МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра ЭПУ
отчет
по лабораторной работе №3
по дисциплине «Квантовая и оптическая электроника»
Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА
Студенты гр. 7207 |
|
Неустроев И.Д. |
|
|
|
Рыжова К.В. |
|
Преподаватель |
|
Киселев А.С. |
|
Санкт-Петербург
2020
Цель работы
Ознакомиться с устройством, принципом действия и характеристиками электрооптического модулятора (ЭОМ) на основе эффекта Поккельса.
Описание установки
Рис. 1. Структурная схема лабораторной установки
Лабораторная установка включает в себя маломощный гелий-неоновый лазер ( = 633 нм) с вертикальной линейной поляризацией излучения (рис. 3.7). Лазер укреплен на оптической скамье соосно с ЭОМ и фотоприемником. ЭОМ выполнен на основе кристалла КДР. В качестве анализатора используется пленочный поляроид призма. Крепление анализатора в модуляторе обеспечивает его вращение вокруг оси лазерного пучка на 360°.
Область прозрачности модулятора 350...1200 нм. Напряжение полного просветления на длине волны 633 нм не более 700 В; потери света в режиме полного просветления – не более 30%; остаточный уровень светового потока в режиме полного затемнения – не более 7%. Диапазон частот модуляции 0.01...100 МГц.
Кристалл КДР снабжен электродами, благодаря которым создается поперечное электрическое поле по отношению к направлению распространения лазерного пучка. Использование продольного электрического поля улучшает частотные свойства ЭОМ за счет уменьшения паразитной межэлектродной емкости, но требует существенного повышения напряжения смещения. Регулируемое напряжение смещения подается на кристалл от стабилизированного источника питания. Для расширения диапазона исследования в источнике предусмотрена смена полярности напряжения смещения. Модулирующий синусоидальный сигнал поступает на вход ЭОМ от генератора.
Выход фотоприемника соединен с цифровым вольтметром, контролирующим сигнал, пропорциональный постоянной составляющей мощности излучения P, прошедшей модулятор. Переменная составляющая сигнала излучения Рm регистрируется с помощью двухлучевого осциллографа, имеющего калиброванные входы. На второй вход осциллографа подается опорный сигнал от генератора.
Обработка результатов
Экспериментальная зависимость P = f () при различных напряжениях:
Таблица 1. Зависимость пропускания ЭОМ от угла поворота анализатора при U=0 В
θ, град |
0 |
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
180 |
210 |
240 |
270 |
300 |
330 |
U, В |
0,08 |
0,22 |
0,64 |
0,87 |
0,7 |
0,33 |
0,08 |
0,21 |
0,6 |
0,86 |
0,73 |
0,33 |
Таблица 2. Зависимость пропускания ЭОМ от угла поворота анализатора при U=300 В
θ, град |
0 |
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
180 |
210 |
240 |
270 |
300 |
330 |
U, В |
0,2 |
0,3 |
0,61 |
0,83 |
0,72 |
0,42 |
0,2 |
0,28 |
0,6 |
0,83 |
0,74 |
0,42 |
Таблица 3. Зависимость пропускания ЭОМ от угла поворота анализатора при U=600 В
θ, град |
0 |
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
180 |
210 |
240 |
270 |
300 |
330 |
U, В |
0,88 |
0,56 |
0,22 |
0,2 |
0,48 |
0,78 |
0,8 |
0,5 |
0,2 |
0,19 |
0,52 |
0,82 |
Рис. 2. Зависимость пропускания ЭОМ от угла поворота анализатора
Экспериментальная зависимость P = f (U) при различных углах поворота анализатора:
Таблица 4. Зависимость пропускания ЭОМ от напряжения при θ=0 град
U, В |
-600 |
-500 |
-400 |
-300 |
-200 |
-100 |
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
Р, о.е. |
0,92 |
0,96 |
0,9 |
0,73 |
0,49 |
0,26 |
0,09 |
0,01 |
0,06 |
0,21 |
0,43 |
0,66 |
0,88 |
Таблица 5. Зависимость пропускания ЭОМ от напряжения при θ=45 град
U, В |
-600 |
-500 |
-400 |
-300 |
-200 |
-100 |
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
Р, о.е. |
0,33 |
0,3 |
0,27 |
0,32 |
0,34 |
0,4 |
0,43 |
0,45 |
0,45 |
0,46 |
0,42 |
0,38 |
0,34 |
Таблица 6. Зависимость пропускания ЭОМ от напряжения при θ=90 град
U, В |
-600 |
-500 |
-400 |
-300 |
-200 |
-100 |
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
Р, о.е. |
0,1 |
0,03 |
0,08 |
0,22 |
0,45 |
0,67 |
0,88 |
0,96 |
0,94 |
0,84 |
0,61 |
0,39 |
0,2 |
Рис. 3. Зависимость пропускания ЭОМ от напряжения
Осциллограммы опорного сигнала и переменной составляющей мощности излучения Рm для различных режимов:
t
U
Рис. 4. Режим удвоения (θ=90 град, U=-486 В)
t
U
Рис. 5. Линейный режим (θ=90 град, U=-496 В)
t
U
Рис. 6. Режим искажения (θ=90 град, U=-488 В)
t
U
Рис. 7. Режим искажения (θ=0 град, U=488 В)
Вывод.
В ходе выполнения работы были получены следующие зависимости:
Из рисунка 2 видно, что зависимости мощности, проходящей через ЭОМ от угла поворота анализатора P = f () при напряжениях U=0 В и U=300 В практически не отличаются, а при напряжении U=600 В максимумы и минимумы проходящей мощности сместились примерно на 90 градусов, при этом амплитуда полученной синусоиды уменьшилась. Такое смещение соответствует полуволновому напряжению.
Из рисунка 3 видно, что при угле поворота 45 градусов проходящая мощность примерна постоянна, что соответствует круговой поляризации. При углах поворота анализатора 0 и 90 градусов смещение пиков проходящих мощностей также составляет половину длины волны синусоиды, что соответствует повороту поляризации на 90 градусов.