【正文】 延遲角檢測平行偏振光干涉光路如圖 3 所示，P、Q、A 分別為起偏器、1/4 波片、檢偏器，?、 ?分別是 P、 A 的透光軸方向與波片快軸方向的夾角。對于某一確定的?值，當(dāng)檢偏器 A 透光方向與波片透射的橢圓偏振光的長軸方向一致時(shí)，檢偏器的透射干涉光強(qiáng)應(yīng)有最大值 Imax。 我們注意到，當(dāng) ?＝45?時(shí)，有 tg2???，則不能用（2）計(jì)算 ?。從誤差理論知道，若?? 和??m 是? 和?m 的隨機(jī)誤差，則? 的均方根誤差為(3)????22sin4simtg??????＝上式表明，?? 和??對? ?的影響與 ?和?的值有關(guān)，并且? ?從 0?90?以及從 180??90?而單調(diào)減小。進(jìn)一步分析表明，對于位相延遲角接近??2 的波片，若取? ＝35? 或? ＝55? 左右，則測量誤差?? 最?。欢?值偏離 35?越遠(yuǎn)，誤差越大，所以實(shí)測時(shí)，以選取?＝35?或?＝55?為宜。 在起偏器和檢偏器之間放入待檢測的 1/4 波片，并使 1/4 波片表面和系統(tǒng)光軸垂直，并盡可能使其轉(zhuǎn)動(dòng)中心在系統(tǒng)的光軸上。此時(shí)光電探測器輸出最大。 轉(zhuǎn)動(dòng)起偏器，使其透光軸轉(zhuǎn)過某一?角（注意轉(zhuǎn)動(dòng)方向） 。這時(shí)檢偏器透光軸轉(zhuǎn)過的角度即為 ?m （注意轉(zhuǎn)動(dòng)方向）. 將?、 ?m 代入（2）式，計(jì)算待測 1/4 波片的位相延遲角 ??！緮?shù)據(jù)記錄及處理】表 4 1/4 波片位相延遲角檢測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)第一次測量 第二次測量 第三次測量? ? ??m ?m ?mcos? cos? cos?? ? ??? ?? ??【實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)】 儀器輕拿輕放，防止碰撞和震動(dòng)，以防止鏡面擦傷。 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。【儀器和裝置】電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由光路與電路兩大單元組成，如圖 1 所示： 圖 1 電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、光路系統(tǒng)由激光管（L） 、起偏器(P)、電光晶體 (LN)、檢偏器(A)與光電接收組件(R)以及附加的減光器(P 1)和?/4 波片(P 2)等組裝在精密光具座上，組成電光調(diào)制器的光路系統(tǒng)。 ? 本系 統(tǒng)未提供? /4 波片(P 2)即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如有必要可自行配置。圖 2 電路主控單元前面板圖 2 為電路單元的儀器面板圖，其中各控制部件的作用如下：? 電源開關(guān)用于控制主電源，接通時(shí)開關(guān)指示燈亮，同時(shí)對半導(dǎo)體激光器供電。 （僅在打開電源開關(guān)后有效）? 偏壓調(diào)節(jié)旋鈕 調(diào)節(jié)直流偏置電壓，用以改變晶體外加直流電場的大小。? 偏壓指示 數(shù)字顯示晶體的直流偏置電壓。? 調(diào)制加載開關(guān) 用于對電光晶體施加內(nèi)部的交流調(diào)制信號。（插入外來信號時(shí)內(nèi)置信號自動(dòng)斷開）? 調(diào)制幅度旋鈕 用于調(diào)節(jié)交流調(diào)制信號的幅度。? 解調(diào)監(jiān)視插座將光電接收放大后的信號輸出到示波器顯示的插座，可與調(diào)制信號進(jìn)行比較。? 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。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。晶體調(diào)制 由電光晶體的兩極引出的專用電線插入后面板中間的兩芯高壓插座。信號輸出 光電接收信號由解調(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）由調(diào)制監(jiān)視插座輸出。揚(yáng)聲器 將有源揚(yáng)聲器插入功率輸出插座即可發(fā)聲，音量由“解調(diào)幅度”控制。注：揚(yáng)聲器發(fā)聲的音質(zhì)與光路調(diào)整、晶體偏壓、調(diào)制幅度以及信號源的性能均有關(guān)聯(lián)。電光效應(yīng)分為兩種類型： (1) 一級電光 （泡克爾斯——Pockels）效應(yīng)，介質(zhì)折射率變化正比于電場強(qiáng)度。本實(shí)驗(yàn)使用鈮酸理（LiNbO 3 ）晶體作電光介質(zhì)，組成橫向調(diào)制（外加電場與光傳播方 16 / 70向垂直）的一級電光效應(yīng)。 n0 為晶體對尋常光的折射率。當(dāng)相位差 ?＝ ? 時(shí)，所加電壓(2)302dUnrl???U? 稱為半波電壓，它是一個(gè)用以表征電光調(diào)制電壓對相位差影響的重要物理量。由(1)、(2)式可得： 17 / 70(3)0()U?????式中 ?0 為 U＝0 時(shí)的相位差值，它與晶體材料和切割的方式有關(guān)，對加工良好的純凈晶體而言 ?0＝0 。由激光器發(fā)出的激光經(jīng)起偏器 P 后只透射光波中平行其透振方向的振動(dòng)分量，當(dāng)該偏振光 IP 垂直于電光晶體的通光表面入射時(shí)，如將光束分解成兩個(gè)線偏振光，經(jīng)過晶體后其 X分量與 Y 分量的相差為 ? (U)，然后光束再經(jīng)檢偏器 A，產(chǎn)生光強(qiáng)為 IA 的出射光。xP????若取?＝土 45?。 由于晶體受材料的缺陷和加工工藝的限制，光束通過晶體時(shí)還會(huì)受晶體的吸收和散射，使兩振動(dòng)分量傳播方向不完全重合，出射光截面也就不能重疊起來。 M 愈大，T 愈接近于 1，表示晶體的電光性能愈佳。從圖 5 可見，相位差在 ?＝ ?/2 或( U＝U ? /2 )附近時(shí)，光強(qiáng) IA 與相位差 ? （或電壓 U） 19 / 70呈線性關(guān)系，故從調(diào)制的實(shí)際意義上來說，電光調(diào)制器的工作點(diǎn)通常就選在該處附近。由圖 6 可見，選擇工作點(diǎn)② (U ＝U ? /2 )時(shí)，輸出波形最大且不失真。 圖 6 選擇不同工作點(diǎn)時(shí)的輸出波形工作點(diǎn)的偏置可通過在光路中插入一個(gè)?／4 波片其透光軸平行于電光晶體 X 軸 （相當(dāng)于附加一個(gè)固定相差 ?＝ ?/2 ）作為 “光偏置” ?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟】一、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 按圖 1 的結(jié)構(gòu)圖在光具座上垂直放置好激光器和光電接收器（預(yù)先將光敏接收孔蓋上） 。 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。此時(shí)激光器頭部保持固定。 20 / 70 插入起偏器 (P)，用白紙擋在起偏器后，調(diào)節(jié)起偏器的鏡片架轉(zhuǎn)角，使白紙上的光點(diǎn)亮度在最亮和最暗中間，這時(shí)透光軸與垂直方向約成 ? P＝45?。將調(diào)制幅度和解調(diào)幅度調(diào)至最大，晶體偏壓調(diào)至零，關(guān)閉主控單元的晶體偏壓電源開關(guān)。