光電子技術(shù)及應(yīng)用實驗指導(dǎo)書

1、光電子技術(shù)及應(yīng)用實驗指導(dǎo)書實驗一半導(dǎo)體激光器模式分析一、實驗?zāi)康模?. 了解半導(dǎo)體激光器的工作原理和相關(guān)特性；2. 掌握半導(dǎo)體激光器模式參數(shù)的測量方法；二、實驗原理：半導(dǎo)體激光器的模式分為空間模和縱模(軸模)?？臻g模描述圍繞輸出光束軸線某處的光強(qiáng)分布，或者是空間幾何位置上的光強(qiáng)(或光功率)的分布，也稱遠(yuǎn)場分布；縱模則表示一種頻譜，它反映所發(fā)射的光束其功率在不同頻率(或波長)分量上的分布。二者都可能是單?；蛘叱霈F(xiàn)多個模式(多模)。邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器具有非圓對稱的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，而且在垂直于異質(zhì)結(jié)平面方向(稱橫向)和平行于結(jié)平面方向(稱側(cè)向)有不同的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和光場限制情況。橫向上都是異質(zhì)結(jié)構(gòu)成的折射率波

2、導(dǎo)，而在側(cè)向目前多是折射率波導(dǎo)，但也可采取增益波導(dǎo)，因此半導(dǎo)體激光器的空間模式又有橫模與側(cè)模之分。圖1表示這兩種空間模式。圖1 半導(dǎo)體激光器橫模與側(cè)模由于有源層厚度很薄(約為0.15m)，都能保證在單橫模工作；而在側(cè)向，則其寬度相對較寬，因而視其寬度可能出現(xiàn)多側(cè)模。如果在這兩個方向都能以單模(或稱基模)工作，則為理想的TEM00模，此時出現(xiàn)光強(qiáng)峰值在光束中心且呈“單瓣”。這種光束的光束發(fā)散角最小、亮度最高，能與光纖有效地耦合，也能通過簡單的光學(xué)系統(tǒng)聚焦到較小的斑點，這對激光器的應(yīng)用是非常有利的。相反，若有源區(qū)寬度較寬，則發(fā)光面上的光場(稱近場)在側(cè)向表現(xiàn)出多光絲，好似一些并行的發(fā)光絲，在遠(yuǎn)場的

3、側(cè)向則有對應(yīng)的光強(qiáng)分布，如圖2所示。這種多側(cè)模的出現(xiàn)以及它的不穩(wěn)定性，易使激光器的P-I特性曲線發(fā)生“扭折”(kink)，使P-I線性變壞，這對信號的模擬調(diào)制不利；同時多側(cè)模也影響與光纖高效率的耦合，側(cè)模的不穩(wěn)定性也影響出纖功率的穩(wěn)定性；不能將這種多側(cè)模的激光束聚焦成小的光斑。圖2 有多側(cè)模的半導(dǎo)體激光器的近場和遠(yuǎn)場由于半導(dǎo)體激光器發(fā)光區(qū)幾何尺寸的不對稱，其遠(yuǎn)場呈橢圓狀，其長、短軸分別對應(yīng)于橫向與側(cè)向。在許多應(yīng)用中需用光學(xué)系統(tǒng)對這種非圓對稱的遠(yuǎn)場光斑進(jìn)行圓化處理。如果半導(dǎo)體激光器發(fā)射的是理想的高斯光束，應(yīng)有如下的光強(qiáng)分布:I(r)=Imaxexp(-2(r/w)2) （1）式中，I(r)是在半

4、徑為w的高斯光束束腰內(nèi)徑向尺寸為r處的光強(qiáng)，Imax為束腰內(nèi)的最大光強(qiáng)。顯然，當(dāng)r=w時，該處的光強(qiáng)為Imax的1e2 (即光強(qiáng)峰值的13.5)，如圖3所示。高斯光束峰值光強(qiáng)之半處的發(fā)散角全角(FMHW)為=4/w=1.27/w （2）圖3 理想的高斯場強(qiáng)分布半導(dǎo)體激光器的遠(yuǎn)場并非嚴(yán)格的高斯分布，有較大的在橫向和側(cè)向不對稱的光束發(fā)散角，由于半導(dǎo)體激光器有源層較薄，因而在橫向有較大的發(fā)散角，可表示為=4.05(n22- n12)d/(1+4.05(n22- n12)( d/) 2/1.2) （3）式中，n2和d分別為激光器有源層的折射率和厚度；n1為限制層的折射率；為激射波長。 顯然，當(dāng)d很小時

