实验二电光调制实验-成大物理系.DOC

實驗二 電光調制實驗 組別：物理九二 第二組 組員：楊凱傑(主筆人) 謝欣達 許仕坤 實驗日期：2002/04/08 實驗目的： 1.了解熟悉電光效應(Electro-Optical Effect)。2.接觸非線性光學（Nonlinear Optics） 實驗內容： KDP光調製(EOM)組基本特性的測量 EOM對頻率的響應 實驗器材： He-Ne laser Polarizer (P1, P2) Pockels cell (內為KDP晶體) 高壓電源供應器 光具座 示波器 波形產生器 信號放大器 (OP amp) 實驗步驟： KDP光調製(EOM)組，基本特性的測量： (1)實驗裝置圖： 圖2.1 電光調制實驗裝置圖 (2)依照圖2.1的次序，將各光學元件與電路安裝完成，且完成光學路徑的準直工作。 (3)將Polarizer P2及Pockels cell自支架上移走，旋轉Polarizer P1使光感知器讀值為最大，此時雷射偏振方線與P1相同。 (4)將P2放入後，旋轉P2直到示波器讀值最小。 (5)將Pockels cell放入，旋轉cell直到示波器讀值最小，此時改變輸入電壓V，並不會改變示波器讀值，故可以確定Pockels cell中KDP晶體的光軸與入射光偏振面平行或垂直。 (6)紀錄Pockels cell旋轉台上的角度後，在順時針轉Pockels cell 450。 (7)由零伏特開始增加輸入電壓，每10伏特記錄示波器讀值一次，直到輸入電壓為400伏特為止。 (8)緩慢的將電壓歸零，反轉輸入電壓，由零伏特開始下降，每下降10伏特記錄示波器讀值一次，直到輸入電壓為-400伏特為止。 (9)將上述資料，繪成T-V的影響曲線。並由圖上求得1.Vλ/2 2.V0工作點電壓。 (10)估算Pockels cell中KDP晶體的幾何結構與尺寸，稍後利用公式推出KDP晶體電光係數值r6z。 (11)在（5）的步驟後，架上補償器，並旋轉補償器，使改變補償器內部晶體厚度，並不會改變光度計的讀值時，將Pockels cell與補償器都旋轉45°，再重複（7）和（8）的步驟。可以發現補償器可以提供相位，將整個正弦函數圖形平移，讓輸入電壓為零時的光讀計讀值亦為零。 (12)將直流電壓輸入改為放大器以及信號產生器，利用補償器將工作點調為200V，觀察各種輸入波形所產生的頻率響應，和輸出信號延遲，並記錄輸入頻率及示波器上的輸出電壓差。 EOM對頻率的響應： 由訊號產生器輸出正弦波(sine wave)，經過信號放大器(op amp)放大50倍（電壓足以驅動EOM），調整補償器的光軸與厚度使工作點恰落於線性範圍中心。頻率每增加10Hz，記錄輸出的強度，作頻率對強度圖。 實驗步驟的分析討論與數據記錄： KDP光調制組，基本特性的測量： 步驟3中旋轉Polarizer 1使光感知器讀值為最大，是為了使雷射偏振方向與Polarizer 1平行，可是為了方便起見我們可以先將polarizer1的偏振方向固定與桌面垂直(比較習慣)，再旋轉雷射本體使偏振方向與偏振片平行(旋轉電射時要小心不要使雷射光偏離光軸)，此時要注意不要讓光度計的讀值到達極限，要稍為再小一點點以免光度計達到飽和。 步驟4中將偏振片2旋轉使光度計讀值最小，是讓兩偏振片的偏振方向互相垂直。 步驟5將Pockels cell放入，將晶體旋轉至光度計讀值最小且改變外加電壓亦不會使光度計讀值改變，表示晶體的x和y軸已經和偏振片1的偏振方向平行或垂直了(其實此時改變外加電壓還是會發現一些變化，這是因為所用晶體有幾何缺陷所致，不過其改變在實驗電壓範圍中都不大所以可忽略)。 步驟6將Pockels cell轉45度，此時晶體的x和y值與入射光偏振方向夾45度角，且快慢軸有相差所以出射光為一橢圓偏振光。 步驟7由零伏特開始增加輸入電壓，每10伏特記錄光度計讀值一次，直到400伏特： 數據如下： (藍色數字為外加偏壓，紅色數字為光感器讀值) 400 4.51 180 18.76 -40 13.85 -260 0.48 390 5.14 170 19.12 -50 13.07 -270 0.37 380 5.794 160 19.51 -60 12.29 -280 0.33 370 6.525 150 19.81 -70 11.49 -290 0.33 360 7.280 140 20.00 -80 10.70 -300 0.42 350 8.072 130 20.18 -90 9.87 -310 0.59 340 9.12 120 21.20 -100 9.05 -320 0.78 330 10.07 110 21.24 -110 8.24 -330 1.08