光电子技术实验_实验六实验报告

光电子技术实验报告

实验六电光调制

一、实验目的

1.深入理解横向电光晶体的线性光电效应原理。

2.观测横向电光调解器的直流电压、交流电压调制规律。

3.熟悉光电子技术中信号调制和解调的过程

二、实验原理

见后附预习报告

三、实验装置

实验平台，He-Ne激光器，起偏器，横向电光晶体，检偏器，四分之一波片，光功率计，示波器等。

四、实验内容

1.测量LiNbO3晶体横向电光调制器的直流调制曲线。

测量条件：起偏器、检偏器正交，起偏器的透光轴方向与晶体的x轴平行。

画出I-V曲线并与理论值比较，确定半波电压。

2.观察调制器的正弦波电压调制规律

3.旋转四分之一波片，可得到不同的直流偏置。

a)观察?D=0、π/2 两种情况下正弦信号的调制规律，在示波器上比较

输出信号的频率、幅度与调制信号的关系

b)观察?D变为其他情况时调制器工作情况

c)改变调制信号的幅度，观察调制器输出变化情况

d)改变其他实验条件，观察调制器输出变化情况

五、原始数据

后附原始记录数据。

六、数据分析处理

1.测量LiNbO3晶体横向电光调制器的直流调制曲线。

原始测量数据见后附。经整理后绘制直流调制曲线如下：

由测量数据可得，半波电压约为375V

2.观察调制器的正弦波电压调制规律

a)观察?D=0、π/2 两种情况下正弦信号的调制规律，在示波器上比较

输出信号的频率、幅度与调制信号的关系

调节四分之一波片的旋转角度，当输出信号幅度最大时，即?D=π/2，此时，在示波器上观察得到波形如下图

上面一段为channel1，是输入波形；下面一段为channel2，是输出波形。

经测量，输入信号与输出信号频率一致，约为1kHz（实测为965.6Hz）；

输入信号幅值为1.12V，输出信号幅值仅为71mv；输入信号均值为11.7mv

（直流分量接近于0），输出信号均值为106mv（直流分量较大，信号最小值并不为0）。

即，?D=π/2时，输入输出信号频率一致（不是直流调制曲线的极值点附近，因此没有出现倍频）；输出信号与输入信号相位相同（示波器波形相位相反是由于采集输出信号时进行了反相放大）；输出信号幅度与输入信号不一致，但此处是输出信号幅值最大的点（?D=π/2时，直流调制曲线斜率最大，放大倍数最大）；输出信号直流分量不为0，这一点与理论有所不符，为了对照，我们将输入光强调为0，测量输出信号，发现输出信号是约为41.2mV的直流信号，该直流信号大小与输入光强非0时输出信号的直流分量相当，由此可见输出信号直流分量不为0属于系统（示波器）自带的固有误差。

调节四分之一波片的旋转角度，当输出信号幅值接近0，并且在该点附近输出信号为输入信号2倍频率时，即?D=0，此时，在示波器上观察得到波形如下图

上面一段为channel1，是输入波形；下面一段为channel2，是输出波形。

经测量，输出信号频率为1.92kHz（约为输入信号实测频率965.6Hz的2倍）；输入信号幅值为1.12V，输出信号幅值仅为9.2mV；输入信号均值为11.7mv（直流分量接近于0），输出信号均值为57.4mV。

即，?D=0时，输出信号频率约为输入信号的2倍（在直流调制曲线的极小值附近，输入信号的正负半周经放大后均为正半周，因此出现2倍频）；此处是输出信号幅值最小的点（?D=0时，直流调制曲线斜率约为0，放大倍数约为0）；输出信号直流分量不为0，这一点与理论有所不符，前面已有解释。

b)观察?D变为其他情况时调制器工作情况

旋转四分之一波片一周，可以看到输出信号的均值、幅度、频率都随着?D变化而变化。

由于调制范围有限，因此观察到?D从某个截止相位?1到?2之间来回运动，?1介于-π/2和-π之间，?2介于π/2和π之间。在?D从?1到?2之间变化时，输出信号幅值从一个非零值先增大（?D介于?1和-π/2之间），再减小至0（?D介于-π/2和0之间），然后增大至最大值（?D介于0和π/2之间），之后又逐渐减小至一非零值（?D介于π/2和?2之间）。