5、，可忽略(3)式分母中的第二項，則有4.05(n22- n12)d/ （4）由(4)式可見，隨d的增加而增加，這可解釋為隨著d的減少，光場向兩側(cè)有源層擴(kuò)展，等效于加厚了有源層，而使減少。當(dāng)有源層厚度能與波長相比擬，但仍工作在基橫模時，可以忽略(3)式分母中的1而近似為1.2/d （5）式(5)與式(2)的一致性，說明在一定的有源厚度范圍內(nèi)，橫向光場具有較好的高斯光束特點。在此范圍內(nèi)，隨d的增加而減少，可用衍射理論解釋。在量子阱半導(dǎo)體激光器中，由于有高的微分增益dgdN，允許適當(dāng)放松對有源層與波導(dǎo)模之間耦合的要求而允許模場的適當(dāng)擴(kuò)展，因而有比厚有源層半導(dǎo)體激光器小的?？梢酝ㄟ^外部光學(xué)系統(tǒng)來壓縮半

6、導(dǎo)體激光器的發(fā)散角以實現(xiàn)相對準(zhǔn)直的光束，但這是要以一定的光功率損耗為代價的。如果將從半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光近似視為有高斯分布的點光源，可以采取圖4所示的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)。圖4 高斯光束的準(zhǔn)直準(zhǔn)直透鏡的數(shù)值孔徑應(yīng)大于半導(dǎo)體激光器的有效數(shù)值孔徑(n22- n12)1/2，經(jīng)準(zhǔn)直出來的激光束乃至聚焦后的焦斑仍是橢圓。如需得到小而圓的光點，尚需對準(zhǔn)直后的光束進(jìn)行圓化處理。用節(jié)距(pitch)為14的自聚焦透鏡可方便地對半導(dǎo)體激光器出射光進(jìn)行準(zhǔn)直，如圖5所示。圖5 用自聚焦透鏡準(zhǔn)直半導(dǎo)體激光束半導(dǎo)體激光器存在像散，像散是像差的種。當(dāng)用光學(xué)系統(tǒng)對半導(dǎo)體激光器解理面上的近場成像時，就會發(fā)現(xiàn)，由于像散的存在會在焦

7、線上出現(xiàn)兩個像點。半導(dǎo)體激光器在橫向都是利用有源層兩邊折射率差所形成的光波導(dǎo)效應(yīng)對有源區(qū)光子進(jìn)行限制的，而在側(cè)向有增益波導(dǎo)與折射率波導(dǎo)兩種光限制類型。早期的條形激光器是增益波導(dǎo)型的，都有非平面波前。對目前大量采用的側(cè)向折射率波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在垂直于結(jié)平面方向的高斯光束的束腰在解理面上，且在束腰處為平面波前，如圖6(a)所示。而當(dāng)側(cè)向的波導(dǎo)機(jī)構(gòu)是由復(fù)折射率的虛數(shù)部分起主要作用時(即增益波導(dǎo))，則在該方向的光場分布如圖6(b)所示，在腔內(nèi)距腔面為D(稱像散量)的地方出現(xiàn)虛腰，這也是外部觀察者所能看到的最小近場寬度，真正的束腰在腔中心。因此，從傳播方向看去兩個方向的合成波前呈圓柱面，如圖6(c)所示。這種

8、輸出光是像散的。其影響是用球透鏡對解理腔面成像時，虛腰的像面與腔面的像面(即橫向光場束腰的像面)不對應(yīng)同一處。其后果是遠(yuǎn)場分布出現(xiàn)“兔耳”狀，在早期的氧化條形激光器中出現(xiàn)這種遠(yuǎn)場情況。同時，像差的存在使側(cè)向模式增多，光譜線寬加寬。這給應(yīng)用帶來很大困難，除非采取消像差的措施，否則很難用一般的光學(xué)系統(tǒng)聚焦到很小的光斑，焦斑上光場分布不均勻，也很難使激光器與單模光纖高效率地耦合。即使是側(cè)向有折射率波導(dǎo)限制的情況，由于載流子側(cè)向分布的影響，也很難使上述表征像散大小的D值為零，一般在2m以上。圖6 增益波導(dǎo)激光器波前(a)垂直于結(jié)平面方向；(b)平行于結(jié)平面方向；(c)合成波前。半導(dǎo)體激光器的激射波長是

