【正文】 1 太雙蹤示波器 1臺音頻信號源 1個四、實驗原理橫向電光效應(yīng)由晶體光學(xué)原理可知，對于橫向電光效應(yīng)，在加上電壓之后，晶體旋轉(zhuǎn)后的兩個主軸方向 和 方向的折射率要發(fā)生變化，不再相等。經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，有如下表達ld式：18 / 32??????? VlnVdlnl eooeo ?????)(2])(21)[(263lo?63??上式中第一項表示天然雙折射造成的相位差，第二項由電光效應(yīng)引起，為電光延遲。??x?y為晶體的橫向半波電壓，對一定傳播長度而言，與晶體的厚度成正比，晶體越薄，則橫?V向半波電壓越小，越容易實現(xiàn)電光調(diào)制。P、Q 分別為起偏器和檢偏器，能將尋常光轉(zhuǎn)換為與偏振片偏振方向相同的偏振光。P 的偏振方向平行于晶體的 x 主軸，Q 的偏振方向平行于晶體的 y 主軸。調(diào)制原理加上橫向電場后，鈮酸鋰電光晶體的感應(yīng)主軸分別旋轉(zhuǎn)到與原主軸成 45186。入射光經(jīng)過 P 后分解成沿 和 軸兩個相位和振幅都分別相等的分量。所以透過率：2AIi?oIA?? ???????????????????VIio ?22sin圖 1 橫向電光振幅調(diào)制器19 / 32圖 2 電光信號調(diào)制曲線由 TV 曲線圖可以看出，其關(guān)系曲線是非線性的，所以必須選取合適的調(diào)制工作點，否則調(diào)制光強將發(fā)生畸變。在中間加入 1/4 波片，使得在 和 兩個分量間的相位x?y差 ，此時透過率為：/2???? ??????????????????????VVIio ??2sin14sn2式中電壓 V 在直線部分變動，由于調(diào)制電壓值一般遠(yuǎn)小于半波電壓,即 VVπ ,因而上式可近似為 )1(2?Iio??這表明在一個小的正弦調(diào)制電壓的作用下，就會使已調(diào)制光波的強度變化與調(diào)制信號成線性關(guān)系，那么光強的變化就能正確的反映信號的變化。下圖為加 波片和不加 波片的區(qū)別示意圖4/?4/?20 / 32由圖可見,加 波片相當(dāng)于給調(diào)制器增加了一個直流偏壓,從而使調(diào)制器的工作點移4/?到 這一中心點，在此工作點附近，輸出光強度隨外加電壓的變化近似線型，21/?ioI于是很小的正弦信號就能引起不畸變的正弦輸出調(diào)制光強。將 ZY605 電光調(diào)制器信號源的信號輸出 CH1/CH2 輸出電纜與示波器相連，將信號源的輸出信號設(shè)置為峰峰值 =80V 左右，頻率設(shè)置為 1KHZ，關(guān)閉電源。打開信號源開關(guān)，調(diào)整起偏器和檢偏器，使之成正交，再調(diào)整 1/4 波片，觀察示波器的波形，直到調(diào)制出來的波形清晰且無失真為止。調(diào)節(jié)此正弦信號的幅度，記錄波形的變化。六、思考題上述實驗中 1/4 波片的作用是什么？實驗過程中去掉起偏器或檢偏器能否觀察到實驗現(xiàn)象？為什么？實驗五 聲光調(diào)制實驗一、實驗?zāi)康睦斫饴暪庹{(diào)制器的結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握晶體聲光調(diào)制實驗方法。實現(xiàn)模擬信號聲光調(diào)制與解調(diào)。聲光效應(yīng)參數(shù)測量。三、實驗儀器 聲光調(diào)制實驗儀 一臺 示波器 一臺四、實驗原理若有一超聲波通過某種均勻介質(zhì)，介質(zhì)材料在外力作用下發(fā)生形變，分子間因相互作用力發(fā)生改變而產(chǎn)生相對位移，將引起介質(zhì)內(nèi)部密度的起伏或周期性變化，密度大的地方折射率大，密度小的地方折射率小，即介質(zhì)折射率發(fā)生周期性改變。彈光效應(yīng)存在于一切物態(tài)。這部分受擾動的介質(zhì)等效為一個“相位光柵” 。聲波在介質(zhì)中傳播時，有行波和駐波兩種形式。當(dāng)超聲波傳播到聲光晶體時，它由一端傳向另一端。由于機械波的壓縮和伸長作用，則在聲光晶體中形成行波式的疏密相間的構(gòu)造，也就是行波形式的光柵。如果遇見反聲物質(zhì)，超聲波將被反聲物質(zhì)反射，在返回途中和入射波疊加而在聲光晶體中形成駐波。聲光效應(yīng)是指光通過某一受到超聲波擾動的介質(zhì)時發(fā)生衍射的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是光波與介質(zhì)中聲波相互作用的結(jié)果。這時，相對聲波方向以一定角度入射的光波，其衍射光在介質(zhì)內(nèi)相互干涉，使高級衍射光相互抵消，只出現(xiàn) 0 級和 1 級的衍射光，這就是布拉格?聲光衍射，如圖 1 所示，這種衍射形式效率較高，有利于制成各種實用器件。為此，可把聲波通過的介質(zhì)近似看作許多相距 λs 的部分反射、部分透射的鏡面。對駐波超聲場則完全是不動的。各衍射光相干增強的條件是它們之間的光程差應(yīng)為其波長的整數(shù)倍，或者說必須同相位。