c)改变调制信号的幅度，观察调制器输出变化情况

将输入信号幅值由原来的1.12V增大至1.54V，观察得到φ

D =π

2

时输出

信号幅值为122mV，均值为206mV，幅值有所增大，这是理所当然的，输入信号幅值增大，在同一个工作点附近，放大倍数基本不变的情况下，输出

信号幅值自然会增大。而φ

D

=0时输出信号幅值为19mV，均值为-68mV，

幅值相比之前没有太大变化，这也很好解释，在φ

D

=0附近，放大倍数约为0，因此输入信号幅值增大并不改变影响输出信号幅值约为0的特点。3.语音信号调制

调制波形如下图：

可见跳之前后波形没有失真，通过解调后音箱播放也可正常听到无失真的音乐。

4.起偏器检偏器平行时交、直流调制曲线

原始数据见后附。经整理，直流调制曲线如下图：

a)观察?D=π、π/2 两种情况下正弦信号的调制规律，在示波器上比较

输出信号的频率、幅度与调制信号的关系

调节四分之一波片的旋转角度，当输出信号幅度最大时，即?D=

π/2，此时，在示波器上观察得到波形如下图

幅度较小的为channel1，是输入波形；幅度较大的为channel2，是输出波形。

经测量，输入信号与输出信号频率一致，约为1kHz（实测为965.6Hz）；输入信号幅值为1.54V，输出信号幅值仅为56mv；输入信号均值为13.1mv （直流分量接近于0），输出信号均值为121mv（直流分量较大，信号最小值并不为0）。输入与输出信号相位一致，只是由于示波器反相放大作用，导致波形显示为反相。

即，?D=π/2时，输入输出信号频率一致（不是直流调制曲线的极值点附近，因此没有出现倍频）；输出信号与输入信号相位相同（示波器波形相位相反是由于采集输出信号时进行了反相放大）；输出信号幅度与输入信号不一致，但此处是输出信号幅值最大的点（?D=π/2时，直流调制曲线斜率最大，放大倍数最大）；输出信号直流分量不为0，这一点与理论有所不符，为了对照，我们将输入光强调为0，测量输出信号，发现输出信号是约为52mV的直流信号，该直流信号大小与输入光强非0时输出信号的直流分量相当，由此可见输出信号直流分量不为0属于系统（示波器）自带的固有误差。

调节四分之一波片的旋转角度，当输出信号幅值接近0，并且在该点附近输出信号为输入信号2倍频率时，即?D=π，此时，在示波器上观察得到波形如下图

上面一段为channel1，是输入波形；下面一段为channel2，是输出波形。

经测量，输出信号频率约为输入信号频率的2倍；输入信号幅值为

1.54V，输出信号幅值仅为16mV（接近于0）；输入信号均值为13.1mv（直流

分量接近于0），输出信号均值为209mV。

即，?D=π时，输出信号频率约为输入信号的2倍（在直流调制曲线的极小值附近，输入信号的正负半周经放大后均为正半周，因此出现2倍

频）；此处是输出信号幅值最小的点（?D=π时，直流调制曲线斜率约为0，放大倍数约为0）；输出信号直流分量不为0，这一点与理论有所不符，前面已有解释。

七、实验总结

本次实验第一次接触电光调制这一新颖的调制方式，它将相位差信息转变为光强信息，从而进行调制传输，十分有趣。实验过程中遇到了不少困惑，好在在老师的耐心帮助下都一一解决了。例如，在测量交流调制特性时，发现理论上输出信号直流分量应为0处实测不为0，甚至有较大偏差，经老师指导才知道这是示波器自带的放大器造成的偏差。另外在测量光功率时，发现测到后面功率显示十分不平稳，导致无法正确读数，经老师指导后，快速测量才得到正确的曲线。通过电光调制解调将播放器的音乐重现出来时感觉很神奇，可以用手遮挡光路就可静音，调节偏振片旋转角度即可间接调节音量等等。总之通过这次实验学到了很多，感谢老师和助教的帮助。