9、由禁帶寬度Eg決定的，然而這一波長也必須滿足諧振腔內(nèi)的駐波條件，諧振條件決定著激光激射波長的精細(xì)結(jié)構(gòu)或縱模模譜。因為不同振蕩波長間不存在損耗的差別，而它們的增益差又小，故除了由禁帶寬度Eg所決定的波長能在腔內(nèi)振蕩外，在它周圍還有一些滿足諧振腔駐波條件的波長也可能在有源介質(zhì)的增益帶寬內(nèi)獲得足夠的增益而起振。因而有可能存在一系列振蕩波長，每一波長構(gòu)成一個振蕩模式，稱之為腔?；蚩v模，并由它構(gòu)成一個縱模譜，如圖7所示。這些縱模之間的間隔和為：=2/2ngL (6)=c/2ngL (7)式中，為激射波長；c為光速；ng為有源材料的群折射率。一般的半導(dǎo)體激光器其縱模間隔為0.51nm，而激光介質(zhì)的增益譜寬

10、為數(shù)十納米，因而有可能出現(xiàn)多縱模振蕩。然而傳輸速率高(如大于622Mbs)的光纖通信系統(tǒng)，要求半導(dǎo)體激光器是單縱模的。這一方面是為了避免由于光功率在各個縱模之間隨機(jī)分配所產(chǎn)生的所謂模分配噪聲；另一方面縱模的減少也是得到很窄的光譜線寬所必須的，而窄的線寬有利于減少在高數(shù)據(jù)傳輸速率光纖通信系統(tǒng)中光纖色散的影響。即使有些激光器連續(xù)工作時是單縱模的，但在高速調(diào)制下由于載流子的瞬態(tài)效應(yīng)，而使主模兩旁的邊模達(dá)到閾值增益而出現(xiàn)多縱模振蕩，因此必須考慮縱模的控制。為了得到單縱模，應(yīng)弄清縱模的模譜，影響單縱模存在的因素，才能設(shè)法得到所要求的單縱模激光器。圖7 激光器的縱模譜(a)只有少數(shù)縱模；(b)高速調(diào)制下的

11、附加縱模。半導(dǎo)體激光器的有源區(qū)材料特性和器件結(jié)構(gòu)都對縱模譜產(chǎn)生影響，以下就一些主要影響因素進(jìn)行分析。1. 自發(fā)發(fā)射因子的影響自發(fā)發(fā)射對半導(dǎo)體激光器的主要影響是：(1)使P-I特性曲線“變軟”；(2)在穩(wěn)態(tài)條件下振蕩模的噪聲譜和光譜加寬；(3)閾值以上的邊模抑制比下降；(4)在直接調(diào)制下張弛振蕩頻率降低。一般來說，半導(dǎo)體激光器有比氣體和固體激光器高約5個數(shù)量級的自發(fā)發(fā)射因子(10-4)。由圖8看出，縱模譜隨變化很大。當(dāng)10-5時，幾乎所有的激光功率集中在一個縱模內(nèi)，即單縱模工作；當(dāng)10-4時，只有約80的光功率集中在主模上，而其余的由旁模所分配；當(dāng)10-3時，則有更多的縱模參與功率分配。另一方面

12、，若自發(fā)發(fā)射因子1(如在微腔情況)，則出現(xiàn)量變到質(zhì)變的情況，此時每一個自發(fā)發(fā)射光子引發(fā)出一個受激發(fā)射光子，卻能得到很好的單縱模。圖8 腔長250m，輸出功率2mW的激光器的模譜(a) 10-3；(b) 10-4；(c) 10-5。2. 模譜與電流密度的關(guān)系若激光器具有標(biāo)準(zhǔn)腔長(250m)和典型的10-4，實驗發(fā)現(xiàn)，在小于閾值的低注入電流時，模譜的包絡(luò)宛如自發(fā)發(fā)射譜；當(dāng)電流增加到閾值以上，模譜包絡(luò)變窄，各縱模開始競爭，對應(yīng)于增益譜中心的主模（q=0）的增長速率比鄰近縱?？?。隨電流增加，激光能量向主模轉(zhuǎn)移，而且峰值波長發(fā)生紅移現(xiàn)象。根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，這種紅移量約為0.lnmmA左右。3

