Лабы КОЭ / Лаба 2

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. 0207 _________________ Маликов Б.И.

_________________ Горбунова А.Н.

Преподаватель _________________ Марцынюков С.А.

Санкт-Петербург

2023

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомиться с устройством, принципом действия и характеристиками электрооптического модулятора (ЭОМ) на основе эффекта Поккельса.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Электрооптические модуляторы (ЭОМ) – наиболее распространенные модуляторы лазерного излучения. Оптическое воздействие конкретной среды на излучение зависит от показателей преломления n_x, n_y, n_z по различным направлениям x, y, z.

Лабораторная установка включает в себя маломощный гелий-неоновый лазер ( = 633 нм) с вертикальной линейной поляризацией излучения (рис. 1). Лазер укреплен на оптической скамье соосно с ЭОМ и фотоприемником. ЭОМ выполнен на основе кристалла KDР. В качестве анализатора используется пленочный поляроид призма. Крепление анализатора в модуляторе обеспечивает его вращение вокруг оси лазерного пучка на 360°.

Рисунок 1 – Структурная схема лабораторной установки

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 KDP 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 Р_m регистрируется с помощью двухлучевого осциллографа, имеющего калиброванные входы. На второй вход осциллографа подается опорный сигнал от генератора.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1. Построение зависимостей мощности от угла поворота анализатора при разных значениях напряжения на основании экспериментальных данных (табл.1)

Таблица 1 – Результаты экспериментальных измерений зависимости мощности от угла поворота

U = 0 В
Θ, град.	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
P, о.е.	16	71	196	259	199	78	20	78	197	266	202	80	16
U = 300 В
Θ, град.	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
P, о.е.	140	121	132	155	170	165	136	123	136	164	179	163	139
U = 600 В
Θ, град.	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
P, о.е.	263	154	45	30	124	245	263	165	47	27	123	235	264

Рисунок 2 – Зависимость мощности от угла поворота при различных значениях напряжения

2. Построение зависимости мощности от напряжения при разных углах поворота анализатора на основании результатов измерений (табл.2)

Таблица 2 – Результаты экспериментальных измерений зависимости мощности от мощности

Θ = 00 (+)
U, В	0	50	100	150	200	250	300	350	400	450	500	550	600
Р, о.е	20	24	36	56	80	109	138	170	199	224	243	255	258
Θ = 00 (-)
U, В	0	-50	-100	-150	-200	-250	-300	-350	-400	-450	-500	-550	-600
Р, о.е	21	25	38	58	84	114	144	176	205	230	248	260	263
Θ = 450 (+)
U, В	0	50	100	150	200	250	300	350	400	450	500	550	600
Р, о.е	139	140	139	136	133	128	123	117	111	105	101	98	96
Θ = 450 (-)
U, В	0	-50	-100	-150	-200	-250	-300	-350	-400	-450	-500	-550	-600
Р, о.е	138	137	134	131	127	121	117	112	108	105	104	102	103
Θ = 900 (+)
U, В	0	50	100	150	200	250	300	350	400	450	500	550	600
Р, о.е	260	259	248	231	206	178	149	119	92	67	47	34	30
Θ = 900 (-)
U, В	0	-50	-100	-150	-200	-250	-300	-350	-400	-450	-500	-550	-600
Р, о.е	262	255	241	219	192	162	132	102	75	53	36	28	27

Рисунок 3 – Зависимость мощности от напряжения при различных значениях угла поворота

3. Осциллограммы опорного сигнала и переменной составляющей мощности излучения для различных режимов.

Рисунок 6 – Режим удвоения (U = 0 В, Θ = 0⁰)

Рисунок 7 – Режим удвоения (U = 0 В, Θ = 90⁰)

Рисунок 8 – Линейный режим (U = 300 В, Θ = 90⁰)

Рисунок 9 – Линейный режим (U = 300 В, Θ = 0⁰)

Рисунок 10 – Режим искажения (U = 600 В, Θ = 0⁰)

Рисунок 11 – Режим искажения (U = 600 В, Θ = 90⁰)

Рисунок 12 – Режим искажения (U = 40 В, Θ = 0⁰)

ВЫВОД

В ходе выполнения лабораторной работы было изучено устройство и принцип действия электрооптического модулятора на основе эффекта Поккельса. Были построены зависимости P = f(Θ) для U = 0 В, U = 300 В, U = 600 В. Зависимости для последних двух случаев смещены относительно друг друга на 90⁰.

Также были построены зависимости P = f(U) для Θ = 0⁰, Θ = 45⁰ и Θ = 90⁰. При угле поворота 45 градусов проходящая мощность не сильно изменяется, что при прямом, что при обратном напряжении, это может говорить о круговой поляризации сигнала.

Были проанализированы осциллограммы опорного сигнала и переменной составляющей излучения – были определены режимы. Режим удвоения – рис.6, рис.7; линейный режим – рис.8, рис.9; линейно противофазный режим – рис.10; режим искажения – рис.11, рис.12.