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铌酸锂(LiNb03)晶体电光调制器的性能测试
铌酸锂（LiNbO3）晶体是目前用途最广泛的新型无机材料之一，它是很好的压电换能材料，铁电材料，电光材料，非线性光学材料及表面波基质材料。电光效应是指对晶体施加电场时，晶体的折射率发生变化的效应。有些晶体内部由于自发极化存在着固有电偶极矩，当对这种晶体施加电场时，外电场使晶体中的固有偶极矩的取向倾向于一致或某种优势取向，因此，必然改变晶体的折射率，即外电场使晶体的光率体发生变化。铌酸锂调制器，应具有损耗低、消光比高、半波电压低、电反射小的高可靠性的
性能。
【实验目的】
1．了解晶体的电光效应及电光调制器的基本原理性能． 2. 掌握电光调制器的主要性能消光比和半波电压的测试方法
3. 观察电光调制现象
【实验仪器】
1．激光器及电源
2．电光调制器(铌酸锂)
3．电光调制器驱动源 4. 检流计 5．示波器 6．音频输出的装置
7．光具台及光学元件
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【实验原理】
1．电光效应原理
某些晶体在外电场作用下，构成晶体的原子、分子的排列和它们之间的相互作用随外电场E的改变发生相应的变化，因而某些原来各向同性的晶体，在电场作用下，显示出折射率的改变。这种由于外电场作用而引起晶体折射率改变的现象称为电光效应。折射率N和外电场E的关系如下：
式中，n0为晶体未加外电场时某一方向的折射率，r是线性电光系数，R是二次电光系数。通常把电场一次项引起的电光效应叫线性电光效应，又称泡克尔斯效应；把二次项引起的电光效应叫做二次电光效应，又称克尔效应。其中，泡克尔斯效应只在无对称中心的晶体中才有，而克尔效应没有这个限制。只有在无对称中心的晶体中，与泡克尔斯效应相比，克尔效应较小，通常可忽略。
目前普遍采用线性电光效应做电光调制器，这样就不再考虑（1）式中电场E的二次项和高次项。因此（1）式为：
?(
利用电光效应可以控制光的强度和位相，其在光电技术中得到广泛的应用，如激光通讯、激光显示中的电光调制器、激光的Q开关、电光偏转等。
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112??rE?RE??? (1) 22nn0111}???rE (2) 2n2n2n0 .
在各向同性的晶体中，折射率n与介电系数ε均为常量，且n2??，但在各向异性晶体中，介电系数不再是个常量，而是一个二阶张量，为?ij，这样折射率n也就随介电系数的变化而呈现出各向异性的性质，在不同的方向上随?ij的不同而有所不同。为明确表示在各方向上相应的折射率值，因此把n写成?ij，所以(2)式成为：
111?(2}ij?2?2?rijkEk (3)
nnijn0 (i,j,k,?1,2,3)
这里，rijk 是一个三阶张量，因为它仅映了一个二阶张量系。
三阶张量rijk应有33=27个分量，但由于介电系数εij是二阶对称张量，它只有6个分量，这就便各rijk最多只有18个分量，而不是27个分量了．因此通常将rijk的三个脚标简化为二个脚标，即：
?ij和一个一阶张量Ek的关
rijk?rik
ij?i 的简化规则如下：
11?122?233?323? 31? 12?
????4?6?532?21?13????
这样rijk就缩写成rik，但在习惯上仍写作rij，并且可以写成六行三列的矩阵形式：
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r11r21rij?r31r41r51r61
r12r22r32r42r52r62r13r23r33r43r53r63
通过脚标的简化，公式(3)就可写成：
111?(2}i?2?2?rijEj （4）
nnijn0由于晶体的对称性，电光系数的18个分量，有些分量是相等的，有些 分量又等于零，因此吸有有限的几个独立分量，例如铌酸锂(LiNbO3)晶体，其电光系数只有四个独立分量，其形式如下：
00
?r22r220r5200r13r13r23000
rij?00r51r61
2．折射率椭球
对于各向异性的晶体来说，在不同方向上晶体具有不同的折射率。如果在晶体中任选一点O，从O点出发向各个方向作矢量，使矢量长度等于该方向的折射率时，矢量的端点构成一个椭球面，称这个椭球面为折射率椭球，并用它来描述晶体的光学性
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质。如果晶体是各向同性的，折射率椭球就简化为一个球面。晶体的电光效应可以用折射率椭球随电场的变化来描述。
在单轴晶体中，如果选取的直角坐标系的三个轴X1 ，X2 ，X3与折射率的三个主轴重合，则在晶体未加外电场时，折射率椭球方程为：
这里，n10，n20，n30为晶体的主折射率。当在晶体上加一外电场E(E1，E2，E3)后，由于一次电光效应，晶体各方向上的折射率发生了变化，因而折射率椭球也相应地发生变化，此时折射率椭球的一般表达式为：
121212111X?X?X?XX?XX?X1X2?1 （6） 1233231222222n1n2n3n4n5n6111222X?X?X?1 （5） 123222n10n20n30
在(6)式中包含了交叉项X3X2等等，表示X1、X2、X3不再是折射率椭球的主轴了。
下面讨论一下折射率椭球的变化规律，即怎样确定表征椭球的方程(6)中的各项系数。
当外电场E=0时，(6)式还原成(5)式，有：
111111??? 222222n1n10n3n30n2n20
111???0 222n4n5n6当在晶体上加一外电场(E1，E2，E3)后，则根据泡克尔斯效应式(4)有如下关系：
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铌酸锂晶体电光调制器的性能测试---OK