13、器件結(jié)構(gòu)對模譜的影響側(cè)向有折射率波導(dǎo)的激光器比增益波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的激光器表現(xiàn)出更好的縱模特性。圖9表示的是波長為780nm的兩種側(cè)向波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的縱模譜。這說明對有源區(qū)內(nèi)載流子限制能力越強(qiáng)，腔內(nèi)的微分增益越高，不但橫模(包括側(cè)模)特性得到改善，縱模特性同樣向單縱模方向轉(zhuǎn)化。圖9 折射率波導(dǎo)與增益波導(dǎo)縱模譜的比較在一般的法布里一珀洛(FP)諧振腔中，各個縱模分量在腔內(nèi)得到反饋的量是相同的。在分布反饋(DFB)、分布布拉格反射(DBR)和有外部光柵諧振腔的結(jié)構(gòu)中，諧振腔具有對某一波長選擇反饋的作用，因而有好的縱模特性。圖10比較的是在1300nm波長、側(cè)向折射率波導(dǎo)的FP腔和DFB腔的縱模特性。若諧振腔長很

14、短，則縱模間隔很大。其3dB增益帶寬內(nèi)允許振蕩的縱模數(shù)減少。當(dāng)主模兩邊的次模隨著腔長的縮短而移出3dB增益帶寬之外，則可出現(xiàn)單縱模振蕩。 圖10 不同諧振腔結(jié)構(gòu)的縱模譜(a) FP腔；(b)DFB腔。4 溫度對縱模譜的影響由于有源層材料的禁帶寬度Eg隨溫度增加而變窄，使激射波長發(fā)生紅移，其紅移量約為0.2-0.3nm，與器件的結(jié)構(gòu)和有源區(qū)材料有關(guān)。借此特性，可以用適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂苼砦⒄{(diào)激光的峰值激射波長，以滿足對波長要求嚴(yán)格的一些應(yīng)用。和穩(wěn)定輸出功率一樣，如需要有穩(wěn)定的工作波長，對半導(dǎo)體激光器需進(jìn)行恒溫控制。圖11表示溫度對峰值波長的影響。圖11 溫度和功率引起波長紅移三、實驗內(nèi)容及步驟：a.

15、將1550nm FP-LD控制信號連接至LD1，設(shè)置LD1工作模式(MOD)為恒流模式(ACC)，驅(qū)動電流(Ic)置為0。b. 將1550nm FP-LD光信號連接至光譜分析器，輸出狹縫置0.1mm。c. 調(diào)節(jié)1550nm FP-LD驅(qū)動電流(Ic)，從10-40mA每隔5mA測一次1550nm FP-LD輸出光譜，波長范圍1500-1600nm，波長間隔0.1nm。讀取不同驅(qū)動電流下的峰值波長、線寬。四、注意事項：1. 電后禁止將光纖連接器對準(zhǔn)人眼，以免灼傷。2. 瓷插芯表面光潔度要求極高，除專用清潔布外禁止用手觸摸或接觸硬物?？罩玫墓饫w連接器端子必須插上護(hù)套。3. 纖均不可過于彎曲，除特殊

16、測試外其曲率半徑應(yīng)大于30mm。實驗二電光調(diào)制一、實驗?zāi)康模?. 了解電光調(diào)制的工作原理及相關(guān)特性；2. 掌握電光晶體性能參數(shù)的測量方法；二、實驗原理簡介：某些光學(xué)介質(zhì)受到外電場作用時，它的折射率將隨著外電場變化，介電系數(shù)和折射率都與方向有關(guān)，在光學(xué)性質(zhì)上變?yōu)楦飨虍愋?，這就是電光效應(yīng)。 電光效應(yīng)有兩種，一種是折射率的變化量與外電場強(qiáng)度的一次方成比例，稱為泡克耳斯（Pockels）效應(yīng)；另一種是折射率的變化量與外電場強(qiáng)度的二次方成比例，稱為克爾（Kerr）效應(yīng)。利用克爾效應(yīng)制成的調(diào)制器，稱為克爾盒，其中的光學(xué)介質(zhì)為具有電光效應(yīng)的液體有機(jī)化合物。利用泡克耳斯效應(yīng)制成的調(diào)制器，稱為泡克耳斯盒，其中的