對于相距 λs 的兩個不同的鏡面上的衍射情況，由上下面反射的反射光具有同相位的條件，其光程差 FE+EG 必須等于光波波長的整數(shù)倍，即 (3)(cos)idn?????考慮到 ，所以di24 / 32 2sinB???或 (4)i2ssfv式中，θi=θd=θB，θ B 稱為布拉格角。由于發(fā)生布拉格聲光衍射時，聲光相互作用長度較大，屬于體光柵情況。39。定義：在作用距離 L 處衍射光強和入射光強之比為聲光衍射效率，即 (6))(sin)0(2kIijij??由于 ，ijklijij nSpn??????????3221注意到 ＝ 。引入有效彈光系數(shù) pe 和有效應(yīng)變 Se， (8)eijSpn321??其中有效應(yīng)變 Se 同聲波場強度 Is 的關(guān)系是 (9)21???????sevIS?式中 是聲速， 是介質(zhì)密度。從(4)式可見：(a)若在超聲功率 Ps 一定的情況下，欲使衍射光強盡量大，則要求選擇 M2 大的材料，并且，把換能器做成長面較窄（即 L 大 H 小）的形式；(b)如果超聲功率足夠大，使 2sMP??達到 π/2 時，＝100%(c)當(dāng) Ps 改變時，I1/I 0 也隨之改變，因而通過控制 Ps(即控制加在電聲換能器上的電功率)就可以達到控制衍射光強的目的，實現(xiàn)聲光調(diào)制。用光闌來調(diào)整光路，先將半導(dǎo)體激光器放置在導(dǎo)軌零點處鎖定，把光闌拉到激光器附近，再由近及遠(yuǎn)，觀察激光光斑打在光闌上的位置，調(diào)整激光器調(diào)整架的前后兩個螺絲，使激光光斑打在由近及遠(yuǎn)光闌上的位置保持一致，反復(fù)調(diào)節(jié)，使得一定距離內(nèi)激光束是平行光；(4) 將聲光調(diào)制器的通光孔置于載物平臺的中心位置，調(diào)整好高度，使得激光束剛好通過通光孔；(5) 調(diào)整光電探測器的高度，使得激光束落在光電傳感器中心。注：布拉格衍射一級衍射達到極值的條件是：1)控制電壓為一特定的值；2) 入射激光必須以特定的角度布拉格角 α 入射。加法器把直流偏壓和信號發(fā)生器的交流電壓疊加在一起輸出到線性聲光調(diào)制器上，在示波器上可看到被調(diào)制的半導(dǎo)體激光的正弦波，測出示波器上信號波的相對幅度。不失真波形 下失真波形 上失真波形聲光調(diào)制與光通訊實驗演示 在驅(qū)動源輸入端加入外調(diào)制信號（如音頻信號、文字和圖像等） ，則衍射光強將隨次信號變化，從而達到控制激光輸出特性的目的，實現(xiàn)模擬光通信和圖像處理。L衍射效率 ，其中 為最大衍射光強， 為 0 級光強。nm650??d?六、注意事項調(diào)節(jié)過程中必須避免激光直射人眼，以免對眼睛造成危害。27 / 32為防止強激光束長時間照射而導(dǎo)致光敏管疲勞或損壞，調(diào)節(jié)使用后需要隨即用塑蓋將光電接收孔蓋好。掌撐雪崩光電二極管暗電流、光電流的測量方法。二、實驗內(nèi)容測試 APD 的暗電流、光電流及光電特性。 SiAPD 最典型的結(jié)構(gòu)是拉通型 RAPD 如圖 1 所示，有四層結(jié)構(gòu)：高摻雜的 N+型半導(dǎo)體，為接觸層；P 型半導(dǎo)體，為倍增層（或稱雪崩區(qū)） ；輕摻雜半導(dǎo)體 π 層，為漂移區(qū)（光吸收區(qū)） ；高摻雜的 P+型半導(dǎo)體，為接觸層。 當(dāng)外加的反向偏壓 (約 100V—150V)比 PIN 情況下高得多時，這個電壓幾乎都降到 PN結(jié)上。SAMAPD 管在外加的反向偏壓( 約 50V—150V)下的場分布如圖 11 所示。如圖 2 所示。若電子空穴對在耗盡層內(nèi)，由于內(nèi)部電場的作用，電子向 N 區(qū)運動，空穴向 P 區(qū)運動，形成漂移電流。漂移電流和擴散電流的總和即為光生電流。若外電路閉合，N 區(qū)過剩的電子通過外電路流向 P 區(qū)，同樣，P 區(qū)的空穴流向 N 區(qū)，便形成了光生電流。圖 2 光子在 I 層被吸收產(chǎn)生電子、空穴對這里，光生電流信號的大小與入射光子的數(shù)量有關(guān)系。因此，理論上講偏壓的大小也能夠影響光生電流的大小。如圖 31 所示。圖 3 光照特性曲線五、實驗步驟暗電流測量（1）用航空插座連接線與 APD 原理實驗箱上的“APD 輸入”接口相連，使用同軸電纜線進行連接 LED1 與光源；將高壓調(diào)節(jié)、光照度調(diào)節(jié)電位器逆時針調(diào)節(jié)到最小為止。（2）將高壓開關(guān)打至開，緩慢調(diào)節(jié)高壓調(diào)節(jié)旋鈕，將高壓調(diào)節(jié)至 150V。（3）緩慢調(diào)節(jié)光照度電位器，分別記下照度在 10Lx,20Lx,30Lx,40Lx 時的電流值。（3）緩慢增加電壓至 150V，記下此時的電流值；再將電壓逆時針調(diào)節(jié)到零。照度值(Lx) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15電流六、思考題試說明雪崩光電二極管的暗電流存在的原因。照度電流偏壓31 / 32