插入檢偏器(A) 轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器，使激光點(diǎn)消失，光強(qiáng)指示近于 0，表示此時(shí)檢偏器與起偏器的光軸己處于正交狀態(tài)(P? A)，這時(shí)透光軸與垂直方向約成 ? A＝45?。 將電光晶體插入光具座，使激光束透過，適當(dāng)調(diào)節(jié)電光晶體平臺上三個(gè)調(diào)節(jié)螺絲，使反射光斑打在激光器光源輸出口附近，和起偏器的反射點(diǎn)基本水平，此時(shí)激光束基本正射透過。此時(shí)從示波器觀察應(yīng)出現(xiàn)倍頻現(xiàn)象，即解調(diào)信號頻率是調(diào)制信號頻率的兩倍。為使激光能正射透過晶體，必需反復(fù) 對激光、晶體與光電接收孔者加以準(zhǔn)立調(diào)整． 必要時(shí)插入調(diào)節(jié)光強(qiáng)大小用的減光器 P1 和作為光偏置的 ?／ 4 波片構(gòu)成完整的光路系統(tǒng)。(2) 將晶體偏壓調(diào)至 0（否則會(huì)損壞儀器） ，改變晶體偏壓極性，觀察輸出光強(qiáng)指示的變化。 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。正偏壓和負(fù)偏壓各做一組值。再重新測量曲線。(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(shí)應(yīng)控制光量大小不使光敏接收進(jìn)入飽和狀態(tài)。改變偏壓試聽揚(yáng)聲器音量與音質(zhì)的變化。 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。 加偏壓時(shí)應(yīng)從 0 伏起逐漸緩慢增加至最大值，反極性時(shí)也應(yīng)先退回到 0 值后再升壓。 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。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)。 L A S E Rl激 勵(lì) 電 源磁 光 介 質(zhì)激 光 電 源起 偏 器 P 檢 偏 器 A出 射 光勵(lì) 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(gè)勵(lì)磁線圈就構(gòu)成基本的磁光調(diào)制器件。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) ?。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(shí)，設(shè)調(diào)制線圈產(chǎn)生的磁場為 則介質(zhì)相應(yīng)地會(huì)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。 磁光調(diào)制的基本參量 磁光調(diào)制時(shí)性能主要由以下兩個(gè)基本參量來描述。?2sin0maxI? 此時(shí)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(shí)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。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(lì)磁線圈中，才能顯著呈現(xiàn) 出磁光調(diào)制現(xiàn)象。光電接收器組件前部的檢偏器(A)有兩個(gè)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） 。 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(shí)除大幅角調(diào)節(jié)外通常只需調(diào)節(jié)精密測角器即可。 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(shí)開關(guān)指示燈亮，同時(shí)對半導(dǎo)體激光器供電。（插入外來信號時(shí)內(nèi)置信號自動(dòng)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。? 直流勵(lì)磁開關(guān) 用于對電磁鐵施加直流調(diào)制電流。? 勵(lì)磁極性開關(guān) 用于改變直流磁場的極性。? 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。? 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。 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。 （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） 。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(shí)主控單元也為光電接收電路提供電源。兩者分別送到雙蹤示波器，以便同時(shí)顯示波形，進(jìn)行比較。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。【實(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。 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。此時(shí)激光器頭部保持固定。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。注： 若激光器調(diào)至最大值而光強(qiáng)仍感太小時(shí)，需要適當(dāng)調(diào)節(jié)起偏器的轉(zhuǎn)角，重復(fù)上述步驟 。（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。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(shí)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。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。 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(shí)，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(shí)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。（1） 在交流磁光調(diào)制倍頻狀態(tài)下，將勵(lì)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。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(dòng) ，而此 時(shí),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。（4） 均勻改變直流電流的大?。ㄓ蓜?lì)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。（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。【實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)】 調(diào)節(jié)過程中也應(yīng)避免激光直射人眼，