17、光學(xué)介質(zhì)為非中心對稱的壓電晶體。泡克耳斯盒又有縱向調(diào)制器和橫向調(diào)制器兩種，圖1是幾種電光調(diào)制器的基本結(jié)構(gòu)形式。圖1：幾種電光調(diào)制器的基本結(jié)構(gòu)形式a) 克爾盒 b) 縱調(diào)的泡克耳斯盒 c) 橫調(diào)的泡克耳斯盒當(dāng)不給克爾盒加電壓時，盒中的介質(zhì)是透明的，各向同性的非偏振光經(jīng)過P后變?yōu)檎駝臃较蚱叫蠵光軸的平面偏振光。通過克爾盒時不改變振動方向。到達(dá)Q時，因光的振動方向垂直于Q光軸而被阻擋（P、Q分別為起偏器和檢偏器，安裝時，它們的光軸彼此垂直。），所以Q沒有光輸出；給克爾盒加以電壓時，盒中的介質(zhì)則因有外電場的作用而具有單軸晶體的光學(xué)性質(zhì)，光軸的方向平行于電場。這時，通過它的平面偏振光則改變其振動方向。所

18、以，經(jīng)過起偏器P產(chǎn)生的平面偏振光，通過克爾盒后，振動方向就不再與Q光軸垂直，而是在Q光軸方向上有光振動的分量，所以，此時Q就有光輸出了。Q的光輸出強(qiáng)弱，與盒中的介質(zhì)性質(zhì)、幾何尺寸、外加電壓大小等因素有關(guān)。對于結(jié)構(gòu)已確定的克爾盒來說，如果外加電壓是周期性變化的，則Q的光輸出必然也是周期性變化的。由此即實現(xiàn)了對光的調(diào)制。 泡克耳斯盒里所裝的是具有泡克耳斯效應(yīng)的電光晶體，它的自然狀態(tài)就有單軸晶體的光學(xué)性質(zhì)，安裝時，使晶體的光軸平行于入射光線。因此，縱向調(diào)制的泡克耳斯盒，電場平行于光軸，橫向調(diào)制的泡克耳斯盒，電場垂直于光軸。二者比較，橫調(diào)的兩電極間距離短，所需的電壓低，而且可采用兩塊相同的晶體來補(bǔ)償因

19、溫度因素所引起的自然雙折射，但橫調(diào)的泡克耳斯盒的調(diào)制效果不如縱調(diào)的好，目前這兩種形式的器件都很常用。 圖2：縱調(diào)的泡克耳斯電光調(diào)制器 圖2為縱調(diào)的泡克耳斯電光調(diào)制器。在不給泡克耳斯盒加電壓時，由于P產(chǎn)生的平面偏振光平行于光軸方向入射于晶體，所以它在晶體中不產(chǎn)生雙折射，也不分解為o、e光。當(dāng)光離開晶體達(dá)到Q時，光的振動方向沒變，仍平行于M。因M垂直于N，故入射光被Q完全阻擋，Q無光輸出。 當(dāng)給泡克耳斯盒加以電壓時，電場會使晶體感應(yīng)出一個新的光軸OG。OG的方向發(fā)生于同電場方向相垂直的平面內(nèi)。由于這種電感應(yīng)，便使晶體產(chǎn)生了一個附加的各向異性。使晶體對于振動方向平行于OG和垂直于OG的兩種偏振光的折

20、射率不同，因此這兩種光在晶體中傳播速度也就不同。當(dāng)它們達(dá)到晶體的出射端時，它們之間則存在著一定的相位差。合成后，總光線的振動方向就不再與Q的光軸N垂直，而是在N方向上有分量，因此，這時Q則有光輸出。泡克耳斯效應(yīng)的時間響應(yīng)也特別快，而且與U成線性關(guān)系，所以多用泡克耳斯盒來作電光調(diào)制器。三、實驗裝置：圖3：LiNbO3晶體靜態(tài)特性曲線測量光路圖圖4：LiNbO3晶體靜態(tài)特性曲線測量裝置圖四、實驗內(nèi)容及步驟：a. 按圖3所示結(jié)構(gòu)放置各光學(xué)器件，并調(diào)節(jié)支架高度至各光學(xué)器件等高同軸。b. 將635nm半導(dǎo)體激光器控制電纜連接至LD1，設(shè)置LD1工作模式為ACC，設(shè)置驅(qū)動電流Ic為30mA。c. 將LiN

