9283_электроопт. модулятор_Зикратова

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ЭПУ

отчЁт

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Квантовая оптическая электроника»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА

Студенты гр. 9283		Зикратова А. А.
		Дронов А.
Преподаватель		Марцынюков С. А.

Санкт-Петербург

2022

Цель работы.

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

Основные 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.

В анизотропной среде вследствие неравенства показателей преломления для составляющих волн, имеющих различную поляризацию, возникает эффект двулучепреломления. Двулучепреломление может быть естественным и наведенным, возникающим под действием электрического поля. В ЭОМ используется наведенное двулучепреломление или электрооптический эффект.

Возникающая под действием электрического поля E анизотропия вещества (изменение диэлектрической проницаемости) и, как следствие, показателя преломления приводит к возникновению «обыкновенного» –

и «необыкновенного» – лучей. Следствием электрооптического эффекта является «расщепление» исходной падающей на вещество линейно-поляризованной волны на две ортогональные составляющие, распространяющиеся с различными скоростями. В результате на выходе возникает разность фаз двух волн и изменяется вид исходной поляризации.

По отношению к напряженности электрического поля различают линейный электрооптический эффект – эффект Поккельса и квадратичный – эффект Керра. Степень наведенной анизотропии при линейном электрооптическом эффекте выше, чем при квадратичном, поэтому большинство ЭОМ используют эффект Поккельса, который проявляется в таких кристаллах, как дигидрофосфаты аммония (ADP) и калия (KDP), дейтерированные дигидрофосфаты аммония (DADP) и калия (DKDP), арсенид галлия, ниобат лития, титанат бария, хлорид меди и др.

Схема лабораторной установки:

Рис. 1

Обработка результатов:

1. Изменение угла поворота анализатора при U = 0; 300; 600 В

Рис. 2 – Зависимость мощности от угла поворота анализатора при различных напряжениях смещения U

2. Изменение напряжения смещения при θ = 0⁰; 40⁰; 90⁰

Рис. 3 – Зависимость мощности от напряжения смещения при различных углах поворота анализатора θ

3. Режимы модуляции излучения:

t

U_ген, U_m

: 5 мкс/дел; U_ген ≈ 300 В – для всех осциллограмм

t

Рис. 4 – Режим удвоения частоты при U = 0, θ = 0⁰

U_ген, U_m

t

Рис. 5 – Режим удвоения частоты при U = 0, θ = 90⁰

Рис. 6 – Линейный режим при U = 300, θ = 0⁰

U_ген, U_m

t

U_ген, U_m

t

Рис. 7 – Линейный режим при U = 300, θ = 90⁰

U_ген, U_m

t

Рис. 8 – Режим удвоения частоты при U = 600, θ = 0⁰

U_ген, U_m

t

Рис. 9 – Режим искажения амплитуды при U = 40, θ = 0⁰

Вывод: в ходе лабораторной работы исследованы устройство, принцип действия и характеристики электрооптического модулятора (ЭОМ) на основе эффекта Поккельса.

1. За счёт эффекта двулучепреломления (появления в кристалле «необыкновенного» и «обыкновенного» лучей) при прикладывании управляемого напряжения U происходит набег фаз Δφ между ортогональными составляющими электромагнитной волны и, как следствие, на выходе кристалла изменяется поляризация волны (плоскость поляризации или вид). Изменяя угол анализатора меняем положение «плоскости пропускания» и для плоскополяризованной волны в режиме коллинеарных полей мощность максимальна (например, рис. 2 вначале – на выходе из кристалла плоскость поляризации под действием U = 600 В повернулась на 90⁰), а для режима скрещенных полей мощность минимальна (например рис. 2 вначале). При Δφ = π/2 исходная линейная поляризация станет круговой, значение вектора E будет в меньше амплитудного значения и выходная мощность почти не будет зависеть от угла поворота анализатора.

2. Максимальная и минимальная мощности приходятся на режимы коллинеарных и скрещенных полей соответственно. Для рис. 3 (θ = 0⁰) и рис. 3 (θ = 90⁰) эти режимы реализуются в полной мере, поскольку изначально через кристалл подаётся линейно поляризованная волна под углом 45⁰ и положение максимума зависит от изначального положения плоскости анализатора относительно плоскости поляризации на выходе из кристалла. Для рис. 3 (θ = 40⁰)режимы коллинеарных и скрещенных полей не реализуемы, поэтому диапазон изменения мощности меньше, чем на рис. 3 (θ = 0⁰) или 3 (θ = 90⁰).

3. Поведение переменных составляющих выходной мощности при гармонической модуляции управляющего напряжения U зависит от положения рабочей точки на характеристике пропускания. Для обеспечения линейного режима модуляции излучения лазера внешним гармоническим сигналом, подаваемым на ЭОМ, рабочую точку располагают на середине линейного участка характеристики пропускания (τ = P_τ / P₀ = sin² (Δφ/2) ) при φ = π/2. Необходимое для этого постоянное напряжение смещения называется четвертьволновым и равно U = 300 В. При четвертьволновом смещении обеспечивается без искажений наибольшая амплитуда переменной составляющей модулированного излучения. При напряжениях смещения, соответствующих экстремумам характеристики пропускания ЭОМ, наблюдается эффект удвоения частоты модулированного излучения. Нелинейность характеристики пропускания ЭОМ τ = f (U) может приводить к искажению формы модулированного сигнала излучения при неправильно выбранном напряжении смещения или чрезмерно большой амплитуде модулирующего сигнала.