時觀察到調(diào)制波形與解調(diào)輸出波形。（3） 將磁光調(diào)制器插入光具座后對準(zhǔn)中心，務(wù)使激光束正射透過。調(diào)節(jié)檢偏器的粗調(diào)盤，使接收光強(qiáng)應(yīng)近于 0（達(dá)到最?。?，應(yīng)該在 以下。打開調(diào)制信號開關(guān)，將調(diào)制幅度和解調(diào)幅度調(diào)至最大，此時從示波器觀察應(yīng)出現(xiàn)倍頻現(xiàn)象，即解調(diào)信號 30 / 70頻率是調(diào)制信號頻率的兩倍。關(guān)閉直流勵磁開關(guān)。注：為使激光能正射透過磁光介質(zhì)，必需反復(fù)對激光、磁光調(diào)制介質(zhì)與光電接收孔三者加以準(zhǔn)直調(diào)整。（4） 減小調(diào)制幅度，觀察減小調(diào)制幅度后對波形的影響。 交流調(diào)制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測量：測量調(diào)制深度與調(diào)制角幅度將調(diào)制幅度旋鈕確定于某一位置，在示波器中顯示出解調(diào)波形時，調(diào)節(jié)檢偏器偏角，讀出波形曲線上相應(yīng)的光強(qiáng)信號的最大值 Imax（波形不失真的情況下最大光強(qiáng)）和最小值 Imin（I min 即為倍頻狀態(tài)時的光強(qiáng)） ，代入(4)式和(7) 式，計(jì)算出調(diào)制深度 ? 和調(diào)制角幅度 ? 0。三、直流磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn) 觀察直流磁光調(diào)制現(xiàn)象，并測量直流磁場對磁光介質(zhì)的影響。（1） 在交流磁光調(diào)制倍頻狀態(tài)下，將勵磁電磁鐵(M)置于光具座上在光電接收器前，并在電磁鐵中間放入重火石玻璃的磁光介質(zhì)（先將重火石玻璃插在兩磁軛之間，磁軛平面與兩磁極相吻合） ，如圖 8 所示。（2） 將勵磁強(qiáng)度置于 0， 此時仍能觀察到倍頻現(xiàn)象。注意：此步驟后， 光 電 接收器前 檢 偏器的的粗 調(diào)盤 不得再 轉(zhuǎn)動 ，而此 時,精密測角器盤讀數(shù)應(yīng)仍在 0 位，如不在 0 位， 則記錄為 ? 1。 （3） 開啟直流勵磁開關(guān)，適當(dāng)增加勵磁強(qiáng)度，使勵磁線圈通以直流電流 IDC ，此時原來的倍頻現(xiàn)象消失，再細(xì)調(diào)檢偏器的精密測角器使光強(qiáng)讀數(shù)恢復(fù)近于 0，重新出現(xiàn)倍頻現(xiàn)象，記下前后測角器度盤讀數(shù) ? 2，其差值| ? 2－ ? 1|即為偏振面的旋角 ? 。（4） 均勻改變直流電流的大小（由勵磁電流表讀出） ，測出相應(yīng)的偏振面的旋角 ?，畫出 ? ~B (IDC)的關(guān)系曲線。 圖８勵磁電磁鐵及重火石 31 / 70注：克服起始段過弱的調(diào)制效應(yīng)，可調(diào)節(jié)起偏器(或檢偏器)的轉(zhuǎn)角，使其適當(dāng)偏離正交狀態(tài)(光強(qiáng)＞)后，再開始作 ? ~B (IDC)關(guān)系的測試。（5） 根據(jù)公式(1) （B 可以通過公式計(jì)算出來，l 為光波在磁光介質(zhì)重火石l???中的路徑） ，重火石的維爾德(Vedet)常數(shù) ? 即可計(jì)算出來。四、磁光調(diào)制與光通訊實(shí)驗(yàn)演示（可選做）將音頻信號（來自收音機(jī)、錄音機(jī)、CD 唱盤等音源）輸入到“外調(diào)輸入”插座，將有源揚(yáng)聲器插入“解調(diào)輸出”插座，即可