21、bO3晶體控制電壓驅(qū)動端連接至高壓信號源輸出HV+和HV-。d. 將Si-PD信號輸出連接至PD.IN，測量時注意選擇合適量程。e. 將LiNbO3晶體從測試光路中移開，將起偏器偏振方向調(diào)至與水平面成45°角，將檢偏器調(diào)至與其正交。再將LiNbO3晶體放回測試光路，調(diào)節(jié)其空間位置和傾斜角度，使入射光束與其表面垂直。f. 從0V開始設(shè)置HVS輸出電壓V，記錄PD讀數(shù)P。g. 0V至400V每隔10V測一個點，記錄相應(yīng)的電壓V和光強(qiáng)P，測量完畢后HVS置零。h. 保持光路不變，將HV+和HV-端口處兩線交換。i. 0V至-400V每隔10V測一個點，記錄相應(yīng)的電壓V和光強(qiáng)P，測量完畢后H

22、VS置零。j. 根據(jù)各電壓處的光強(qiáng)數(shù)據(jù)求得相對光強(qiáng)I，并繪制IV曲線。實驗三法拉第效應(yīng)一、實驗?zāi)康模?. 了解法拉第效應(yīng)的工作原理；2. 掌握磁光調(diào)制器件性能參數(shù)的測量方法；二、實驗原理簡介：原來沒有旋光性的透明介質(zhì)，如水、鉛玻璃等，放在強(qiáng)磁場中，可產(chǎn)生旋光性，這種現(xiàn)象稱為法拉第效應(yīng)。具體的現(xiàn)象是，把磁光介質(zhì)放到磁場中，使光線平行于磁場方向通過介質(zhì)時，入射的平面偏振光的振動方向就會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)移角度的大小與磁光介質(zhì)的性質(zhì)、光程和磁場強(qiáng)度等因素有關(guān)。對于不同的介質(zhì)其振動面的旋轉(zhuǎn)方向不同，順著磁場方向看，使振動面向右旋的，稱為右旋或正旋介質(zhì)，反之，則稱為左旋或負(fù)旋介質(zhì)。VlBcos式中，為振動面旋

23、轉(zhuǎn)的角度， l為光程，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，為光線與磁場的夾角，V為比例常數(shù)，稱費(fèi)爾德常數(shù)，單位rad/Tm，它與磁光介質(zhì)和入射光的波長有關(guān)，是一個表征介質(zhì)磁光特性強(qiáng)弱的參量。 對于給定的磁光介質(zhì)，振動面的旋轉(zhuǎn)方向只決定于磁場方向，與光線的傳播方向無關(guān)。這點是磁光介質(zhì)和天然旋光介質(zhì)之間的重要區(qū)別。就是說，天然旋光性物質(zhì)，它的振動面旋轉(zhuǎn)方向不只是與磁場方向有關(guān)，而且還與光的傳播方向有關(guān)。例如，光線兩次通過天然性的旋光物質(zhì)，一次是沿著某個方向，另一次是與這個方向相反，觀察結(jié)果，振動面并沒旋轉(zhuǎn)?？墒谴殴馕镔|(zhì)則不同，光線以相反的兩個方向兩次通過磁光物質(zhì)時，其振動面的旋轉(zhuǎn)角是疊加的。因此，在磁致旋光的情況下，

24、使光線多次通過磁光物質(zhì)可得到旋轉(zhuǎn)角累加。圖1：磁光調(diào)制器結(jié)構(gòu)簡圖 磁光調(diào)制器就是根據(jù)法拉第效應(yīng)制成的，其結(jié)構(gòu)見圖1。將磁光介質(zhì)（鐵釔石榴石Y3Fe5O12或三溴化鉻CrBr3）置于激磁線圈中。在它的左右兩邊，各加一個偏振片。安裝時，使它們的光軸彼此垂直。沒有磁場時，自然光通過起偏振片變?yōu)槠矫嫫窆馔ㄟ^磁光介質(zhì)。達(dá)到檢偏振片時，因振動面沒有發(fā)生旋轉(zhuǎn)，光因其振動方向與檢偏振片的光軸垂直而被阻擋，檢偏振片無光輸出。有磁場時，入射于檢偏振片的偏振光，因振動面發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，檢偏振片則有光輸出。光輸出的強(qiáng)弱與磁致的旋轉(zhuǎn)角有關(guān)。這就是磁光調(diào)制器的工作原理。三、實驗裝置：圖2：法拉第效應(yīng)實驗光路圖圖3：法拉第效

25、應(yīng)實驗裝置圖四、實驗內(nèi)容及步驟：a. 按圖2所示結(jié)構(gòu)放置各光學(xué)器件，并調(diào)節(jié)支架高度至各光學(xué)器件等高同軸。b. 將635nm半導(dǎo)體激光器控制電纜連接至LDC，設(shè)置LDC工作模式為ACC，設(shè)置驅(qū)動電流Ic為30mA。c. 將電磁鐵線圈接線端子連接至功率信號源輸出PSG和GND。置PSG于低壓電源模式(LVS)。d. 將Si-PD信號輸出連接至PD.IN，測量時注意選擇合適量程。e. 將起偏器偏振方向調(diào)至與水平面平行，再將檢偏器調(diào)至與其正交，記錄檢偏器刻度。f. 從0開始設(shè)置勵磁電壓V，將檢偏器調(diào)至輸出光強(qiáng)極小，記錄檢偏器角度。g. 0至15V每隔1V測一個點，記錄相應(yīng)的勵磁電壓V和檢偏器角度。h.

26、 由勵磁電壓V求磁感應(yīng)強(qiáng)度B，由計算偏轉(zhuǎn)角，作旋光玻璃B關(guān)系曲線，求其費(fèi)爾德常數(shù)。（電磁鐵磁感應(yīng)強(qiáng)度與勵磁電壓關(guān)系為15.2mT/V）實驗四聲光調(diào)制一、實驗?zāi)康模?. 了解聲光調(diào)制的工作原理及相關(guān)特性；2. 掌握聲光調(diào)制器件與偏轉(zhuǎn)器件性能參數(shù)的測量方法；二、實驗原理簡介： 聲波在介質(zhì)中傳播時，會引起介質(zhì)密度（折射率）周期性的變化，可將此聲波視為一種條紋光柵，光柵的柵距等于聲波的波長，當(dāng)光波入射于聲光柵時，即發(fā)生光的衍射，這就是聲光效應(yīng)。聲光器件是基于聲光效應(yīng)的原理來工作的，分為聲光調(diào)制器和聲光偏轉(zhuǎn)器兩類，它們的原理、結(jié)構(gòu)、制造工藝相同，只是在尺寸設(shè)計上有所區(qū)別。聲光器件的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，由

27、聲光介質(zhì)和換能器兩部分組成。常用的聲光介質(zhì)有鉬酸鉛晶體、氧化碲晶體和熔石英等。換能器即超聲波發(fā)生器，它是利用壓電晶體使電壓信號變?yōu)槌暡ǎ⑾蚵暪饨橘|(zhì)中發(fā)射的一種能量變換器。圖1：聲光器件的基本結(jié)構(gòu)示意圖聲光相互作用有兩種情形：1.正常光聲相互作用。介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)是各向同性的，介質(zhì)的折射率與入射光的方向、偏振狀態(tài)無關(guān)，此時，入射光的折射率、偏振狀態(tài)與衍射光的折射率、偏振狀態(tài)相同。可從各向同性介質(zhì)中光的波動方程出發(fā)，利用介質(zhì)應(yīng)變與折射率變化之間的關(guān)系，來描述聲光效應(yīng)，可用聲光柵來說明光在介質(zhì)中的衍射。2.反常聲光相互作用。介質(zhì)的折射率與入射光的方向、偏振狀態(tài)有關(guān)，需要考慮介質(zhì)在光學(xué)性質(zhì)上的各向異性。這時，入射光的折射率、偏振狀態(tài)與衍射光的折射率、偏振狀態(tài)不同。此時，就不能用聲光柵來說明光在介質(zhì)中的衍射現(xiàn)象了。 目前，多數(shù)的聲光器件都是利用正常聲光相互作用原理來制作的，所以可用聲光柵來分析。若掠射角i0，即入射光平行于